《有压重力流长距离输水管线设计探讨》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有压重力流长距离输水管线设计探讨（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、S t u d yo nS t r e s s e dG r a v i t yW a t e r T r a n s m m i t i o n P i p e l i n eD e s i g no fL o n gD i s t a n c e 罗春林杨玉芳王爱军 新疆石油勘察设计研究院 摘要l 偏远山区 荒漠戈壁地区远离城镇 水源依托条件差 长距离输水常采用多级泵站增加的输送工艺 能耗 高 维护管理成本大 给建设单位增加较高的成本投入 本文结合新疆哈密图拉尔根铜镍矿供水工程设计特 点 体会 与广大的工程设计 管理人员共同探讨长距离有压重力流输水工程在线路选择 水力计算 管道保 护设施设
2、计中应用 A b s t r a c t D o m e s t i cw a t e ri si ng r e a ts h o r t a g ei nr e m o t em o u n t a i na n dd e s e r ta r e a si nX i n j i a n g p r o v i n c e w a t e ri su s u a l l yp o s i t i v e l yd i l i v e r e db yp i p e l i n ew i t hm u l t i s t a g e dp u m p i n gs t a t i o n s
3、b e c a u s eo ft h el o n gd i s t a n c e T h i sp r o c e s e ei so fh i g he n e r g yc o m s u m p t i o n a n dh i g hc o s t s i nm a n a g a m e n ta n dm a i n t a n a n c e w h i c hi n c r e a s e st h et o t a lc o s to fc o n s t r u c t i o n B a s e do n t h ew a t e rt r a n s m m i
4、s i o np r o j e c to fac o p p e r n i c k e lo r ei nK u m u l t h i sp a p e rp r o b e si n t ot h e s t r e s s e dg r a v i t yw a t e rt r a n s m m i s i o np i p e l i n ed e s i g no ns e l e c t c i o no fp i p e l i n er o u t e h y d r a u l i c c a l c u l a t i o na n dt h ed e s i g
5、no ft h ep r o t e c t i o nm e a s u r e s 新疆哈密地区矿产资源丰富 主要矿产有铜 镍 量水进行选矿 但哈密地区为全国最干旱的地区之一 区及荒漠戈壁 远离水源及城镇 供水条件差 金 钼 煤等矿 矿产开采及分离过程中需要大 全年平均降雨量仅为3 6 6 m m 且矿区多分布在山 图拉尔根铜镍矿供水工程自哈密自沁城乡射月沟水库修建了一条D N 4 0 0 输水管线至图拉尔根矿区 管 线设计输水规模4 5 0 0 m 3 d 管线全长1 1 3 5 k m 采用全线有压重力流输水工艺 该工程为新疆输水距离最 长的全线有压重力流输水管道 管线穿越山区段约6
6、3 k i n 穿越隔壁荒漠段约5 0 4 k m 工程总投资1 4 2 亿 元人民币 1 建设区域地理环境 建设区域位于天山北坡 由射月沟水库至图拉尔根铜镍矿地形总体走势为西北高 东南低 地势 海拔高程约1 5 5 0 m 1 3 0 0 m 左右 山体形似丘陵地形 相对高差5 0 m l S O m 山前冲积平原海拔高程约在 1 3 0 0 1 1 5 0 m 多为戈壁土层 地表植被茂密 区域内无常年性水流 多为干沟 呈网状分布 雨后洪水 多聚积于局部低洼地带 管线穿越山区段6 3 k m 穿越戈壁段5 0 4 k m 1 0 8 2 0 1o 年 2 线路选择 图拉尔根铜镍矿供水工程输水
7、距离长达近1 2 0 公里 由于工程建设区域内无水 无电 社会依托条件 缺乏 设计中应考虑尽可能减少泵站数量 如果条件允许 尽可能实现全线有压重力流输水 根据水源地位置及水库高程 矿区所处位置高程 在地形图上进行了线路初选 经水力计算分析 采取敷设线路高点深挖 管道水击保护 进排气保护等技术措施 实现全线有压重力输水 经线路勘察 选择了高线输水和低线输水两个方案 J 高线输水 穿越山区段较多 管线走向总体敷设在1 2 5 2 1 4 1 5 之间 线路总长度1 1 3 4 k m 穿越山区段达至U 6 3 k m 戈壁段为5 0 4 k m 输水管线静压基本控制在2 0 0 m 以下 只有4
8、O k m 管线静压达 至1 1 2 5 0 m 低线输水 输水管线尽可能避开山区及山前敷设 线路总体敷设在1 2 0 0 一 1 4 1 3 m 等高线内 线路总长 约1 2 0 5 k m 输水管线约有7 0 k m 敷设在戈壁段 约5 0 5 k m 敷设在山区 大部分管线的静压在2 5 0 3 0 0 m 最大静压 达到3 1 5 m 高线输水 管线长度短 管线承受的输水静压相对较低 管线的供水安全性较好 可选择承压较低 的输水管道 但管线穿越岩石段较多 爆破工程量大 施工困难 低线输水 管线长 大部分管线的静压在2 5 0 3 0 0 m 最大静压达至U 3 1 5 m 管线承压高
9、供水的安全 可靠性较差 需要选择承压较高的管道 但管线穿越岩石段较少 爆破工程量少 施工方便快捷 经过综合的技术经济比选 确定高线输水方案 3 水力计算 长距离输水管道水力计算公式选用 按照室外给水设计规范规定 水力计算公式采用曼宁公式 即计算 进行长距离输水管道水力计算 特别是采用全线有压重力输水工艺计算时 要结合线路测量纵断面 图进行 将线路测量纵断面线整理合并成一张图 并将起点位置 设计水位 终点位置在线路测量纵断 面图中标示出来 最终将计算的水力坡降线画在线路测量纵断面图中 这样做的目的 一是使设计人员 对所选线路整体走向起伏做到心中有数 另外根据这张水力坡降线图可初步判断出管线在运行
10、中易发生 集气 泥沙沉积 易发生管道断流水击 断流弥合水击 上游突然关阀水击破坏点等 并合理确定隔断 检修设置 管材压力等级分级等 按照高线输水线路进行了水力计算 其中1 0 8 2 5 k m 处为整个输水管线的最高点 也是整个线路最易 出现负压工况管段 因此管线水力计算分二段进行 前段1 0 8 2 5 k m 为一计算管段 后段5 1 5 k m 为一计算 管段 线路水力计算结果见表3 1 表3 1水库低水位时管线水力计算 输水方式 管线全线密闭重力有压输水 水库水位标高m水库死水位1 4 8 2 0 5 配水站地面标高m 1 3 3 3 6 2 配水站自由水头m 1 2 1 1 9 1
11、 0 8 2 5 k m 处标高m1 4 1 4 5 安全水头3 m 终点水池液位标高m 1 4 0 6 安全水头考虑2 O m 1 0 9 前段1 0 8 2 5 k i n 高差 1 3 3 3 6 2 1 2 1 1 9 一 1 4 1 4 5 3 3 7 3 1 m 管线规格m i l l 螺旋缝焊接钢管钢骨架塑料复合管 D 4 2 6 X 8 D N 4 0 0 水力坡降m o0 4 3 O 2 6 流速m s0 3 60 3 8 2 管线长度l l 6 04 8 2 5 管线沿程损失h f m 2 5 81 2 6 3 8 4 m 3 7 3 1 m 不满足要求 采取措施 该段管线
12、标高深挖1 5 m 使得 前段总沿程损失 m 1 0 8 2 5 k m 处设计标高降为1 4 1 3 m 该处安全水头实际为3 4 1 m 后段5 1 5 k m 高差H 1 4 1 3 3 4 1 一 1 4 0 6 2 8 4 1 m 钢骨架塑料复合管 管线规格衄 D N 3 0 0 水力坡降m o1 2 流速m s 0 6 8 管线长度 5 1 5 管线沿程损失h f m 6 1 8 后段总沿程损失 m 6 1 8 m 8 4 1 m 满足要求 终点进水池富裕水头4 2 3 m 输水量m 3 d 4 1 0 0 根据计算结果 采用D N 4 0 0 输水管线 在设计输水量条件下 可以实
13、现全线重力有压自流输水 线路 的最高点1 0 8 2 5 k m 处由于富裕水头较小 采取加大1 5 m 挖深的措施 以保证该管段安全运行 4 工艺流程 采用全线重力自流有压输水工艺 水库来水一配水站过滤一1 1 3 5 l m 输水管线一矿区高地水池 一 利用地形高差 水库水密闭自流输水至配水站 在配水站过滤后 经1 1 3 5 k m 输水管道密闭重力自流 输水至矿区高地水池 5 设计特点 5 1 安全 可靠的线路保护设施 本工程特点是输水管线距离长 地形起伏大 且全线为有压重力自流输水 管线承受最大静水压力 高达2 3 8 m 但输水起点 终点的有效作用水头只有5 6 m 每公里的允许压
14、降不到O 5 m 管线敷设线路穿越 3 个大的倒虹吸管段 这些不利因素对管线全线通水 管线的安全运行带来了诸多不利因素 针对这些不安全因素采取以下技术措施予以消除 1 管道的排气和补气 管道中气体产生的因素较多 除了管道在充水时留下的大气囊外 因压力 温度变化引起水中溶解 气释放 突然快速关阀引起管道局部真空致使管道从排气阀吸气等也造成管线集气 常见的集气产生在 管道中的凸起点 膝弯点 渐缩管 水平管段 较平坦的逆坡管段 过河折弯点 减压孔板前及不全开 的阀门等处 管道中积存空气会造成以下危害 降低过流量 在重力流管道中 极端情况下甚至会导致输水中断 可加剧水锤的破坏 甚至直接引发气囊性水锤
15、0 2 0 o 年 导致供水系统末端压力不足 输水量降低 积存的气囊会造成管道或设备腐蚀 同时压缩后的气泡在释放时会造成管道或设备内壁气蚀 大 大缩短管道或设备的使用寿命 可导致气爆 对人员或设备造成严重损害 管道负压通常是由于突然快速关阀和管道泄水引起 负压对管道造成的破坏有时比正压要大的多 严重的会造成管道吸瘪 在某些工况下 没有补入空气会在发生水锤的水拄弥合情况下 失去空气垫层 的缓冲保护 在管线上安装自动进 排气阀是目前解决输水管道迸 排气的有效手段 2 各类工况水击分析及防护 1 上游配水站突然关阀产生的水锤升压 水锤降压破坏 2 线路初次通水及放空检修后的管网再启动气阻及水击 针对
16、以上两种工况水击破坏 在本工程设计时 考虑在管线起点 管线最大静压段高点 倒虹吸管 段的低点及末段高点安装了三级排气防水锤排气阀 该阀具有缓闭且能高速排气功能 可有效消除水击 破坏 在管线承压较低 且易造成管道升压破坏的管段 安装了管线持压泄压阀 当管网内压力高于管 道设计压力1 1 5 M P a 时 及时泄压 保护管道 3 下游突然关阀水锤 下游阀门在短时间内突然关闭 末段流速突然降为 零 水流受阻回流 水头不断叠加 造成管 道内压力急剧升压 破坏管道 针对此种工况 设计中考虑在终点进水池处安装了 具有缓闭功能的液位控制阀 该阀利用传导管 内水压逐步升压的原理控制主阀缓慢关闭 避免了突然关阀产生的水击 3 管线低点的排泥 排沙 管线在施工及检修过程中及因输送水质较差都会带来泥沙在管道内的沉积 如不能及时排出 会造 成管线输水能力下降 4 输水管线的检修设施设计 本工程输水管线线路长 考虑到当某一管段检修时 不至于造成全线放空 应考虑设置隔断检修 井 放空井 5 线路过量输水的负压保护 本工程管线设计安全输水量不高于2 0 0 m 3 h 输水量过大时会造成水力坡降线下迅速降 在线路
