康勇（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710001）

南溝門水庫北線供水工程華能電廠輸水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)

康勇
（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院陜西西安710001）

本文對(duì)延安市南溝門水庫向華能電廠輸水所選用管道進(jìn)行了方案比選及詳細(xì)分析論證，最終管材采用了鋼管及球墨鑄鐵管。對(duì)同類管線供水工程有一定借鑒作用。

南溝門水庫；華能電廠；管材選擇；管徑技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選

1　工程概況

南溝門水庫位于延安市黃陵縣境內(nèi)，水庫壩址位于葫蘆河河口上游3km處的寨頭河村南溝門附近，距延安市約120km。華能延安電廠位于延安市洛川縣吉子現(xiàn)鄉(xiāng)，延安煤油氣資源綜合利用項(xiàng)目位于延安市富縣。

延安市南溝門水庫北線供水工程是向華能延安電廠項(xiàng)目及延安煤油氣資源綜合利用項(xiàng)目輸水的長距離調(diào)水工程，等別為Ⅲ等，最大年供水量為3210萬m3，主要建筑物有輸水隧洞、壓力管線、兩級(jí)加壓泵站和管理房建等組成。工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇洪水設(shè)計(jì)，100年一遇洪水校核，工程總投資約11億元。南溝門水庫北線供水工程向華能延安電廠項(xiàng)目最大年供水量為560.7萬m3，輸水線路從南溝門庫內(nèi)通過浮船式泵站一級(jí)加壓至串坡溝，在串坡溝內(nèi)設(shè)二級(jí)加壓站分別向西北方向華能電廠項(xiàng)目和北部延能化項(xiàng)目供水。華能電廠方向出水管為兩根DN400管道，出泵站廠房后沿串坡溝交通路右側(cè)布置，爬坡至塬頂吉子現(xiàn)鄉(xiāng)田村附近華能延安電廠項(xiàng)目區(qū)，線路總長約4.75km。

2　華能延安電廠輸水管道工程設(shè)計(jì)分析

2.1線路布置

表1　輸水管道管材性能比較表

華能延安電廠輸水管線采用DN400雙管布置，起點(diǎn)為二級(jí)站泵站出水管，廠區(qū)地面高程854m，終點(diǎn)為華能延安電廠廠區(qū)東側(cè)預(yù)留管道接口處，供水末端地面高程為1109.5m，預(yù)留21m水頭。華能延安電廠輸水管線線路總長4.75km，其中管道右線長4749m，左線長4719m。管道設(shè)計(jì)流量為0.27m3/s，正常工況單管輸水流量0.135m3/s，事故工況單管流量0.189m3/s，采用DN400雙管輸水，管材為鋼管和球墨鑄鐵管，管頂以上覆土厚度在2m～5m左右。管道沿途地形起伏很大，最大高差近270m，管道靜水壓力較大。

2.2管道根數(shù)和間距

根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50013-2006）7.1.3條及《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》（CECS193-2005）3.1.2規(guī)定，輸水干管一般不宜少于兩條，輸水管道的聯(lián)通管道斷面和根數(shù)，應(yīng)按任何一段發(fā)生故障時(shí)仍能通過事故流量計(jì)算確定。本工程供水對(duì)象為重要的延安華能電廠生產(chǎn)生活用水，設(shè)計(jì)水平年供水量560.7 萬m3，且水源為唯一水源，供水保證率95%，從工程的重要性及工程安全要求考慮，本次設(shè)計(jì)輸水管道采用雙管。

給水管道之間的最小距離，應(yīng)根據(jù)建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)、衛(wèi)生安全、管道埋深、管徑、管材、施工方法、管道設(shè)計(jì)壓力等因素確定。根據(jù)《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》，兩條壓力管道并行時(shí)，應(yīng)考慮相互之間有一定的防沖刷距離（一般為10m），以保證一條管道損壞時(shí)，另一條輸水管仍可安全運(yùn)行。根據(jù)調(diào)查了解，實(shí)際工程中，兩條管線的間距基本為管徑的1倍～2倍。鑒于本工程很重要，又處于地廣人稀、環(huán)境惡劣的黃土高原地帶，管道壓力較高段管道間距采用≥10m，管道間距無法滿足時(shí)采用加強(qiáng)管壁厚度和管材防腐等級(jí)，并采用C20砼包裹管道等措施予以解決。

2.3管材、管徑確定

（a）管材選擇

由于輸水管道揚(yáng)程高，管道內(nèi)壓大。管材應(yīng)能保證良好的輸水能力、材質(zhì)無毒、安裝方便、維修簡單、耐磨蝕、使用年限長、造價(jià)相對(duì)便宜。

不同管道材料，其水力學(xué)特性、耐久性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工難易等方面是不同的。管材是影響工程造價(jià)的主要因素。對(duì)于高壓力、小口徑的長距離輸水工程，目前常用管材有：鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）等。它們的管材性能比較見表1，價(jià)格比較見表2（該價(jià)格為包括管道制作、運(yùn)輸、防腐等在內(nèi)的價(jià)格）。

由表1、表2及各種管材在市場中的信譽(yù)度可以看出：

（1）從水力學(xué)性能考慮，三種管材表面摩阻系數(shù)相當(dāng)，即水力學(xué)特性相當(dāng)。

表2　管材價(jià)格比較表

（2）由于鋼筒混凝土管公稱壓力不易＞2.0MPa，所以用稱稱＜2.0MPa的三種管材從經(jīng)濟(jì)角度來比較，同管徑滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)的球墨鑄鐵管價(jià)格最低，鋼管次之，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管價(jià)格最高。

（3）從管道接口來說，鋼管采用焊接，其余管材均為承插口連接、橡膠圈密封。

（4）從管道重量及施工方面看，鋼管、球墨鑄鐵管重量較輕，施工方便；預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管重量較重，施工稍有不便。

（5）從耐腐蝕角度出發(fā)，鋼管耐腐蝕較差，球墨鑄鐵管耐腐蝕次之；預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管耐腐蝕性能良好，但是需要陰極保護(hù)。

（6）從安全性及市場信譽(yù)度來說，小管徑鋼管、球墨鑄鐵管承壓性能高，適應(yīng)性廣；預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管安全性及市場信譽(yù)度良好。

（7）從管材的壽命比較，鋼管稍短，球墨鑄鐵管的壽命與預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管壽命在50年以上。

綜合比較，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管由于價(jià)格高、承壓性能有限，不宜用于本工程；鋼管雖然價(jià)格高，但承壓高、適應(yīng)性強(qiáng)，用于本工程的高壓段及重要交叉建筑物處；墨鑄鐵管價(jià)格最低，承壓性能高，施工方便。所以鋼管和球墨鑄鐵管是本工程的推薦管材。

（b）管徑比選

管徑選擇與經(jīng)濟(jì)流速、水頭損失、水錘壓力及水泵選型有關(guān)。管道流速是管徑選擇的重要條件，流速高，管道直徑小，但水頭損失也大，泵站揚(yáng)程高，運(yùn)行費(fèi)高，能源消耗大，產(chǎn)生的水錘壓力也高。流速低，需要管道直徑大，但水頭損失小，泵站揚(yáng)程低，運(yùn)行費(fèi)低。依照一般工程經(jīng)驗(yàn)，長距離輸水比較經(jīng)濟(jì)的流速為0.8m/s～1.5m/s，本工程適用的管徑基本在DN300～DN500，最終確定需根據(jù)各種因素綜合確定。經(jīng)初步估算，本工程適宜選用DN350、DN400、DN450三種管徑，管徑技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表詳見表3。

表3　管徑技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

由表3可知，三種管徑直接投資依次為373、448、534萬元，DN400比DN350直接投資多75萬元，但比DN450少86萬元。三種管徑直接投資+年運(yùn)行電費(fèi)依次為958、987、1061萬元，DN400比DN350多30萬元，但比DN450少73萬元。由于DN350對(duì)應(yīng)水泵揚(yáng)程偏高，機(jī)組配套及管道水錘防護(hù)較困難，故舍棄DN350；顯然，DN400較DN450經(jīng)濟(jì)。綜合考慮，選用DN400管徑。

南溝門水庫向華能延安電廠輸水經(jīng)過綜合分析論證，采用雙管供水，管道壓力較高段管道間距不小于10m，管道間距無法滿足時(shí)采用C20砼包裹管道的措施予以解決。管材管徑經(jīng)技術(shù)比較后選用DN400管徑的鋼管和球墨鑄鐵管，鋼管（P=4. 8MPa）累計(jì)長度為4363m，球墨鑄鐵管（P=2.5MPa）累計(jì)長度4549m，選取管徑較為經(jīng)濟(jì)，投資較省。

3　結(jié)語

華能延安電廠是陜西省規(guī)劃建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，一期機(jī)組建成后，年發(fā)電量約66億kW·h，一期年用水量約245.7萬m3，南溝門水庫北線供水項(xiàng)目就是向該項(xiàng)目輸水，根據(jù)上述對(duì)管材、管徑的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選，所選管道管徑不僅節(jié)約了工程投資，而且滿足了工程的可靠性。目前南溝門水庫北線供水工程正在緊張建設(shè)過程中，期望該工程能早日向延安華能電廠輸水，發(fā)揮工程應(yīng)有效益。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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