海水淡化浓海水输送管材比选研究

◎白永浩

1 前言

我国是水资源短缺的国家，水资源分布极不均匀，特别是一些沿海城市的经济发展严重受制于淡水资源缺乏的状况。海水作为水资源的重要组成部分,其有效利用是解决我国水资源危机的重要措施之一[1]，（崔树军,韩惠茹,邓会宁,袁俊生.海水淡化副产浓海水综合利用方案的探讨.[J]盐业与化工，2008，37（1）：36-38.）海水淡化技术的发展对于解决社会发展中所面临的淡水危机具有深远的意义。我国的海水淡化研究兴起于20世纪50年代，到80年代已有了突飞猛进的发展[2]。（张宁,苏营营,苏华等.海水淡化中浓海水的综合利用研究[J].海洋科学，2008，32（6）：85-88.）经过几十年的发展，技术已日趋成熟，经济性亦日趋合理，应用前景十分广阔。膜蒸馏海水淡化技术的研究，更是可以将浓海水进一步浓缩，在海水淡化产业链发展中具有重要意义。但提取淡水后将产生大量高盐度海水，一般海水淡化可将3.5°Be´海水浓缩成 6°Be´浓海水，利用膜蒸馏技术更可将海水淡化副产的浓海水继续浓缩至10°Be´。副产的浓海水中富含钠、钾、溴、镁等有用物资，且多为陆地紧缺的矿物资源并含有各种离子，如果直接排海，不仅是对有限资源的浪费，也将对脆弱的海洋生态带来巨大威胁。利用浓海水进行滩晒制盐，既节省盐田制卤区面积，提高海盐生产能力，又避免了直接排海造成的破坏。

使用海水淡化产生的浓海水谈晒制盐，必须首先将浓海水输送至盐滩。传统卤水输送方式为培土筑埝修建沟道，利用沟道进行输卤。该输卤方式投资小，施工简单。但明渠占地面积大，且卤水通过沟道过程中会因为渗透造成损失。若利用管道进行卤水输送则能有效避免上述不足。国内外各种类型输水管材五花八门，应用于长距离输水管线的管材以球墨铸铁管、PCCP管、玻璃钢夹砂管和HDPE管应用最为广泛。经济性管材的选择既要考虑管材、施工等一次性投资，同时还考虑寿命周期内管线的运行维护费用，这两项费用之和最小的方案为最佳经济管径。只有选择正确的管材才能做到供卤通畅且经济适用。

2 管道材质必选

2.1、刚性管—传统管材

世界上首先发展起来的排水管网，是传统的混凝土管、金属管和陶土管等，这些管子称为刚性管。在欧州已有50年历史，在中国解放以后各大、中、小城市中首先使用的还是传统的刚性管—混凝土管，至今还在大量的使用，如北京市约有500家水泥管厂，天津市约也有500家水泥管厂，尽管建设部已明文取消φ500以下的平口混凝土管，各地从设计到施工还在使用混凝土管。

2.1.1钢管

钢管是一种传统管材,由钢板螺旋缠绕成圆筒状后焊接而成。从强度和刚度来看,钢管具有优良的特性。钢管最大的缺陷是寿命短，不耐腐蚀，密封性不好，容易泄漏，而且价格高，对地表不均匀沉降适应性差。

2.1.2 铸铁管

按材质可分为灰口铸铁管和延性铸铁管，由于灰口铸铁管口径不大、材质不稳定，因此事故较多，在输水工程中基本不采用。延性铸铁管也称为球墨铸铁管，其强度比钢管大，延伸率也高出10%。球墨管成本高，平均价格比PE管贵10%―15%，且连接接口转角过大容易引起泄漏。

2.1.3 预应力钢筒混凝土管PCCP

一种钢筒与混凝土制作的复合管，管心为混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm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。该管的特点是由于钢套筒的作用，抗渗能力非常好。管子的接口采用钢制承插口，尺寸较准确，并设橡胶止水圈(单胶圈或双胶圈)，因而止水效果好，安装方便。

2.2、柔性管——塑料管材

从八十年代开始，世界上从欧洲到北美、日本掀起一股塑料管道热。人们大量使用各种塑料做的供水、排水管如PVC、PP、PE、ABS管。

2006年在美国召开的第13届国际塑料管道会议上共有120篇报告，其中欧州Teppfa（欧州塑料管材管件协会）和Plastics Europe（欧州塑料制造商协会）发起了一项综合性的研究，即调查使用年限超过30年排水管道质量情况的定量数据，题为“可持续性市政管道排水系统中塑料管道的应用性能”，主要是评价哪种管道性能最好，能满足可持续发展要求。

调查结论如下：（1）使用柔性管表现优于刚性管；（2）埋地管道需要柔性（可以产生管土共同作用）；（3）柔性管系统的管件保证较可靠的连接；（4）柔性管道系统的铺设减少对环境的危害；（5）柔性排水管道是可靠的，长期使用的选择。

塑料埋地管可以分为实壁管和结构壁管两大类。一般，供水使用的实壁管，因为是有内压的需计算水头压力。而排水管是无内压的，为了从经济上考虑，一般使用结构壁管，结构壁管更比实壁管节省材料50-70%。结构壁管主要承受外压负载。结构壁管共有六种类型：分别是PVC双壁波纹管，PVC加筋管，克拉克管，玻璃钢夹砂管，HDPE缠绕管和HDPE双壁波纹管。

2.2.1 聚乙烯管（PE）

聚乙烯按照其密度不同分为高密度聚乙烯（HDPE）、中密度聚乙烯管（MDPE）和低密度聚乙烯管（LDPE）。聚乙烯管根据结构形式不同可分为单层实壁管、双壁波纹管和螺旋缠绕管等。双壁波纹管和螺旋缠绕管主要是用HDPE原料加工而成，主要应用于城市排水、单层实壁HDPE主要应用于城市供水、城市燃气输送，单层实壁MDPE管主要应用于城市燃气输送，单层实壁LDPE管大量用作农用排灌管道和工业普通管道。

2.2.2 玻璃钢夹砂管

玻璃钢夹砂管是采用短玻璃纤维离心或长玻璃纤维缠绕，中间夹砂工艺制作，管壁略厚，环向刚度较大，可用作承受内外压的埋地管道，管径可从直径φ500～φ2600mm，玻璃钢夹砂管材质脆，只适用于大口径，且在施工过程中，机械碰撞容易发生暗伤，而且暗伤不容易发现，影响使用寿命。

2.2.3 硬质聚乙烯管UPV-C

UPV-C管具有较高的抗冲击性能和耐化学性能。它可根据使用要求不同，在加工过程中可添加不同添加剂，使其具有满足不同要求的物理和化学性能，UPV-C管具有寿命长，密封性好等特点，但是UPV-C管在加工过程中有重金属稳定剂，在使用过程中会逐步渗出，影响水源。

在上述管材中，大口径HDPE双壁波纹管（φ300－φ800mm），优点最突出，主要是产品质量好，整体性好，生产效率高，原料省，成本低，施工方便，承插连接，使用安全；超过1000mm的大口径管材，选用玻璃钢夹砂管也具有一定的优势。

3 结论

结合浓海水排放工程按最大排放量25万m3/d设计建设，约1万m3/h，管道距离20km，浓海水输送基础方案比选如下：

单根自流 单根带压 双根带压工程方案 1-F2000 1-F1400，1.0Mpa 2-F1000，1.0Mpa综合价格(参考值) 1000万元/公里 500万元/公里 600万元/公里运行维护 管道前后落差3m，进盐田后需动力 维护方便 施工维护费用大

故本方案设计采用单根带压力输送,其中选用管道公称压力≥1.0MPa，选用3台6000m3/h水泵，扬程40-60米，电机功率3＊900KW。

综上，笔者认为玻璃钢夹砂管可以作为浓海水输送工程首选管材，其优点有：（1）材料性能优良，水利参数和结构参数较合适，也能满足工程工艺参数；（2）属于柔性管，安装施工难度小，由于材质轻加工和运输很方便；（3）不易腐蚀，耐久度好。

[1]崔树军,韩惠茹,邓会宁,袁俊生.海水淡化副产浓海水综合利用方案的探讨.[J]盐业与化工，2008，37（1）：36-38

[2]张宁,苏营营,苏华等.海水淡化中浓海水的综合利用研究[J].海洋科学，2008，32（6）：85-88

[3]陈立明，孙雨虹，金龙.玻璃钢管道等四种管材综合使用性能技术经济分析[J].供水与排水，1998, 18（2）：17-19

[4]冯俊举,王绪书,翟拥军.海水淡化与制盐联产方式的研究[J].海湖盐与化工，2005，34（5）：4-6.

[5]余瑞霞，王越，王世昌.海水淡化浓盐水排放与处理技术研究概况.[J].水处理技术，2005，31（6）：1-3.