输水管道保护

输水管道保护（共7篇）

输水管道保护 篇1

0前言

某核电站输送海水管道为钢质管道 (TU42B) , 内壁涂覆Interzone 954油漆, 同时实施外加电流阴极保护系统进行联合防护。经调试 (约1.5 a) 和一个换料周期 (1 a) 运行后, 发现管道内壁部分区域防护层大面积鼓泡, 与设计寿命40年破损≤50%相差较大。以下对这种失效原因进行分析, 并对阴极保护系统的防腐蚀能力加以估评, 以确定其维修方案。

1 失效原因分析

1.1 防护涂层

检查发现, 防护涂层失效位置主要集中在阴极保护系统辅助阳极附近, 且防护层的鼓泡呈炸裂状, 破损处有白色沉积物堆积, 除去堆积物, 管道未见腐蚀痕迹。

1.2 阴极保护系统

管道长约280 m, 阴极保护系统为悬臂式点状阳极分布, 安装有54只辅助阳极, 其最大间距为5.6 m;12只Ag/Ag Cl参比电极均匀分布于管道中, 将其所测的电位值加权平均值作为输入信号反馈至恒电位仪。阴极保护系统按照恒电位模式运行, 运行状态:2010年12月前多处于不稳定状态, 电位出现多次正向波动, 引起电流增大, 达到40 A;2011年4月开始, 各参比电极电位差突然增大, 其中R1.3, R2.3电位值接近-2 000 m V, 远超过阴极保护要求的-1 050m V, R2.2的电位值上升到-200 m V左右, 正于碳钢在海水中的自腐蚀电位 (-600 m V左右) [1], 电流逐渐增大, 约3个月后到达80 A, 且持续稳定, 远远高于设计值。发生以上情况的原因是: (1) 管道被阳极极化, (2) 参比电极发生故障。

拆卸参比电极用10%稀盐酸清洗后, 测得的12只参比电极与校准参比电极 (218型Ag/Ag Cl参比电极) 的电位差见表1。可见, 只有R1.6, R2.1 2只参比电极接近标准要求 (±5 m V) [2], 其余的偏离标准-480~-740 m V。而现场管道电位相对参比电极电位要求为-800~-1 050 m V, 其真实电位应加上校准测得的电位差, 以参比电极电位偏离取平均值-610 m V, 管道控制电位取平均值-925 m V, 计为-1 535 m V左右, 达到析氢电位, 管道表面阴极过程产生的大量OH-与防护层发生化学作用导致防护层被破坏[3]。从测量过程中同样发现参比电极在失效后不同时间段测量到的电位并不固定, 而是在不断变化, 因此参比电极已失去其基准功能, 反馈给恒电位仪的是虚假信号。

综合可知, 参比电极故障导致阴极保护系统反馈信号失真, 造成输出电流过大引起过保护, 进而导致防护层被损坏。因此, 参比电极故障是防护层失效的根本原因。

2 阴极保护系统评估

由于对防护层破损或老化的修复窗口较短, 需要多次分段修复, 因此急需评估阴极保护系统的保护能力, 以判断防护层的破损程度并进行维修。

常通过计算保护半径、电位分布获得阴极保护系统保护能力, 但不同的计算方法假设的条件不同, 计算结果的裕度存在差异。。

2.1 保护范围计算法

式 (1) 为点状辅助阳极保护半径 (L) 计算式[4], 保护电位按照标准选取-1.05 V[5]:

式中ΔU———被保护物阴极保护允许最正电位与最负电位之差, 有防护层时为0.25 V (最正电位-0.80 V, 最负电位-1.05V) , 无防护层时取0.40 V (最正电位-0.80 V, 最负电位-1.20 V)

d———管道直径, 取0.7 m

Js———有效保护电流密度, 等于裸钢保护电流密度j0=0.15 A/m2与防护层破损率f的乘积

R’———单位长度管道内海水电阻, R’=4ρ/ (d2π) , ρ为海水电阻率, 取0.25Ω·m

式 (1) 可简化为式 (2) :

该管道内不同防护层破损率下点状辅助阳极最大保护距离见表2。本系统中辅助阳极最大间距为5.6 m, 最大保护距离小于5.6 m时, 阴极保护系统不能达到防腐蚀效果, 需要对防护层进行维修。因此本系统防护层允许的最大破损率为30%。

注:*新涂装管道孔隙率约3%;**预计运行40年后破损率;***裸钢, 极限恶劣条件, 最负部分允许达到-1.20 V, 管道防护均由阴极保护系统承担。

2.2 管道内壁电位分布法

管道内壁阴极保护电位分布符合式 (3) 双曲余弦规律[6]:

式中E0———管道壁辅助阳极处电位

E———管道内壁距离辅助阳极点为x处的管壁电位

ρ———海水电阻率 (0.25Ω·m)

d———管道直径 (0.7 m)

L———辅助阳极间距

R———极化电阻

要求按照R=ΔU’/Js (ΔU’=0.2 V, 为管道施加阴极保护前的电位与施加阴极保护后的电位之差) , 根据上述公式计算间距为5.6 m时被保护管道内电位分布规律:随破损率增大, 管道内壁电位随距离变化速率迅速增大, 当防护层破损率达到70%时, 便不能满足近阳极点 (辅助阳极所在位置) 和远阳极点 (两只辅助阳极中心位置) 同时处于保护范围内 (-0.80~-1.05 V) 。因此, 当破损率达到70%时应安排窗口对防护层进行修复。

由于该管道所在系统承担该反应堆安全功能, 防护层破损率超过30%时应予以修复, 以保证管道系统处在保护状态下运行。

3 结论

(1) 过保护会导致防护层破损, 保护距离减小, 增大防护层和阴极保护系统失效的风险。运行过程中需要加大对阴极保护系统的维护力度, 保证管道内壁处于保护状态。

(2) 随防护层破损, 阴极保护系统对管道的保护能力将降低, 对管道防护层应有计划地修复, 由于该管道所在系统承担核反应堆安全功能, 防护层破损率超过30%时应予以修复, 以保证破损率始终保持在30%以下。

参考文献

[1]Stephen D C.ASM Handbook Vol.13B:Corrosion:Materials[K].Nevada:ASM International, 2005:672.

[2]BS 7361-1, Cathodic protection Part 1:Code of practice for land and marine applications[S].

[3]Armstrong R D, Johnson B W, Wright J D.An investigation into the cathodic disbondment of epoxy-polyamine protective coatings[J].Electrochim Acta, 1991, 36:1 915~1 923.

[4]Baeckmann W V著, 赖敬文译.阴极保护简明手册[K].北京:石油工业出版社, 1987:123~126.

[5]GJB 156A, 港工设施牺牲阳极保护设计和安装[S].

[6]McGrath J N, TigheFord D J.Time-dependent development of cathodic protection within pipes and its modeling[J].Corrosion, 1984, 40 (11) :604~605.

取水泵房输水管道项目改造 篇2

关键词：输水管道,现状分析,问题,方案论证

1 概述

谭屋角取水泵房2001年建成投产, 取水规模为30万吨/日, 为河南岸水厂和桥东水厂共用取水泵房。

河南岸水厂反应池设计水位标高为18.9M, 现供水量为18万吨/日, 输水干管为DN1600~DN800, 长约7.4Km。

桥东水厂反应池设计水位标高为23.5M, 日供水规模12万吨/日, 与河南岸水厂共用谭屋角取水泵房, 共用输水管线 (DN1600) 长约3.2Km。

两厂位置及管路走向如图1所示。

谭屋角泵房取水泵组资料见表1。

今年1-10月份谭屋角泵房最小吸水量为1月633.7939万立方米, 最大吸水量为8月854.494万立方米。其中今年1-10月份河南岸水厂和桥东水厂月最高日上水量、最低日上水量、月平均上水量见表2、表3。

2 存在问题

由于桥东水厂为斜管沉淀的处理工艺, 难以满足超负荷运行要求, 而河南岸水厂高峰期上水量不足, 供水量较大, 清水池常常逼近警戒水位, 两水厂共用谭屋角泵站, 同一泵站无法协调两个水厂上水量, 只有通过人为调节阀门减小桥东水厂上水量, 最大程度满足河南岸水厂上水量。河南岸水厂主要向南部供水, 由于其供水不足, 靠桥东水厂辅助向南部供水, 耗能较大, 达不到节能效果。

3 改造方案

为有效解决高峰期河南岸水厂上水量不足的问题, 制定以下方案:

方案1:择址新建一座取水泵房, 专供桥东水厂。考虑到桥东水厂离新开河排污口较近, 水源水质达不到标准, 泵房位置选择应尽量避开新开河, 水源选择仍然考虑取东江水。

方案2:并行原一期上水管敷设一条桥东水厂至谭屋角泵房的输水管道DN1200, 长约3.5Km, 与一期管道通过阀门联通, 新建管道直接连接在谭屋角泵房出水横管上。

方案3:并行原一期上水管敷设一条桥东水厂至谭屋角泵房的输水管道DN1200, 长约3.5Km, 与一期管道通过阀门联通, 新建管道与老管道独立, 泵组独立工作。

4 方案技术分析

方案一:水泵选用三台, 两用一备。输水干管DN1200, 输水干管长1800m。水力计算如下:

拟选水泵24SAP-18A三台, 水泵参数见表4。

方案二:

桥东水厂上水管道DN1200水力计算如下:

考虑到采用DN1000管道输送13万吨/日流量是流速达到1.7m/s, 已接近经济流速上限, 为留一定富余量, 采用DN1200管道各指标均在合理范围内。从计算可以看出当采用DN1200管道输水时h东<h南, 此时桥东水厂上水量比设计水量多, 可利用阀门对其进行调节, 使上水量得到平衡。

方案三:桥东水厂新建上水管道 (DN1200) 连接1台大机 (800S29) 和1台小机 (24SAP-18) ;河南岸水厂老上水管道 (DN1600) 连接2台大机 (32SAP-19E) 和1台小机 (24SAP-18) 。

管道水力计算同方案二, 只是管道泵房出口连接方式不同。

桥东水厂取水水泵参数见表5。

从泵组性能参数看, 流量和扬程均能满足要求。

河南岸水厂上水管道DN1600-DN800水力计算如下:

考虑管线沿途阀门及弯头, 局部阻力损失按沿程阻力损失的20%计算。

河南岸水厂取水水泵参数见表6。

从泵组性能参数看, 流量和扬程均能满足要求。

5 方案比选

根据以上方案技术论证和工程总投资比较, 增加一条DN1200上水管至桥东水厂与原上水管并联运行的方案经济可行, 故推荐方案2。

6 相关建议

笔者以实际情况出发对吸水泵房输水管道进行了分析并且制定了合理的方案。但是在实际实施过程中还要注意以下几个方面:①无论是从供水安全角度还是经济发展角度, 谭屋角泵房输水管道项目改造都非常迫切, 应尽快提高河南岸水厂的吸水量, 保证明年供水高峰期用水需求。②管道沿线经过农田、树林等区域, 涉及到青苗赔偿、迁移等费用, 征地工作应尽快开展。③管道过新开河, 施工难度较大, 应结合当地水文水利情况制订详细的施工方案。

7 总结

方案设计除了理论的计算, 更要考虑当地实际的各种因素。笔者通过对谭屋角泵房以及水厂现有输水管道的实际情况, 以及对整个输水管道的设计进行分析, 找出合理的建设方案, 并且针对可能出现的情况进行了充分的考虑。综上所述, 合理的水泵选型以及输水管管径是保证水厂供水能力的根本保障。

参考文献

[1]孙强.长距离输水管道抗水锤压力罐参数优化研究[D].哈尔滨工业大学, 2011.

[2]程鹏.摩阻对长距离输水管道水力过渡过程的影响研究[D].长安大学, 2012.

管道输水灌溉工程建设与管理 篇3

甘肃省民乐县洪水河灌区地处河西走廊中部, 是黑河流域一处大型自流灌区, 共辖洪水等6个乡镇、83个行政村和43个国营机关农场, 总人口10.05万人。现有耕地面积46万亩, 设计灌溉面积32.2万亩, 有效面积29.97万亩, 保灌面积22.2万亩。灌区建成中型水库1座, 库容2580万m3, 引水工程3处。干渠5条105.6km, 支渠43条140.8km, 建成田间渠系配套工程275条447.4km, 建成人饮及灌溉机井34眼, 基本形成了蓄、引、提灌相配套的灌溉网络。

二、推广低压管道工程的必要性

民乐县洪水河灌区是河西走廊中部一个以农业灌溉为主的大型灌区, 自1999年通过实施大型灌区续建配套与节水改造项目以来, 干、支渠防渗衬砌率有了较大数度的提高, 但田间渠系配套工程尚未完善, 灌水方法相对落后, 水的利用率较低, 灌水定额偏高, 导致灌溉供需矛盾突出, 加之灌渠内平均降水量不足350mm, 呈现出严重干旱、缺水的形势, 直接影响灌区农业的高产稳产。

灌区内主要有洪水河、玉带河、山城河三条主要河流, 均属黑河水系, 其年径最大流量2.3246亿m3, 最小0.8294亿m3, 亩均450m3, 人均1472m3, 因此, 灌区地表水资源开发潜力非常有限。随着工农业用水、生活用水以及城市用水的不断增加, 水资源显的更加短缺, 承载能力相对不足, 供需矛盾异常突出。在影响灌区工农业生产的诸多因素中, 干旱灾害是灌区农民增收、农村致富奔小康的最大威胁。一方面从水资源占有量来看, 灌区人均、亩均都低于全国、全市水平, 而且地表径流年内分布不均衡, 夏季缺水, 旱灾频繁, “卡脖子”旱严重, 每年有七八万亩农田不能适时适量的灌溉, 有5万亩农田无法灌溉而受旱减产。而另一方面, 大多数田间渠系配套工程修建于20世纪六七十年代, 工程老化失修, 水量渗漏损失相当严重, 加之用水结构与经济结构比例很不协调, 管理粗放, 水资源利用率不高, 浪费严重。同时水资源生态系统退化, 水源涵养能力下降, 水土流失严重, 水环境污染、水源恶化已露头角。这些问题的存在已严重影响到灌区水资源的可持续利用和经济社会的可持续发展。为了缓解水资源的供需矛盾, 加快灌区经济发展, 必须从挖潜改造、续建配套、节约用水、大搞节水型农业方面来提高灌溉水的利用率, 使有限的水资源得到合理利用。因此, 为了充分发挥水资源的综合效益, 合理改善灌溉条件, 充分利用灌区的地面落差, 采用自压管道工程输水灌溉合理可行, 节工、省时, 值得推广应用。

三、管道输水的优点

㈠直接由管道分水口分水进入田间灌溉 管道输水灌溉是以管道代替明渠输水灌溉的一种工程形式, 通过一定的压力, 将灌溉水由分水设施输送到田间直接由管道分水口分水进入田间沟、畦或分水口连软管输水进入沟、畦等地面进行灌溉。

㈡管道输水灌溉比土渠输水灌溉有着明显的优点 管道输水减少了输水过程中的渗漏与蒸发损失, 从主干渠直接引水至管道系统进行灌溉, 水的利用系在0.95以上, 灌区采用管道输水后比土渠输水节水30%左右, 比土渠灌溉节能20%~30%。

㈢渠灌工程输水流量大, 渠道占用耕地面积更大 灌区采用土渠输水一般占总耕地面积的2.5%~4.5%左右, 管道埋入地下代替土渠之后可增加2.5%~4.5%的耕地面积。所以渠灌工程输水流量大, 渠道占用耕地面积更大, 使有限的土地资源得不到充分利用, 浪费严重。在渠灌区实现管道灌溉后, 减少渠道占用耕地的优点尤为突出。对于高台县土地资源紧缺的现状, 具有显著的社会和经济效益。

㈣短轮灌周期, 改善田间灌水条件 管道输水灌溉糙率小, 比土渠输水快, 供水及时, 可缩短轮灌周期, 改善田间灌水条件, 有利于适时适量灌溉, 从而及时有效地满足作物生长期的需水要求。特别是在作物需水关键期, 土渠灌溉往往因为轮灌周期长、灌水不及时, 而影响作物生长造成减产, 管道输水灌溉较好的克服了这个缺点, 从而起到了增产增收的效果。

㈤避免跑水漏水、减少投资 管道代替土渠后, 避免跑水漏水, 节省管理用工, 减少投资、节省开支、减轻劳动强度, 在渠灌区, 省工的优点将更加明显和突出。

㈥扩大了灌溉面积 管道输水灌溉由于是自压供水, 可适应各种地形, 使原来土渠难以达到灌溉的耕地实现灌溉, 扩大了灌溉面积。

四、规划的基本原则

㈠坚持全面规划与合理安排的原则 管道输水灌溉系统规划属农田基本建设规划范畴。在原有农业区划和水利规划的基础上, 综合考虑与规划区内渠、路、林、田、输电线路、引水水源等布置的关系, 统筹安排, 全面规划, 充分发挥已有水利工程设施的作用。

㈡坚持近期需要与远景发展规划相结合的原则 根据当前灌区的经济状况和今后农业现代化发展的需要, 特别是节水灌溉技术的发展要求。如果管道系统有可能改建为喷灌或微灌系统规划时, 主管道应符合改建后系统压力要求的管材。这样, 既能满足当前的需要, 又可避免今后发展喷灌或微灌系统重新更换管材而造成巨大的浪费。

㈢坚持供水系统运行安全可靠的原则 管道输水灌溉系统能否长期发挥效益, 关键在于能否保证系统运行的可靠性。因此, 从规划一开始就要对水源、管网布置、管材、管件和施工组织等进行反复比较, 不可匆匆施工, 不能采用劣质产品, 做到对每一个环节严格把关, 确保整个管道输水灌溉系统的质量。

㈣坚持运行管理方便的原则 管理输水灌溉系统规划时, 应充分考虑工程投入运行后科学的运行管理。

㈤坚持优化设计方案的原则 管道系统规划方案, 要进行反复比较和技术论证, 综合考虑引水水源与管网线路, 调蓄建筑及分水设备之间的关系, 力求取得最优规划方案, 最终达到节省工程量, 减少投资和最大限度地发挥管道系统效益的目的。

五、灌溉制度的确定

㈠设计灌水定额 种植作物为一年两季, 小麦是需要大水量的作物, 而玉米生长期正逢雨季, 适时灌水即可满足, 蔬菜灌水次数多, 但定额小。因此, 设计时以小麦日需水量最高的灌浆期确定灌水定额。

㈡灌水次数 小麦在生育期除降雨外需补充的灌水量为157.5m3/亩, 灌水定额40m3/亩, 需灌水3次。按灌水经验, 分为返青水、拔节水、灌浆水。玉米生长期一般灌溉2次水即可。

㈢灌水周期 根据小麦需水规律, 其需水高峰在灌浆期间, 包含降雨在内的平均日需水强度, 取灌水周期为20d。

六、工程规划布置

㈠原则要求

1. 以原有水源为依据, 做到管理设施、路、管道统一规划、合理布局、统一管理、尽快发挥工程效益。

2. 依据地形、地块、道路等情况布置管道系统, 要求线路最短、控制面积最大、便于机耕、管理方便。

3. 管道尽可能双向分水, 节省管材, 沿路边及地块等高线布置。

4. 为方便浇地, 节水、省时。畦块不能过大, 应尽量采用小畦灌溉, 一般在0.3亩~0.5亩之间。

5. 对管道布置要有平面图, 留档保存, 便于以后维修养护。

㈡输配水方式 根据灌区地形和纵坡以及取水口等宜采用自压输水系统。利用地形自然落差所提供的自然水头满足管道系统在运行时所需的工作压力。

㈢按管布置形式 管道输水灌溉系统按管网形式可为“树状网”。水流从“树干”流向“树枝”, 即在干管、支管中从上游流向末端, 只有分流而无汇流。管道系统宜采用固定型式埋设, 各级管道及分水设施均埋入地下0.8m以下, 便于机械耕种, 固定不动。给水栓或分水口直接分水进入田间沟、畦。

㈣按管结构形式宜采用全封闭型式进行输水 在输水过程中, 管道系统不出现自由水面。在取水工程还应设管道进水闸、分水闸、拦污珊、沉砂池和水质净化处理设施及量水建筑物等。

㈤管材与管径的选择 当地劳力紧张, 工值较高, 故施工量不易过大, 由于地形较为复杂, 所以大部分管材选用聚氯乙烯管 (PVC硬管) , 小部分地形平缓地段采用当地县予制厂生产的钢筋混凝土管材。确定管材后, 按管材的投资与运行管理费之和最小为目标函数确定经济管径。

七、运行管理

㈠管道输水灌溉工程同其他水利工程一样, 必须正确处理好建、管、用三者的关系 建是基础, 管是关键, 用是目的。在保证管道系统建设质量的前提下, 只有管好用好工程设施, 才能充分发挥工程效益。因此, 管理灌溉工程的运行管理显得尤为重要。要加强管理, 必须建立、健全管理组织和管理制度, 实行管理责任制, 搞好工程运行维修与灌溉用水管理。

㈡实行分级管理、专业承包、责任到人的管理办法 根据灌区的工程规模应在上级主管部门的统一领导下, 实行分级管理、专业承包、责任到人的一条龙管理办法, 对管灌工程进行管理, 使管灌工程发挥其更大效益。

㈢对灌溉专业队或承包专业户, 要制定相应的管理考核标准 一是制定管道配套设施的完好率;二是制定灌水定额、单位时间、灌水总量、灌溉面积;三是核算浇水成本;四是核算水费征收情况与维修费用;五是考核“五定” (定任务、定设备、定质量、定维修消耗费用、定报酬) 的奖惩责任制。通过考核, 使管道工程运行正常, 延长工程设备的使用寿命, 使其发挥最大工程效益。

摘要：管道输水灌溉工程具有工程隐蔽、投资大、使用时间长等特点。为了保证工程投入使用后的正常运行, 作者根据灌区多年的施工经验总结, 从设计、施工和安装等各个环节进行严格把关, 为今后的运行管理和效益发挥提供保证。

输水管道保护 篇4

对于长距离引水工程, 由于重力流输水形式优于压力流, 多采用重力输水。重力输水管道设计时, 水压线的绘制极为重要, 通过水压线可得知管道承受的最大静压力, 为试验压力计算提供依据, 保证管道不会爆裂, 安全应用于实际中。水压计算时, 如果给定高位水池上下游水位、设计流量的情况下, 调整管径即可满足沿程水头损失等于地形高差。但实际中用户要求的过水流量会小于设计流量, 设计人员仍按满管流方法计算, 最终在水压线的末端产生一个较大的剩余水头, 这种画法是错误的。本文认为, 通过小流量时, 首先要考虑小流量是如何形成的, 然后再计算水压, 才能得出正确的水压线。

1 水压计算的理论依据

重力输水管道的工压设计依据是静压, 静压计算为Z+P/ρg, 因此水压线即为测压管水头线, 如图1, 对1-1和2-2之间的管道列伯努利方程:

其中:

P为绝对压强, 此处为0;

V2为0, 所以2-2断面总水头线即为水面;

hw为1-1至2-2断面间的水头损失;

总水头线与水压线差值为流速水头vÁ/2g, 当上游过水断面面积很大时, v0近似为0, 这时上游水位即为起始水压和起始总水头, 逐步减去各计算段的水头损失, 得到各点的总水头, 连线即为总水头线, 总水头线向下平移vÁ/2 g, 得水压线。

2 水压计算方法的分析

重力输水管道依靠重力的作用, 实现水的输送。它往往表现为距离长, 高差大, 按照《农村给水设计规范CECS 82:96》的规定:“重力输水管道, 地形高差超过40m, 应在适当位置设置跌水井或减压井, 以保证供水安全。”这样, 输水管道就被减压池分为若干两端具有自由水面的管段。以下取出两个减压池之间的管道加以讨论。

2.1 在小流量下水压线的错误画法

根据用户要求, 长距离管输中通过的流量不一定为设计流量, 当小于设计流量时, 如果按有压流水头损失公式从上游往下游计算 (或从下游往上游计算) , 流速相对于设计流量时变小, 因此沿程损失相对变小, 水头损失小于地形高差, 在水压线的末端 (始端) , 有一个H高的压力水头, 这就是个错误的水压线图形。如图2所示: (忽略流速水头)

两种计算方法错误水面线

当流量比较大时, hw很大, H很小, 末段的水头可以考虑是变成了动能, 当流量远小于设计流量时, hw接近为0, H几乎等于上下游水位差, 那么末段水头就不能解释为转变成动能, 水管也将爆裂, 可实际工程中, 通过小流量的重力输水管道, 却正常运行着, 充分说明这种计算方法是错误的。

2.2 误区分析

对于两个减压池之间输水管道是淹没出流的情况, 若给定上下游水位、设计流量, 则设计管径可由达西公式算出, 为定值, 且满足总水头损失等于地形高差。实际中, 用户要求的过水流量往往小于设计流量, 此时就要考虑如何满足用户要求, 如何实现管道中通过小流量的情况, 如果忽略这个问题, 直接按小流量计算水压, 就会出现水压线末端剩余一个较大的压力水头的错误画法。对于淹没出流, 流量不会自动发生变化, 改变流量需在进水口处设置阀门。控制阀造成的局部水头损失在总水头损失中占的比例很大, 而总水头损失一定, 则控制阀后到下游液面间的沿程水头损失相对变小, 流量小于设计流量, 则在设计管径下, 仍为满管流, 只是流速相对不加控制阀时变小而已。所以即使是大管径小流量的情况也是有压流, 整个管道的水压线都在管顶高程之上, 水压线在进口的大阀门处有个很大的降落, 而后随着管道的延长水压逐渐变小, 最终和下游液面衔接上。

有人的观点认为, 当通过小流量时, 管道进口段出现了无压流, 不再靠压力出流, 而是重力出流, 水头损失不能按达西公式计算, 开始段水压从上游水位降落到管道中的自由液面上, 有一个很大的落差, 到下游时, 又成为满管流, 水压最终和下游液面衔接上。我们认为这种解释是不正确的, 这种观点没有分析小流量是怎么形成的。

2.3 正确的水压线画法

管道中通过流量无论是等于还是濒于设计流量时, 均为满管流, 无论从上游开始计算还是从下游开始, 总水头损失都进出口的局部水头+的沿程水头损失, 水压线上下水位考虑进出口局部水头后连线, 如图3: (忽略流速水头)

3 算例

某供水工程为重力输水管道, 设计流量为0.377m3/s, 管道分段数M=9, 起始桩号:22+850.00, 起始水位:200.00m。

从计算结果可以看到, 每段水压高程都大于管顶高程, 即水压线都在管顶之上, 每段水头损失都大于地形高差, 也就是说, 水头损失不仅仅表现在位置水头的降低上, 还有压强水头的减小, 充分说明整个过程都是有压流。当计算到上游时, 水压高程为468.75m, 此时未加阀门水头损失20.45m、流速水头0.16m和进口水头损失0.16m, 最终求得水位为489.52m与实际上游水位490.00m差0.48m (在允许误差范围之内) 。

从计算结果可知, 最后末端只剩0.8m的水头, 此水头可以认为是计算误差, 也可以考虑是转换为流速水头, 与不考虑阀门损失的算法形成很大对比, 这样的计算结果更符合实际运行状况。更不存在管道中是无压流的说法。

4 结论

当流量发生改变时, 不加考虑直接按有压流水头损失公式计算水压, 或者认为小流量下进口的开始段一定是无压流, 这两种计算方法都是错误的。首先要考虑流量是如何改变的, 这样才能得出正确的水压线, 对于淹没出流, 流量不会自动变大或变小, 必须用阀门来控制流量, 阀门造成的局部水头损失不能忽略, 这一环节考虑到了, 那么无论管道通过什么流量, 从上游向下游计算或从下游向上游计算都是可行的, 且结果都一样, 因为考虑了大阀门造成的局部水头损失, 需要克服的总的沿程水头损失也变小, 即使是大管径小流量, 仍为满管流, 运用的水头损失公式都一样。

摘要：本文对重力输水管道水压线的计算方法进行了研究。从小流量形成原因的角度出发, 对末端形成较大剩余水头的错误画法进行了新的解释, 对管道中是否有无压流存在也进行了科学的分析, 并得出正确结论。

关键词：重力输水管道,水压线,压力流,剩余水头

参考文献

[1]吴持恭.水力学[M].北京:高等教育出版社, 2003.

输水管道保护 篇5

管道输水技术因成本低且具有节水、节能、省地、输水速度快、供水及时、便于田间农机作业、管理方便等特点, 已成为开展农业灌区节水改造的必要措施。但管道输水的成败主要取决于对减压方式的选取, 好的减压方案对管道的安全性、供水保证率等更好。本文结合新疆某自流灌区减压方案的比选实例, 从安全、可实施性、适应性、经济性等多方面综合论证, 确定最优方案, 为后续工程提供参考依据。

1 工程概况

新疆南岸干渠自东向西全长为168 km, 主要为下游灌区供水。总干渠上游90 km渠道的主要任务是向下游输水, 整个灌区90%的灌溉面积集中在干渠下游的78 km段。其中自流灌区控制面积108万亩, 包括已开发的引山沟水自流灌溉 (灌溉保证率很低) 和机井灌溉灌区 (井深80 m以上) 控制面积约为22万亩, 待开发灌区控制面积86万亩。该灌区规划从南岸干渠引水, 灌区内骨干水利工程主要包括主干管、分干管、地埋支管、地面管四级管网系统工程。

自流灌区主要集中在总干渠的下游段, 地貌上属冲洪积倾斜平原, 海拔高程650 m～825 m, 东西长80 km、南北宽4.5 km～10 km。灌区内大部分区域地形较平坦, 坡向相同, 即东高西低、南高北低, 地面东西向自然坡降为1.67‰～0.25‰、南北向自然坡降为28‰～15‰, 地形落差在150 m～200 m之间。根据该自流灌区的地形、地貌、冲沟及排洪通道、自然落差大等特点, 采用何种减压方式来消除地形累计落差, 达到喷滴灌所需压力, 对工程投资、系统的安全运行等起着决定性作用。经过多方论证, 决定在干管上采用设置减压阀减压和稳流池减压两种减压方案及布置形式进行现场试验。进一步为后续干管的设计及实施奠定基础。

2 方案布置

南岸干渠自流灌区工程全部采用管道输水, 地埋管道布置分为干管、分干管、地埋支管三级, 地面管道喷灌为移动支管并加装喷头, 滴灌为支管和毛管。试验干管管网系统主干管主要是为下游管道和作物输送灌溉所需水量、累计自压灌溉所需压力。干管布置主要结合地形地貌、现有道路、洪沟等由南向北基本垂直等高线布置, 管道上布置有镇墩、阀门井、排水井等工程设施。由于工程区域从南至北地形累计落差较大, 达到约170 m。本工程结合实际采用了两种减压方案, 即机械减压方案和水工减压方案进行现场试验, 现就采取的两种减压方案主干管的布置形式分述如下。

2.1 机械减压方案

输水干管由南向北一根管道布置, 采用有压管道输水, 在系统中部适当位置串联一个套筒式多喷孔减压阀, 形成一个封闭的运行系统, 以分段累计压力, 每段的最大地形落差控制在100 m以内, 减小系统的设计水头和节省工程投资。多喷孔套筒式减压阀气蚀产生在管道中心, 而不是产生在管壁上, 从而减小了噪声和气蚀对阀体的破坏, 能较好地解决气蚀问题。干管由进水池供水, 进水池自南岸干渠分水口引水。主干管道全长9.6 km, 采用PCCP管与钢管相结合一管到底的方式, 静水压力为0 MPa～1.6 MPa。管道设计流量为1.66 m3/s, 控制灌溉面积4.13万亩, 分干管入口处设置减压阀, 分干管间距850 m。

2.2 水工减压方案

输水干管采用有压管道、无压管道伴行输水, 在管道首部设一个进水池, 同时接有压管和无压管, 在无压管末端设置一个稳流池, 在稳流池出口再接有压管的布置方式。该布置形式将干管分为两段累计地形落差, 每段的最大地形落差控制在70 m～80 m水头以内, 减小系统的设计水头和节省工程投资。干管组分别由进水池和稳流池供水, 进水池自南岸干渠分水口引水, 稳流池由进水池通过无压管供水。主干管道全长17 km, 主干管采用PCCP管与PVC管相结合, 两管并行的方式, 静水压力为0 MPa～1.0 MPa。管道设计流量为1.55 m3/s, 控制灌溉面积3.84万亩, 高压区分干管入口处设减压阀, 分干管间距850 m。

3 投资分析

由于两种减压方案, 分干管及地埋支管的布置形式相同, 本次分析工程投资仅为主干管及各分干管进水口处的建筑物及设备在相同投标报价的基础上进行。两种减压方案工程投资详见表1。

4 方案分析比较

两种减压方案的综合比较见表2。

4.1 安全性

1) 水工减压方案采用常规的无压输水, 分段累积地形落差, 总累积落差小, 减压效果稳定。对下游管道的正常运行是安全可靠的。2) 机械减压方案采用减压阀减压, 生产工艺先进, 科技含量较高, 灵敏度较高。但减压阀电动执行机构频繁工作, 对阀门的使用年限有一定影响。累积地形落差较大, 一旦出事对下游管道的安全影响较大, 减压阀全程用电, 必须有较高的用电保证率和频繁的养护、维修, 才能保证下游管道的正常运行。

4.2 可实施性

水工减压方案施工工期较长, 冬季施工难度较大, 质量不易控制;机械减压方案外业施工简单, 施工工期短, 工厂化生产, 质量易于控制, 对管道工程实施的影响较大。

4.3 适应性

两种减压方式均可适用于喷灌及滴灌。

4.4 经济性

1) 水工减压方案管道总长17 km, 灌溉面积3.84万亩, 工程投资2 319.3万元, 机械减压方案管道总长9.6 km, 灌溉面积4.13万亩, 工程投资2 773万元, 较前一方案增加投资453.7万元。2) 减压阀方案可降低输水过程中的渗漏和蒸发损失, 提高灌溉水利用系数。3) 减压阀方案一管到底, 占地面积小, 稳流池方案, 无压管与有压管并行, 占地面积大。

5 结语

两种减压方式都存在投资高、技术难度大、维护任务重等问题, 但综合比较其工程实际情况, 认为采用水工减压方案在运行条件受到影响的情况下, 更有利于下游管道的安全, 减压效果稳定、灌溉保证率高、维修方便、投资小、设备简单等特点, 但对灌区管理人员的要求较高、劳动强度大。因此, 该灌区骨干水利工程易在自动化控制不能满足的前提下, 应优先采用无压与有压并行输水、稳流池减压的布置方案。

摘要：根据新疆南岸干渠自流灌区的地形、地貌和现有灌溉条件等特点, 对管道输水机械减压和水工减压这两种方案进行投资分析, 并从安全性、可实施性、适应性、经济性等多个方面分析比较两种方案的优缺点, 从而确定最优减压方案, 为后续工程的设计和方案选择奠定了基础。

关键词：自流灌区,减压,减压阀,稳流池

参考文献

[1]许迪.现代节水农业技术研究进展与发展趋势[J/OL].灌溉网www.irrigation.com.cn, 2005:4.

[2]GB 50085-2007, 喷灌工程技术规范[S].

[3]水利部农村水利司.管道输水工程技术[M].北京:中国水利电力出版社, 1998.

输水管道保护 篇6

关键词：低压管灌,管道布置,费用现值

0 引言

低压管道输水灌溉是利用管道将水直接送到田间进行灌溉的一项节水灌溉技术。其优点有:节水, 输水快、省时、省力, 减少土渠占地, 节能, 灌水及时促进增产增收。管道输水灌溉, 减少水量损失, 不但体现在扩大灌溉面积或增加灌水次数方面, 而且由于同时改善了田间灌水条件, 缩短了轮灌周期, 故有利于适时适量灌溉, 从而有效地满足了作物生长的需水。

河北省节水灌溉从无到有, 从建国初期传统粗放的灌溉方式逐步向现代化、规模化、综合化灌溉方式转变, 经过半个世纪的发展, 全省建设成熟的农业节水技术得到普遍推广。截止2012年底, 全省灌溉面积达到6739.1万亩, 其中节水灌溉面积3000万亩, 占灌溉面积的44.5%。在节水灌溉面积中低压管道输水灌溉2402.4万亩, 占节水灌溉面积的80.1%。由于低压管道输水灌溉适应性强, 不受地形限制, 施工安装方便, 便于群众掌握, 可解决零散地块灌溉问题, 适合当前农业生产责任制形式, 由此低压管道输水灌溉面积在节水灌溉面积中占的比例最大。

在以往的低压管道输水灌溉田间工程设计时, 仅考虑操作方便, 使管道大多沿田间路布置, 未考虑投资及运行费等方面的问题, 但是在田间工程投资比重一般约占工程总投资的70%~80%, 运行费则直接涉及农户的收益, 因此, 在满足项目区灌溉的前提下, 如何进行工程设计、降低投资成为关键。

1 影响投资的因素

影响工程投资的因素较多, 比如:管材、管径、地块形状、机井位置等均会影响到田间工程的投资。

管材选择要遵循经济适用、因地制宜、就地取材、减少运输、方便施工等原则, 在河北省井灌区主要采用的是硬聚氯乙烯 (PVC-U) 管;在各级管道流量已确定的前提下, 各级管道管径的选取, 对田间工程投资也有很大影响;地块形状和机井位置会影响管道在田间的布置形式, 这也是影响田间工程投资的主要因素之一。

2 验证方法确定

方法采用费用现值法, 也就是在投资偿还期内, 根据田间工程投资和年运行费用, 计算年运行费现值, 费用现值最小的为最佳方案。

3 情况分类

管道布置一般根据地块形状和机井位置来布置。那么, 首先根据机井控制的地块形状分为两大类, 即①地块南北长、东西宽, ②地块东西长、南北宽。然后根据机井位置分为①井在地的一角、②井在地的短边中间、③井在地的长边中间、④井在地的中央, 再按长宽比分成1:1、1.5:1、……、5.5:1、6:1等11种情况, 布置田间管道, 计算管道投资、运行费、费用现值等。

4 田间工程设计

管道系统设计流量取40m3/h, 根据《机井技术规范》中单井控制面积计算公式计算的灌溉面积为128亩。

依据规范, 支管走向宜平行于作物种植方向, 间距平原区宜采用50m-150m, 单向灌水时取较小值, 双向灌水时取较大值;给水栓应按灌溉面积均衡布设, 并根据作物种类确定布置密度, 单口灌溉面积宜为0.25hm2-0.6hm2, 单向灌水取较小值, 双向灌水取较大值。

参照低压管道设计相关规范, 确定管径、水力计算、水泵扬程计算等。

4.1 管径计算

计算管径公式:

式中:D———管道的计算管径, mm;tn———管道每年工作小时数, h;Xd———电价, 0.52元/kwh;Q———管道设计流量, m3/h;K、α、β———系数和指数, K=10, α=0.15, β=0.43。

4.2 管网水力计算

沿程水头损失计算公式:

式中:hwf——沿程水头损失, m;f———管材摩阻系数, 取94800;L———管长, m;D———管道内径, mm;m———流量指数, 取1.77;b———管径指数, 取4.77。

局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。

最大沿程水头损失所在位置是离管道系统进口最远的出水口。

4.3 水泵扬程计算

系统最大和最小工作水头, 按下列公式计算:

式中:Hmax———管道系统最大工作水头, m;Hmin———管道系统最小工作水头, m;Z0———管道系统进口高程, m;Z1———参考点1的地面高程, m, 在平原地区一般为距水源最近的给水栓;Z2———参考点2的地面高程, m, 在平原地区一般为距水源最远的给水栓;ΔZ1、ΔZ2———分别为参考点1、参考点2处给水栓给水栓出口中心线与地面高差, m, 取0.15m;∑hf, 1———管道系统进口至参考点1给水栓的管路沿程水头损失, m;∑hj, 1———管道系统进口至参考点1给水栓的管路局部水头损失, m;∑hf, 2———管道系统进口至参考点2给水栓的管路沿程水头损失, m;∑hj, 2———管道系统进口至参考点2给水栓的管路局部水头损失, m;h0———给水栓工作水头, m。

灌溉系统设计扬程, 按下列公式计算:

式中:HP———灌溉系统水泵的设计扬程, m;H0———管道系统设计工作水头, m;Z0———管道系统进口高程, m, 取为0;Zd———泵站前池水位或机井动水位, m;∑hf, 0———水泵吸水管进口至管道系统进口之间的管道沿程损失, 单位, m;∑hj, 0———水泵吸水管进口至管道系统进口之间的管道的局部水头损失, 取0.5m。

以管道系统进口相对高程为0, 即Z0=0, 则Zd为负的动水位值。

潜水泵扬水管的沿程水头损失按上式计算, 局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。

计算结果见表3。

注:表中编号说明“1-2-8”, 其中“1”表示“地块为南北长, 东西宽”, “2”表示“井在地的短边中间”, “8”表示“地块的长宽比为4.5:1”.

5 投资及费用计算

5.1 投资

注:表中编号说明“1-2-8”, 其中“1”表示“地块为南北长, 东西宽”, “2”表示“井在地的短边中间”, “8”表示“地块的长宽比为4.5:1”.

根据管网布置图统计管材用量计算投资。

5.2 费用

费用主要考虑年运行费。年运行费主要包括动力费、维修费、运行管理费等。

年动力费计算公式:

式中:C———年动力费, 元;H———设计扬程, m;n———灌水次数;T———灌水持续时间, h;Q———提水量, m3/s;f———电价, 元/ (k Wh) , 取0.52;η装———装机效率, 取0.61。

年维修费按投资的1%~2%计算, 取1.5%。

年管理费是由于实施了输水工程而增加的费用。根据调查已有工程, 每年每亩按6元计算。

5.3 费用现值 (ENPV)

费用现值 (ENPV) 应以用社会折现率 (is) 将项目计算期内各年的费用折算到计算期初的现值之和表示。其表达式为:

式中:ENPV———费用现值, 元;is———社会折现率;C———年费用, 元;n———计算期, 年;t———计算期各年的序号, 基准点的序号为0; (C) t———第t年的费用, 元。

6 结论

根据图2 (a) 可知, 1-4-5, 也就是当地块形状为南北长、东西宽, 机井在地块中央, 长宽比=3:1时, 其费用现值最低;由图2 (b) 可知, 2-3-4, 也就是当地块形状为东西长、南北宽, 机井在地块的长边中间, 长宽比=2.5:1时, 其费用现值最低。因此在田间管道设计时, 应采用这两种形式布置管道, 达到费用最低、最经济的效果。

参考文献

[1]朱尧洲, 施钧亮, 窦以松等主编.喷灌工程设计手册[M].水利电力出版社, 1988.

[2]王留运主编.低压管道输水灌溉工程技术[M].黄河水利出版社, 2011.

输水管道保护 篇7

1长距离输水管线试压方法的选择

长距离输水管线管道试压工作中, 经常会遇到这种的问题, 压力太大, 使得管道的使用时间缩短, 出现安全隐患, 需要进行降压工作。还有就是压力太小, 无法达到输水的需要。所以需要采用合适的试压方法。当前使用比较普遍的试压方法主要有两种, 一是通过管道环向应力进行水平试压, 试压时管道承受的环向压力要小于管材最低强度的0.9倍[1]。二是以管道中试压介质的压力容积图进行压力控制, 如果图形出现非线性时, 就不能再进行加压。这就需要对管道的材料以及试压的介质进行研究。供水管道有很多种材料, 并且能够保证质量和功能, 与长距离输水管道对材料的需求相适应。常见的管道试压介质主要是洁净水和压缩空气。需要根据管道自身的实际情况以及施工技术、工艺、外界环境等确定管道试压介质。

在选择管道试压方法时要存在不同的要求, 目前比较流行的是管道环形压力试压法, 这种方法的操作过程比较简单便利, 但是也存在着一定的不足, 主要是在实际工程中会理想化的将管道的屈服强度当作一样, 但是实际上由于工艺的限制, 并不能保证每一个管道的强度是一致的。如果使用同一水平的, 会造成部分的管材出现应力不足的现象, 使今后的使用存在一定的安全隐患。国外使用比较普遍的压力容积图控制应力的方法, 管材的弹塑性分界点并不明显, 因此将管道压力, 应变曲线中残余应变的0.2%作为屈服点[2]。如果只对弹性形变的极限考虑, 管道环向应变越大, 试压过程的容积也会越大, 反之亦然。试压时如果出现非线性变化就不能在加压, 使压力一直都在屈服点的范围内, 通过容积控制免除管道损害。

对于不同地区长距离输水管线管道试压的需要是存在差异的, 因此不能统一而论, 如果试压失败了, 需要认真分析原因, 采取有效地措施保证采用正确的方法进行试压。

2长距离输水管道试压应用

近年来, 长距离输水管道工程验收以及监理是由两步组成的, 首先需要明确管道内有没有降压, 检测有没有发生渗漏, 这种方法验收管道试压有比较好的效果, 合格率比较高。管道工程结束验收时需要对水压进行试验, 这是检验质量的重要和关键。水压试验一般是在规定时间内以试验压力的减少判断工程的合格情况。相同的泄漏点, 在越长的管道中, 泄露压的情况就越不明显, 也很难被发现。因此为了能够及时发现漏水点, 需要保证管道试压的长度小于1000米。实际建设中, 需要将管道分段, 虽然能够提高试压的合格率, 但是被分段后, 连接就成为下一个问题, 也存在着一定的隐患。

3长距离输水管线管道试压应用中应注意的事项

3.1与水资源供应有关

我国的西北地区干旱比较严重, 沙漠化明显, 水资源严重短缺, 没有充足的水资源开展试压工作。长距离输水管线管道试压需要有清洁的水源作为前提, 并且在试压工作前需要对水资源进行严格的检查和化验, 只有检查合格后才能够进行试压工作, 这种情况下, 即使是水资源比较丰富的地区, 如果水资源污染比较严重, 管道试压工作也无法顺利开展。

3.2管道沿线地势地形特点的影响

对于短距离的输水管道而言试压工作并不需要考虑地形问题, 但是对于长距离的输水管线管道试压而言, 会受到管道沿线地势地形等因素的影响。如果输水管道经过山区或者是高原时, 即使只有几公里也会形成巨大的水压差, 这种情况下, 管道分段试压间距比较断, 试压的任务量比较大。此外, 这种情况下进行试压工作, 试压的难度以及精确度也会增加, 同时还需要反复多次的进行试压, 无形当中使试压工作的投入量增加, 并且管线的长度越长, 就越不划算。因此就需要分段对管道进行处理, 管道的长度划分是十分重要和必要的。科学合理的划分能够使试压工作的量减少, 提高工作进度。在对管道分段时, 应保证长度尽量短, 对于起伏比较大的地区, 长度应小于10千米, 30千米范围内作为同一试压段[3]。

3.3环境气候的影响

环境气候对于大部分地区的影响并不明显, 对于北方地区, 尤其是动机, 由于天气寒冷, 普遍存在着水源结冰的问题, 这就给取水工作带来一定的难度。水结冰后, 体积会逐渐膨胀, 管道内的压力就会相应的增大, 使得试压结果的真实性受到影响, 因此在5℃以下就需要做好防冻措施, 并将防冻剂加入到试压水中, 避免水源结冰影响试压工作的顺利开展。

4结束语

在长距离输水管线管道试压工作中, 试压工作的环节以及阶段需要严格按照相应的标准和规定进行, 长距离输水管线管道试压需要根据地方的实际情况进行差别化对待, 不能一概而论。需要根据上述内容进行科学灵活地运用, 保证试压工作做到因地制宜, 在实践工作中总结相关的经验和教训, 积极探索与创新, 对试压工作进行检查, 保证工程质量达到标准。

参考文献

[1]刘乃力.长距离输水管线管道试压方法的探讨[J].山西建筑, 2011, 7:108-109.

[2]刘涛, 李元培, 纪伟, 等.长距离输水管线管道试压方法的探讨[J].科技创业家, 2014, 6:166.