吉林市给水管网漏水故障浅析及应对措施

2022-09-11

供水系统是城市的重要基础设施, 供水系统中的给水管道是其重要的组成部分。目前, 我国多数城市给水管道已使用数十年, 管网老旧、破损的问题十分普遍, 漏水问题已成为各地共同关心的难点问题, 如2011年8月7日, 北京海淀的水管爆裂事件, 路面积水足有30厘米深, 造成了严重的交通拥堵;2015年1月14日早7点, 吉林市昌邑区维昌街DN800水管爆裂事件, 路面积水有20厘米深, 不仅造成交通堵塞、房架倾斜, 还险些引起油罐爆炸。国家建设部2002年发布的《城市供水管网漏损控制及评定标准》明确规定:“城市供水企业管网基本漏损率不应大于12%”, 而目前我国多数供水企业、特别是北方地区的供水企业难以达到该标准。减少管网漏损不仅有利于降低供水企业经济损失, 节约水资源, 同时也避免了因管道漏水对地面和其他建筑带来的破坏, 有利于经济、社会、环境效益的同步提高, 具有重要的现实意义。

1 城市给水管道漏水因素分析

1.1 气锤、水锤因素

管道气锤主要发生在管路向上凸起的部位, 由于位置较高, 空气在此积聚、形成气囊。随着管道运行时间推移, 空气越积越多, 在水压的作用下, 空气的体积不断被压缩, 相应地空气对管壁的压强也在不断地成比例地增加, 当增加到超过管壁的抗裂极限能力时, 就会造成管道爆裂漏水。

管道水锤主要由止水阀门、水泵开关时间不当造成。因开泵、停泵、开关闸阀速度过快, 使管道中水的流速发生急剧变化, 瞬时压强可达管道正常工作压强的几十倍, 对管道造成很大冲击, 易造成管道水击爆管漏水。

1.2 施工质量因素

(1) 在管材运输过程中, 不注意装卸的注意事项, 从高处将管道扔下, 造成管道损伤, 以及管与管之间不加软垫, 在运输过程中会导致管之间大量的相互撞击, 造成管道潜在创伤, 不易被发现, 通水运行后产生泄漏。

(2) 管道铺设时, 施工人员为了管道铺设方便, 沟底常常不夯实、超平不够标准, 凸凹不平、有坚硬物体, 这样管体就没有落实在未经扰动或夯实的原土层上, 形成管道不均匀沉降, 造成管道下有坚硬物的顶裂或不均匀沉降撅裂, 基础处理不好造成管道漏水故障。

(3) 管与管连接时, 没有用仪器控制管线的平直度, 对球墨铸铁管等柔性接口的借角度控制不严格, 当借角度超出技术规范要求, 会对管道接口强度和严密性造成破坏, 运行一段时间后产生管口泄漏。

(4) 进行管道压力试验时, 不按实验要求设置装置、盲板和支墩加固支撑不牢、排气点不设在试验段的最高点等, 均可造成接口的轻微脱出, 运行后给管道漏水故障带来隐患。

(5) 管道复土回填时, 不按标准进行回填, 管道的下部和两侧未均匀填实或有大颗粒石块接触管道, 在管道运行后自然填实的过程中, 因管道受外力过大而造成管道漏水故障。

(6) 管道铺设时, 不按要求深度埋设管道, 当有重物或重车经过时, 外力荷载过大造成管道压裂, 未埋设在土壤冻层下被冻裂, 造成管道漏水故障。

(7) 管道运行时, 管道在弯管处、三通处、水管尽端的盲板以及缩管处等, 都会产生拉力, 这些地方的管道支墩未按要求标准大小和材质埋设, 支墩承受不住拉力, 接口可能因此松动脱节, 造成管道漏水故障。

1.3 管材材质与质量因素

管道的漏水情况与管道材质有关, 吉林市水务集团有限公司通过对所辖全市区约1300km主干供水管网 (探测至用户表前) 进行漏水状况分析, 结果如表1所示:

从上表数据可知, 金属管道漏水点较多, 铸铁管和镀锌/钢的漏水点占总漏水点数的56.07%, 这与金属管道在供水管道中的使用量较大和年限较久有关, 但也说明金属管道仍存在一些质量问题, 随着使用时间的增加, 易出现损坏, 导致漏水事故。

目前, 我国有很多小厂在进行管道材料生产。其中多数小厂缺乏技术、生产经验、企业管理较差、原料质量不达标准, 生产出的管材、管件达不到技术标准要求, 质量上问题很多。如:管材有沙眼、管材壁薄、管材壁厚不均匀、管材有疤痕、管材椭圆度超过国家标准、管材抗腐蚀和抗老化低于国家标准等。这些不合格产品埋入地下后, 也是管道漏水事故的直接原因。

1.4 气温变化因素

气温变化对管线状态有重要影响, 因为外界气温发生变化, 水温也随之发生变化, 管道会受到热胀冷缩的应力作用, 在应力作用下管道外力作用增加, 管材产生疲劳。

有实验验证, 当水温波动0-24时, 一根6米的球墨铸铁管的管道接口处移位1.5毫米左右。

另外, 冬季、春季土壤结冻、开化时, 受热胀冷缩影响, 土壤产生热胀、冷缩变化, 土壤相对管道就产生纵向外力, 增加了管道破损机率。

1.5 施工破坏因素

由于供水管线遍布市区, 在工地进行建筑物打桩、楼房拆除、机械挖沟槽等情况时, 如事先未考虑供水管线的分布, 易出现管线因施工不当造成的人为破损。

1.6 阀门漏水因素

由于管道的阀门没有按规定定期检修养护, 阀体与丝杠密封填料老化和磨损, 可能造成阀门漏水。

1.7 腐蚀因素

由于管道铺设路径限制, 污水管道常与给水管道埋设的距离较近, 污水管道一旦渗漏, 给水管线就会受到工业废水和生活污水的腐蚀。腐蚀后的管道, 有的成孔状态, 有的可以用手成片揭下, 使管道寿命明显缩短, 管道漏水故障的机率大幅增加。

1.8 供水压力因素

供水管网的运行管理常处于盲目、被动状态, 由于没有一个合理的供水压力指标, 在整个供水区域内压力参差不齐, 低压区与高压区压力相差悬殊, 易造成管线破损。一般情况下, 秋季后由于建筑施工用水锐减, 但供水部门照常供水, 致使管网内压力增大, 漏水故障增多。

实际上, 管网漏水往往是上述多种因素叠加、共同作用导致的。依据吉林市水务集团有限公司所进行的漏水情况分析, 漏水的形式包含断裂漏水、接口漏水等, 如表2所示, 供水企业在实际工作中要加以注意, 采用与漏水问题相对应的解决措施, 有效地减少漏水问题。

2、城市给水管道漏水问题解决对策

针对管道漏水的原因, 供水企业应当抓住以下几方面关键环节, 降低管道漏水风险。

2.1 建立地下供水管线远程无线监控系统

通过无线通讯技术、智能自动化计算技术, 搭建物联网平台, 对管线相关数据、管线上的设备等进行管理, 用完整的闭环软件控制及对阀门的简约型设计, 完成全方位监测和控制、数据管理的一系列操控, 如图1所示, 系统由流量计、压力变送器、远传控制阀、数据采集器及管网监控管理软件等组成, 可以完成管内流量数据、压力数据、阀门开关状态、通讯状态、电源状态等管网数据实时监测功能, 以及阀门开关调节功能。利用该系统, 通过设置相关报警值, 当管道有渗漏、爆裂、溢出、喷水的情况, 管网软件可第一时间向调度人员报警, 主要管理人员也会受到报警短信, 从而让调度人员第一时间操作问题节点阀门关闭, 把问题管道造成的影响控制在最低状态。历史报警记录可查询, 可记录, 可分析, 使地下给水管线系统真正实现物联网大数据。

2.2 保持管线工作压力稳定

要加强调度管理工作, 科学调压供水。在可能的情况下实行分区供水。一般来说, 给水管道的漏失率与供水量成正比, 供水量与供水压力成正比, 供水压力增加时漏水量增加, 合理调压是科学供水的重要内容。一个城市的供水系统, 要根据地区供水量, 地理条件, 用水高、低峰时间进行适当的管网压力调整, 一般为0.22-0.4MPa。

吉林市水务集团有限公司利用Primelog-1P数字记录水压计对某处管道进行水压监测, 结果如表3所示,

如图2所示, 将表3中的数据做成图表进行分析, 从图中可知管网压力最大值为4.245㎏/cm2, 最小值为3.655㎏/cm2, 平均值为3.97㎏/cm2, 监测结果表明:在该时间段内, 该管段工作压力较为稳定。

2.3 科学开关水泵、阀门

供水企业应防止止水阀门、水泵开关时间不当造成管道爆管漏水。应当遵循慢开慢关、先慢后快、折线关闭的原则, 避免水的速度发生急剧变化破坏管道, 预防水锤发生主要有以下几种方法:

(1) 延长开阀和关阀时间。

(2) 离心泵和混凝泵应在阀门半闭15%-30%时停泵、而不是全关时停泵。

(3) 先慢开止水阀门, 排除管道内的空气, 使管道内充满水后再快开止水阀门或开启水泵。

(4) 停泵水锤主要因出水管止回阀关闭过快引起, 因此, 在管道上安装微阻缓闭止回阀, 并在其下游安装水锤消除器, 可有效的消除停泵水锤。

2.4 保证管道的施工质量

管道施工中要严格按照施工规范施工, 处理好管道接口、埋深、基础、支墩, 回填等。对于通过特殊地段的管线, 必须加强处理措施, 管道工程竣工后要严格履行竣工验收手续, 做好打压、清洗管道内壁等后续工作, 将管道漏水故障隐患消灭在管道运行前。

2.5 选用优质管材及附件

确保管材及附件质量是减少管道漏水故障的前提。如果材料的韧性好、耐压高、管道附件质量好, 则不易出现故障, 反之则易引起管道爆管、漏水。在工程实践中发现, 很多管道爆管的位置就发生在排气阀附近, 这充分说明排气阀易于出现故障, 若失灵则导致有气放不出, 引起管道爆裂, 需严格控制排气阀等易故障的管道附件的质量, 从而减少管道漏水事故。

2.6 加强管线巡查

在管网管理中, 供水企业应加强管线巡检, 防止管线上堆放重物或进行违章建筑;防止其他工程施工对管道造成破坏引发漏水。

2.7 建立专业的探漏、修漏队伍

漏水探测方法技术, 集声波检测技术、水压测量技术、管线探测及给排水专业技术为一体, 其中声波检测技术是基础。

供水企业应建立一支与给水管道相适应的检漏、修漏专业队伍。经过学习培训, 实际锻炼, 使相关人员具备一定的操作水平和实际工作经验, 能够熟练使用听音棒、阀栓漏水声波采集系统 (Phocus) 、Enigma及Eureke-2相关仪等, 及时发现管道漏水、及时堵漏, 在漏水修复中应逐渐大力推广应用非开挖修复技术。

漏水探测工作应遵循科学的工作流程, 如图3所示, 从而保证漏水探测工作能够有序、科学的展开, 为探测工作的施工安排、方法选择等做好准备。漏水点修复后, 应对漏水点所在区域做100%的修复后漏水探测。因为当在一段管道或小范围内有2个以上漏水点时, 小的漏水点较难发现和确认, 因此漏水点修复后, 必须做检查探测, 对修复后的漏水点及附近区域再次进行漏水探测工作, 防止了漏水点遗漏, 从而保证了漏水探测的效果。

2.8 进行防腐

对管道的腐蚀情况定期观测, 采取相应的防腐措施, 提高管线的耐久性。

2.9 增设伸缩接头

对于埋得较浅的管线和土质差异较大的地段, 要考虑温度的影响, 增加设置伸缩接头, 以减少管道漏水故障的频率。

2.1 0 优化管线设计

应贯彻预防为主、防治并重的原则, 在设计新管线时, 除考虑管线功能外, 还应注重消除管道气阻与水锤的影响, 加装排气阀、止回阀, 以减少气锤、水锤现象对管道的破坏。

3 结论与建议

供水企业针对漏水原因、实施具体解决对策, 对于减少管网漏水损失将产生明显效果。以某日供水35万吨的水厂为例, 通过采取给水管道漏水应对措施, 按降低5的漏失率计算, 可日节水1.75万吨, 生产成本按1.00元吨, 则每日降低成本费用1.75万元, 即年成本可降低638.75万元/年, 通过“节流”为供水企业带来良好的经济效益。

依据吉林市水务集团有限公司的统计分析数据, 提出如下建议:

1、通过统计分析金属管道漏水点较多, 占总漏水点数的近一半。应加强对管道质量的管理, 合理选用管材, 严禁质量不合格的管材在施工中出现。

2、管道接口漏水和断裂漏水占总漏水点数的近一半, 应加强管网铺设工程质量, 建立工程质量监理责任制。

3、对于二次管网供水小区, 在修漏水点的同时适当增加管网分支阀门, 做到分块阀门控制。不要因某些维修小件而停整个供水泵站。否则, 漏水维修件数越多人为损失的漏水也越大。

4、对供水厂进行科学管理, 控制供水压力一般为0.22-0.4MPa左右。

5、加强对动迁掐管、相关部门野蛮施工、人为破坏管线的监督管理。

6、由于管网错综复杂, 且深埋地下, 传统人工管理具有盲目性、滞后性, 应尽快建立地下供水管线远程无线监控系统, 建立管网数据库, 实现远程在线监测与控制, 由经验管理变为科学化管理。

摘要：我国多数城市的供水管道普遍存在老旧、破损问题, 管网漏损问题严重。结合吉林市水务集团有限公司对所辖全市区约1300km主干供水管网 (探测至用户表前) 所进行的漏水状况探测工作, 对城市给水管道漏水因素进行了科学分析, 指出气锤、水锤因素、供水压力因素、施工质量因素、管材材质与质量因素等是造成给水管道漏水故障的主要因素, 吉林市这类北方城市的气温变化因素也是造成漏水故障的主要因素之一, 并针对这些因素, 提出了建立地下供水管线远程无线监控系统, 科学开关泵、阀, 保持管线工作压力稳定, 建立专业的探漏、修漏队伍等应对措施。通过这些行之有效的应对措施可实现预防爆管、降低管网漏损、控制渗漏反弹, 从而降低供水企业的产销差, 减少管道漏水对城市建筑和人民生活等造成的损害。

关键词：给水管道,漏水因素,漏水探测,漏水应对措施,远程无线监控系统