钢铁企业架空水道管廊设计方法浅析

董彩虹

中冶天工上海十三冶建设有限公司，上海 201900

1 概述

钢铁企业中，从循环水处理设施至各单元主车间的循环供回水管道不仅管径大而且数量多，如炼钢连铸单元一般有十几根循环供回水管道，大的管径可在800mm以上。在场地狭窄、管道密集的情况下或设置地下管廊，或采用室外露天架空管廊，把原先须埋设在地下的大量循环水管道综合在一起，充分利用立体空间布置，使原先十几根水管道能在较小的平面上布置下来，这是常规的设计。

架空管廊与地下管廊相比，其最为显著的优点是节约土建工程造价。地下管廊均为钢筋混凝土构造，大型管廊的高度可达4米以上、宽度可超过10米，且为避让其它地下管线，如雨水管线、电缆埋管、电缆沟等，一般地下管廊顶板覆土厚度在2000mm以上，地下管廊通常也需要打桩。架空管廊为钢结构绗架形式居多，土建部分只有钢结构绗架、钢结构立柱及支架基础等，对大型管廊而言，由于管道粗、跨度大，甚至都不需要钢结构绗架，只需钢结构立柱等即可满足要求。架空水道管廊往往会采取架空与埋地敷设相结合的方式，可以有效地减少架空管道的数量从而降低工程土建造价。总体来说，大型地下管廊的土建造价可达3万元/米，而架空管廊的土建造价约为地下管廊的40%左右。另外，架空管廊与地下管廊相比，不仅易于土建施工，管道安装空间也大。因此，在一般情况下，架空管廊应当是优先选择的对象。

本文就架空水道管廊的设计方法，包括管廊平面与断面设计、管道推力计算、管道支架的设置以及管道系统的排气等，进行了分析和探讨，可作为实际工程的参考。

2 管廊平面设计

管廊的平面设计即指管廊的平面定位。

管廊的平面定位可以遵循如下的原则。

①架空水道管廊虽比地下管廊而言，已经极大地节约了工程造价，但是仍具有造价高的、设计复杂的特点，在管廊设计时首先要考虑的就是在水处理单元和主单元车间之间以最短的路径布置架空管廊，降低造价，并可减小管廊对区域内其他建筑物、构筑物及管线的影响。

②管廊的走向应尽量沿着与道路平行的方向布置在道路两侧的绿化地内，以减小管廊对道路及其设施的影响。

③与厂区总体布置协调，看架空水道管廊的布置是否与启动热力、燃气专业的管道相碰。在钢铁企业中，热力的蒸汽管道、压缩空气管道和燃气的氧气、氮气、氩气管道等通常均为架空敷设，也就是所谓的全厂动力管网的管线。如架空水道管廊与上述动力管网垂直相交，则完全可以通过管线避让的方法加以解决。但如果水道管廊是与动力管网是在平行方向上发生位置的挤占，则可考虑与动力管网的共架问题，以实现立体空间的充分利用。动力管网管道内的介质是气体，该管道的特点是重力荷载远小于水管道，但由于气体是可压缩的，推力远大于水管道。水管道的重力荷载远大于动力管网管道，但由于水是不可压缩的，推力远小于动力管网管道。因此，与动力管网共架是完全合理的。

3 管廊断面设计

管廊的断面设计是一个不断校核、修改、优化的过程。其基本方法具体如下。

①根据工艺用户的具体要求，确定每一段水管廊内所设管道的种类(如纯水循环、净循环或是浊循环等)、具体数量、管径等。

②在取得上述基本参数后进行每一段管廊管道的立面布置即管道的分层布置。管道的层数不宜少于2层，层数少无法体现管廊的立体空间的优势，可能会使得管廊断面的宽度过大；但管廊内管道的层数量也不宜多于3层，层数过多可能会使管廊的高度过高，从而给架空管廊的稳定性带来影响。另外，架空水道管廊很有可能会与其它动力管网管道共架，因此给排水专业循环水管道也不宜占用过多的高度空间。

③管道的立面布置时，要注意：管道应尽量紧贴布置，以减小管廊所占净空；同时管道间距不宜过小，必须确保管道安装、施工、检修的必要空间；而且注意大小管道搭配，在充分利用空间的前提下，尽量将管径大的管道布置在管廊的下层管道支架上，上层管道支架则布置相对管径小的管道，以保证管廊内管道支架的稳定性。管道与管道之间的间距可参照表1确定。

④在完成管道的初步的立面布置后，校核按此管廊断面布置的管道在平面上是否能以最佳路径和水力条件(接管长度最短、弯头最少)接向各用户点，如果不是，则需要对断面进行调整、优化。

表1 管廊内管道间距

⑤由于架空管廊全部设置于地面以上，因此美观性也是要考虑的重要因素。应当尽量避免毫无规律、杂乱的管道布置方式出现。

⑥对于架空管廊下方的空间要充分考虑加以利用。可以考虑将一些大而粗的循环水管道埋地敷设在架空管廊下方。这样可以减轻上部架空管廊荷载，节约造价。

最后，获得的就是最优的管廊断面。

4 管道支架的布置

管道支架一般考虑仅承受管道的重力和摩擦力即可，管道支架的间距首先应该是要符合规范的要求，并按管道断面内最小口径管道所允许的刚度和跨度设置管道支架。如果局部地方不允许设置管道支架，如架空管廊在穿越道路时，只能在道路两侧设置支架。

在管道支架的定位时，建议考虑能否充分利用钢管管道的刚度。对于钢管而言，都会有一个最大允许跨度的概念。管径越是粗，管道本身的刚度也越大。如果能充分利用管道的刚度，即管道支架的设置按照满足管道刚度的需求，则可采取将管道直接设在管道支架上的做法，无须再设置支撑管道的钢结构绗架了，可以节省大量钢结构的土建费用。这是在管道支架设计时必须加以注意的。在满足功能需求的前提下，支架数量越少，不仅利于控制工程投资，也会对全厂总图布置产生最小的影响。

5 管道系统的排气

对于循环水系统而言，管道系统积气难于排除是系统正常运行的一大障碍。管道系统积气会造成管道中的气与水混合流，使管网流量和压力容易产生波动，无法满足生产的要求。特别对于密闭式循环水系统而言，积气所造成的问题影响更加严重。

架空水道管廊本身的管道就为架空敷设，是管道向上翻的重点。另外在架空管廊从循环水处理站接向主工艺单元车间的过程中，需要越过道路或是与其它管线、构筑物相碰，很可能需要将管道向上抬高或是向下降低，都非常容易造成积气点。因此，必须采取措施排除管网中的积气。

目前，最简单可靠的方法就是设置排气阀。排气阀首先要设置在各段管网的最高处。其次排气阀的设置要便于维护和检修，必要时应考虑排气阀的检修平台等。排气阀在排气同时总会带出少量的水，因此排气阀不能设置在喷出水后会产生恶劣影响的地方。排气阀也不能设置在道路的上方。

6 结语

架空水道管廊就如同工厂的生命线，承担着输送循环水的重要任务。设计管廊，要技术上先进、经济上合理、便于生产维护并且要求美观，对于设计工作提出了很高的要求，必须要有周密的考虑和详细的计算。