某污水处理再生利用项目管道工程设计

贾跃东 周 晔 李中泽 李 霞

（桐柏县水利局）

1 设计原则

污水处理再生利用项目管道工程布置的原则：①管道应选择经济合理的线路。应尽量做到线路短、起伏小、土石方工程量少、减少跨（穿）越障碍次数、避免沿途重大拆迁、少占农田和不占农田。②管道走向和位置应符合地市和工业企业的规划要求，并尽可能沿现有道路或规划道路敷设，以利施工和维护。③管道布置应减少与其它管道的交叉。④管道布置应避免穿越毒物、生物性污染或腐蚀性地段，无法避开时应采取防护措施。⑤在管道凸起点和平直段的必要位置上，应设自动进（排）气阀，以便及时排除管内空气，不使发生气阻，以及在放空管道或发生水锤时引入空气，防止管道产生负压。⑥在管道低凹处应设泄水阀，泄水阀应直接接至河沟和低洼处，以便于管道检修时的排空。⑦管道上的法兰接口不宜直接埋在土中，应设置在检查井内。在特殊情况下必须埋入土中时，应采取保护措施，以免螺栓锈蚀，影响维修及缩短使用寿命。⑧管道布置中，应尽量采用小角度转折，并适当加大制件弯头的曲率半径，改善管道内水流状态，减少水头损失。

2 工程主要建设内容及规模

污水处理再生利用工程任务主要是收集利用污水处理厂中水为电厂供水，同时埋设污水管道将电厂污水输送至湍东污水处理厂。

工程主要建设内容包括：建设容积0.80万m3中水暂存池1座；总装机1.58MW的提水泵站1座；埋设中水输送管线4条总长1.28×104m（其中：1#中水上水管线长1.02×104m，采用ϕ 1020×10 mm螺旋钢管；2#湍东污水处理厂中水管线长673.87 m，采用ϕ630×9 mm螺旋钢管；3#某县污水处理厂中水管长538.07 m，采用DN800 PE 管；4#西城污水处理厂中水管道长1.40×103m，采用ϕ630×9 mm 螺旋钢管）；埋设电厂污水排放管线1 条，长1.07×104m，采用DN315PE管。

3 管道工程设计

3.1 管材比选

污水处理再生利用工程根据工程经验，输水管道工程选择PVC-M管、螺旋钢管、PE管进行比选。

电厂污水管道由于管线铺设长度长，跨越沟谷较多，为适应复杂地形安装要求，因此选用PE管道。

污水处理再生利用工程新建中水暂存池，设置泵站提水至电厂，水压强度较高，管道水锤压力较大，且项目对工程安全运行要求较高，PVC-M管道抗压能力相对较差，PVC-M管道、PE管道接口质量与螺旋钢管相比不易保证，螺旋钢管虽然投资相对较高，但具有安全性高、抗水锤能力强的优点，因此西城污水处理厂中水管道、湍东污水处理厂中水管道、中水上水管道选用螺旋钢管。

3.2 输水管道压力水头复核

总水头损失0.50 m，末端水头为5.26 m；湍东污水处理厂中水管道总水头损失0.19 m，末端水头为0.20 m；西城污水处理厂中水管道总水头损失1.21 m，末端水头为3.86 m；污水处理厂始端水头按2.00 m 自由水头考虑，则末端水头分别为7.26、2.20 m和5.86 m；电厂污水管道总水头损失24.99 m，末端水头为18.21 m，电厂始端水头按2m 自由水头考虑，则末端水头为20.21 m；可以满足自流输水要求。

3.3 管道穿河工程

经核算，管道穿越湍河段10 a 一遇设计流量为2.36×103m3/s。河床的冲刷深度采用《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）附录D2.2公式计算,计算结果见表1。根据计算结果，管道穿越湍河处冲刷深度为1.35 m。为防止河道冲刷，某县污水处理厂及城西污水处理厂中水管道穿越湍河处，管顶埋置深度距河床现状最低点取2.00 m，管道外增加φ920×10.00 mm钢套管防护。

表1 河床冲刷深度计算表

3.4 管道穿路

污水处理再生利用工程管道在穿越南环路、方山路及老G312国道时，采用非开挖技术——顶管法施工，为防止管道上部荷载过大毁坏管道，穿越段管道采用钢管作为套管来保护输水管道。

3.5 管道防腐

污水处理再生利用工程采用的IPN8710防腐涂料，是一种有着化学惰性、耐酸、碱、盐腐蚀且涂膜结构致密，防水渗透性好，附着力强且坚韧丰满的一种供水管道常用防腐涂料。环氧煤沥青防腐蚀涂料由环氧与煤沥青两种主要成分组成，为高性能防腐涂料，涂层光滑、致密、坚硬，粘结力强，耐盐碱、耐海水、耐土壤微生物腐蚀、抗植物根茎穿透性等均极好。涂料与玻璃纤维布复合使用，可增强防腐层的机械性能。螺旋钢管的内防腐采用IPN8710防腐，钢管外防腐环氧酶漆一底两面防腐。

3.6 中水进暂存池调控技术措施

污水处理再生利用工程由于电厂的运行时段和运行季节不同，需水量会有所变化。污水处理工程只是为电厂运行提供部分水量的，因此在管道接污水处理厂中水排放口设置蝶阀和逆止阀，以调控进入中水暂存池的水量。

4 管道附件设计

4.1 闸阀

闸阀主要用于接通或截断管道中的水，主要布置在泵房及阀门井内。

4.2 逆止阀

逆止阀的特点是分两阶段关闭。当突然停泵时，阀体先是快关，然后是慢关。快关段阀体关闭角度大，为全关的60.00%～80.00%，而时间较短，以限制水泵倒流量过大，使水泵不反转或反转速小于允许值。慢关段阀体关闭角度小，但时间较长，其目的在于减少或消除水锤压力的上升。在水泵出口处各装设一个逆止阀。

4.3 进、排气阀

进、排气阀是一种用于防止停泵水锤或关闭闸阀过程中产生管道负压的特殊阀门，装设在管线凸起部分。当管道内压力低于大气压时吸入空气，而当管道中压力上升高于大气压时排出空气。

4.4 泄水阀

泄水阀具有一定泄水能力，适合于泵站停泵水锤压力变化过程的安全阀。主要用于防止升压，在管道产生突然压力升高的瞬间，迅速释放一部分管道中的压力水，以缓冲压力上升，从而达到防止水锤的目的。

4.5 伸缩接头

伸缩接头主要为保障管道安全运行，具有以下作用：补偿吸收管道轴向、横向、角向热变形；吸收设备振动，减少设备振动对管道的影响；吸收地震、地陷对管道的变形量。

5 管道构筑物设计

5.1 镇墩

污水处理再生利用工程管道构筑物镇墩在管道的转弯处，由于水流离心力、水压及温度变化等作用，有使管节拉裂、变形缝张开、管轴线变形等趋势；对于斜坡上的管道有下滑的倾向。设置镇墩后，这些不平衡力可由镇墩承担，从而改善管道本身的受力状况。本工程采用C20混凝土封闭式镇墩，具体设计详见图册。

5.2 阀门井

阀门井为了方便检修作业与计量，本工程在输水管道段设阀门井，阀门井采用混凝土砌矩形立式阀门井。管道沿线间隔150～200 m设闸阀井一座。可根据实际地形合理调整阀门井的布置。

6 结语

某污水处理项目在总体规划设计下，合理布置输水管线，满足用户对水量、水压的要求，充分发挥工程效益。结合污水处理厂中水现状，对区域供水规模进行论证,尽量考虑工程施工和投产运行以后日常维护方便，优化操作控制，提高供水系统的安全可靠性。设计从总体经济利益出发，贯彻国家节能减排的指导方针，结合工程具体情况，优先考虑技术可行、性能价格比高的材料与设备，尽量做到投资省、能耗低、效益高、供水安全可靠。