自20世纪90年代起,唐山市先后实施了南堡开发区唐山碱厂、京唐港开发区、曹妃甸工业区大管径长输水管道工程。
“大管径”一般是指管道内径大于800-2000mm的圆形管,或者是洞高大于1600mm的压力方涵或马蹄涵。
“长输水”是指引水距离相对较远,跨地区、跨流域达到数十公里乃至数百公里。这类工程造价受地形地质条件、供水流量大小、管道材质选择等诸多因素影响,现就其设计造价要点分析如下。
1、供水规模的确定
长输水管线设计计算,首先要在可行性研究阶段分析需水方提供的年需水总量W和供水时间T,以确定供水流量Q。
2、管道断面选择,需技术、经济两方面综合考虑
技术方面,凡是满足管道内、外压强要求,内阻小,流量大,寿命长,无毒害,符合国标要求,施工方便的任何材质管道,均可被选用。
经济方面,由于管道敷设受到地形地质条件等制约,抗沉陷,耐腐蚀,防盐碱等方面要按特定条件选择管材。管道经济直径D的选择,与经济流速V紧密相关,在计算中往往是先选定经济流速V的范围,再确定管径D。如果管径选择大,建设费用偏高,但电能损失小,日后运行费用低;管径选择小,建设费用低,电能损失大,日后运行费用高,因此必须经过方案比选,确定经济合理的管径。
3、管道的水力学计算
上述就有关设计要点进行了定性分析,最终要进行定量计算。就有关水力学计算要点概述如下:
流量公式:
Q=μω√ ̄2gz
式中:
Q-流量(m3/S)
ω-断面面积(m2)
z-总水头损失(m)
μ-流量系数,与管道沿程损失Jy及局部水头损失Jj有关
g-重力加速度(m/S2)
水力坡降:
J=λ/d×(V2/2g)
即管道单位长度水头损失(%)
式中:
J-管道水力坡度
λ-水力摩阻系数
d-管径
V-管内平均流速
g-重力加速度
沿程水头损失:
Jy=V2/(C2R);C=(1/n)R1/6
公式对钢管、混凝土管而言,除与流量Q、管道直径d、管内流速V有关外,另外与谢才系数C、水利半径R、管内壁粗糙系数n也有关。
管道的局部水头损失Jj,初估可按沿程损失的百分数给出,一般取5%-10%。再依据实际管道布置分别计算,予以核定。对长输水管道而言,局部水头损失所占比重不大,甚至可忽略不计。
总水头损失J=Jy+Jj
全管道的水压,要按逐段的静水压进行选取;高压管段要选择耐压管材。
水锤防护计算,提水泵站及压力最高管段是水锤防护的重点,如果设计不当,会使泵站以及局部管道遭到破坏。
4、提水泵站有效扬程的确定
总扬程=沿程水头损失+局部水头损失-地形差
在实际扬程选择中,一般选大于或接近于所需扬程的水泵,再根据水泵的特性曲线与实际线路做出的水泵工作点,确定水泵的实际出水量和有效扬程,确定泵型及电耗。
5、管材选用
在地质条件较好、无沙漠盐碱沼泽的平原地区,管道内、外压力不大的情况下,可以优选预应力混凝土管。遇重盐碱或者海水浸泡地区,玻璃钢管道则发挥了优势。而在山丘区压力很大的高扬程区,道路、河流穿越段及伸缩、变径等部位,须采用钢管。技术上有要求,就不能单从经济观点考虑。因此,技术上合理的,不一定是最经济的;反之,最经济的,不一定是技术上可行的。在同管径管材中综合造价最低的是混凝土管,其次是玻璃钢管,再就是PCCP管和钢管。大管径PE管在我国属新兴管材,尽管有施工便捷等诸多优点,但目前国内应用还较少。
综合以上因素,就输水管道的技术经济分析不难看出:设计中必须经过多方案比选,做到技术、经济综合论证;长输水管道其造价控制要点在管线上。如曹妃甸供水管线约占总造价7.82亿元的52%,穿、跨越等附属物未计其中。地上水和地下水供水的区别在于管道选择可能相同,但取水、净水工艺不同,净水厂投资较高,二者不具可比性。供水工程必须作财务评价和国民经济评价,以论证工程的经济可行性。
作者简介:刘亚帆,女(汉),唐山市水利规划设计研究院,高级工程师。
来源:《河北水利》2006.7
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