长距离输水管道工程的设计要点分析

2023-01-28

1. 长距离输水管道路径的选择

在城市供水系统中, 输水管道的任务就是输送水源, 而且输水管道具有管线长, 投资大等特点, 所以在管道路径的选择上要慎重选择, 所以在选择上主要遵循以下几点[1]:

1.1 在管道路径的选择上, 要尽可能的选择线路短、起伏较小, 而且总体施工量要尽可能小。

1.2 在对管道路径进行选择时, 有时会经过一些建筑物, 而造成拆迁, 所以在选择上要尽可能的减少拆迁。

1.3 要考虑长远的经济效益, 而不能仅仅考虑眼前利益。

1.4 在设计管道走向的时候, 管道位置要尽量与城市规划的要求一样, 不能破坏现有的道路设计。

1.5 对于水位的高差要充分利用, 如果可以的话, 尽可能采用重力流输水。

2. 长距离输水管道管材的选择

我国在输水管道的材料和技术上已经有了很大的突破。目前情况来看, 在整个管道输水工程中, 对管道的投资占据有相当大的比重, 因此在选择管材时, 要综合考虑各方面的因素, 诸如工程的规模、资金规模、管径等等, 尽可能将各种因素都考虑在内, 并获得最具性价比的工程设计方案, 目前我国常用的输水管道管材主要有:玻璃钢管道, 钢管管道, 预应力混凝土管道、塑料管道等, 这其中应用最多的是钢管和塑料管。

3. 长距离输水管道在设计中的优化

在对长距离输水管道设计时, 设计结果的优劣与设计的合理性相关, 同时输水管道设计还影响着工程的投资额的大小, 因此如何在使用最小的工程投资, 而又能保证输水管道设计的可靠性, 是当前工程师需要考虑的重要问题。下面就我国西北某县的供水工程分析。在工程施工前, 经过对工程的实地勘察, 发现在线路方面, 需要跨过一道山谷, 而且同时还需要翻越一道山脊, 具体的供水线路地形纵断图如下所示, 经过计算, 该县需要此工程日供水大约为36000m3, H1高程:1940m, H2为低谷点, 高程:1720m, H3为山脊, 高程:1820m, H5为水厂出水点, 高程:1260m, H4为计算选择点, 高程:1610m, 其中L1段 (H1~H3) 长12500m, L2段 (H2~H5) 长13600m, L2-1段长6620m, L2-2段长6980m, 其管线总长26.1km, 总落差680m。

3.1 管材的设计选择

具体分析该输水工程, 其具有高差大, 管线长的特点, H1-H3的高差是120m, 必须要注意不能形成倒虹管。基于此, 是不能选择塑料管的, 因为塑料管是不能承受这么大的压力的, 如果强行采用塑料管, 那么就必须减压, 但经过减压后就不能满足这部分的过水要求了。所以经过分析, 该工程决定采用钢管, 所以说在输水管道选择上, 并不是价格越低就越好, 必须结合技术和经济两个方面进行综合分析。

3.2 管径计算选择

在选择管径时, 一般利用彭德舒公式 () 进行计算并选择, 通过彭德舒公式计算, 此工程需要的管径为D=0.44m, 初步将钢管规格定位D=0.44m, 但是通过压力管道计算, L1段, 当D=0.44m时, 会形成倒虹管, 所以必须扩大管径, 经计算, 将管径设置为0.5m, 此时虽然会损失一定的水头, 但是可以满足过水要求。在L2段, 落差为560m, 管长为13600m, 经过计算, 当管径选择为0.45m时, 就可以满足过水要求。通过以上计算表明, 在选择管径时, 要结合管线的分布以及地形的实际情况进行分段计算, 而且不能只以经济性作为参考标准, 而是要根据水力校核来进行选择。

4. 长距离输水管道的防护技术和安全措施

4.1 空气阀的设置

管道在进行首次输水时, 管道内不可避免的会存在一些空气, 所以管道在运行过程中, 是两相流。因此在设计长距离输水管道时, 必须要重视设置空气阀, 而空气阀设置的数量和位置要根据实际的地形以及地质进行设置, 在布置管道的时候, 一般是采用纵向布置。规范《室外给水设计规范》[2]规定:输水管 (渠) 道隆起点上应设通气设施, 管线竖向布置平缓时, 宜间隔1000m左右设一处通气设施, 配水管道根据工程需要设置空气阀。通常情况下, 在管道布置过程中, 为了使管道输水更加安全, 一般每隔0.5~1.0km安装一个兼有进气和排气功能的空气阀。另外为了防止管道出现水锤和气蚀现象, 可以通过在驼峰处布置空气阀来解决此问题。

空气阀口径可根据公式计算。其中:D为输水管直径 (mm) ;φ为系数, 可取0.9;v2为输水管线泄水或充水的最大流速 (m/s) ;v1为阀孔处气流流速, 一般40~50m/s, 可取50m/s。该输水管路管径为500mm, 最大流速2.14m/s, 确定空气阀孔径约为100mm。

4.2 水锤的防护

在对压力管道进行防护时, 必须要重视水锤的产生。由于输水管道的输水距离比较长, 所以管道内水流的流速会经常发生变化。一旦管道中的水流流速发生变化, 管道内的水压也会随之变化, 如果管道内的水压低于水的气化压力, 那么就会拉断水柱, 进而导致管道内出现断流空腔的现象, 如果空腔内出现水流弥合的现象, 就会对管道产生很大的冲击力, 形成水锤。一般情况下, 有三种类型的水锤:停泵水锤、启动水锤以及关闭水锤。对于启动水锤和关闭水锤来说, 其并不会对管道产生很大的压力, 但是如果发生停泵现象时, 产生的水锤压力就非常大, 很容易造成管道危害[3]。所以必须采取相应的防护措施降低水锤压力。通常会在水泵的出口出处设置水锤安全阀或者消除器等, 另外, 采用合适的泵出口阀的关闭速率, 可以进一步减小管线的最大水锤压力。

5. 结束语

在解决水资源分布不均匀的问题上, 长距离管道输水具有非常大的优势, 但是目前我国的长距离输水管道设计依然存在一定的问题, 在管道设计过程中, 既要保证管道的安全性, 还要尽可能的保证管道的经济实用性, 所以在管道设计时, 要综合考虑管道的线路选择, 管材选择以及安全防护措施, 最大程度的保证输水管道的持续工作, 所以深入研究长距离输水管道设计具有重要的现实意义。

摘要：随着我国经济的发展, 我国的生态环境也在日益恶化, 居民居住地范围的饮用水源在不断受到污染, 但是随着城市化进程的加快, 对于水源的需求也越来越大, 同时对于水质的要求也更高, 结合自来水厂造价以及供水的安全性, 在水源的选择上就显得极为重要。因此, 自来水厂设计中应用长距离输水管道已经非常的普遍, 本文就长距离输水管道工程设计进行了简要分析。

关键词：长距离输水管道,工程设计,要点分析