王文淵

（內(nèi)蒙古國華準格爾發(fā)電有限責任公司，內(nèi)蒙古 準格爾 017000）

0 引言

準電公司廠區(qū)給排水系統(tǒng)已運行20 多年，由于管道腐蝕嚴重，目前系統(tǒng)泄漏頻繁且漏點分散。管道敷設(shè)位置以廠區(qū)道路旁綠化帶為主，局部穿馬路，鋪設(shè)方式有直埋和架空2 種，每次發(fā)生泄漏時查找泄漏點較為困難，維修工作量較大，對綠化帶樹木、草皮以及廠區(qū)各路口的道路破壞也較大，而且局部性的維修不能解決根本性問題。從管道腐蝕滲漏情況現(xiàn)狀分析，在今后的生產(chǎn)運行過程中，極大可能還會出現(xiàn)多點、大面積的泄漏情況，使電廠的安全生產(chǎn)存在較大隱患。為避免以上問題的發(fā)生，該文對全廠的給排水系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，以便從根本上有效、系統(tǒng)性地解決現(xiàn)存問題。

1 管道泄漏原因分析

首先，電廠二期建廠已有20 多年，三期建廠已有15年，所有給排水管道均采用鋼管制作，鋼管內(nèi)、外壁存在緩慢的、長時間的腐蝕問題，管道銹蝕嚴重的位置壁厚變薄，管道不能承受介質(zhì)的壓力，出現(xiàn)滲漏或爆管等現(xiàn)象。廠區(qū)臨近塔哈拉川城區(qū)景觀河，地表層含水豐富，加快了腐蝕速度。其次，土質(zhì)疏松、管道滲漏以及鍋爐維修改造等原因，使地面發(fā)生了不同程度的沉降，導致管子斷裂，出現(xiàn)了嚴重泄漏。再次，冬季寒冷，架空管道的保溫效果逐年下降，導致管道內(nèi)介質(zhì)結(jié)冰，進而造成管道堵塞甚至泄漏。從次，管道安裝施工過程對管外壁局部不同程度的損壞加快了腐蝕，并造成泄漏。本次給排水系統(tǒng)治理對廠區(qū)地下工業(yè)水管、地下水管、消防水管、采暖管道漏點頻發(fā)以及腐蝕嚴重的管道進行了更換，新更換的管道采用了運行安全、經(jīng)久耐用、漏損減少、施工和維護方便且經(jīng)濟合理的管材[1]。

2 給排水管道治理方案

2.1 管道材料選擇

綜合使用環(huán)境、介質(zhì)壓力以及外部承受壓力等因素，生活水管道和工業(yè)用水管道材料的選擇確定為鋼絲網(wǎng)骨架塑料復合管。該管道以高強度過塑鋼絲網(wǎng)骨架和具有熱塑性的塑料聚乙烯為主要成分，鋼絲纏繞網(wǎng)增加了管道強度，高密度聚乙烯（HDPE）增加了管道塑性，兩者僅密連接，使之具有優(yōu)良的復合效果。既克服了鋼管和塑料管各自的缺點，又保持了各自的優(yōu)點。鋼絲網(wǎng)骨架塑料復合管不滋生微生物，可保證流體不受二次污染。優(yōu)良的機械強度，既具有鋼管的機械強度，又具有塑料管的耐腐蝕性，對沖擊、彎曲、壓力和強度的外力影響有很強的承受力。外壁防腐層不受運輸、施工過程中的磕碰、摩擦外力的影響，使用壽命可長達60 年以上。復合鋼管管道以施工方便的承插式連接方式代替管道現(xiàn)場焊接，安裝費用比焊接節(jié)省80%，不需要二次防腐，安裝效率提高20 倍以上。鋼絲網(wǎng)骨架塑料復合管的管道接口采用電熔連接，施工較為方便，接口處需要連接件。由于管道內(nèi)部輸送高溫介質(zhì)時，鋼絲網(wǎng)骨架塑料復合管會因長時間高溫出現(xiàn)變形和老化，因此采暖管道選用熱鍍鋅碳素預制鋼管。熱鍍鋅鋼管的鍍鋅層附著力強，比普通碳素鋼管具有耐腐蝕能力強的優(yōu)點。消防管則采用不銹鋼管或者表面涂有環(huán)氧煤瀝青防腐層的碳素鋼管。從設(shè)計角度考慮，消防管道需要承受較大壓力，因此不可采用塑料復合管。本期工程的采暖管道與消防管道均采用金屬管，并做了防銹、防腐處理，增加了管道的使用壽命，提高了改造的可行性。

2.2 管道壁厚計算

經(jīng)系統(tǒng)優(yōu)化后，有些部位的管子因設(shè)計壓力和流量的改變需要重新計算后進行更換，如二、三期采暖管道和消防系統(tǒng)管線。根據(jù)管道內(nèi)介質(zhì)、溫度、壓力和使用環(huán)境的不同，設(shè)計壁厚的計算標準及公式略有差異，如采暖管道地上敷設(shè)和管溝敷設(shè)的應(yīng)力取值、管壁厚度計算、補償值計算及應(yīng)力驗算應(yīng)按《火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計規(guī)范》DL/T 5054—2016的規(guī)定執(zhí)行[2]。按外徑確定壁厚，最小壁厚計算如公式（1）所示。

式中：P為管道設(shè)計壓力；Sm為管子最小壁厚（mm）；D0為管子外徑（mm）；Y為修正系數(shù)；[σ]t為鋼管在設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力（MPa）；η為許用應(yīng)力的修正系數(shù)；C為腐蝕、磨損和機械強度要求的附加厚度。

管道選用的實際壁厚應(yīng)包括腐蝕裕量公式，如公式（2）所示。

式中：Sc為實際壁厚；m為管道產(chǎn)品技術(shù)條件中規(guī)定的最小壁厚負偏差，取百分數(shù)。

通過上面2 個公式的計算，采暖管道的實際壁厚應(yīng)大于等于表1 數(shù)值。

表1 采暖管管道規(guī)格及壁厚結(jié)果統(tǒng)計表

工業(yè)水管道設(shè)計壁厚則采用《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》GB 50316—2008 計算。消防水管道設(shè)計壁厚應(yīng)按《壓力管道規(guī)范》GB 20801—2020 計算，適用的標準不能混淆，否則會因壁厚選擇不當而為管道運行時埋下泄漏甚至爆管等隱患。計算過程中的修正系數(shù)（或稱之為設(shè)計系數(shù)）也很重要。該項目采暖管道選用的螺旋縫鋼管的修正系數(shù)為0.8。消防水管道選擇的是無縫鋼管，修正系數(shù)選擇1.00，無論如何選擇都是為保障管道的安全運行，但切勿一味追求越厚越好，要兼顧材料成本，避免造成成本浪費。

2.3 給排水改造方案

據(jù)統(tǒng)計，2019 年至今，給排水系統(tǒng)各管線由于系統(tǒng)設(shè)計存在局限性且不能適用當前機組等配套設(shè)施功能，如給水系統(tǒng)壓力不足、消防系統(tǒng)需要升級改造、廢水不能充分利用以及水資源浪費嚴重等問題，加之在線服役時間的增長，因此泄漏情況逐年增多，維修和處理頻率加劇。本期工程對原有管道系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，將原有架空管道能夠?qū)崿F(xiàn)落地安裝的都進行直埋，直埋方式不僅美化廠區(qū)建設(shè)、減少施工障礙且直埋后的管道抗凍性能更好。直埋管道應(yīng)繞開廠區(qū)綠化、馬路和基礎(chǔ)建設(shè)等不利于維修的位置，管道設(shè)計標高基本維持原設(shè)計標高，管道埋深為室外地坪下3m（防凍層以下）。為保證廠區(qū)水量供應(yīng)，管網(wǎng)布局采用環(huán)狀管網(wǎng)布置，環(huán)狀管網(wǎng)能夠保障供水安全，某一段管道發(fā)生泄漏時，只需將兩端管道閥門關(guān)閉，斷水的范圍較小，水質(zhì)也更有保障。管道局部布置簡圖如圖1 所示。并對其管道經(jīng)過區(qū)域的土質(zhì)進行勘測，防止發(fā)生地面沉降導致管道出現(xiàn)泄漏等問題。不能繞行的采用砌筑方式讓管道在其內(nèi)部布置，各直埋管線在地表上方做好標識樁，標識內(nèi)容包括管道名稱、深度、介質(zhì)以及流向等信息。改造方案中還同時考慮了減少管道敷設(shè)長度、主干管線延長方向與水流方向相同、避開現(xiàn)有建筑和原有固定管道以及相鄰管道之間距離等因素。整體改造后能夠保證體統(tǒng)正常并經(jīng)濟運行，并大大防止泄漏的發(fā)生，節(jié)省了維護成本。

圖1 給排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計局部簡圖

2.3.1 工業(yè)給水系統(tǒng)

工業(yè)水入廠有4 根管線，將其合并聯(lián)絡(luò)為3 根供水管線（管徑DN500mm），其中一根工業(yè)水管線供水正常，另一根管線給橡膠壩單獨供水，第三根管線隔離備用，第四根管線加裝盲板，作為地下水管線給市政供水。廠內(nèi)工業(yè)水主管線分3 路為生產(chǎn)補給供水，其中布置一條管線為三期供水，總長度為2055m，其余2 根管線為二期生產(chǎn)系統(tǒng)供水，總長度各為1908m。工業(yè)水管線安裝閥門共計61 套。經(jīng)工業(yè)水泵升壓后，水壓可以滿足各用水點的要求，經(jīng)獨立的工業(yè)水管網(wǎng)將水送至各工業(yè)用水點。

2.3.2 地下水管線

廠內(nèi)新增生活水供水系統(tǒng)與原地下水管線相聯(lián)絡(luò)，為公司生活用水提供補給。新增生活水供水系統(tǒng)設(shè)主、備2 個水源，主水源為由薛家灣二號高位水池來水供給，備用水源為電站尾水渠內(nèi)的水。地下水管線入廠二路管徑DN400mm，3次門后二路管線管徑變?yōu)镈N300mm，2 條管線互為備用，地下水1 號管線總長度為1818m，2 號管線總長度為1908m。地下水管線閥門共計38 套。

2.3.3 消防系統(tǒng)

水消防系統(tǒng)需要分設(shè)獨立的自噴消防供水系統(tǒng)和消火栓消防供水系統(tǒng)。消防水管線分二期和三期2 套系統(tǒng)，同時新設(shè)一套獨立的消火栓消防供水系統(tǒng)，為臨時高壓系統(tǒng)。主管網(wǎng)采用DN300mm 的鍍鋅碳鋼管。消防地下管網(wǎng)系統(tǒng)從升壓站、主廠房周圍、輸煤區(qū)域和燃油庫區(qū)域分別敷設(shè)，全廠消防水系統(tǒng)形成大環(huán)網(wǎng)，遍布生產(chǎn)及生活區(qū)域。廠區(qū)內(nèi)所有建筑周圍就近都布設(shè)了地下消火栓，地下消火栓型號為DN65/DN100。按照有關(guān)消防規(guī)范的要求，本期在主廠房內(nèi)、變壓器和輸煤系統(tǒng)等區(qū)域設(shè)有相應(yīng)的自動水消防系統(tǒng)，在三期主廠房內(nèi)的主控室、電子設(shè)備間和配電間等區(qū)域設(shè)有低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)和潔凈劑氣體滅火系統(tǒng)。

2.3.4 采暖系統(tǒng)

管道采用預制保溫管道，預制保溫不僅施工難度小、時間短且防腐性能較好，具有管道不易腐蝕、故障率較低等優(yōu)點。管道連接處焊接成型后進行保溫處理且直埋地下，可最大程度降低熱量的流失。采暖系統(tǒng)最容易出現(xiàn)泄漏的是回水不暢的位置，回水不暢位置水溫較低，在寒冷冬季，回水管道和散熱設(shè)備會出現(xiàn)跑、冒、漏等問題?；厮粫车墓艿缼缀醵荚跓o人值守且房屋封閉不嚴的設(shè)備間，如循環(huán)水泵房、加藥間、中水區(qū)域、物資庫、消防樓、消防泵房以及氫站。將這些地方的采暖管道的回水管管徑加粗，更換陳舊散熱設(shè)備，以保證水路暢通，解決回水不暢問題。主干管中切斷閥門采用金屬全焊接球閥，閥門的耐溫均為130℃，閥門耐壓均為1.6MPa，以確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

2.3.5 排水系統(tǒng)

2.3.5.1 生活污水系統(tǒng)

廠區(qū)設(shè)獨立的生活污水下水道。本期工程的主廠房和各輔助建筑物的生活污水經(jīng)廠區(qū)生活污水下水道收集后排入二期已建成生活污水處理設(shè)施，處理后回用。并將濕冷方案作為循環(huán)水補給水，空冷方案作為渣斗冷卻水補給水。

2.3.5.2 工業(yè)廢水系統(tǒng)

廠區(qū)設(shè)獨立的工業(yè)廢水下水道，用于收集主廠房沖洗排水和空壓機冷卻水等工業(yè)排水。排至工業(yè)回收水池，經(jīng)凈化設(shè)備處理后，將濕冷方案作為循環(huán)水系統(tǒng)補給水源，空冷方案作為脫硫用水、輸煤系統(tǒng)沖洗水和干除灰用水。工業(yè)廢水處理系統(tǒng)采用成套的工業(yè)廢水處理設(shè)備，處理工藝為沉淀—氣浮—過濾，處理能力為2×150m/h。處理合格后作為廠區(qū)沖洗綠化用水、脫硫用水、除灰用水和運煤用水使用。工業(yè)廢水處理車間內(nèi)設(shè)有污泥脫水設(shè)備，負責處理澄清及氣浮裝置的排泥。

3 給排水管道施工

3.1 施工要點

管道施工的質(zhì)量決定管道系統(tǒng)的使用壽命和維修成本。因此加強安裝質(zhì)量控制，特別是過程控制尤為重要。給排水管道施工主要包括技術(shù)準備→溝槽開挖→安裝管道→管道防腐隔熱→耐壓試驗→回填。本期工程施工難度大，和新建廠區(qū)內(nèi)的管道施工有明顯不同，改造會破壞廠區(qū)的道路、綠化和基建等，施工空間也會被現(xiàn)有建筑所阻礙，因此在施工時要做好防護和警示標識，確保安全施工，并為保證施工質(zhì)量提供必要的條件，施工結(jié)束后恢復其原貌或功能。

3.2 技術(shù)準備工作

管道入場后對管道進行原材料的入場驗收，質(zhì)量證明書齊全，經(jīng)驗收合格后方可進行安裝。安裝人員要熟知管道的走向及布置，復核管基線、邊線以及標高等信息。制定施工作業(yè)指導書，加強施工過程的監(jiān)督和檢驗，保證管道施工（焊接、熱熔、承插）質(zhì)量。

3.3 溝槽開挖

施工空間有限，為保證施工質(zhì)量，選擇人工開挖。溝槽開挖前確認土質(zhì)和溝槽深度，做好防止塌方的措施準備，如有地下水淤積情況，應(yīng)排除地下水后進行溝槽開挖。按設(shè)計要求保證開挖敷設(shè)管道的溝底標高，槽底須按要求夯實，并用水平儀校驗墊層的平整度。溝槽經(jīng)相關(guān)部門負責人確認合格后才能進行管道敷設(shè)和安裝。

3.4 管道安裝

管道安裝應(yīng)滿足始裝節(jié)的里程偏差不超過±5mm，彎管起點的里程偏差不應(yīng)超過±10mm。始裝節(jié)兩端管口垂直度偏差不應(yīng)超過±3mm。管道敷設(shè)除排水管道應(yīng)保證水平和平直，管道水平高差每米不超過1mm，累計高差不大于10mm，直線度每米不超過1mm，累計長度不超過15mm。

3.5 管道防腐隔熱

焊接完成并經(jīng)無損探傷合格后對表面進行防腐處理。對需要保溫的管道，保溫層厚度應(yīng)符合標準和設(shè)計要求，同層壓縫，異層錯縫，保證每側(cè)保溫材料均緊密貼實。

3.6 管道水壓試驗

管道安裝后需要按規(guī)范要求做水壓試驗。工業(yè)水管、地下水管按《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB50268—2008 中的規(guī)定做水壓試驗，試驗壓力為工作壓力+0.5MPa 且不小于0.9MPa。消防水管按《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》GB50974—2014 中的規(guī)定做水壓試驗，試驗壓力為工作壓力+0.4MPa。根據(jù)CJJ28—2014《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范》標準要求，在管道試壓結(jié)束后，應(yīng)采用水力直排和循環(huán)清洗對管網(wǎng)進行清洗。清洗時，先啟動采暖加熱站補水泵注水并保持一定的壓力狀態(tài)進行直排，然后再啟動采暖加熱站內(nèi)循環(huán)泵，使管網(wǎng)中的水以不小于1m/s 的流速循環(huán)。熱力管網(wǎng)各排污點定時排污，同時利用補水及排水裝置不斷地補水、排水，直至達到管網(wǎng)清洗要求為止。清洗水系統(tǒng)可以借用管網(wǎng)補水系統(tǒng)進行補水清洗。

3.7 回填

管道回填時需要注意軟細土填至高出管頂200mm 后才可回填原土，切勿將建筑垃圾等雜物填入其中。管道基礎(chǔ)回填土時，應(yīng)使用重新加墊灰土并夯實，確保管道基礎(chǔ)穩(wěn)定和施工安全。為避免損壞管道和防腐層，當在管頂以上1m 范圍填砂時，應(yīng)避免重型機械在其上直接碾軋。即使回填到設(shè)計地面標高后，當重型機械等設(shè)備的額定載重量在設(shè)計承重允許值時，在其上應(yīng)采取敷設(shè)鋼板等相應(yīng)措施，方可施工作業(yè)或通行[3]。

4 結(jié)語

該文對準電公司地下工業(yè)水管、地下水管（生活水）以及消防水管腐蝕嚴重部分進行了治理。首先，在材料上選擇抗腐蝕性能好、強度大、增加使用壽命且技術(shù)成熟的材料。其次，對廠區(qū)內(nèi)的給排水系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，以提高使用功能，保證系統(tǒng)的流暢性。再次，在施工過程中加強對各環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，提高施工質(zhì)量。改善現(xiàn)有系統(tǒng)水循環(huán)的弊病，提高管道的使用壽命，降低管道系統(tǒng)泄漏的頻率和維修成本。管網(wǎng)實施改造后，管網(wǎng)漏損水量可降低約15m3/h，可節(jié)約準電公司地表水及地下水補水量30m3/h，全年可節(jié)約補水量16.5 萬t。本治理項目技術(shù)、施工安裝可行，能滿足電廠地下給排水治理的需要，也給電廠帶來了較好的經(jīng)濟效益。