某发电厂厂外补充水管道方案比较分析

吴迷芳 赵 苏

（1.中国电建集团华中电力设计研究院有限公司，河南 郑州 450000；2.黄河水利委员会水文局，河南 郑州 450000）

0 引言

电厂厂外补充水系统、管材和相应的经济管径的确定是输水系统的主导因素，它直接影响着补充水工程的合理性和工程的总造价。不同管材造价必然不同，同种管材，如果管径选择过小虽然可减小一次投资，但却使输水系统水头损失增大，运行费用增加；如果管径选择过大，虽可减少电能损失，但增加了投资，造成不必要的浪费。

1 工程概述

1.1 工程情况

某电厂建设2×30MW 背压供热机组+1×350MW 超临界供热燃煤发电机组，电厂补充水源采用该地区污水处理厂处理后的再生水。管道长度为10.7km。

1.2 输水系统管道比较方案的拟定原则

输水管道的比选原则：（1）对工程中常见的各种供水管材进行了论证比较，结合管道运行经验及本工程的供水距离、供水压力等对各种可用管材进行了初选；（2）根据经验公式初拟各种管材的管径，然后以此管径为基础，确定1～2 组可行的管径方案；（3）对不同的管材、管径组成的各种方案进行技术经济比较。

1.3 输水系统管道的经济比较方法

经济比较方法采用“年费用最小法”，即将投资按计算出的年固定费用率分摊至每一年中，再加上升压水泵年耗电电费等运行费为年总费用，其中年总费用值小者方案优。根据循环水系统优化，本次经济比较年固定费用率取13.75%。

1.4 电厂补充水量

电厂本期最大补充水量730m3/h。

2 厂外补充水管道材质类型比较

在电厂长距离输水工程中，管材的选择一般要根据工程的规模，管道的工作压力，输水距离的长短，工程的进度与重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，当地管材的生产状况，应用管材的习惯等进行技术、经济、安全论证，综合比较后确定。

根据设计电厂长距离输水工程的经验，特别是这几年我国引进大量的新型管材和新的生产工艺，管材的优化尤为重要。目前长距离输水工程大都在钢管、球墨铸铁管、预应力钢筋混凝土管与预应力钢筒混凝土管、玻璃钢管、聚乙烯（PE）管及其复合管等方面选择，以下结合本工程特点分别就各种管材进行论述。

2.1 焊接钢管

焊接钢管用途广泛，是电力系统应用最普遍的管道之一。输水工程一般选用螺旋焊缝与直缝焊接钢管。钢管的优点是强度高，耐振动、重量较轻、长度大、接头少和加工接口方便等。缺点是易生锈，不耐腐蚀，因此必须采取防腐措施，如外壁作防腐层，使用寿命可达25 年。本工程补充水源采用城市再生水，采用焊接钢管时，需对焊接钢管进行防腐处理。本文将焊接钢管纳入管道的比选。

2.2 球墨铸铁管

球墨铸铁管具有钢管的柔性及铸铁管的耐腐蚀性，其强度比钢管大，延伸率也高出10%，运输、吊装性能好，采用柔性接头，安装省时省力，其缺点是价格较高，高于焊接钢管。本文将球墨铸铁管不纳入比选。

2.3 预应力钢筋混凝土管

按生产工艺分成两种，一种因加工工艺分为三步，通常称为三阶段预应力钢筋混凝土管；另一种方法是一次成型，通常称为一阶段管。预应力钢筋混凝土管因加工工艺简单、造价低，较适合我国的经济状况而应用普遍。预应力混凝土管口径一般在DN400～3000mm，工作压力不超过1.2MPa。管子的接口采用承插口，尺寸较准确，并设橡胶止水圈（单胶圈或双胶圈），止水效果好，安装较方便。该管目前在给水、排水管道中应用十分广泛。本文将其纳入管道的比选。

2.4 预应力钢筒混凝土管

预应力钢筒混凝土管是一种由钢板、钢丝和混凝土构成的复合管材，管心为混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm 的钢筒，在管芯上缠绕环向预应力，采用机械张拉缠绕高强钢丝，并在其外部喷水泥砂浆保护层。

预应力钢筒混凝土管的管径一般为DN400～4000mm，工作压力不超过2.0MPa。预应力钢筒混凝土管与预应力钢筋混凝土管同属混凝土管系列，本工程供水压力较低（不到0.6MPa），预应力钢筋混凝土管完全能满足供水要求，而且价格也较预应力钢筒混凝土管低，因此本文未将预应力钢筒混凝土管纳入比选。

2.5 玻璃钢管及夹砂玻璃钢管

玻璃钢管主要以玻璃纤维纱作为增强材料和树脂作为基体制成，考虑到玻璃钢管质量参差不齐，目前已有工程在使用过程中造成了一些管道泄漏事故和经济损失，本文不将其纳入比选。

2.6 聚乙烯复合管

聚乙烯复合管主要有以下三种：钢丝网骨架塑料（聚乙烯）复合管、钢骨架聚乙烯塑料复合管及孔网钢带聚乙烯复合管。

与其他两种复合管材相比，孔网钢带PE 管现在用得相对较少，主要原因是这种管材存在以下几点问题：（1）钢带在冲孔时毛刺无法处理，导致管壁内部存在较多缺陷；（2）管件是纯塑料的，可能存在不配套的问题；（3）焊接不可靠，很容易泄漏。以下对钢丝网骨架PE 管和钢骨架PE 管从生产方式、管材特点、施工方法以及其他一些方面进行分析比较[1-3]。

2.6.1 生产方式对比

钢丝网骨架PE 管：在基础的PE 芯管上以左右螺旋钢丝缠绕成网状骨架，并用高性能改性PE 树脂将芯管、钢丝层及外包覆PE层融合为一体。

钢骨架PE 管：首先将经向和纬向的钢丝焊接成管形网状结构，然后经挤出机与PE 复合成型。

2.6.2 管材优缺点对比

（1）钢丝网骨架PE 管

优点：①管材所有压力主要作用在弹性模量远高于PE 的钢丝网加强层上（钢丝的弹性模量是PE 材料的200 倍），管道既有金属管的强度特点，但又保留了塑料管的柔性特征（曲率半径大于75）。②交叉钢丝网，有效克服PE 材料应力开裂以及蠕变。③内壁不结垢。

缺点：①改性PE 树脂胶层耐温能力不足，管材只能输送40℃以下的介质。②连接需要管件，不宜热熔对接。

（2）钢骨架PE 管

优点：①复合材料管道，保持了塑料的柔性，提高了强度。②内外壁均为PE 材料，PE 材料耐腐蚀，不易滋生细菌。③采用管件电熔连接，接口处稳定，不易渗漏。

缺点：①只能选择适合焊接的普通钢丝，钢丝强度直径以及排列数量受制约。②钢丝焊接成网状后，产生应力集中，管道容易产生局部受力破坏。

2.6.3 施工对比

（1）钢丝网骨架PE 管

①采用电热熔管件和法兰连接。②柔性管道，有一定的弯曲度，角度小于15°的管道，可以不使用管件，复杂和起伏地形施工方便，地质和环境适应能力强。

（2）钢骨架PE 管

①采用电热熔管件连接，与其他材质管道或阀门用法兰连接。②钢骨架复合管所用管件生产厂家少，配套难度大。

2.6.4 其他特点

（1）钢丝网骨架PE 管

①内壁光滑，摩阻系数0.009，流通能力大。②钢丝拉伸强度达到1800MPa，管材负荷强度优势显著。③管壁薄，用材少、价格低、高压力等级尤其显著。

（2）钢骨架PE 管

①由于钢丝直径较粗，管壁需要保持一定厚度，小口径管道壁厚，比实壁管减少不明显。②采用普通钢丝拉伸强度400MPa，复合优势不突出。

从以上几点来看，钢丝网骨架PE 管与钢骨架PE 管各有千秋，但从性价比来看，钢丝网骨架PE 管更优，因此将钢丝网骨架PE 管纳入本次管道的比选。

3 厂外供水管道经济比较

3.1 参与比选的管道管材及规格

根据输送压力及管道应用情况，厂外再生水输送管道选取了对焊接钢管、预应力钢筋混凝土管和钢丝网骨架PE 管进行比较，参与比较的管道规格如下：

焊接钢管（四种）：Φ426×6，Φ478×6，Φ529×7，Φ630×8

预应力钢筋混凝土管（四种）：DN400，DN500，DN600，DN700

钢丝网骨架PE 管（四种）：

DN400×12.5，DN450×11.5，DN500×12.5，DN560×17

3.2 计算方法及数据取值

（1）钢管主材费用按定额取费，其他管材价格向一些有代表性的生产厂家询价取得。

（2）管道的沿程水头损失采用舍维列夫公式计算，局部水头损失按沿程水头损失的10%计算。

（4）因厂外电源采用城市电源，电费按工业用电取值，为0.6125元/kWh。

3.3 经济比较结果

该电厂厂外补充水管道综合性能及经济性比较见表1。

从表1 中数据可以看出，采用DN500×12.5 钢丝网骨架PE 管年总费用最小。对于直径500mm 左右的钢管、预应力混凝土管和钢丝网骨架PE 管来说，钢丝网骨架PE 管管材价格、施工费用（含安装费和土建费）优势明显，其水头损失也最小，综合优势较明显，因此推荐采用DN500×12.5 钢丝网骨架PE 管，管道压力0.8MPa，管道流速1.136m/s[4-5]。

表1 综合性能及经济性比较

4 结束语

本文以经济合理、系统设置保证电厂安全稳定运行为前提，着眼于提高系统长期运行的经济性，不片面追求低造价，结合以上原则优化的厂外供水系统主要配置为：该电厂补充水污水处理厂采用DN500×12.5钢丝网骨架PE 管（0.8MPa）地埋敷设，年总费用可节省约40 万元。