城镇管道

城镇管道（精选8篇）

城镇管道 篇1

引言

我国近年来各大城市都在大力建设天然气管网, 但是燃气管道输送的是易燃易爆的物品, 怎样确保城镇燃气管道的安全是当前亟需解决的重要问题[1]。针对城镇燃气管道实施安全评价能够准确掌握燃气管道的具体状况, 明确存在的危险源, 在此基础上对维护资金以及维护资源进行合理分配, 尽可能降低燃气管道突发事故导致的经济损失以及人员伤亡[2~3]。

1 本文采用的安全评价措施

安全评价措施主要可以分为定性安全评价以及定量安全评价, 本文主要从这两个方面进行研究。定性安全评价有包括安全检查表法、故障树分析法、故障假设分析法、专家评议法、危险与可操作性研究法等;而定量安全评价又包括伤害 (或破坏) 范围评价法、故障树分析法、风险矩阵法等。需要说明的是, 故障树分析法能够用来定性分析, 还可以用来定量分析。

1.1 定性安全评价措施

(1) 故障树分析法。该法以系统已经发生或者可能发生的事故当作分析起点, 把引起事故的所有原因按照因果逻辑关系一层一层列出, 通过树形图来呈现, 在此基础上定性或者定量分析事件可能发生的途径以及对应的概率, 并制定防止事故发生的最佳安全对策。这种方法具有广泛的应用, 对于重复性大的系统比较适用, 优点在于可以对安全隐患作出简洁且全面的描述, 有利于相关人员掌握各种防灾要点并实施系统评价;缺点在于步骤多、计算量比较大, 数据不好收集等。

(2) 安全检查表法。此法是在很大程度上依赖经验, 必须由熟悉装置的标准、操作、政策与法规, 具备专业知识, 经验丰富的人员协同编制。实施安全评价的时候, 检查表编制人员的水平直接决定了该种方法的成功与否, 优点在于有效、经济、简单。

(3) 专家评议法。这种方法最大的特征就是进行专家会议, 针对所提出的具体问题实施预测分析, 在专家意见的基础上总结获得全面的结论, 此法简单易行, 应用较多。

(4) 故障假设分析法。此法通过提出很多“如果……怎么办?”来发现可能的事故隐患, 实现对系统实施彻底检查的目的。需要通过2~3名熟悉生产工艺并且具有评价危险性经验的小组成员组建。但检查表法能够使其更系统化, 所以可将二者进行结合使用。

(5) 危险与可操作性研究法。此法是以引导词作为引导, 找到过程中工艺状态偏差, 并对引起偏差原因、后果以及可采取的措施进行分析。此法要求具有不同背景的专家共同工作, 可以在系统性、创造性以及风格上互相启发和影响, 可以鉴别并发现更多问题。

1.2 定量安全评价措施

(1) 故障树分析法。前文已述。

(2) 伤害 (或破坏) 范围评价法。选用合理实用的管道失效之后伤害模型, 比如爆炸冲击波的伤害破坏模型、气体泄漏模型等, 对燃气泄漏后的损失程度以及伤亡半径等数据进行计算。

(3) 风险矩阵法。可以用来确定安全等级。横坐标表示的是事故后果严重程度, 其取值范围为[0, 100], 纵坐标表示的是事故发生的概率, 取值范围为[0, 1]。纵坐标和横坐标都平均分为5份, 风险值大小就是事故发生的概率和事故后果严重程度两者乘积, 按照所得到的风险值对风险矩阵对应安全等级进行查询。

2 城市燃气管道安全评价措施

2.1 准备阶段

确定需要评价的范围以及对象, 对相关技术标准及工程技术资料以及法律法规等进行收集。

2.2 重大危险源辨识

通常都是采取定性评价方法来进行重大危险源辨识, 用得较多的有故障树分析法, 另外, 专家评议法、安全检查表法、故障假设分析法等也经常用到, 针对对底事件实施结构重要度分析, 对各底事件的重要性大小进行一一列出, 同时把一阶最小割集内的底事件视为重大危险源。

2.3 安全性评价

(1) 划分评价单元。在燃气管道的安全评价的具体实施过程中需要对评价单元进行划分, 结合具体情况, 可以根据阀门位置、压力级制、管道周围建筑物类型以及重要程度、人口密度等来划分。

(2) 选择评价方法。通常都是采取定性评价与定量评价两种方法进行结合, 同时采取多种分析方法进行组合。

(3) 定性方法以及步骤。 (1) 根据定性方法明确故障树底事件。主要通过故障树分析法, 另外, 还辅以专家评议法、安全检查表法、危险与可操作性研究法、故障假设分析法等。通过问卷调查或者举行专家会议的形式, 然后利用熟悉设计、施工、运行以及日常维护的技术人员针对问题进行回答;通过故障假设分析法提出“如果……怎么办?”来发觉可能的事故隐患, 对故障树的底事件进行协助分析, 尽可能的列出可能发生的事故。综合专家意见以及各种技术人员的答复, 整理获得可能会对管道安全运行造成影响的各种因素, 并列出故障树底事件, 这个过程即危险源辨识的过程。辨识方法主要有:交谈、询问;现场观察;查阅有关记录;工作任务分析;获取外部信息;故障树分析;事件树分析;危险和可操作性研究;安全检查表等。 (2) 结构重要度分析。必须要考虑各底事件相对重要度。可以通过最小割集对各个事件的结构重要度进行定性判断。最小割集指的就是一个集合中基本事件均发生的时候, 顶事件必然发生, 如果缺少任何一个基本事件则顶事件就不发生。 (3) 对专家意见进行征集并评价底事件发生的权重。通常而言, 底事件发生的权重都是在专家调查法和历史数据的统计法的基础上来确定。专家调查法就是通过一定数量的专家建立评价小组, 通过相关人员把需要评价的内容设计成为具有明确含义的意见征询表, 然后让小组中的专家进行匿名回答, 专家按照自身的经验来判断需要评价底事件的权重, 再通过频数统计法或者加权统计法求得各底事件的权重。 (4) 基础评价模型。把腐蚀、第三方破坏、管道材料与施工、设计与操作不当、地质条件等5类影响因素分别按照20%的权重来进行计算, 根据步骤 (3) 来获得各底事件的权重, 称之为基础评价模型。

(4) 定量方法以及步骤。使用故障树分析法、风险矩阵法以及伤害 (或破坏) 范围评价法来评价。在上述定性评价的基础之上, 故障树分析法给出2个修正模型, 以修正基础评价模型;伤害 (或破坏) 范围评价法可以提供事故后果伤害模型, 描述燃气泄漏之后的具体的破坏状况, 并对财产损失以及人员伤亡情况进行统计, 将这些信息转化成为可以计量的分数值;风险矩阵提供划分安全等级的具体方法, 得到出风险值之后给出评价结论。 (1) 故障树分析法。在基础评价模型的基础之上引入2个修正模型。针对具体的城市, 结合该城市燃气管网的实际运行资料以及事故统计规律, 把所有导致事故的原因全都归结到上文中列出的5种原因当中, 并根据事故发生的比例进行归一化处理, 从而获得该城市5种事故原因分别所占比例, 把该比例中的各项全都除以0.2之后乘入5种原因所包含的底事件权重当中, 进而获得该城市的各个底事件所对应的顶事件的相对权重;也可以详细到各燃气管道时有更具体的多年事故报修记录, 根据上述的方法获得底事件权重值, 上述过程称之为修正模型1。通过收集各种材料, 对管理部门所采取的保护措施、应急预案以及日常管理情况等进行判断, 以降低其发生事故的概率, 上述过程称之为修正模型2。 (2) 伤害 (或破坏) 范围评价法。主要就是对事故后果方面进行评价, 通常可以从以下几个方面来实施计算:a.燃气泄漏引起爆炸、火灾等引起管道周围财产损失和人员伤亡;b.燃气泄漏引起的管道修理费用、介质损失以及停止输气引起的直接经济损失等;c.对管道附近环境造成的破坏及其它间接经济损失等。可以把上述的各种损失转化成为管道失效后果得分。 (3) 风险矩阵法。风险矩阵提供了划分安全等级的方法, 分析计算获得风险值后给出评价结论。按照风险矩阵法的思想可以将安全等级划分四个等级, 分别为:低风险等级, 中等风险等级, 中高风险等级以及高风险等级, 所对应的风险值分别为[0, 24) 、[24, 52) 、[52, 84) 、[84, 100]。

2.4 安全控制措施

对应那些具有较高危险的管道, 必须要提供安全控制措施。

2.5 安全评价结论

(1) 概述被评价管道的具体情况。

(2) 划分区段的结果。

(3) 重大危险源的重要程度。

(4) 伤害 (或破坏) 范围评价法所获得的事故后果, 包括直接经济损失、伤亡人数等。

(5) 根据风险矩阵获得的燃气管道安全等级, 并对危险性较高的管道制定对应的控制措施。

3 结束语

燃气管道输送的是易燃易爆的物品, 怎样确保城镇燃气管道的安全是当前亟需解决的重要问题。本文首先从定性安全评价和定量安全评价两个层面重点介绍了常用的安全评价方法, 然后将定性安全评价和定量安全评价进行组合, 提出了一种城市燃气管道安全评价措施, 以供同行参考。

摘要：本文首先对城镇燃气管道的常用安全评价措施进行了简介, 在此基础上将定性安全评价和定量安全评价进行结合, 得出了一套城镇燃气管道的安全评价措施, 以供同行交流。

关键词：城镇燃气管道,安全评价,定性评价,定量评价

参考文献

[1]高文学, 李建勋, 王启, 等.故障树分析法在城市燃气管道安全评价的应用[J].煤气与热力, 2015, 29 (12) :29~35.

[2]郭章林, 雒燕.未确知测度模型在城市燃气管道安全评价中的应用[J].中国安全科学学报, 2015, 17 (7) :144~149.

[3]王文和, 易俊, 沈士明.基于风险的城市埋地燃气管道安全评价模型及应用[J].中国安全生产科学技术, 2015, 06 (3) :163~166.

浅谈小城镇燃气管道的建设 篇2

1.高压管道

长输高压管道一般来说会穿过村庄及农田，此管道材料可以全部为聚乙烯加强级无缝钢管，根据天然气未来30-50年内估算出的用气量来设计管道管径，并在管道末端建立门站。因为输送距离过长，可能在以后的使用过程中受到管径的制约，又要兼顾有较好的防腐效果故可以采用承压能力强和防腐效果好的聚乙烯加强级无缝钢管来作为长输管道的材料。长输管道可以使用牺牲阳极的阴极保护方式和外加电流阴极保护方式，对长输管道进行保护。管道建设完成后安排专人每天沿长输管道对周围环境进行巡逻检查，对地上阴极保护装置进行检查，以保证管道的安全。长输管道可能会穿越多个个乡村，人员情况复杂，且处于农耕地中，不排除会有人为破坏管道进而偷盗天然气的违法犯罪行为的发生，且因此发生危险危及百姓的生命财产安全。所以建议用聚乙烯加强级无缝钢管作长输管道的材料，并禁止无特殊情况在长输管道上进行任何的开口作业。整个管道的铺设可以几乎不进行机械开挖作业，95%的管道铺设可以用定向钻进行地下穿越施工，以尽可能的防止破坏管道行为的发生，因为长输管道对于一个城镇的用气居民来说是一条重要的命脉，同时也是燃气经营企业的经济命脉。

2.中压官网

中压管道为城区内的管网，此管网埋地管道可以全部用聚乙烯PE管铺设，可以根据城区内的实际用气情况设计小区外管网的管道管径和小区内管道管径。

此前城区内的公共配套设施如果没有设计天然气管道，且有关部门没有详细的地下管网分布图，部分地段的地下管道分布将会变得相当复杂，致使建设单位不能对地下管道不能很好的定位，这样大大提高了管道铺设的难度。这就需要我们的建设单位在开始施工前通过各种手段和方式弄清地下其他设施管网的分布。随着施工的开展，会发现按照最初的设计施工好多地方达不到燃气规范所规定的要求，对管道的铺设造成了一定的影响，对可以达到规范要求的地方可以按图纸进行正常施工作业，对达不到的规范要求的地方现场施工人员及时上报，由设计人员根据现场实际情况对原有设计进行更改达到规范设计要求后报监理部门，然后由施工队伍根据新的设计图纸进行施工，以确保施工的质量。对达不到规范要求的地方及施工过程中出现的违反规范要求的请情况，建设单位负责人和现场监理人员必须要及时的、坚决的予以制止，不能置之不理，必须要做到认真负责，一丝不苟。地方行政主管部门更要认真监督，不能因为是政绩工程赶工期怕麻烦而睁一只眼闭一只眼。有些城镇在铺设管道以后其他公共设施的施工方在施工过程中为了自己的施工方便，对原有的地下天然气管道不重视，进行野蛮施工，对原有的天然气管道造成很大的危害，致使好多地方达不到规范要求造成很大的安全隐患，由于地方主管单位的问题使得当地燃气公司多次申诉未果，使得多数燃气公司十分的无奈而更多的是对安全的担忧。

3.低压管网

低压管网属于小区内的管网，包括楼前架空管道、立管及室内管道。通常除楼前架空管道用焊接外，立管及室内管道都使用丝接。考虑到以后室内管道改装及维修的方便，丝扣之间的连接建议不要使用丝扣胶密封，而是使用的生料带进行密封。

城区内如果小区相对集中可以考虑使用较大的调压站对城区内的低压进行控制，若城区内小区相对分散且相距较远，建立较大的调压站会影响到距离较远的小区居民用气，达不到良好的用气效果，故可以在各个小区内安置多个调压箱进行调压，虽然这样的做法会增加建设公司的建设成本，但是却保证了居民的正常用气。

建设期间同样可以在保证达到规范要求的基础上，能够保证居民安全、平稳用气的首要条件下，建设单位对楼前架空原有的焊接技术进行改进，不再使用焊接技术进行连接而使用丝接技术进行连接，这样可以减少一定的施工成本，并可以在一定程度上缩短工期。

为了广大用户可以放心安全的使用天然气，建设单位必须为每一家用户都安装天然气可探测报警装置，并根据当地气源的性质建议用户选择适合当地气源性质的燃气灶具，定期到小区进行安全宣传，给居民讲解如何正确使用天然气，并如何对燃气管道进行自检。

4.建设后

所有的管道铺设必须严格按照设计方案进行施工，对全城的管网进行合理的布局，争取达到管网辐射到城区的任何一个地方，使以后的新建小区可以便利的使用上天然气。

为了应对突发情况的发生，在突发情况发生的时候，可以准确的确定险情发生的具体位置，建设单位可以对全县城包括长输管道的燃气桩进行粉刷，给每一根燃气桩进行编号，在燃气桩上标示桩号，并详细记录桩号所在的位置；同时也对可以每一个调压箱进行统一的编号，在调压箱外壳标示编号，并根据编号记录下每一个调压箱所在的小区和所在楼号，以便快速、准确的确定发生事故的地点。每年都根据制定的应急预案进行演习，并对员工进行定期的业务培训，以提高自身的业务水平，保证全城老百姓平稳、安全的使用天然气。

近海城镇土地盐碱化十分严重，空气内含有较高的碱性成分，且空气相对潮湿，这种情况对室外管道的外漆损伤特别严重，针对此种情况，建设单位必须定期的组织专门人员对全城所有小区内的钢制管道进行重新刷漆，并着重对所有的焊口和弯头用磨光机进行除锈处理，然后重新粉刷防锈漆与中黄漆。同时，小区内的调压箱外壳同样也会遭受侵蚀，如果损坏严重根本起不到对箱内调压器的保护作用，外壳上所喷写的抢修电话也同样看不清楚，建议建设单位统一购置比较耐腐蚀的材质为不锈钢或者玻璃钢的调压器外壳，对城内所有的调压器外壳进行更换，并重新喷刷抢修电话及原有的调压器编号，以更好的保证老百姓的用气安全。

5.安全教育

安全教育是重中之重，安全文化是全员文化，公司引导全员参与，通过对员工进行教育培训、维修前教育、日常教育、复习教育；以及形式多样的安全标准、规章制度等的教育活动，利用讲座、座谈会、培训班、考试和应急演练等各种有效手段，对员工进行法律法规、政策、专业技术知识及一些日常安全小知识等多种内容的普及教育和再教育，从而使员工充分掌握安全知识，使公司形成了良好的安全氛围，使员工在参与中逐渐形成了自觉的安全行为。

在近几年的燃气事故管理中，由于第三者工程或个人对地下燃气管线的不了解因野蛮施工而导致的天然气管道被破裂的事故占燃气企业总的事故的80%以上，面对这如此严重的情况，建设单位必须加强对外的宣传与教育环节；与主管部门在人员密集的地方发放管道保护宣传手册、在施工现场开现场协调会、对第三者工程施工公司发放保护管线通知书，现场指定管线位置要求加以防护、向行政主管部门汇报等各种方式进行宣传与教育。使施工企业与个人了解燃气管线被破坏后的危害及预防，以求在事故发生后将公众及公司的损失降低到最低点，保护公众安全。

城镇燃气钢制管道施工技术研究 篇3

关键词：城镇燃气,管道组焊,附属设施

城镇燃气管道输送的介质一般包括天然气、液化石油气和人工煤气, 对次高压和高压多采用钢制管道。由于燃气管道具有有毒、易燃、易爆等特点, 要严格控制施工质量, 钢制燃气管道的主要施工技术要求如下。

1 交桩及测量放线

设计人员向施工单位现场交接控制 (转角) 桩, 施工单位要对桩号、里程、高程、角度等进行复核, 测量人员根据控制桩及中线成果表进行测量放线, 根据约定的作业带宽度测放出管道中心线和作业边线, 配合相关部门清除作业带内的障碍物。

2 管沟开挖

管沟开挖前应根据地下障碍物资料现场复核管位, 在地下障碍物较多时, 需要在设计管位间隔的开挖断面, 用以确定已有障碍物的位置, 管位有调整变化时, 应及时通知设计代表查验, 确定调整方案, 并履行变更手续。在郊区或市政建设较少的情况下可采用机械开挖, 在市区或地下障碍物较多的地段要采用人工开挖, 在确保安全的情况下可采用人机结合的形式。机械开挖或有地下水时槽底应预留150mm左右, 人工开挖且无地下水时, 槽底要预留50~100mm, 待管道安装前人工清理至设计标高。

管道位于人行横道时, 要先人工拆除人行道板砖, 堆码清理完成后再开挖。位于混凝土路面或沥青路面时, 要先用切割机切除两侧边线, 然后再开挖。沿线施工时要用不低于1.8m施工围挡将作业范围封闭, 并按照道路交通管理部门批复的作业范围、顺序和时间施工。大开挖穿越道路较长或重要道路时要采取半幅施工的方式, 穿越道路较短时可采用在对道路交通影响少的时间段一次开挖的方式, 开挖多余的土方要及时外运, 以免影响交通。

3 管道组焊

管道使用气割加工坡口时必须进行打磨, 清除残留的氧化物、铁屑、熔渣等, 管子切口端面倾斜偏差不大于管外径的1%, 且不大于3mm。坡口角度、钝边、间隙、预热等要严格按照焊接工艺规程要求执行, 相邻管道焊缝错开间距不得小于100mm, 组对前要将管道内部清理干净, 及时做好管口封堵, 防止异物进入。当遇到障碍物时, 应待管沟开挖后再进行组焊, 可以采用在沟上预制两联管或三联管, 敷设时管道要处于自由状态下, 严禁强力组对。

每条焊缝要连续施焊完, 宜采用薄层多道的焊接方法, 且每层每道焊缝接头位置要相互错开, 并保证起弧和收弧处的质量。施焊环境要求要满足工艺要求, 管道内部不得有过堂风。

4 焊缝检验

焊工要及时清理飞溅、药皮等, 将焊缝表面清理干净, 并对缺陷进行修补。自检合格后由质检员对焊缝及附近表面质量进行逐个检查, 合格后填写无损检测委托, 检测时机一般为焊后24h, 检测执行标准和检测比例按照设计文件执行。

5 焊缝返修

对返修焊缝要分析产生的原因, 由有返修资格的焊工按照返修工艺进行, 当缺陷为裂纹时要进行割除重新施焊, 返修要整口预热, 温度要比原焊接预热温度高30~50℃, 同一部位返修不得超过两次。

6 防腐补口补伤

管口补口补伤材料按照设计要求施工, 除锈采用喷砂方式, 局部经业主、监理同意后可采用手工除锈, 除锈等级和锚纹要求要符合设计文件要求, 防腐材料的施工要按厂家使用说明的要求施工, 防腐层的外表面要平整, 无褶皱、气泡、针孔等缺陷。

7 管道下沟回填

管道无损检测补口补伤合格后, 下沟前要对防腐层和补口位置进行100%的清除沟内杂物, 抽排积水。吊装要专人指挥, 使用专用吊装机具, 穿越障碍物要动作统一, 速度缓慢, 严禁抛、滚、撬等有损防腐层的方式。

管道下沟后应顺直, 管沟回填要按照设计要求进行, 局部悬空要用稀土或细沙填实。及时复测管道信息, 管道中心线和高程要控制在规划部门允许的范围内, 回填前要再次进行100%的电火花检漏。回填过程中要分层夯实, 道路位置回填要确保车辆能够顺利通行。

8 管道清管试压干燥

管道吹扫、清管、试压、干燥作业前要编制试压方案, 经监理、业主审批后实施。各程序要符合设计及有关标准要求, 试压时线路要加强巡视, 无关人员不得靠近。干燥合格后三个月内不投产的要进行注氮保护。

9 附属设施安装

城镇管道 篇4

长潭水库位于台州市黄岩区境内, 于1958年10月动工兴建, 1964年竣工, 水库集雨面积441.3km2, 原设计库容6.91亿m3, 灌溉面积69513.33hm2, 基于安全原因, 水库于2002年10月开始实施了除险加固工程, 完工后总库容增加到7.32亿m3。

二、城镇管道供水工程回顾

台州淡水资源紧缺, 水资源总量为91亿立方米, 人均的水资源占有量低至1650立方米, 仅为全国全省和世界人均占有量的85%、75%和19.5%, 尤其是南片的椒江、路桥、温岭、玉环四县市经济发达, 缺水严重, 人均水资源占有量不足700立方米。预计到2002年, 台州南片缺水量达2.5亿立方米。特别是上世纪70年代以来, 随着经济的飞跃式发展, 大量的地表水受到污染, 水质日渐恶化, 水位逐年下降, 供需矛盾十分尖锐, 到上世纪80年代末, 台州南片上千家企业因之频繁停产, 百万市民的生活用水面临困境。

1993年, 被市民称为“德政工程”的台州一期供水工程正式立项, 决定从长潭水库引水, 设计引水规模28万立方米, 共铺设地下输水管道61千米, 总投资为2.5亿元。涉及百万居民生活用水和工业用水。但随着台州经济社会的快速发展, 下游的用水量也急剧攀升, 到2007年, 日平均供水已经达到了27.33万立方米, 最高峰时达到了31万立方米, 超出设计通水能力的10.7%。为此, 2003年1月起, 设计日供水规模49万立方米的台州市二期引水工程破土动工, 地下管道总长78千米。总投资达11.47亿元, 2009年正式建成通水, 城镇总供水量达到了77万立方米。

三、管道供水量和用水结构分析

水库城镇供水开通以后, 水库的原水价格执行0.08元/立方米, 与其他相同供水体相比, 价格十分低廉, 价格与价值严重背离, 没有体现出水资源作为关系国计民生的重大战略资源的价值。在社会各界的呼声中, 台州市政府于2005年、2006年和2009年召开了长潭水库城镇供水原水价格调整的专题市长办公会议, 台州市发展和改革委员会相继下发了《关于调整长潭水库原水价格的通知》等系列文件, 明确将原水价格调整到0.12元/立方米、0.15元/立方米和0.20元/立方米。即便如此, 相对于全国其他水库供水0.25元/立方米~0.80元/立方米原水价格, 这个价格还是显得比较低廉, 没有凸显出水资源价值。

从表1、表2可知, 台州市从2001年至2008年居民用水量和工业用水量逐年上升, 前者说明该市的城镇化发展步伐加快、城镇人口不断增加和生活环境质量不断提高;后者则反映出该市工业蓬勃发展的势头强劲。

根据台州市国民经济和社会发展第十一个五年规划, 到2011年, 完成台州供水二期、黄岩新水厂建设等工程, 积极推进全市自来水管网改造, 使全市自来水漏损率下降到12%以下。随着产业结构渐趋稳定和合理, 工业的规模逐渐扩大, 集约化水平更高, 工业生产效率将进一步提高, 水的二次利用率也得到进一步挖掘, 预计到2015年后, 居民的生活用水量和工业用水量都将逐年提升, 水资源稀缺性越加明显。

四、万元产值用水量

根据《台州市统计年鉴》、《台州市水资源公报》、《浙江省水资源公报》和浙江水利统计等资料, 结合实际调查, 得出台州市2001年到2008年工业万元增加值耗水量和万元GDP用水量, 具体数据见表3, 根据趋势法的统计预测原理, 预测出2009年以后各年工业万元增加值耗水量。计算结果见表4。

截至2008年, 浙江省的工业万元增加值用水量和万元GDP用水量分别为71立方米和113立方米。可见, 台州市作为浙江省相对发达地区, 其工业万元增加值用水量和万元GDP用水量都低于全省的平均水平, 报告期的用水量逐年减低, 体现出了水资源利用效率的进一步提升。不过, 与周边发达国家如日本的万元工业增加值用水量低于25立方米、工业用水重复利用率一般在88%至92%以上相比较, 差距明显。对照浙江省水资源保护和开发利用总体规划和浙江省“十一五”工业节水计划, 到2020年全省平均万元工业增加值取水量小于130立方米/万元, 万元GDP用水量小于64立方米/万元。到2030年工业万元增加值取用水下降到30立方米以下。那么作为水使用率领先的地区, 要逼近日本的先进水平, 台州市仍然需要不断努力。

五、效益计算

1. 供水效益。

根据水利部颁布的“SL72-94”《水利建设项目评价规范》, 水库供水效益包括:灌区69513.33hm2农田的灌溉效益、年均1800万KWH的尾水发电效益、不可估量的防洪效益、难以统计的明渠工业用水效益以及生态和环境用水等所产生的巨大社会效益。本次仅计算通过城镇供水管道产生的效益。计算采用城镇供水效益常用的计算方法———分摊系数法, 按水在工业中的地位分摊工业效益中供水贡献率, 计算水库工程及供水工程的项目投资效益。

假定供水工程建设和其他工程建设具有一样的收益率, 工程固定资产采用《固定资产评估报告书》评估值, 供水工程总的固定资产23.78亿元, 其中水源地工程管道供水工程分摊的固定资产3.82亿元, 一、二期引水工程和自来水公司的固定资产约19.96亿元, 城镇管道最大供水量为3.1025亿立方米。可以利用以下公式定量计算供水效益:

式中:

B:年城镇管道供水效益, 万元;

e:年城镇管道供水量, 万m3;

e1:工业万元产值耗水量, 万元/m3, 2010年后的数值采至《台州南片供水规划》;

φ:工业净产值与工业总产值的比率, 本次计算采用42%;

γ:供水工程分摊系数 (供水工程固定资产原值与工业生产固定资产原值之比。本次计算采用6%) ;

δ:城镇管道供水工程分摊系数, 本例采用2001-2008均值为19.6%。

例采用2001-2008均值为19.6%。

2. 单位效益。

1995年以前, 水库的效益主要来自于发电和养殖, 多年平均发电量不足1800万KWH。随着城镇管道供水工程的通水, 确保城镇管道供水水量成了水库水量调度的首要考虑因素之一, 水库的其他用水量相应减少, 发电收入也随之降低;加上为了发挥水体生物链净化水体作用, 水库在养殖方向进行了反相调整, 捕捞和放养出现负收入;从表1可以看出, 随着原水价格的提升和供水量的扩大, 水库城镇管道供水的经济效益日渐凸显并成为主要经济来源, 贡献十分突出。即便这样, 对于拥有360多名在职和退休职工的水库管理局说, 步履却并不轻松, 如从2008年水库的运行成本构成来分析, 当年水库原水销售收入2330万元、发电收入550万元、人员工资及公务费用约1800万元, 水库管理及运营成本核算为1250万元、还贷利息308万元、折旧提取2380万元, 收支平衡亏损2858万元。随着供水二期的通水, 预计到2015年, 按原水价格0.20元/立方米计算, 水库的原水销售收入将提高到3600万, 养殖等水质保护增加投入300万, 人员工资及公务费用增加200万元, 假设其他收支与2008年相似, 则水库收支平衡仍将亏损1988万。虽然亏损额度逐年减少, 但是经营压力仍然很重, 这对进一步提升管理效率形成制约。

六、供水展望

1. 水资源供需预测。

2003年, 长潭水库城镇供水范围内的总人数为292.5万人, 到2010年时供水总人数将达到315万, 预计到2020年供水总人数将超过350万人。根据台州市城市供水工程专项规划, 到2020年, 水库供水区域不同水平年单位人口日平均用水约为0.30m3/人·d。其中台州市区用水量2020年为105万m3/d, 温岭、玉环收益区用水72万m3/d, 总用水量为177万m3/d。但城镇管道总的供水量极限约为85万m3/d。假设2010年至2020年的10年中生活、工业需水量年均增长率为3.3%。随着人们环保意识的提高、节能减排措施的落实、科学技术的进步、生产工艺的改进, 灌区内城镇的生活、生产用水年增长率的总趋势是逐年递减。但受总的可支配的水资源量的限制, 城镇用水的供需矛盾仍然非常突出。

2. 实行北水南调。

二期供水工程的开通, 极大地缓解了台州南片特别是温岭、玉环的用水紧张, 但由于台州的经济发展速度和城市化推进速度较快, 结合多年来的长潭库容调蓄特征和灌区农业和环境生态等其他用水情况, 如果遇到2003年等干旱年份, 水库的可供水量存在较大缺口。鉴于台州市南片缺水、北片富水的自然条件, 台州市跨流域引调水工程作为台州市水资源调度的战略性工程被提到了议事日程, 总体的设想是在毗邻长潭水库北部的仙居县境内的永安溪支流修筑库容超过1亿立方米的水库, 通过隧洞工程引水到下游的长潭水库, 实行联合调度, 利用北面富余的水资源解决供水症结。据专家测算, 此举将会使长潭水库多年平均的供水量增加1.18亿立方米, 从而实现在台州水资源最大优化组合、配置。2001年, 市政协在二届八次常务协商会议上提出了《关于实施“北水南调”工程的建议案》, 同年11月市政府成立了北水南调工作领导小组, 目前有关工程的具体方案和实施细则正在进一步论证之中。

3. 提高水资源费。

水库作为台州市的命脉工程, 为灌区的经济、社会的快速和谐发展作出了卓越的贡献, 但受资金制约, 水库的经营管理仍步履艰难, 两者形成鲜明的矛盾。鉴于目前水资源费用低廉, 严重脱离了水在本地区承担的实际价值。因此, 适当提高水资源定价应该是一条可行的路径, 此举既能进一步提高全体市民惜水、爱水的意识, 提高水资源的利用效率, 又能保证水源地管理单位各项管理措施的正常落实和健康运行。在水价的定价上可参照各地的成功做法, 结合本地实际, 按照市场价值规律进行操作, 逐步提高原水价格和水资源保护费, 综合考虑政治账、经济账、和谐账、生态账, 学习东阳向义乌市场化配置水资源的成功经验, 水库属地行政主管部门应直接同椒江、路桥、温岭、玉环谈水权价格, 站在灌区的大局上, 兼顾短期和远期利益, 真正反映出水资源战略资源。

七、结论

城镇管道供水是挖掘水库功能和发挥水资源效益的重要举措, 自开通以来, 为供水区域的经济和社会发展作出了卓越的贡献, 分析、计算和预测城镇管道供水的经济效益, 能进一步实现水资源优化配置, 促进水库更好地为灌区的经济发展服务, 意义重大。

参考文献

[1].朱晓荣, 项国枚.台州市南片水资源供需现状及合理配置研究[J].浙江水利科技, 2008 (3)

[2].台州市水利局.20012008台州市水资源公报.

城镇超高压天然气管道设计探讨 篇5

1 城镇超高压天然气管道的安全保证

在输气管道建设中的安全保证有两种指导思想:一是控制管道自身的安全性,如美国国家标准ASMEB31.8。它的原则是严格控制管道及其构件的强度和严密性,并贯穿到从管道设计、设备材料选用、施工、生产、维护到更新改造的全过程。用控制管道的强度来确保管线系统的安全,从而对周围建(构)筑物提供安全保证。二是控制安全距离,如前苏联《大型管线》CHИΠ2.05.06设计标准。它虽对管道系统强度有一定的要求,但主要是控制管道与周围建(构)筑物的距离,以此对周围建(构)筑物提供安全保证。

我国现行的《输气管道工程设计规范》[2](以下简称《输规》)采用的是前一种指导思想,即控制管道自身的安全性,采用强度安全法,根据管道所经地区人类活动使管道本身应力水平降低的状况来增加管道的壁厚,以强度保证管道和管道周围建(构)筑物的安全。现行《城镇燃气设计规范》[3](以下简称《燃规》)是综合了管道安全保证的这两种指导思想,在吸收和引用了国外发达国家和我国《输规》成果后,采取以控制管道自身的安全性、主动预防事故发生为主,并适当控制管道与周围建(构)筑物的距离。

城镇是人群集聚之地,交通频繁、地下设施复杂,燃气管道压力越高,一旦破坏,危害甚大。因此,适当控制高压管道与建(构)筑物的距离,是当发生事故时使恶性事故尽量减少或将损失控制在较小范围内的一种有效手段。但实践表明,许多地方按安全距离进行管道设计建设,选线难度大,且随着我国城镇化水平的迅速提高,已建成的管道在城市建设发展中也很难保持安全距离。而控制管道自身安全是从积极的方面预防事故发生,在系统各个环节都按要求做到的条件下可以保障管道安全。综合考虑,笔者认为,城镇敷设超高压的管道设计宜按《输规》并参照《燃规》高压A(4.0MPa)管道的有关规定执行,在控制管道自身安全的前提下,与周围建(构)筑物的距离在条件允许时要积极去实施,在条件不允许时要采取增加多种安全措施以最大限度保障城镇管道安全。

2 城镇超高压天然气管道设计要点

2.1 应当符合管道保护的要求,设计中要加强多重安全防护措施。

由于城镇管道安全运行的外部环境更加复杂,为了维护公共安全,设计中有必要进一步强化管道保护措施,建立更加有效的管道安全体系。

从国内和国外的实践看造成管道事故的主要原因是:外力作用下的损坏,管材、设备及焊接缺陷,管道腐蚀,操作失误及其他原因等。其中,管道受第三方破坏近几年在燃气管道事故的比例高达40%,在城镇管道设计中尤其值得注意。城镇管道设计可从以下几个方面进行多重防护,提高安全度:

①降低许用应力值,强度设计系数取值不大于0.3,增加管道壁厚,以强度确保管道自身的安全;②管道到建(构)筑物的距离予以适当控制,当发生事故时降低影响面;③采用优质钢管,提高防腐等级;④增加覆盖层厚度或采用定向钻等非开挖敷设方式,或沿燃气管道上方设置加强钢筋混凝土板,尽量避免管道受第三方破坏;⑤采用先进的自控系统,分段阀门采用遥控或自动控制;⑥适当加密线路截断阀的设置,使管道发生事故时,尽量减少气体向外释放量,从而把危害降低到最低限度。

2.2 管道设计应遵循节约用地和经济合理的原则。

管道设施必须依附于土地,按照城镇超高压管道的使用性质和相关保护规定,管道用地及国家技术规范强制性要求的间距范围内的用地在运营期间会长期占用,而随着经济社会快速发展,城镇建设用地增加较快,城镇土地资源紧张、交通拥挤、开敝空间不足等问题日益突出,因此城镇管道设计更应遵循节约用地的原则。

根据我国《石油天然气管道保护法》[4](以下简称《保护法》)规定,依法建设的管道通过集体所有的土地或者他人取得使用权的国有土地,影响土地使用的,管道企业应当按照管道建设时土地的用途给予补偿。城镇土地依据不同的用途,补偿标准会有所区别,规定将管道用地与土地价值结合起来,在管材强度使用和安全距离上进行综合考虑,更有利于实现城镇土地资源的合理利用,提高综合效益,做出经济合理的线路走向方案。

为更好节约用地,超高压管道路由可尽量沿公路、市政道路、绿化带及市政走廊等公共线性地下空间布置,这样可增加管道与建筑物的距离,对两侧建设用地的影响较小,也更经济合理。

2.3 管道设计应与当地城镇总体规划相协调,符合城镇总体规划要求。

由于超高压管道的不安全隐患,管道沿线周边地块开发建设的限制性会增强,土地产出率会大大降低,不利于城镇土地的集约化使用,且天然气管道规划的编制往往滞后于城镇总体规划,若仅从保证管道工程安全性和经济性角度出发进行设计,会对城乡规划实施造成干扰,甚至严重影响城镇的用地布局及经济发展。如何尽量减少对地方城乡规划、建设及土地使用的影响是城镇超高压管道设计中需重点考虑的问题。

根据《保护法》规定,管道建设选线设计方案应符合城乡规划,经当地城乡规划主管部门审核通过的管道选线方案,将依法纳入当地城乡规划中,管道建设用地在规划实施中应予以控制预留。这项规定较好解决了超高压管道与当地城乡规划、发展的矛盾。管道设计应以总体规划所确定的框架作指导,在全面掌握城镇经济水平、土地资源、用地布局、交通规划等资料条件下进行分析,做出合理的线路走向方案;同时,城乡规划编制中要将确定的管道方案落实到规划中,以便于在保证管道路由用地及安全的情况下对城镇各项建设进行资源配置协调及建设进程策划的总体控制性安排。

一般,超高压管道应避开城镇中心区,尤其不要穿过城镇建设密集、开发已具有一定规模的地区以及城镇重点发展地区,以免造成这部分区域城镇建设无法按规划实施,例如:管线不宜穿过总体规划定位为高尚居住区的区域或选择在有人流较集中的大型服务设施周边等;另外,应尽量减少穿过城镇的超高压管线长度。

2.4 线位设计应与当地道路、河道、电力、市政管道等基础设施专项规划及行业管理规定衔接。

城镇超高压管道路由经常会碰到与道路、河道、电力、市政管道等基础设施交叉或并行敷设的情况。这些行业管理部门都有各自行业的发展建设规划及特殊的使用和安全要求,设计中应充分掌握相关专项规划及行业管理规定等,进行综合研究,满足国家技术规范的强制性要求,尽量避免设计位置上的冲突,减少使用中的相互影响。

管道与规划道路交叉时,因考虑将来修路时碾压,基本采用预埋套管的方式,同时对套管底基础进行超挖并换填级配碎石处理。穿越河道需综合考虑河流通航、管线埋深、河底土质等因素,一般采用顶管或定向钻的方式。

城镇道路下各类市政管线等基础设施较多,要合理安排超高压管道的地下空间位置,从保护管道、方便管道施工及维修等方面考虑,满足必要的净距要求。与地下市政管线并行敷设段需采取适当的保护措施,且设计中要为预见到的其它管线系统做合理的预留和衔接,以有利于减少将来其它管线施工时对天然气管道的影响。由于外加电流阴极保护对邻近的金属管道干扰大,为避免对其它管线的干扰,缩小保护间距,城镇中超高压管道宜采用牺牲阳极阴极保护防腐法。

3 城镇超高压天然气管道设计需注意的其它问题

3.1 加强与当地结合力度

超高压管道设计是一项政策性和技术性很强的工作,要正确处理与当地各方面的关系。应详细了解管线所经过地区的各级规划及规划实施情况,涉及其他部门利益的,应及早接触,及时协商解决。通过增强沟通,可减少分歧,进一步保证设计质量,且良好的信息沟通能够在很大程度上为管线设计提供便利,与当地待建项目的有效衔接可使设计少走弯路。

3.2 现场详细勘察

利用航拍正射影像图进行管道设计是近年逐步实行的较为先进的做法,沿管线走向航拍的正射影像图具有很强的现实性和准确性,但在航拍时大片植被覆盖区域、已完成设计的待建工程、地下管线及构筑物等,航拍图上显示不出来。因此设计人员不宜过分依赖航拍正射影像图,需沿线深入踏勘、调研,详细了解管线经过区域的地面现状、待建项目及地下设施情况等,以提高线位的可实施性。

3.3 图纸采用合适的坐标系统、比例尺

由于输气管道设计一般采用国家坐标系(如北京54坐标系),地方各项工程建设通常采用地方独立坐标,高程基准有时也不一致,而通过软件转换坐标有误差,有时误差还较大。为便于管道的准确定位,协调与实际周边建(构)筑物的间距关系,做好相应准确预留、控制、衔接,管道施工图设计宜采用地方独立坐标,管线图成图尽量使用大比例尺地形图,如1:2000以上。

4 结语

合理的线路走向、优秀的设计方案,不但可以减少施工建设中大量的工程设计变更,同时也可为控制投资和工程顺利投产创造良好的条件,是系统运行可靠性、安全性和经济性的重要保证。

参考文献

[1]王蓉.城镇超高压天然气管道的选线[J].煤气与热力,2005,25(9):30-33.

[2]中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司.GB50251—2003输气管道工程设计规范[S].北京:中国计划出版社,2004.

[3]中国市政工程华北设计研究院.GB50028—2006城镇燃气设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2006.

浅谈城镇直埋供热管道的设计施工 篇6

关键词：直埋供热管道,设计,施工

1 直埋管道管材的选择

根据输送介质的技术要求, 供热钢管可分别采用有缝钢管、无缝钢管、双面埋弧螺旋焊接钢管。直埋的热力管道内压一般都很低, 由内压引起的应力不足允许值的50%。发生直接爆破破坏的可能性非常小, 破坏的最大可能是由温度应力引起的塑性疲劳破坏。因此, 在选择管材时, 应主要从抗疲劳性能来考虑。这就要求选择塑性比较好、易焊接的材质, 一般10#、20#钢较为适宜。轴向温度应力与管壁横截面积的大小无关, 增加壁厚并不能降低管壁内的轴向应力。相反, 它可能增加对固定墩的推力和过渡段的热伸长量。因此, 管壁应尽可能选择较合适的规格厚度。

2 直埋管道的布置

直埋供热管道的布置应符合国家现行标准《城市热力网设计规范》的有关规定。管道布置的合理与否直接影响到管道的敷设方式。热力网的布置应在城市建设规划的指导下, 考虑热负荷的分布, 热源的位置, 与各种地上、地下管线及构筑物、园林绿地的关系等因素, 经技术经济比较来确定。

3 直埋管道的敷设

直埋供热管道的敷设方式按照长直管段是否允许出现无补偿管段可分为两大类:有补偿敷设和无补偿敷设。有补偿敷设可用于各种供热系统, 而无补偿敷设是有必要条件的, 即使采用预热安装也是如此。在直埋管道敷设时需注意的要点:管道尽可利用转角自然补偿。从干管直接引出分支管时, 在分支管上应设固定墩或轴向补偿器或弯管补偿器。三通、弯头等应力比较集中的部位, 应进行验算, 验算不通过时可采取设固定墩或补偿器等保护措施。当需要减少管道轴向力时, 可采取设置补偿器或对管道进行预处理等措施。当地基软硬不一致时, 应对地基做过渡处理。埋地固定墩处应采取可靠的防腐措施, 钢管、钢架不应该裸露。轴向补偿器和管道轴线应一致, 距补偿器12m范围内管段不应有变坡和转角。

4 直埋管道的作用及应力特点

直埋供热管道的安全性取决于管道中的应力大小, 而应力的大小又取决于作用于管道的荷载, 在直埋供热管道中, 荷载包括主动荷载和被动荷载。不同类型的荷载, 使管道产生不同性质的应力, 进一步可能导致不同方式的破坏。温度和压力是热力管道上最主要的两种作用荷载。对于直埋管道, 还有轴向位移产生的土壤轴向摩擦力和侧向位移产生的土壤侧向压缩反力。另外, 在管道局部结构不连续处会产生应力集中, 对应的应力称为峰值应力。峰值应力不会引起显著的变形。但循环变化的峰值应力, 也会造成钢管内部结构的损伤, 导致管道疲劳破坏。管道在弯头、三通处产生的应力属于峰值应力。由于土壤的均匀支撑, 管道的自重没有产生自重弯曲应力, 故一般忽略不计。但是对于热网中常用的管道, 其公称壁厚要远远大于该压力所需的设计壁厚, 内压产生的实际应力也就远远小于管材的屈服应力。相反, 由于管道中热胀变形不能完全释放, 使管道产生了较大的轴向压力和压应力, 其中轴向压应力可能与屈服应力处于同一数量级上。因此, 在直埋敷设热力管道中, 内压的影响较小, 管道产生爆裂的可能性很小, 而温度的影响则较大, 因此, 直埋供热管道能否安全运行的至关重要的因素是热应力的大小。

5 防止直埋管道破坏的方法

5.1 防止循环塑性破坏

管道温度在管道工作循环最高温度与最低温度问变化时, 所产生的应力变化是循环塑性破坏的起因。无论是锚固状态的管道, 还是滑动状态的管道, 应力变化都与安装温度无关, 故预应力安装不解决冷安装的循环塑性破坏的问题。当锚固状态的直管段满足不产生循环塑性破坏的安定性条件时, 锚固状态的管道允许存在, 该直管段可以采用无补偿安装方式, 当然包括了无补偿冷安装方式。否则, 应在该直管段设置补偿装置, 并通过调整补偿装置间距, 控制管段上的应力变化, 使之不产生循环塑性破坏, 这时, 该直管段就变成有补偿安装方式。

5.2 防止疲劳破坏

疲劳破坏是指管道的局部地方由于应力集中引起的局部循环塑性变形导致的局部破坏。直埋供热管道的弯头、折角、变径及三通等管件处都会产生应力集中。在温度和压力变化过程中, 应力集中引起的峰值应力, 将在很小的局部范围内产生循环塑性变形, 导致了疲劳破坏。疲劳破坏也与应力变化有关, 峰值应力的变化范围越大, 疲劳破坏所经历的时间越短, 表现为局部开裂、漏水等。防止疲劳破坏主要是采用固定墩加固和补偿器补偿的方式解决。

5.3 防止失稳破坏

在进行直埋供热管道设计时, 除考虑循环塑性破坏外, 还要考虑稳定性问题。管道温度从安装温度升高到管道工作循环最高温度时, 所产生的升温轴向压力是整体失稳破坏的起因。在冷安装条件下, 锚固的直管段满足稳定性条件时, 该直管段可采用无补偿冷安装方式。一般地讲, 供水温度不高于130℃、管径不大于DN500的热网, 采用无补偿冷安装方式都能保证不出现循环塑性破坏;当埋深在1米以下时, 还能保证不出现整体失稳。由于一般的热网都可满足上述条件, 故从直管段强度的角度, 采用无补偿冷安装方式是没有问题的。但是, 从保护三通、弯头、折角、大小头和阀门等薄弱部件以及减小固定墩推力的角度, 有时在局部管段还要采用设置补偿装置的有补偿安装方式。至于预应力安装方式, 由于只能解决稳定性的问题, 而通过增加覆土深度或设置补偿装置解决稳定性问题, 通常会更经济一些。

6 直埋供热管道的施工安装

直埋管道中的应力是热胀变形不能完全释放而产生的。因此, 通过选择不同的安装方式, 可以改变热胀变形的大小和变形的释放程度, 进而改变管道的应力水平。热胀变形的大小与零应力状态对应的温度有关, 零应力状态温度的提高, 可降低热胀变形的大小。根据此温度是否等于安装时的环境温度, 管道可分为两种。冷安装:零应力状态对应的温度等于安装时的环境温度。预应力安装:零应力状态对应的温度等于预热温度。根据热胀变形能否释放, 管道又可分为两种。无补偿安装:两固定墩之间或远离补偿装置而处于锚固状态的管道 (锚固段) , 其热胀变形不能被补偿装置所吸收。有补偿安装:补偿装置附近处于滑动状态的管道 (滑动段) , 其热胀变形能被补偿装置所吸收。

总之, 城镇供热管道采用预制保温管直埋敷设, 具有显著的社会效益、经济效益、节能效益。对供热管网直埋敷设设计与施工的研究, 是供热管网能够安全的运行, 增加使用寿命, 降低供热成本, 提高经济效益的理论支持, 更是城镇集中供热管网直埋敷设得以广泛使用和推广的有力保证。

参考文献

[1]王飞, 张建伟.直埋供热管道工程设计[M].中国建筑工业出版社.2006.

城镇管道 篇7

随着我国城镇化进程的加快和城镇人口数量的增长,城镇天然气管网的建设也不断加快,截至2013 年底,我国城镇燃气管道长度已达38. 8 万公里[1],其中聚乙烯管道约占35%。《城市燃气设计规范》( GB50028 -2006) 推荐中压和低压燃气管道宜用聚乙烯管材[2]。近十年,城镇天然气管道建设中70% 以上为聚乙烯管材,未来,在城镇天然气管网建设中,聚乙烯管道将占更大比重。由于城镇具有人员流动性大、地下管道复杂等不稳定因素,所以聚乙烯燃气管道事故发生概率大大增加,燃气管道事故将会对密集的城镇人口造成人员伤亡和财产损失等巨大的伤害,具有较大的危害性。因此,针对燃气聚乙烯埋地管道进行力学分析,对保障人民群众的生命和财产安全具有重要意义。

聚乙烯管道失效的原因主要有韧性失效、脆性失效、焊接接头失效、表面失效和缺陷引起的失效[3]。美国国际管道研究委员会认为,管材缺陷和焊接造成的缺陷等是稳定存在的失效因素[4]。国内外学者开展了对聚乙烯管道的大量研究,王文和[5]提出了城市埋地燃气管道安全评价模型。M. Abid[6]模拟计算了聚乙烯管道法兰连接处,焊缝根部和焊缝间隙的变形量和剩余压力。朱志彬[7]计算了含球空缺陷的聚乙烯管道热熔接头的力学性能。李明阳[8]计算了不同覆土深度下埋地聚乙烯管道的力学性能。王金凤[9]计算了不同温度下含缺陷的聚乙烯燃气管道的力学性能。基于以上研究,拟建立了埋地聚乙烯管道模型,应用了有限元分析方法,分别考虑了管道内压、地面载荷和缺陷深度的变化对埋地含缺陷聚乙烯管道应力和变形量的影响,以期为管道的寿命预测和风险评估提供依据。

1 管道模型的建立

1. 1 基本假设

为简化模型,根据埋地聚乙烯燃气管道的特点作如下假设: 1只考虑内压和地面载荷对管道的作用。2管道缺陷具有对称性。3管道周围土体各项均匀连续。4管道与土壤完好接触。

1. 2 有限元模型及边界条件

以国内某城市埋地聚乙烯管道为例建立模型,埋地管道回填土分为四个区域,为简化模型本文选取管道附近的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域1 000 mm × 1 000 mm × 1 100 mm进行分析,管道缺陷部位位于管道上部,形状近似于椭圆形,缺陷部位尺寸约为61. 73 mm × 38. 98 mm × 10. 00mm,缺陷具有对称性,为节省计算时间取模型的四分之一进行分析。采用solid95 和solid65 的单元类型分别对管道和周围土体进行模拟。其模型网格划分分为管道缺陷、缺陷附近、管道其余部分和土壤部分四个区域。在管道内部表面施加内压,管道正上方的土体表面施加地面载荷,在管道的侧面和其余土壤表面施加对称约束,对整体添加重力因子。埋地聚乙烯管道模型和网格划分如图1 所示。

聚乙烯管道选用SDR 11 系列PE100 管材,管道外径为450 mm,管道壁厚为40. 9 mm,管道详细性能参数如表1 所示。

管道外围土体的具体参数如表2 所示。

1. 3 地面载荷对埋地聚乙烯管道的力学作用

埋地管道受到地面载荷,可分为静力载荷( 又称: 静载荷) 和动力载荷两部分( 又称: 动载荷) 。

1. 3. 1 静载荷对埋地聚乙烯管道的力学作用

地面管道静载荷主要来源于管道上方覆盖土壤质量、地面建筑物、地面违规占压以及其他物体占压。假设土壤是均质等向的半空间无限弹性体,管道上方土壤质量计入到埋地管道静载荷的一部分; 覆压在管道上方的静载荷( 包括建筑物、施工设备等) 产生的垂直压力作用在柱状管道的中央顶端,离此区域愈远或愈深则所受的压力愈小。所以当聚乙烯管埋设在建筑物附近时,埋得愈远愈深,管道主体所承受的压力越小。本文采用弹性理论方法中Boussinesq理论作为计算埋地管道静载荷的理论基础[10],静载荷计算如公式( 1) 所示。

式中: Ws为静载荷,k N/m2; T为地面作用力,k N; L为载荷作用面到管道顶部的垂直距离,m; x为载荷作用点与管道顶部的长,m; y为载荷作用点与管道顶部的宽,m; z为载荷作用点与管道顶部的高,m。

1. 3. 2 动载荷对埋地聚乙烯管道的力学作用

路面车辆的运动及大型机械设备施工作业是动载荷的主要来源,对于类似于聚乙烯管道的柔性管道而言,其埋地深度对管道所承受的动载荷的大小影响较大。埋地管道动载荷计算理论与静载荷计算理论基本一致,在Boussinesq理论计算公式的基础上,通常乘以一个工程经验调整系数,其公式如( 2) 所示。

式中: Wd为动载荷,k N/m2; S为动载荷集中调整系数; S取2. 0。

总载荷为静载荷和动载荷之和,其公式如( 3) 所示。

2 模拟计算的结果和分析

埋地聚乙烯管道内压为0. 4 MPa( 城镇聚乙烯燃气管网最大设计压力) ,只考虑土体重力造成的静载荷对聚乙烯管道作用,缺陷深度为10 mm时。管道的应力云图和管道变型量云图分别如图2 和图3 所示。

据图2 可知,管道的缺陷处产生应力集中现象,最大应力出现在管道缺陷的中心处; 据图3 可知,管道产生变形现象。

2. 1 管道内压对管道的影响

2. 1. 1 管道内压对管道最大应力的影响

只考虑土体重力造成的静载荷对聚乙烯管道作用,缺陷深度为10 mm时,分别计算了管道内压在0. 05 ~0. 4 MPa区间变化时,聚乙烯管道所承受的最大应力,如图4 所示。

分析图4 可知,聚乙烯管道最大应力与内压之间呈线性关系,最大应力值整体上随内压的增大而增大,内压每增大0. 05 MPa,管道最大应力值约增加1. 3 MPa;当管道内压为0. 4 MPa时,含缺陷聚乙烯管道最大应力值为3. 38 MPa。

2. 1. 2 管道内压对管道变形量的影响

只考虑土体重力造成的静载荷对聚乙烯管道作用,缺陷深度为10 mm时,分别为计算了内压为0. 1、0. 2、0.3 和0. 4 MPa时,距圆心不同位置的管道外径的变形量的变化情况,其变化规律如图5 所示( 以管道圆心处为基准,正上方为90o,正下方为- 90o) 。

分析图5 可知,聚乙烯管道外径的变形量整体上随管道内压的增大而增大,管道正上方变形量随管道内压的增大变化较大,管道内压每增加0. 1 MPa,管道正上方变形量增加约0. 10 mm; 管道正下方变形量随管道内压的增大变化较小,管道内压每增加0. 1 MPa,管道正下方变形量增加约0. 015 mm。

2. 2 地面载荷对管道的影响

2. 2. 1 地面载荷对管道最大应力的影响

当管道内压为0. 4 MPa,缺陷深度为10 mm时,分别计算了地面载荷在0 ~ 50 k N/m2区间变化时,聚乙烯管道所承受的最大应力,如图6 所示。

分析图6 可知,聚乙烯管道最大应力值随地面载荷的增加,呈先下降后上升趋势。在0 ~ 20 k N/m2区间呈下降趋势,地面载荷每升高5 k N/m2管道最大应力下降约0. 22 MPa; 在20 ~ 50 k N/m2区间呈上升趋势,地面载荷每升高5 k N/m2管道最大应力上升约0. 13 MPa。

2. 2. 2 地面载荷对管道变形量的影响

当管道内压为0. 4 MPa,缺陷深度为10 mm时,分别计算了地面载荷为0、15、30 和45 k N/m2时,距圆心不同位置的管道外径的变形量的变化情况,其变化规律如图7 所示。

分析图7 可知,聚乙烯管道外径的变形量随地面载荷的增大而增大,且聚乙烯管道各个部位的变形量的增加与地面载荷的增加呈近似等比关系。地面载荷每增加15 k N/m2,管道的外径变形量增大约2. 1 mm。

2. 3 管道缺陷深度对管道的影响

2. 3. 1 管道缺陷深度对管道最大应力的影响

只考虑土体重力造成的静载荷对聚乙烯管道作用,管道内压为0. 4 MPa时,分别计算了管道缺陷深度在10~ 22 mm区间变化时,管道聚乙烯管道所承受的最大应力,如图8 所示。

分析图8 可知,聚乙烯管道最大应力与管道缺陷深度之间呈线性关系,最大应力值整体上随管道缺陷深度的增大而增大,管道缺陷深度每增大2 mm,管道最大应力值约增加0. 3 MPa。管道缺陷深度为22 mm时,管道最大应力为5. 21 MPa。

2. 3. 2 管道缺陷深度对管道变形量的影响

只考虑土体重力造成的静载荷对聚乙烯管道作用,管道内压为0. 4 MPa时,分别计算了管道缺陷深度为10、14、18 和22 mm时,距圆心不同位置的管道外径的变形量的变化情况,其变化规律如图9 所示。

分析图9 可知,聚乙烯管道正上方( 缺陷处) 的变形量随管道缺陷深度的增大而增大,其他位置的变形量基本没有变化。管道缺陷深度每增加4 mm,管道缺陷处的变形量增加约0. 01 mm。

3 结论

1) 应用有限元方法,计算含缺陷埋地聚乙烯管道的应力和变形量,分别计算了管道内压、地面载荷和管道缺陷深度变化时,管道的应力和变形量的变化情况,能够帮助确定管道的工作能力,为管道的安全运营提供保障。

2) 管道最大应力随内压的增加而增大,内压每增大0. 05 MPa,管道最大应力值约增加1. 3 MPa; 管道最大应力随地面载荷的增加先减小后增大; 管道最大应力值随管道缺陷深度的增大而增大,管道缺陷深度每增大2mm,管道最大应力值约增加0. 3 MPa。在工况允许的范围内,适当减小管道运行压力,能减小管道最大应力,适当增加地面载荷( 例如: 增加埋地管道覆土厚度) ,能够减小管道的最大应力,但当地面载荷过大时,会使管道最大应力增加,影响管道安全。

3) 管道变形量随内压的增加而增大,但变形量增长较小; 管道变形量随地面载荷的增加而增大,变形量增长较大,地面载荷每增加15 k N/m2,管道各个部位的外径变形量增大约2. 1 mm; 管道缺陷处的变形量随管道缺陷深度的增加而增加,但变形量增长较小,管道其余位置变形量基本保持不变。地面载荷对管道变形量的影响较大。

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城镇管道 篇8

1 HDPE管道在城镇排水工程中的适用范围

1.1 在软土地基工程中使用

HDPE管道性质属于柔性管材,同刚性管道在设计上的处理是不同的,对刚性管道而言,通常被看作是一个独立的承重结构,强度需要承受全部内外压力;而柔性管道是管道与回填土共同形成受力系统,即管道与填土之间因力的互相传递,以及产生变形的相互协调,使两者之间形成一个紧密的整体结构体。根据在土层中的受力特点及管材可较大变形的能力,管道之间的接口一般是采取电熔加热连接,能使连接部位与管材同为一样性能优点,可以在软弱土壤中应用,尤其是它的熔接接头适应变形的能力是混凝土管无法比的。

1.2 可在复杂和交叉地段使用

城市道路宽度小地下管道繁多,由于地下的复杂性,管道布置图很难标得准确清楚,为此在设计和施工时经常会出现排水管道与其他管线或构筑物相互碰的情况。

对于小直径管道敷设在不能开挖埋地的管段,如架空穿过公路;道路面不允许开槽的地段,可采取非开挖手段,用定向地下钻孔穿过道路,目前应用比较广泛,这样在既不破坏地面又不损伤地下已有管道的条件下完成新管道敷设,是HDPE管道的优势所在。

1.3 在特殊情况下的使用

在施工过程中往往会因某种原因,出现需要应急处理或抢工期情况,由于HDPE管道重量较轻,接口牢固,安装安全方便和管道下部对基础没有特别要求,所以在紧急情况下敷设快速,在地下修建整改管道走向时,常遇到需要临时排水或某部位交通量大,白天不能施工只能在夜间抢修情况下,此种柔性管道的优点就体现出来,常被用到应急或抢修的临时工程。

1.4 在吊装设备不能到的地方使用

在旧城区或地段窄小部位,由于城市主干道建筑未规划或没有建设,为保护环境需要在旧城区改建或扩建,增加下水系统,而旧城区因建筑物密度大,道路狭窄,起吊设备无法到位,这时HDPE管道的优势就可以得到发挥。由于管材轻不需要吊车即可运管下沟,同时因管材光滑,相同流量下管径小可满足排水需求,因此减少了开挖和回填工程量,对进度及周围环境影响也较小。

2 HDPE管道施工质量控制

由于HDPE管道的材质较轻等优点,施工过程与混凝土管有不相同之处,如果操作人员对这种管材特点不了解,采取传统的与普通混凝土管的方法安装HDPE管道,将会影响到管道的整体质量,不能确保管道的正常运行。HDPE材质轻在施工期间不要漂浮移位,管道底部回填土的密实程度决定管与土壤之间负荷能力及管径变形的大小。因此要想达到管同土壤的共同作用,管底及管周围回填土的密实性是很重要的。要使管不漂浮和土壤共同工作,必须在施工和回填土时保证沟槽干燥无水;同时要求回填土过筛,土粒径小于10 mm,厚度在管周围大于300 mm;分层夯实。确保密实度达到0.92以上,减少自然沉降量,使土壤同管道有可靠的粘结成为共同受力体。

3 HDPE管道的连接施工

3.1 对焊连接施工

对焊连接适用于ϕ32 mm～ϕ315 mm的管件连接。该种连接形式的主要特点是:属于同材质刚性连接,不能拆卸,抗拉强度高整体性好。对接焊是一种最简单常见的连接方式,它为整个管段的预制安装提供了便利的条件,并不需要其他任何材料。因此,不论是现场安装还是预制安装,都可以采用对焊的连接形式。对焊对母材的焊接面较小,焊缝处也不会影响管道使用,管口内部截面不会产生变化。对接焊接触处允许的厚度几乎与管壁厚度相同,不产生浪费问题。通过采取对接焊处理方式,管长度和弯头处都得到充分利用。管径小于75 mm时可用手动焊接法连接,电焊机的连接管径一般要达到40 mm～315 mm范围。

3.2 丝扣连接施工

丝扣连接施工适用于ϕ32 mm～ϕ110 mm的管件连接。其施工特点是:不属于同材质刚性连接,可以拆除且抗拉强度高。丝扣连接方式通常用于比较简单,使用时间不长,方便拆卸连接件的各类不同安装场所,下水的存水弯,淋浴盆,洗手盆等部位。在安装时丝扣件要用密封圈压紧,或在丝扣内填充塑料薄膜,这样连接只有很小的密封材料与水接触,才能达到连接的不渗漏效果。

3.3 电焊管箍连接件连接施工

电焊管箍连接件连接法施工适用于ϕ40 mm～ϕ315 mm管件的连接。其连接施工的优点是:属于同材质刚性连接,不能拆卸,抗拉强度高。电焊管箍连接件连接方式由于施工方便,方法简单快捷,通常用于现场焊接施工,改造,加补安装和修补应用。若管路系统需要改造或作早期的修改项目,电焊管箍就能通过取中间或下部的止动圈而滑移。焊接时的压力值是通过加热时管箍的收缩作用而产生。加热过程中压力均匀分布在焊接面上,收缩作用引起管径尺寸在允许的控制范围内变化。

3.4 带密封圈承插式连接施工

带密封圈承插式短管连接方式适用于ϕ32 mm～ϕ160 mm的管件连接。其连接施工的优点是:属于非刚性连接方式,可拆卸,抗拉强度高。带密封圈承插式短管连接方式常用在各种简单的预制安装工程中,装配可以是水平的或垂直方式。当安装部位受到限制时,这种可变通的小尺寸连接方式具有良好的可操作性。该连接件还有保护帽,在未安装完成时防止污物掉入。

3.5 法兰连接施工

法兰连接施工适用于ϕ50 mm～ϕ315 mm内所有管的连接。其连接施工的优点是:属于非刚性连接,可以拆装且抗拉力强。法兰连接方法通常作为低压输送管线上可拆卸的连接件。另外法兰连接法是与铸铁管和钢管之间最简单的连接方式,而法兰在管端头的盲板可用于检查口等部位。

3.6 承插式伸缩短管连接施工

承插式伸缩短管连接法施工适用于ϕ32 mm～ϕ315 mm的所有管件连接。其连接施工的优点是:属于非刚性连接,可以拆装且抗拉强度高。安装承插式伸缩短管连接时,必须使用锚固管卡进行固定,防止在热胀冷缩时承插管位置的移动。在楼层与楼板的垂直立管处,长距离的收集管网以及埋地管道,必须安置一个承插式伸缩短管。这是因为承插式伸缩短管不仅可以消除因排水过程中温度变化引起的热胀冷缩作用,而且还有助于各个楼层支管的连接,使得管安装更加方便。

3.7 防伸缩套管连接施工

防伸缩套管连接施工适用于ϕ50 mm～ϕ315 mm的所有管件连接。其连接施工的优点是:属于同材质刚性连接,不可以拆装且抗拉强度高。对于不平整,不规则的特殊管材连接,采用防伸缩套管连接是一种较方便的方法。此种方法也可以用在HDPE管与其他不同材质的材料连接中,如陶瓷设备,化验洗涤槽等处的连接。在连接时先要把专用橡皮圈套在管端安装位置,要确保橡皮圈刚好放在套管长度一半处。然后把安装管插入套管内,用力挤紧。不停的移动喷灯或其他加热设备,加热不高于130 ℃使套管周围均匀受热。经过上述工艺处理,套管会产生收缩,从而使安装件更加密封紧密,最后再用锚固管卡固定防伸缩套管。

HDPE管道属于柔性管材,尚未全部取代刚性管道,但由于HDPE管道具有更独特的性质填补了刚性管道的不足,扩大了管材可选择的范围。使用时根据环境条件,充分发挥不同材质的特点,因工程需要,使刚、柔性管道合理采用,达到社会经济效益,创造好的自然环境。

摘要：阐述了HDPE管道在城镇排水工程中的适用范围,提出了HDPE管道的施工质量控制措施,详细地介绍了HDPE管道的连接施工,以提高人们对HDPE管道的认识,推广HDPE管道在排水工程中的应用。

关键词：聚乙烯管道,质量控制,排水,连接施工

参考文献

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