浅析某企业长距离供水工程设计

1. 工程概况

某企业供水工程全长46.14km, 主管道设计流量为631.31m3/h, 日最大供水量为1.52万m3, 年供水量为500万m3。工程的主要任务是解决该企业厂区生产用水, 降低企业生产成本。工程由水源地蓄水池、重力输水管道、附属建筑物、跨河建筑物、穿路保护及支墩等组成。工程取水口位于某水库下游7.85公里的水厂处, 后接300m3高位蓄水池一座;输水管道采用玻璃钢管全线自压重力输水, 将水送往该企业厂区2000m3蓄水池 (一用一备) 内。

2. 工程设计

2.1 管道设计

2.1.1 设计思路。

供水工程应遵守安全、合理、经济的原则, 深入进行管线实地勘察和线路方案比选优化。对输水方式可采用重力式、加压式或两种并用方式, 并通过技术经济比较后选定;根据工程的具体情况, 进行管材、设备的比选优化;还应做好管道与各建筑物的交叉防护。

2.2 管材的选择。

管材的选择要根据供水对象的要求, 结合工程特点, 在满足供水安全的前提下, 选择适宜本工程的最优管材。该工程的供水对象为工矿企业, 供水对象的保证率高, 且供水管网要有很好的安全可靠性。工程管线沿途地形、地质条件较复杂。选择的管材要有足够的强度, 能承受内压和外荷载的作用等性能, 且要求使用年限长, 性能可靠, 施工方便, 价格低廉等。

目前随着新型管材的不断出现, 供水工程中可选用的管材品种繁多。根据已建工程, 初选了以下几种供水工程中常用管材, 对它们的特点、性能、优缺点进行了综合性的比较。

3. 输水方式选择

方案一、全线自压重力输水至供水点。一次性投资2799.95万元, 无运行费, 工程总投资 (一次性投资+20年运行费现值) 2799.95万元。

方案二、从始端 (管线桩号0+000) 重力输水至海拔最低点 (管线桩号33+750) 后, 再通过3级泵站扬水至供水点。一次性投资2026.81万元, 20年运行费现值3128.06万元, 工程总投资 (一次性投资+20年运行费现值) 5154.87万元。

方案三、从始端 (管线桩号0+000) 重力输水至一定距离 (管线桩号44+700) 后, 再通过1级级泵站扬水至供水点。一次性投资1457.93万元, 20年运行费现值848.29万元, 工程总投资 (一次性投资+20年运行费现值) 2938.97万元。

根据三种方案的经济比较, 同时征求业主方的意见, 最终确定选用方案一全线自压重力输水方案。

4. 管道水力学计算

4.1 管径d的确定。

有压管流在流量一定的情况下, 管径的大小与流速有关。若管内流速过大, 水流中挟带的泥沙会使管道遭到冲刷破坏;若管内流速过过小, 会使泥沙在管道内沉积。结合以往的工程经验及玻璃钢厂家产品的推荐值, 设计流速的范围定为V=0.8-3.0m/s。本工程水源地高程高于供水点高程, 有效利用高差H=306.7m, 可以充分利用地形, 实现重力输水。试算管径d, 使流速界于设计流速范围内, 同时有效利用高差H使其略大于输水管的总水头损失∑h。最终初步确定管径d及流速V。

4.2 总水头损失∑h的计算。

总水头损失∑h为沿程水头损失hf与局部水头损失hj之和。 (1) 沿程水头损失hf。对于有压管流计算管道沿程水头损失hf的公式有多种, 其中以达西-威斯巴赫 (DarcyWeisbach) 公式、哈森-威廉斯 (Hazen-Williams) 公式运用最广。

4.3 管道水压计算。

长距离输水工程中, 在满足供水点最小服务水压的情况下, 首先计算管段各点动水压力, 管段末端压力水头H=管段始端压力水头H1+管段地形落差Δh-管段总水头损失∑h。在满足管道设计流速 (V=0.8-3.0m/s) 范围内, 根据厂家现有管材标准规格初步选择不同管径、工作压力进行管段组合, 然后绘制动水压力线及静水压力线, 在两种压力水头都满足的情况下, 结合经济比较, 最终确定合适的管径及工作压力组合。根据本工程地形特点, 管段最大地形落差达503.3m, 首末地形落差也达306.7m, 如果按静压来选择管材的工作压力, 局部地段必须要选择管材工作压力达5.0Mpa的高压管材, 势必工程的投资造价增加。因此本工程提出了管材的工作压力选择按动压设计的思路, 选择了工作压力在0.6Mpa-2.5Mpa之间, 价格相对便宜的玻璃钢管材, 这样大大的降低了工程投资。

4.4 附属构筑物设施设计

4.4.1 排水阀井设置。

管道的低凹处应设排水管及排水阀井, 管道上设立排水阀井的目的:一方面在冲洗管道时能把管内泥沙、沉淀杂物冲刷排净;另一方面在管道检修时, 能把管内存水放空。排水管宜接至低洼处, 当不能直接排出时, 应设集水井, 用水泵将水排走, 排水管直径一般为输水管直径的1/3。

4.4.2 安全阀井设置。

安全阀是一种安全保护用阀, 具有一定的压力适应范围, 使用时可按需调整定压。如果介质实际压力超过定压数值, 安全阀阀瓣便被打开, 通过向系统外排放介质来防止压力超过规定数值。

4.4.3 止推支墩。

在管道的弯管、变径、三通、Y型管等其他有变化处应设置止推支墩。设置止推支墩的目的是平衡由于内水压力产生的推力。止推支墩尺寸根据管道的内水压力, 土质特性、偏转角度等确定。止推支墩的受力边应支承在原状土上, 否则支墩与原状土之间用砂浆填塞。本工程管道水平转弯处和竖向弯角〈3。角处, 分别设置了水平角支墩和竖直角支墩, 支墩材料为现浇C20砼。

5. 结束语

该工程于2008年6月开始建设, 于2009年10月实现通水, 现工程运行良好。长距离供水工程设计较为复杂, 其管材选择、水力计算、附属构筑物设置与城市供水有较大差别, 均需要进行认真、细致的分析研究, 同时应结合工程自身特点, 参见已建类似工程, 最终确定安全、合理、经济的设计方案。在此基础上应严把材料质量关, 精心施工, 科学管理工程才能获得预期的效果。

摘要：本文简要的总结了某企业长距离供水工程中的一些设计思想, 进一步探讨了管材选择, 管道水力计算, 附属构筑物的设置, 建筑物交叉防护等问题。同时提出了长距离供水工程中应注意的其他问题。

关键词：供水,长距离设计,动压,自压,重力输水