玻璃钢管在火电厂海底取排水工程的应用

周正一

(中国华电工程(集团)有限公司，北京 100160)

0 引言

纤维缠绕玻璃钢管道是采用微机控制纤维缠绕技术，将浸润好树脂基体的玻璃纤维按螺旋缠绕和环向缠绕的方式逐层缠绕在旋转的芯模上，固化、脱模成型的非金属管材。管壁结构先进、合理，在满足使用强度的前提下，能充分发挥其复合材料的特性。玻璃钢管道以其轻质、高强、耐腐蚀、不结垢、安装方便、维护费用低、使用寿命长等优点广泛应用于石油、化工、电力、给排水等行业。受各种因素的限制，国内火电厂工程中海底循环水取排水管极少选用玻璃钢管道。

1 项目概况

柬埔寨某2×60 MW燃煤电厂工程是华电工程(集团)有限公司在柬埔寨承担的第1个设计采购施工(EPC)总承包项目。该项目海底部分取水管总长为637 m，管道接泵房处中心标高为-4.75 m，管道接进水塔处中心标高为-8.05 m，接泵房穿护岸处埋深为9.75 m；海底排水管总长711 m，接岸处中心标高为-1.17 m，海侧排放处中心标高为-4.1 m，排水管接岸穿护岸处埋深为5.4 m。

根据EPC合同要求，海底取排水管道必须是混凝土箱涵或钢管。对玻璃钢管道与混凝土箱涵的综合性能、价格、安装方式等进行对比后， 说服业主采用玻璃钢管作为该项目的取排水管材。

2 玻璃钢管与混凝土箱涵的优缺点比较

取排水管口径较大，水下作业时要求管道具有非常好的耐海水能力，一定的耐内压、耐外压能力，连接方式简单、可靠，吊装、安装方便，使用寿命较长。

海底埋设输送海水的管道通常为钢管或混凝土箱涵。使用钢管时，需要对钢管进行内外防腐，采取阴极保护，并定期维修。由于管线埋设在海底，使用过程中无法进行维修，因此一旦出现防腐层脱落的情况，钢管的使用寿命无法保证。混凝土箱涵易附着海生物，影响输水量，且由于混凝土箱涵的断面尺寸大、长度短，清理礁石和施工的费用非常大。玻璃钢管与混凝土箱涵的性能对比见表1。

表1 玻璃钢管与混凝土箱涵的性能对比

3 玻璃钢管与混凝土箱涵的经济性能对比

玻璃钢管道与混凝土箱涵的综合价格分析见表2。取水管输水流量为26 730 m3/h，长637 m；排水管输水流量为26 730 m3/h，长711 m。

表2 玻璃钢管道与混凝土箱涵的综合价格分析

(1)混凝土箱涵采用预制管，C40防水混凝土，抗渗等级P6。

(2)玻璃钢管采用带锁紧的承插式双“O”型密封圈+哈夫接头连接方式。

(3)取水头和扩散口采用箱式预制混凝土结构，钢护筒、钢联撑和锚链表面采用重防腐涂料进行防腐。

(4)所有的挖方和填方已考虑超深和超宽，玻璃钢管回填层上部采用抛石护面。

(5)费用中考虑了出口退税。

4 玻璃钢管道施工方案

该项目取排水工程分别在卸煤码头的两侧，其中取水管线长637 m，海域末点处设置一个箱式取水口，采用预制钢筋混凝土构件的结构形式；排水管线长711 m，靠海域末点处设置一个箱式排水口，预制混凝土结构。取排水管线分别为ø2 000 mm和ø1 800 mm的玻璃钢管，每节长12 m，管道采用带锁紧的承插式双“O”型密封圈或卡箍式哈夫接头连接。

海底玻璃钢管的敷设方法主要有吊沉管法、铺管船铺设法、围堰法、顶管法和滑道法。该项目主要采用吊沉管法，为了方便吊装，岸上只组装2节玻璃钢管，沉入水下再进行连接，但是在与循环水泵房的对接处采用了围堰法。

4.1 基础碎石垫层的施工

挖掘好的管沟经修整检验合格后进行沟底碎石垫层的施工，碎石垫层厚度为0.5 m。抛碎石的方式是用广口布袋吊放或用滑筒槽洒放。抛碎石一段距离后由潜水员查看并进行平整。平整的方法为：用2根8 m长的槽钢沿基槽底部两边平行排放，2根槽钢间距为(管外径+1.5 m)，用一根长度大于槽钢间距的横担在纵向排放滑道上平滑，进行检测、整平。横担的底面离沟底的距离为0.5 m，将多余的碎石划至滑道的外侧，凹坑部位再用广口布袋吊放碎石补平。

4.2 管段的拼接、吊运、下沉就位

管段拼装在陆地上进行，拼装完成后，直接用浮吊船将管段吊至指定位置，进行下沉、安装。吊运最好在风浪较小、潮位高的情况下进行，并配备2艘小艇(交通船)左右接应，确保作业安全。

(1)管道陆上拼接。管道拼接选择在海岸上进行，取ø2 000 mm的玻璃钢管，单节长12 m，组接长度初步定为24 m，2节钢管组成1个管段。由于采用承插式组接方式，按通用的连接规则作业即可。管子组接好后，检验结合处的密封防漏性能，合格后将两端清洗干净，涂上润滑油，再将密封橡胶圈套在插口的凹槽中。

(2)吊运。拼装好的管段用浮吊船吊运至指定位置，进行下沉、安装。

(3)水下安装。管段下沉后，开始进行管段的安装连接工作。由于管段之间用哈夫接头连接，所以将2个管段放置在哈夫接头的下半圆上。管段与已安装的管线在同一轴线上，接口的角度偏差不得大于3°，然后将哈夫接头的上半圆扣置在2个管段上，将螺栓拧紧，完成2个管段的连接。

4.3 回填保护

海底管沟的回填分4部分：袋装砂回填、碎石回填、块石垫层和护面块石回填。袋装砂回填即在管道就位并连接好之后，用袋装砂紧贴覆盖管道以保护管道使其免遭破坏；碎石回填是袋装砂覆盖管道之后，用广口布袋吊放或用滑筒槽洒放碎石，覆盖袋装砂；块石垫层回填是在碎石之上放置体积稍大的块石，要确保抛填、整平到位，符合设计要求；最后进行护面块石回填，将大体积的护面块石置于块石之上，作为最后一层覆盖层。回填断面图如图1所示。

图1 回填断面图

5 关键技术与创新点

在滨海火力发电厂直流冷却水取水工程中，常规做法是用预制混凝土管涵或钢管作为取水管道。混凝土管涵存在自重大、吊装难度高的问题，需要大型吊装船和专用的施工码头，且对海基处理的要求较高，工程造价非常高；钢管虽然避免了上述问题，但钢管在海水中的抗腐蚀性能差，其防腐费用和运行维护费用很高。此次研究成果证明，玻璃钢管既可避免由于自重大、吊装难度高导致施工难度大的问题，也避免了钢管由于防腐导致工程成本和运行维护费用高的问题；同时，玻璃钢管施工简单，可极大缩短项目工期，从而有效保证发电厂项目取水工程的顺利实施，具有非常好的推广价值。

玻璃钢管作为海底取排水管道，关键技术和创新点有以下几点。

(1)解决海底暗流对管道系统的影响。由于玻璃钢管自重小，承受海底暗流的冲击能力较差，因此该项目采用将玻璃钢管埋设在海床面以下的槽道内并在管道周围回填碎石，上覆大块石压稳，并使压稳护面层顶高程与原始海床面平齐的办法，以消除海底暗流对管道的冲击影响。管道周边所覆的碎石和块石的工程量远小于混凝土管涵方案。

(2)解决内部水流在转弯处对管道稳定性的影响。由于玻璃钢管自重小，在管道转弯处管内流动介质会对管道产生较大的冲击力，对管道的稳固不利。如果在管道转弯处设置体量较大的混凝土镇墩，不仅工程量大，还会导致管道系统不均匀沉降造成管道拉裂。该项目在施工过程中特别考虑到此问题，将距海岸线100 m以外的管道全部设计为直线或缓坡形态(坡度小于3%)，将所有的转弯均设置在近岸100 m以内，以方便镇墩的布置。利用近岸区域基岩面较浅的地质优势，有效解决了不均匀沉降的问题。

(3)解决施工安装难题。施工时计划采取的方案是：4节玻璃钢管(长约12 m)为1组，在岸上用带锁紧的承插式双“O”型密封圈连接组装好，用驳船吊运到海上，定位沉入海底，每2组间用卡箍式哈夫接头和不锈钢螺栓连接。但由于现场海平面风浪较大，可供施工的时间较短，所以将原来的浮拖沉管法改为吊沉管法，为方便驳船吊装运输，实际施工中每2节为1小组在岸上组装，2小组之间在水下用承插接头连接为1组，每2组间仍用哈夫接头连接，实际施工也比较顺利。

玻璃钢管易燃、抗压强度低，容易被外力破坏，需要特别保护，所以在现场施工过程中加强了安全管理，有效降低了安全隐患。

(4)解决海底地形及地质条件对管道系统的影响。为了消除海底地形及地质条件对管道系统的影响，保护顶部低于海床面500 mm的管段不被块石损坏，在开挖基槽内放入袋装砂覆盖管道，再在袋装砂上覆盖块石进行保护。

(5)解决标准风险。由于该合同要求全部采用国际标准，所以产品的设计、制造、检验及测试均按国际标准完成，更易被海外客户所接受。该工程所采用标准包括：ASTM D3299—2000 《玻璃强化纤维树脂缠绕热固性防腐标准》，ASTM D3839—2002 《玻璃强化纤维热固性树脂管道地下安装标准》，AWWA C950—2007 《玻璃纤维压力管道标准》，AWWA M45—2005 《玻璃纤维管道设计标准》。

6 结束语

火电厂海底取排水管线采用玻璃钢管道是有很多前提条件的，玻璃钢管道不可能完全取代钢管或混凝土箱涵，与海底的稳定情况、洋流和波浪状况、附近航道走向、排水管径和项目周围的施工条件等息息相关。是否可以应用和是否有明显优势必须认真研究，要规避玻璃钢管机械受力差、运输费用高、自重小易浮管的缺点，选择合适的敷设方式和施工方案。