王廷虎

（烏魯木齊市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院（有限責(zé)任公司）新疆 烏魯木齊 830049）

1 帕爾崗鐵礦供水工程概況

鄯善縣帕爾崗鐵礦礦區(qū)位于鄯善縣城南約152km處，礦區(qū)距鄯善縣迪坎爾鄉(xiāng)地下水水源地約180km，通往礦區(qū)道路為土路，交通較為不便。道路沿線為丘陵荒漠區(qū)，無(wú)人居住。

帕爾崗鐵礦供水工程采用單條DN457壁厚8mm螺旋焊鋼管道輸水，起點(diǎn)在迪坎爾鄉(xiāng)附近，至迪坎爾檢查站附近開始進(jìn)入南山礦區(qū)，沿線依次設(shè)置帶前池型14級(jí)泵站，凈揚(yáng)程1728 m。全長(zhǎng)175km，設(shè)計(jì)流量0.125m3/s，建成后實(shí)現(xiàn)供水量356.4萬(wàn)m3/a。具體參數(shù)見泵站特性表1。

2 長(zhǎng)距離加壓輸水管道管材的選擇

長(zhǎng)距離加壓輸水工程如何優(yōu)選泵站級(jí)數(shù)是選擇輸水管材的關(guān)鍵，不同材質(zhì)的管材其承壓能力是不同的，承壓能力大的管材所選泵站級(jí)數(shù)少，相反承壓能力小的管材所選泵站級(jí)數(shù)多。根據(jù)國(guó)內(nèi)水泵生產(chǎn)技術(shù)能力和管材生產(chǎn)能力，本工程地形落差1378 m，可以選擇7級(jí)泵站，每級(jí)揚(yáng)程250 m，這樣管材壓力等級(jí)就得選3.0 MPa；可選擇14級(jí)泵站，每級(jí)揚(yáng)程130 m，這樣管材壓力等級(jí)就得選1.6 MPa。根據(jù)泵站級(jí)數(shù)優(yōu)選的結(jié)果，管材壓力選擇在1.6 MPa以內(nèi)。

結(jié)合本工程特點(diǎn)，當(dāng)?shù)販夭畲螅匦纹鸱?，基礎(chǔ)大部分為巖石。針對(duì)常用的輸水管道鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管選擇說明比較如下：

2.1 鋼管

鋼管是用普通碳素鋼鋼板制作，它的強(qiáng)度高、韌性好，管材及管件易加工。目前市面上生產(chǎn)的地理鋼管均進(jìn)行了工廠化的防腐處理，按工藝處理不同有：涂塑鋼管、3PE防腐鋼管、FBE防腐鋼管。本工程選用F B E防腐鋼管，管徑DN457，壁厚8mm，能夠承受2.0 MPa以內(nèi)工作壓力。管材價(jià)格742.21元/m。

2.2 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管被廣泛應(yīng)用于自來(lái)水管道、污水管道、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水管道工程中。由于球墨鑄鐵管強(qiáng)度高、可塑性好、經(jīng)久耐用，因而使用廣泛。本工程所比選球墨鑄鐵管選用K8級(jí)DN500，水泥砂漿內(nèi)襯，外噴涂煤瀝青漆，能夠承受2.0 MPa以內(nèi)工作壓力。管材價(jià)格890.62元/米。

2.3 玻璃鋼管

玻璃鋼管全稱為玻璃纖維增強(qiáng)熱固樹脂夾砂管（簡(jiǎn)稱FRPM），F(xiàn)RPM在歐美等國(guó)家受到廣泛使用，我國(guó)近些年生產(chǎn)使用開始增加。玻璃鋼管內(nèi)壁光滑，設(shè)計(jì)粗糙系數(shù)通常取0.009（曼寧公式），無(wú)需防腐，重量輕，接口為柔性接口，抗震性能較好；但施工回填要求高。本工程所比選玻璃鋼管選用K8級(jí)DN500，管材價(jià)格504.5元/米。

綜上對(duì)比，考慮本工程屬于中小口徑輸水管道，工程量較大，但工期緊。從經(jīng)濟(jì)方面看，雖然夾砂玻璃鋼管每米單價(jià)均低于其它管材，但其施工要求高，且管材質(zhì)量層次不齊?？紤]鋼管的性價(jià)比高，更適應(yīng)本工程技術(shù)特點(diǎn)，再加上本地就生產(chǎn)螺旋焊管，故最終確定管材為鋼管。

3 長(zhǎng)距離加壓輸水管道管徑的選擇

長(zhǎng)距離加壓輸水管道工程包括管道工程和泵站工程兩部分。如何既減少工程的一次性投資，又能減少泵站后期運(yùn)行管理費(fèi)用是選擇輸水管徑的關(guān)鍵。本工程采用費(fèi)用現(xiàn)值最小法確定輸水管管徑。選擇管徑的技術(shù)要求為管內(nèi)流速不得小于0.6m/s，設(shè)計(jì)選擇DN377、DN426、DN457三種管徑進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算出各個(gè)管徑對(duì)應(yīng)管道的投資，各個(gè)管徑對(duì)應(yīng)泵站的投資，各個(gè)管徑對(duì)應(yīng)年運(yùn)行費(fèi)（主要考慮電費(fèi)），然后按費(fèi)率和年限進(jìn)行折現(xiàn)，選擇費(fèi)用總現(xiàn)值最低的管徑。

表1 泵站特性表

表2 管徑選擇比較表

本工程計(jì)算參數(shù)如下：供水流量450m3/h，單條管道輸水，輸水線路長(zhǎng)為175km，管道糙率系數(shù)n=0.012，折現(xiàn)率i=6%，折現(xiàn)年限N=15 a，年運(yùn)行天數(shù)330天。

通過計(jì)算，本工程457mm管徑為經(jīng)濟(jì)管徑。通過本案例的計(jì)算分析不難看出，隨著所選管徑減小，費(fèi)用現(xiàn)值增長(zhǎng)較快。因此加壓長(zhǎng)距離輸水管道宜根據(jù)工作壓力選擇較大管徑，減少管路阻力，充分降低年運(yùn)行費(fèi)，使費(fèi)用現(xiàn)值最小。

4 長(zhǎng)距離加壓輸水管道工作壓力的選擇

加壓長(zhǎng)距離輸水管道工作壓力的選擇要根據(jù)加壓泵站級(jí)數(shù)的對(duì)比分析來(lái)確定。泵站級(jí)數(shù)多，管道工作壓力低；泵站級(jí)數(shù)少，管道工作壓力高。泵站級(jí)數(shù)多，管理節(jié)點(diǎn)多，流量不匹配問題突出，人工管理困難大，但總投資節(jié)約，技術(shù)上安全可靠；泵站級(jí)數(shù)少，流量匹配節(jié)點(diǎn)少，管理上較容易，但系統(tǒng)壓力大，風(fēng)險(xiǎn)大，一次性投資和后期維護(hù)費(fèi)用均較大。選擇14級(jí)泵站技術(shù)上安全可靠，經(jīng)濟(jì)上節(jié)約。根據(jù)管徑選擇分析成果看，采用鋼管和球墨鑄鐵管管材工作壓力一般為1.6 MPa時(shí)，管徑變化對(duì)價(jià)格影響較小。本工程選擇工作壓力控制在1.6 MPa以內(nèi)，泵站級(jí)數(shù)為14級(jí)，基本做到了技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的最佳組合。

5 長(zhǎng)距離加壓輸水管道防護(hù)

5.1 水錘的防護(hù)

在長(zhǎng)距離加壓輸水管道中，流速急劇變化而引起管道中水流壓力急劇升高或降低現(xiàn)象就是水錘。常見水錘有水泵啟動(dòng)水錘和突然停泵水錘。水泵啟動(dòng)水錘增壓不大，只要按正常開泵操作程序都不會(huì)造成影響。揚(yáng)水泵站輸水工程主要防護(hù)停電或事故停泵所產(chǎn)生的水錘，此種水錘壓力值大，危害嚴(yán)重。為了防止停泵引起的最大水錘升壓最大降壓，以及水泵最大反轉(zhuǎn)速可能引起的危害，本工程采取措施在泵出口管上設(shè)置二階段緩閉止回閥和超壓泄壓閥。

5.2 空氣閥的設(shè)置

在供水管道系統(tǒng)若干高處安裝一定數(shù)量空氣閥，既可在正常運(yùn)行時(shí)排除管道中的空氣，保證系統(tǒng)內(nèi)是單向流，不致出現(xiàn)有完全分隔時(shí)更為嚴(yán)重的水錘，同時(shí)還可以在管道內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓時(shí)補(bǔ)氣，防止產(chǎn)生負(fù)壓水錘。管道初次充水時(shí)，管道內(nèi)留有空氣，需要通過空氣閥排除。因此在輸水管道設(shè)計(jì)時(shí)，必須設(shè)置空氣閥，其數(shù)量應(yīng)根據(jù)沿線地形情況合理確定布置位置，每隔一定距離布置一個(gè)點(diǎn)。在駝峰處必須布設(shè)空氣閥，防止管道集氣，以確保管道輸水及安全。本工程在駝峰處布設(shè)空氣閥且選擇布置具有防彌合性水錘的空氣閥，同時(shí)在平緩段每隔800 m設(shè)置1處復(fù)合式空氣閥。

6 多級(jí)泵站輸水管道工程自動(dòng)化管理措施

隨著信息自動(dòng)化行業(yè)的快速發(fā)展，自動(dòng)化管理技術(shù)越來(lái)越廣泛運(yùn)用于水利工程管理。本工程線路長(zhǎng)，泵站多，需要關(guān)注的環(huán)節(jié)多，人工管理難度大。由于泵站級(jí)數(shù)多，各級(jí)之間流量匹配很難人工操作實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行常會(huì)出現(xiàn)前池溢水浪費(fèi)水資源的情況。由于泵站多，每處泵站的操作失誤或事故停泵都會(huì)對(duì)正常供水和系統(tǒng)安全造成影響，這在以往的工程中屢見不鮮，如何解決這些技術(shù)問題，本工程提出了相應(yīng)的技術(shù)措施和管理手段。泵站采用變頻控制充分消除流量匹配問題，通過監(jiān)測(cè)泵站系統(tǒng)重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，隨時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行情況，已達(dá)到系統(tǒng)正常運(yùn)行。本工程管道穿越羅布泊無(wú)人區(qū)，運(yùn)行管理均采用自動(dòng)化信息管理技術(shù)，鋪設(shè)了一條專用通信光纜，在水源地和礦區(qū)用水節(jié)點(diǎn)設(shè)置了中心管理站，隨時(shí)監(jiān)控管道和泵站以及水源地的系統(tǒng)運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。本工程泵站級(jí)數(shù)雖然多，但通過后期自動(dòng)化信息管理技術(shù)的運(yùn)用基本解決了其存在的問題。

7 結(jié)語(yǔ)

在加壓長(zhǎng)距離輸水管道設(shè)計(jì)中，管道部分投資過大，泵站部分后期年運(yùn)行費(fèi)用過高，都會(huì)影響工程效益，故必須綜合考慮揚(yáng)水泵站年運(yùn)行費(fèi)的降低和管道工程一次性投資的增加，這樣才能達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)組合。同時(shí)，由于泵站級(jí)數(shù)多，線路長(zhǎng)，自動(dòng)化管理措施必不可少，其將為系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行提供了技術(shù)支持，是帕爾崗鐵礦供水工程后期正常運(yùn)行的保障，為類似工程自動(dòng)化管理提供經(jīng)驗(yàn)。

[1]劉子慧.長(zhǎng)距離輸水工程[M].北京：水利電力出版社,2010.

[2]徐彬士.中國(guó)水利百科全書?城鄉(xiāng)供水與排水分冊(cè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2011.

[3]劉竹溪.水泵及水泵站[M].北京∶水利電力出版社,1995.