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东山供水工程压力钢管防腐优化设计

晋中东山供水工程为跨流域引调水工程, 从山西省富水区清漳河流域、 浊漳河流域, 调水到贫水区汾河流域。受水区为晋中市南部5县 (市), 包括太谷县、祁县、平遥县、 介休市、 灵石县;取水水源包括石匣水库、 关河水库、 云竹水库及二期水源。工程年设计供水量1.1亿m3左右,工程等别为芋等, 主要建筑物级别为3级, 输水管 (洞) 线全长254.64 km, 其中压力管线长178.06 km, 隧洞长76.58 km。沿线主要建筑物, 包括3座泵站、 10座流量调节阀室、 35座检修阀室、 225个排气阀井、 63个排水阀井、 18个流量计井。

为适应较大的地形高程变化,工程部分输水管道(尤其是三个泵站出水池前后连接段)及管线建筑物内, 均包含一定数量不同管径、 不同工作压力的钢管。未施工压力钢管段具体情况, DN 1800管壁厚24 mm,长度2 370m;DN 1800管壁厚16 mm, 长度3 100m; DN1400管壁厚12 mm, 长度2 900m。

63 18为适应较大的地形高程变化,工程部分输水管道(尤其是三个泵站出水池前后连接段)及管线建筑物内, 均包含一定数量不同管径、 不同工作压力的钢管。未施工压力钢管段具体情况, DN 1800管壁厚24 mm,长度2 370m;DN 1800管壁厚16 mm, 长度3 100m; DN1400管壁厚12 mm, 长度2 900m。

管线沿线附属建筑物较多,相应的钢配件较多,这些都需要做防腐处理。压力钢管内、 外防腐均采用传统防腐形式,钢管内防腐采用无毒环氧类涂料, 钢管外防腐采用环氧煤沥青。从工程已施工标段钢管实施情况看,大口径钢管的内、 外防腐质量欠佳, 小口径钢管的内防腐仅两端部分可实施, 钢管内部无法实施。

从本工程已施工标段钢管防腐情况及类似输水工程钢管运行情况看, 传统工艺防腐钢管的使用寿命短, 维修成本高。泵站出水池前后连接部分PCCP已改为压力钢管, 糙率值未进行调整。三座泵站压力钢管均采用最大设计扬程进行压力计算, 未进行压力分段设计。泵站压力钢管防腐采用传统工艺, 存在小口径钢管内防腐实施难度大, 且钢管运行期防腐维护难度大、 成本高的问题。

防腐优化的必要性东山供水工程是大水网工程之一,工程取水水源的两条支线共布置3个泵站,根据泵站出水池前后管线地形起伏变化大的特点,均采用了具有高强度性、高抗渗性、 高密封性和耐久性的钢管, 具有适应复杂地形、 抗震性能好、 承压能力强、 重量较轻、 运输安装方便等优点。但钢管需要进行比较复杂的内、 外防腐处理, 非专业防腐施工, 尤其是在施工现场进行钢管防腐施工, 质量难以控制, 管道糙率也相对大。

涂塑钢管本次优化设计选用的涂塑复合钢管, 结合了钢管与塑料管的优良性能, 具有超强的防腐性能等诸多优点, 目前已应用于南水北调等水利工程, 较好地解决了钢管防腐问题, 提高了防腐可靠性, 减少了运行维护成本。内防腐采用一次性热熔熔结环氧树脂粉末涂层, 外防腐采用热熔聚乙烯粉末涂层。补口采用两种型式,管径小于DN 600的钢管管端内衬不锈钢层, 不小于DN 600的钢管管端内涂液态双组份环氧树脂。省去了阴极保护等工艺, 维修养护环节简便。涂塑复合钢管与其它类的复合管材相比, 主承压部分完全由焊接钢管承担,其塑料层单纯发挥防腐保护作用, 涂塑复合钢管具有以下特点:优良的物理力学性能。涂塑复合钢管具备钢管所有的特性, 强度高、 抗冲击性强、 刚性大、 膨胀系数低和抗蠕变性能强,埋地钢管可以承受防腐能力强。涂塑复合钢管由钢管涂一定厚度的塑料材料而成的管材, 涂层具有超强的附着力; 采用特殊封口工艺, 管材整体的防腐效果不受钢管端面腐蚀的影响, 杜绝了端面防腐效果差而影响整个系统防腐的重大缺陷; 涂层一次完成无接缝, 渗透率极低, 因介质不会与钢管接触, 形不成微电池, 不易产生氧化腐蚀。

阻力系数小。管壁光洁,流体阻力小、内壁不结垢, 微生物不附着, 涂层附着力强, 在同等管径和压力条件下比传统工艺防腐钢管水头损失低。输送相同流量的介质, 口径可降低。承压性能稳定。钢管为管体的主承压层, 管材的承压能力不受塑料层性能变化的影响。其承压强度按焊接钢管设计,不考虑塑料层在管材中起的承压性能, 不会降低管材的设计工作压力。导热系数低,保温性好。导热系数接近塑料管的导热系数,有较好的隔热保温性能。露天安装钢管外壁可减少保温材料的用量, 夏季使用亦不结露。使用寿命长。外层塑料埋地后不易老化, 外防腐保护的钢管管体不会发生锈蚀现象,内层塑料因不受光照也不易产生老化现象。所以, 涂塑复合钢管的使用寿命既大于钢管, 又大于塑料管, 使用寿命可明显提高。

运行费用低。可减小泵站扬程, 大大降低工程运行管理费用。卫生等级高。 达到国家涉及饮用水卫生许可的要求。

通过水力、 壁厚结构强度计算得出: 涂塑复合钢管DN 1600管壁厚16 mm, 长度2 000m、DN 1600管壁厚14 mm, 长度3 250m、DN 1300管壁厚11 mm, 长度3 980m。采用涂塑复合钢管后, 泵站钢管钢材用量可减少1 832.8t, 内防腐面积可减少4 570m2, 外防腐面积可减少4 760m2, 投资费用减少2 160万元。

测量定位放线、沟槽开挖、 管道基础垫层及工作坑、沟槽下管、 管道吊装、 铺设管道 (对口、 焊接、 端口防腐)、 管道检测、 土方回填、 打压试验。

涂塑复合钢管实施后, 钢材用量及钢管内、 外防腐面积大大减少, 可节省部分工程投资。单节钢管重量有所减小, 钢管运输、 吊装及安装更为方便, 可降低施工成本, 提高施工速度。可减小泵站扬程, 大大降低运行管理费用。