董彩虹

中冶天工上海十三冶建設(shè)有限公司，上海 201900

1 概述

鋼鐵企業(yè)中，從循環(huán)水處理設(shè)施至各單元主車間的循環(huán)供回水管道不僅管徑大而且數(shù)量多，如煉鋼連鑄單元一般有十幾根循環(huán)供回水管道，大的管徑可在800mm以上。在場地狹窄、管道密集的情況下或設(shè)置地下管廊，或采用室外露天架空管廊，把原先須埋設(shè)在地下的大量循環(huán)水管道綜合在一起，充分利用立體空間布置，使原先十幾根水管道能在較小的平面上布置下來，這是常規(guī)的設(shè)計(jì)。

架空管廊與地下管廊相比，其最為顯著的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約土建工程造價(jià)。地下管廊均為鋼筋混凝土構(gòu)造，大型管廊的高度可達(dá)4米以上、寬度可超過10米，且為避讓其它地下管線，如雨水管線、電纜埋管、電纜溝等，一般地下管廊頂板覆土厚度在2000mm以上，地下管廊通常也需要打樁。架空管廊為鋼結(jié)構(gòu)絎架形式居多，土建部分只有鋼結(jié)構(gòu)絎架、鋼結(jié)構(gòu)立柱及支架基礎(chǔ)等，對大型管廊而言，由于管道粗、跨度大，甚至都不需要鋼結(jié)構(gòu)絎架，只需鋼結(jié)構(gòu)立柱等即可滿足要求。架空水道管廊往往會(huì)采取架空與埋地敷設(shè)相結(jié)合的方式，可以有效地減少架空管道的數(shù)量從而降低工程土建造價(jià)?？傮w來說，大型地下管廊的土建造價(jià)可達(dá)3萬元/米，而架空管廊的土建造價(jià)約為地下管廊的40%左右。另外，架空管廊與地下管廊相比，不僅易于土建施工，管道安裝空間也大。因此，在一般情況下，架空管廊應(yīng)當(dāng)是優(yōu)先選擇的對象。

本文就架空水道管廊的設(shè)計(jì)方法，包括管廊平面與斷面設(shè)計(jì)、管道推力計(jì)算、管道支架的設(shè)置以及管道系統(tǒng)的排氣等，進(jìn)行了分析和探討，可作為實(shí)際工程的參考。

2 管廊平面設(shè)計(jì)

管廊的平面設(shè)計(jì)即指管廊的平面定位。

管廊的平面定位可以遵循如下的原則。

①架空水道管廊雖比地下管廊而言，已經(jīng)極大地節(jié)約了工程造價(jià)，但是仍具有造價(jià)高的、設(shè)計(jì)復(fù)雜的特點(diǎn)，在管廊設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的就是在水處理單元和主單元車間之間以最短的路徑布置架空管廊，降低造價(jià)，并可減小管廊對區(qū)域內(nèi)其他建筑物、構(gòu)筑物及管線的影響。

②管廊的走向應(yīng)盡量沿著與道路平行的方向布置在道路兩側(cè)的綠化地內(nèi)，以減小管廊對道路及其設(shè)施的影響。

③與廠區(qū)總體布置協(xié)調(diào)，看架空水道管廊的布置是否與啟動(dòng)熱力、燃?xì)鈱I(yè)的管道相碰。在鋼鐵企業(yè)中，熱力的蒸汽管道、壓縮空氣管道和燃?xì)獾难鯕?、氮?dú)狻鍤夤艿赖韧ǔ＞鶠榧芸辗笤O(shè)，也就是所謂的全廠動(dòng)力管網(wǎng)的管線。如架空水道管廊與上述動(dòng)力管網(wǎng)垂直相交，則完全可以通過管線避讓的方法加以解決。但如果水道管廊是與動(dòng)力管網(wǎng)是在平行方向上發(fā)生位置的擠占，則可考慮與動(dòng)力管網(wǎng)的共架問題，以實(shí)現(xiàn)立體空間的充分利用。動(dòng)力管網(wǎng)管道內(nèi)的介質(zhì)是氣體，該管道的特點(diǎn)是重力荷載遠(yuǎn)小于水管道，但由于氣體是可壓縮的，推力遠(yuǎn)大于水管道。水管道的重力荷載遠(yuǎn)大于動(dòng)力管網(wǎng)管道，但由于水是不可壓縮的，推力遠(yuǎn)小于動(dòng)力管網(wǎng)管道。因此，與動(dòng)力管網(wǎng)共架是完全合理的。

3 管廊斷面設(shè)計(jì)

管廊的斷面設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷校核、修改、優(yōu)化的過程。其基本方法具體如下。

①根據(jù)工藝用戶的具體要求，確定每一段水管廊內(nèi)所設(shè)管道的種類(如純水循環(huán)、凈循環(huán)或是濁循環(huán)等)、具體數(shù)量、管徑等。

②在取得上述基本參數(shù)后進(jìn)行每一段管廊管道的立面布置即管道的分層布置。管道的層數(shù)不宜少于2層，層數(shù)少無法體現(xiàn)管廊的立體空間的優(yōu)勢，可能會(huì)使得管廊斷面的寬度過大；但管廊內(nèi)管道的層數(shù)量也不宜多于3層，層數(shù)過多可能會(huì)使管廊的高度過高，從而給架空管廊的穩(wěn)定性帶來影響。另外，架空水道管廊很有可能會(huì)與其它動(dòng)力管網(wǎng)管道共架，因此給排水專業(yè)循環(huán)水管道也不宜占用過多的高度空間。

③管道的立面布置時(shí)，要注意：管道應(yīng)盡量緊貼布置，以減小管廊所占凈空；同時(shí)管道間距不宜過小，必須確保管道安裝、施工、檢修的必要空間；而且注意大小管道搭配，在充分利用空間的前提下，盡量將管徑大的管道布置在管廊的下層管道支架上，上層管道支架則布置相對管徑小的管道，以保證管廊內(nèi)管道支架的穩(wěn)定性。管道與管道之間的間距可參照表1確定。

④在完成管道的初步的立面布置后，校核按此管廊斷面布置的管道在平面上是否能以最佳路徑和水力條件(接管長度最短、彎頭最少)接向各用戶點(diǎn)，如果不是，則需要對斷面進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。

表1 管廊內(nèi)管道間距

⑤由于架空管廊全部設(shè)置于地面以上，因此美觀性也是要考慮的重要因素。應(yīng)當(dāng)盡量避免毫無規(guī)律、雜亂的管道布置方式出現(xiàn)。

⑥對于架空管廊下方的空間要充分考慮加以利用?？梢钥紤]將一些大而粗的循環(huán)水管道埋地敷設(shè)在架空管廊下方。這樣可以減輕上部架空管廊荷載，節(jié)約造價(jià)。

最后，獲得的就是最優(yōu)的管廊斷面。

4 管道支架的布置

管道支架一般考慮僅承受管道的重力和摩擦力即可，管道支架的間距首先應(yīng)該是要符合規(guī)范的要求，并按管道斷面內(nèi)最小口徑管道所允許的剛度和跨度設(shè)置管道支架。如果局部地方不允許設(shè)置管道支架，如架空管廊在穿越道路時(shí)，只能在道路兩側(cè)設(shè)置支架。

在管道支架的定位時(shí)，建議考慮能否充分利用鋼管管道的剛度。對于鋼管而言，都會(huì)有一個(gè)最大允許跨度的概念。管徑越是粗，管道本身的剛度也越大。如果能充分利用管道的剛度，即管道支架的設(shè)置按照滿足管道剛度的需求，則可采取將管道直接設(shè)在管道支架上的做法，無須再設(shè)置支撐管道的鋼結(jié)構(gòu)絎架了，可以節(jié)省大量鋼結(jié)構(gòu)的土建費(fèi)用。這是在管道支架設(shè)計(jì)時(shí)必須加以注意的。在滿足功能需求的前提下，支架數(shù)量越少，不僅利于控制工程投資，也會(huì)對全廠總圖布置產(chǎn)生最小的影響。

5 管道系統(tǒng)的排氣

對于循環(huán)水系統(tǒng)而言，管道系統(tǒng)積氣難于排除是系統(tǒng)正常運(yùn)行的一大障礙。管道系統(tǒng)積氣會(huì)造成管道中的氣與水混合流，使管網(wǎng)流量和壓力容易產(chǎn)生波動(dòng)，無法滿足生產(chǎn)的要求。特別對于密閉式循環(huán)水系統(tǒng)而言，積氣所造成的問題影響更加嚴(yán)重。

架空水道管廊本身的管道就為架空敷設(shè)，是管道向上翻的重點(diǎn)。另外在架空管廊從循環(huán)水處理站接向主工藝單元車間的過程中，需要越過道路或是與其它管線、構(gòu)筑物相碰，很可能需要將管道向上抬高或是向下降低，都非常容易造成積氣點(diǎn)。因此，必須采取措施排除管網(wǎng)中的積氣。

目前，最簡單可靠的方法就是設(shè)置排氣閥。排氣閥首先要設(shè)置在各段管網(wǎng)的最高處。其次排氣閥的設(shè)置要便于維護(hù)和檢修，必要時(shí)應(yīng)考慮排氣閥的檢修平臺等。排氣閥在排氣同時(shí)總會(huì)帶出少量的水，因此排氣閥不能設(shè)置在噴出水后會(huì)產(chǎn)生惡劣影響的地方。排氣閥也不能設(shè)置在道路的上方。

6 結(jié)語

架空水道管廊就如同工廠的生命線，承擔(dān)著輸送循環(huán)水的重要任務(wù)。設(shè)計(jì)管廊，要技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、便于生產(chǎn)維護(hù)并且要求美觀，對于設(shè)計(jì)工作提出了很高的要求，必須要有周密的考慮和詳細(xì)的計(jì)算。