张晓凤 刘琳 朱萍萍 尹利军
【摘要】通过具体的工程,分析温泉对输送管道的特殊要求,从经济、技术及综合性能方面比较各种温泉水输送管道管材及保温材料,提出了钢骨架复合塑料管+聚氨酯保温层+高密度聚乙烯套管的保温管道,工程运行表明,该保温管道运行良好,保温效果能够达到温度降低值小于0.63℃/km要求。
【关键词】温泉水;保温管道;钢骨架复合塑料管
温泉资源是一种珍贵的不可再生资源,由于温泉一般处于山区或者郊区,加上温泉水特殊的物理化学性质,输送管材的选择成为亟须注重的问题。管材的选择不当,则会产生腐蚀、爆管等问题,保温材料选择不当,则输送过程中的热量扩散会导致温泉水失去原有的温热特性。
本文通过具体的工程实例及运行状况,介绍温泉水输送管道的设计,供其他工程参考。
1、项目概况
海南省某旅游度假区地热温泉水储藏量较为丰富,是海南开发利用得最早最具规模的温泉。根据地矿局勘查及勘探报告,可开采量A+B+C级共计约7700m3/d。根据热矿水勘探报告及环境地质评价报告,该处温泉水的一处岩浆岩断裂构造带内的深循环裂隙水,水温大于40℃的热储范围约2Km2,其间10个井控的井口温度平均为53℃,含氟5.24-9.82mg/L、偏硅酸84.5-141.7mg/L,属于氟、硅型温热级优质医疗矿泉水;其他温水井的井口温度25-31℃,含偏硅酸54.03-124.80mg/L,三个取放射性样品的水井分别平均含氡112BP/L、38.46BP/L和16.20BP/L,属于含氡、硅型温水级医疗矿泉水。
本工程设计规模为3800m3/d,管径DN200~250,全程管长7.938km,管道起点的温泉水接口点平均水温约为50℃,规范中对卫生器具的水温要求为30~40℃,考虑配水管的热量损失,确定输水管最不利点处用户最低水温为45℃。保温要求温度降低值小于0.63℃/km。
2、管材的选择比较
2.1管材选择原则以及特殊要求
输水管道选择管道材质过程中,应考虑封闭性能高、管道的内壁既要耐腐蚀性强,又不会向水中析出有害物质、水力条件好、工程投资省等原则。同时,温泉水输送管与常规的给水输送管材相比,应具有抗压强度大、化学稳定性高,不易腐蚀的材料热传导系数低、内壁应光滑不易附着水垢、线膨胀系数小等特点。
2.2管材优缺点概述
目前国内较常用供水管道的材质主要有钢管(SP)、球墨铸铁管(DIP)、玻璃钢管(GRP)、热塑性塑料管及钢骨架增强复合塑料管。其各自优缺点如下:
2.2.1钢管(SP)
其优点是机械强度高,承压能力强,耐震动,方便施工,适应性强,多用于地质、地形条件复杂状况,一般时,多采用钢管。缺点是价格较高,易结垢,须做好内外防腐。
2.2.2离心球球墨铸铁管(DIP)
优点是具有优良的机械性能,承压能力强,密封性能好,供水安全性高;一般在生产过程中已进行防腐处理,无需另做防腐;且一般球墨铸铁管价格较钢管低。其缺点是管材重量较大,DN400以下管件价格偏高。
2.2.3玻璃钢管(GRP)
玻璃钢管的主要优点为重量轻、耐腐蚀、安装方便、维护费用低,其管内水力条件好,且清洁无毒。缺点是该管材存在易老化、配套管件少且加工不便,对基础和回填要求高。
2.2.4热塑性塑料管
热塑性塑料管一般包括硬聚氯乙烯管(UPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)、聚乙烯管(PE)、聚丙烯管(PP-R)、工程塑料管(ABS)等。该类型管道内壁光滑,水力条件好,耐腐性能好,质轻方便加工,价格低,缺点是管材强度低、质脆、抗冲击性能低,耐热性差,热胀系数大,多用于小口径管道(≤ 400mm)。且一般热塑性塑料管的适用温度小于45℃。
2.2.5钢骨架复合塑料管
钢骨架复合塑料管既有金属管材机械性能高、承压力强、耐高温等特点,又有非金属管材内壁光滑、耐腐蚀、水力条件好等特点,且户外施工方便,其管道寿命可达50年以上。多用于中小口径管材。
2.3温泉水输水管材确定
钢骨架复合塑料管较之于单纯塑料管道抗压性能出众,爆管发生可能性大为降低。相较于金属管具有保温性能优良的特点,用作基材的高密度聚乙烯导热系数为0.48W/m2k,钢管导热系数为46.06W/m2k,仅约为钢管导热系数的1%。
钢骨架塑料复合管与同口径的衬水泥砂浆的金属管相比,其阻力损失仅为其48%,为此,运行费用低,且耐温性能好、热传导数低、热膨胀系数小、安装便捷、抗腐蚀性强,综合考虑管材性价比,具有较明显的优势。本工程温泉水输送管选择钢骨架塑料复合管。
3、管道保温设计
为保证温泉水用户点的温度需求,必须对输送管道进行保温设计。管道的保温一般由保温层和保护层两部分构成。
3.1保温层材料的选择
适用于管道的保温材料主要有:岩棉、玻璃棉、聚氨酯泡沫等。
聚氨酯硬质泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料,在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下,通过专用设备混合,经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。具有重量轻、可加工性好、致密性高、导热系数低(0.022~0.033W/(m*Κ)),保温隔热效果好的优点,在供热工程中也有广泛的应用。
本工程采用聚氨酯硬质泡沫作为保温层。
3.2外保护层的确定
适合于埋敷设的管道外保护层有钢管和塑料管两种。钢管较塑料管机械强度高,但是价格贵,且需要进行防腐處理。因此,本工程一般路段采用高密度聚乙烯套管作为保护层,在浅埋过公路段采用钢管做外保护层。
3.3管道设计
本工程温泉水输水管道采用钢骨架复合塑料管+聚氨酯保温层+高密度聚乙烯套管,管道断面见图1。管道全线直埋敷设,由于现场保温很难保证厚度均匀,供水管道及其附件应在到达现场前就做好预制保温,将工作管套入外保护管,然后在两管之间注入聚氨脂硬质泡沫塑料(保温层)。管子接口处现场发泡保温。
为保证最不利点温度,应控制单位温降不大于0.63℃/km。以此基础计算管道热损失应控制在小于462kW。
经计算,管道保温层厚度及保护层外径见表1。
结论:
本工程温泉水输送管道全线直埋敷设,采用钢骨架复合塑料管+聚氨酯保温层+高密度聚乙烯套管的保温管道输送温泉水,管道最不利点温度达到45℃以上,满足设计及使用要求,管道运行8年以来无任何事故,对以后的类似工程提供了借鉴意义。
参考文献:
[1]中国市政工程华北设计研究总院有限公司.海南万宁兴隆温泉水输送工程施工图设计[Z].2009.12
[2]GB50015-2003,建筑给水排水设计规范[S].
[3]GB50015-2003,建筑给水排水设计规范[S]
[4]赵钦铭.温泉输送管道选择对比分析[C].//福建省科协第四届学术年会能源与经济的可持续发展研讨会论文集
[5]赵钦铭.温泉输送管道选择对比分析[C]//福建省科协第四届学术年会能源与经济的可持续发展研讨会论文集
作者简介:
张晓凤(1986.10-),重庆人,本科,工程师,从事工作:给排水设计。