长距离输水管道管径比选

长距离输水管道管径比选

高逸成

中船第九设计研究院工程有限公司上海200063

摘要：以华东地区某长距离输水管道工程为研究背景，从工程概况、设计水量、水质及水压要求、水力计算、输水管道管径比选等方面进行了论述，在此基础上，确定了长距离输水管道的最佳管径，使输水工程安全、经济。

关键词：长距离输水；输水工程；输水管道；管径比选

1工程概况

本工程为华东地区某长距离输水管道工程，工程内容包括取水口、取水泵站、原水输水管道。根据本工程服务的用水点的一二期建设时序（两期的建成时间间隔很近）及本工程前期确定的建设规模，取水泵站及输水管设计按远期（二期）考虑，同时满足近期取水功能要求，取水泵站设计土建按远期规划一次建成，机电按远期规划考虑（预留）、同时满足近期（一期）取水功能要求。本工程前期确定的建设规模为敷设一根输水管，长度14.2km，当输水管出现故障时，启用相应的备用水源。

2设计水量

根据本工程服务的用水点水量需求，本工程一期输水管末端进入净水厂的水量为2200m3/h（最高日平均时），二期输水管末端进入净水厂的水量取为4500m3/h（最高日平均时）。本工程服务对象的用水比较均匀，时变化系数不大。

本工程输水管规模按最高日平均时流量考虑，输水管的漏损水量按8%考虑，则输水管起点处（即输水泵站）的水量如下：

表1设计水量计算表

根据表1得知，本工程取水泵房一期取水量为2376m3/h，二期取水量为4860m3/h。输水管道水力计算时，其输水量取与泵房相同的取水量。

3水质及水压要求

根据本工程的水资源论证报告，本工程取水点的“现状水体满足项目用水要求”。

根据本工程用水点净水厂的需求，本工程输水直接进入高密度沉淀池，高密度沉淀池最高设计水位为9.97m（黄海高程），进水富余水头要求2m，即本工程输水管出水时水头标高为11.97m（黄海高程）。

4水力计算

管道总水头损失hz=管道沿程损失hy+管道局部损失hj。

根据室外给水设计标准，管道沿程损失hy按照海曾威廉公式计算：

式中q—设计流量（m3/h）

l—管段长度（m）

Ch—海曾-威廉系数

dj—管道计算内径（m）。

由于本工程采用焊接钢管，海曾-威廉系数Ch取值范围为120~130，本次计算取Ch=120。管段长度l=14200m。一期q=2376m3/h，二期q=4860m3/h。

局部水头损失按下式计算：

式中—管（渠）道局部水头损失系数。

经计算，本工程的总局部阻力系数为103.9（包括本工程设计范围内所有的弯头、蝶阀、伸缩接头等局部阻力系数）。

水泵扬程暂按“管道总水头损失hz+原水预处理系统高密池最高设计水位9.97m-取水泵房内最低水位0.16m+进水富余水头2m”计算。

表2水力计算表

注：因一期二期时间间隔较近，当一期输水管道内的流速小于临界淤积流速0.6m/s，可定期将水泵房的水泵全部开启进行管道冲淤，以避免管道淤积，同时在二期启动时对全线管道进行一次排查清淤。

5输水管道管径比选

由于本工程一期二期时间间隔较近，输水管道侧重按照远期的水量进行考虑，同时满足近期使用功能，所以在确定输水管道管径的过程中，主要从以下两方面考虑：第一，要考虑输水管路有较好的水力条件，确保管道的运行较安全，避免管道内压过大，增加后期运营风险；第二，是从管道前期建设投资和后期泵站运行费用方面考虑，较小的管径可以节省前期建设成本，但后期泵站运行费用会大大增加，而较大的管径可以节省后期泵站运行费用，但会增加前期建设成本，所以输水管道的管径需要合理选择，以便到最优的经济效益。

表3管径比选表

注：电费按照每度电0.68元计算，水泵每年根据项目要求按运行8000小时计算。

通过表3管径比选表格可知：①DN1000管道在二期的时候，由于水量较大，管道总水头损失增加使得水泵扬程较高，这将导致管道内压大大增加，在后期运营过程中增加管道爆管风险，不利于管道运行安全，增加后期维护成本；②一期时采用DN1000输水管道的每年水泵运行电费较采用DN1200输水管道增加57万元，二期时采用DN1000输水管道的每年水泵运行电费较采用DN1200输水管道增加400万元。

如果输水管径从DN1000加大到DN1200，需要增加建安费造价约为800元/米，整个工程输水管道长度14200米，则本工程采用DN1200管道要比采用DN1000管道在建设时期多投入1136万元。考虑到后期的管道运行安全及运行成本，本工程不建议采用DN1000管道（因为DN1000管道内压较大、后期运行成本较高）。如果输水管道管径采用DN1200，虽然建设初期的建设投入要多增加1136万元，但后期运行过程中，每年将节省400万元电费，3年就节省1200万元电费，节省大于前期增加的投入1136万元，所以，采用DN1200管道带来的经济效益较大。

综上所述，本工程输水管道的管径选用DN1200比较合适。

6结论

本工程先明确了设计水量，通过水力计算以及经济比选确定了本工程长距离输水管道的最佳管径，可以为以后类似工程提供参考。

参考文献：

[1]GB50013-2018，室外给水设计标准[S]

[2]GB50265-2010，泵站设计规范[S]

[3]CECS193-2005，城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程[S]

[4]给水排水设计手册，第3册，城镇给水（第三版）[M]