东营市南郊水厂供水管道工程设计要点

摘要：东营市南郊水厂供水管道工程是为保障东营东城供水安全，将广北水库作为南郊水库补充水源，提高南郊水厂原水供水量和保证率而兴建的工程，输水干管总长约18.683km。管道设计规模为12万m3/d，选用DN1200mm玻璃纤维增强塑料夹砂管(玻璃钢管)。本文简要分析该管道工程设计方案及要点。

关键词：玻璃钢管道 供水 设计 要点

1、工程概况

南郊水厂位于东营市东城东南部，供水覆盖范围约18km2。水厂下辖南郊水库占地面积2.73km2，有效库容550万m3。南郊水厂1998年5月投产，日供水能力5万m3/d；2005年5月扩建后，日供水能力达10万m3/d；2009年采用超滤膜水处理技术实施了水质改善工程，供水水质达到了国家新颁布的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)106项指标要求。

根据《东营市中心城给水工程规划》，2010年东城日最大需水量为l2万m3。而南郊水库有效库容仅550万m3，仅能满足供水区约30天的用水需求，引水频繁且存在诸多隐患，威胁东城的供水安全。

广北水库占地面积9.08km2，总库容3200万m3，有效库容2600m3。广北水库基础设施建设完备，主水库处于闲置状态，供水水质良好，水量充足，后期管理方便，故选取广北水库作为南郊水库补充水源。

2、设计方案及要点分析

本工程尽管供水量不大、管径不大，但作为长距离压力供水管道，其规模确定，断面布置，管材选择，水锤防护设计，附属设施设计，跨路保护等问题都应地形、压力等而显得格外重要。

(1)供水规模。南郊水厂供水管道工程主要是为解决南郊水库库容不足兴建的，后期作为水厂扩建水源而继续使用。根据《东营市中心城给水工程规划》，2010年东城日最大需水量为l2万m3，故确定供水规模为12万m3/d。

(2)管道管径。采用大管径方案水头损失小，管道投资大，但可以减少泵站扬程，降低泵站投资和系统的运行费用；采用小管径方案水头损失大，管道投资小，但需要增加泵站扬程，增加泵站投资和系统的运行费用；经过技术经济比选最终选择管道管径为DN1200mm，泵站扬程为34米。

(3)管材比选。目前在管道输水工程中比较多的采用钢管、球墨铸铁管、预应力砼管、玻璃钢管、聚氯乙烯管（UPVC）。参考各种管材在东营的应用情况，本项目工程最终确定采用UPVC管、玻璃钢管和钢管三种管材进行技术经济比选。通过管材的施工难易、使用寿命、连接方式、抗冲击、耐压力、抗耐腐蚀、维修方便等方面进行技术经济比较，UPVC管和玻璃钢管具有良好的水力学性能，它们的糙率系数达到了0.008～0.009，两者在价格上也相近；钢管具有良好的力学指标，可承受较大的水头，但价格较贵，并且它的水力学性能不如UPVC管和玻璃钢管。根据UPVC管、玻璃钢管和钢管三种管材方案的技术经济比较，确定本项目工程的管材选用玻璃钢管。

(4)管道设计。进行管道水力学分析计算时，重点研究水头损失、水锤现象。本次玻璃钢管水力计算采用《室外给水设计规范》和《给水排水设计手册》中介绍的公式计算，即先计算雷诺数，然后根据水温计算水力坡降和水头损失。

水锤现象计算公式参考水力学，按不同壁厚计算本工程不同压力发生水锤时的最大流量及流速变化，从计算结果分析，均可以满足要求。为安全起见，在泵站出口处加设缓闭止回阀，防止过大水击压力破坏管道及水泵。

(5)管道壁厚。玻璃钢管道参考以往工程经验、投资、以及管线制造特点，按照GB/T 21238-2007玻璃钢设计规范进行管道结构设计，重点研究管道设计工作年限、管道环向失效应力、刚度等参数。根据设计参数确定管道壁厚为17.5mm。

(6)附属设施。1)排气阀。水在输水管道运行时，实际上是水气两相流。因此在长距离输水管道设计时，应依据输水管道的纵向布置，选择合适的位置(一般在驼峰处)布置一定数量的排气阀，在管线的水平段，排气的问题更突出，因此在设计时一般人为的把管线布置成一个高点，设置排气阀，而水平距段根据经验设置。根据多个工程的调查情况，排气阀过多会造成管理上的困难及增加投资，过少会影响管道进排气，造成工程事故。在多次研究、咨询的基础上，确定本工程共布置DN150排气阀18处，平均1km一处。 2)泄水阀。管道的低凹处应设泄水管及泄水阀井，管道上设立泄水管的目的：一方面在冲洗管道时能把管内沉淀杂物、泥沙冲刷排净；另一方面在管道检修时，能把管内存水放空。泄水管宜接至沟底或低洼处，当不能直接排出时，应设集水井，用水泵将水排走，泄水管直径一般为输水管直径的1/3。泄水阀采用法兰式手动闸阀，泄水阀根据地形需要共设置4处。3)过路保护。本工程与各种永久道路、临时道路相交处共15处，均采用钢筋混凝土套管保护，减少干扰，避免隐患，确保运行安全。4)管件。玻璃钢管道在实际使用当中需要与各类管道、阀门、钢制件、水池等进行连接，各种连接件如法兰、弯头、大小头等均采用玻璃钢手工糊制生产，并按设计压力1.5倍加强处理。

(7)水压试验及接口试压。1)水压试验。《给水排水管道工程施工及验收规程》GB50268－2008规定：管道安装后应尽早进行水压试验，每次水压试验长度不宜超过1km。水压试验的目的是验证管道的渗水量是否符合规程要求以及检验管道的总体质量，水压试验分段长度应结合管径、地形条件、土壤条件、堵头位置等综合考虑。施工中，经认真研究分析，根据堵头位置、压力等级确定了现场分段试压长度，经过详细周密的计算分析、准备，各分段均一次试压成功，经运行未发现任何问题。2)接口试压。采用双“O”型橡胶密封圈连接的玻璃钢管道，承插口的两道密封圈之间留有一定的孔隙，通过在两道密封圈之间进行压力检测可以很快发现接头安装的是否正确，俗称“接口试压”。管道施工中坚持安装后立即进行接口试压，保证整个管道安装之后的气密性，避免返工，影响工期。