准电公司给排水系统优化改造

王文渊

（内蒙古国华准格尔发电有限责任公司，内蒙古 准格尔 017000）

0 引言

准电公司厂区给排水系统已运行20 多年，由于管道腐蚀严重，目前系统泄漏频繁且漏点分散。管道敷设位置以厂区道路旁绿化带为主，局部穿马路，铺设方式有直埋和架空2 种，每次发生泄漏时查找泄漏点较为困难，维修工作量较大，对绿化带树木、草皮以及厂区各路口的道路破坏也较大，而且局部性的维修不能解决根本性问题。从管道腐蚀渗漏情况现状分析，在今后的生产运行过程中，极大可能还会出现多点、大面积的泄漏情况，使电厂的安全生产存在较大隐患。为避免以上问题的发生，该文对全厂的给排水系统进行优化改造，以便从根本上有效、系统性地解决现存问题。

1 管道泄漏原因分析

首先，电厂二期建厂已有20 多年，三期建厂已有15年，所有给排水管道均采用钢管制作，钢管内、外壁存在缓慢的、长时间的腐蚀问题，管道锈蚀严重的位置壁厚变薄，管道不能承受介质的压力，出现渗漏或爆管等现象。厂区临近塔哈拉川城区景观河，地表层含水丰富，加快了腐蚀速度。其次，土质疏松、管道渗漏以及锅炉维修改造等原因，使地面发生了不同程度的沉降，导致管子断裂，出现了严重泄漏。再次，冬季寒冷，架空管道的保温效果逐年下降，导致管道内介质结冰，进而造成管道堵塞甚至泄漏。从次，管道安装施工过程对管外壁局部不同程度的损坏加快了腐蚀，并造成泄漏。本次给排水系统治理对厂区地下工业水管、地下水管、消防水管、采暖管道漏点频发以及腐蚀严重的管道进行了更换，新更换的管道采用了运行安全、经久耐用、漏损减少、施工和维护方便且经济合理的管材[1]。

2 给排水管道治理方案

2.1 管道材料选择

综合使用环境、介质压力以及外部承受压力等因素，生活水管道和工业用水管道材料的选择确定为钢丝网骨架塑料复合管。该管道以高强度过塑钢丝网骨架和具有热塑性的塑料聚乙烯为主要成分，钢丝缠绕网增加了管道强度，高密度聚乙烯（HDPE）增加了管道塑性，两者仅密连接，使之具有优良的复合效果。既克服了钢管和塑料管各自的缺点，又保持了各自的优点。钢丝网骨架塑料复合管不滋生微生物，可保证流体不受二次污染。优良的机械强度，既具有钢管的机械强度，又具有塑料管的耐腐蚀性，对冲击、弯曲、压力和强度的外力影响有很强的承受力。外壁防腐层不受运输、施工过程中的磕碰、摩擦外力的影响，使用寿命可长达60 年以上。复合钢管管道以施工方便的承插式连接方式代替管道现场焊接，安装费用比焊接节省80%，不需要二次防腐，安装效率提高20 倍以上。钢丝网骨架塑料复合管的管道接口采用电熔连接，施工较为方便，接口处需要连接件。由于管道内部输送高温介质时，钢丝网骨架塑料复合管会因长时间高温出现变形和老化，因此采暖管道选用热镀锌碳素预制钢管。热镀锌钢管的镀锌层附着力强，比普通碳素钢管具有耐腐蚀能力强的优点。消防管则采用不锈钢管或者表面涂有环氧煤沥青防腐层的碳素钢管。从设计角度考虑，消防管道需要承受较大压力，因此不可采用塑料复合管。本期工程的采暖管道与消防管道均采用金属管，并做了防锈、防腐处理，增加了管道的使用寿命，提高了改造的可行性。

2.2 管道壁厚计算

经系统优化后，有些部位的管子因设计压力和流量的改变需要重新计算后进行更换，如二、三期采暖管道和消防系统管线。根据管道内介质、温度、压力和使用环境的不同，设计壁厚的计算标准及公式略有差异，如采暖管道地上敷设和管沟敷设的应力取值、管壁厚度计算、补偿值计算及应力验算应按《火力发电厂汽水管道设计规范》DL/T 5054—2016的规定执行[2]。按外径确定壁厚，最小壁厚计算如公式（1）所示。

式中：P为管道设计压力；Sm为管子最小壁厚（mm）；D0为管子外径（mm）；Y为修正系数；[σ]t为钢管在设计温度下的许用应力（MPa）；η为许用应力的修正系数；C为腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度。

管道选用的实际壁厚应包括腐蚀裕量公式，如公式（2）所示。

式中：Sc为实际壁厚；m为管道产品技术条件中规定的最小壁厚负偏差，取百分数。

通过上面2 个公式的计算，采暖管道的实际壁厚应大于等于表1 数值。

表1 采暖管管道规格及壁厚结果统计表

工业水管道设计壁厚则采用《工业金属管道设计规范》GB 50316—2008 计算。消防水管道设计壁厚应按《压力管道规范》GB 20801—2020 计算，适用的标准不能混淆，否则会因壁厚选择不当而为管道运行时埋下泄漏甚至爆管等隐患。计算过程中的修正系数（或称之为设计系数）也很重要。该项目采暖管道选用的螺旋缝钢管的修正系数为0.8。消防水管道选择的是无缝钢管，修正系数选择1.00，无论如何选择都是为保障管道的安全运行，但切勿一味追求越厚越好，要兼顾材料成本，避免造成成本浪费。

2.3 给排水改造方案

据统计，2019 年至今，给排水系统各管线由于系统设计存在局限性且不能适用当前机组等配套设施功能，如给水系统压力不足、消防系统需要升级改造、废水不能充分利用以及水资源浪费严重等问题，加之在线服役时间的增长，因此泄漏情况逐年增多，维修和处理频率加剧。本期工程对原有管道系统进行了优化设计，将原有架空管道能够实现落地安装的都进行直埋，直埋方式不仅美化厂区建设、减少施工障碍且直埋后的管道抗冻性能更好。直埋管道应绕开厂区绿化、马路和基础建设等不利于维修的位置，管道设计标高基本维持原设计标高，管道埋深为室外地坪下3m（防冻层以下）。为保证厂区水量供应，管网布局采用环状管网布置，环状管网能够保障供水安全，某一段管道发生泄漏时，只需将两端管道阀门关闭，断水的范围较小，水质也更有保障。管道局部布置简图如图1 所示。并对其管道经过区域的土质进行勘测，防止发生地面沉降导致管道出现泄漏等问题。不能绕行的采用砌筑方式让管道在其内部布置，各直埋管线在地表上方做好标识桩，标识内容包括管道名称、深度、介质以及流向等信息。改造方案中还同时考虑了减少管道敷设长度、主干管线延长方向与水流方向相同、避开现有建筑和原有固定管道以及相邻管道之间距离等因素。整体改造后能够保证体统正常并经济运行，并大大防止泄漏的发生，节省了维护成本。

图1 给排水系统优化设计局部简图

2.3.1 工业给水系统

工业水入厂有4 根管线，将其合并联络为3 根供水管线（管径DN500mm），其中一根工业水管线供水正常，另一根管线给橡胶坝单独供水，第三根管线隔离备用，第四根管线加装盲板，作为地下水管线给市政供水。厂内工业水主管线分3 路为生产补给供水，其中布置一条管线为三期供水，总长度为2055m，其余2 根管线为二期生产系统供水，总长度各为1908m。工业水管线安装阀门共计61 套。经工业水泵升压后，水压可以满足各用水点的要求，经独立的工业水管网将水送至各工业用水点。

2.3.2 地下水管线

厂内新增生活水供水系统与原地下水管线相联络，为公司生活用水提供补给。新增生活水供水系统设主、备2 个水源，主水源为由薛家湾二号高位水池来水供给，备用水源为电站尾水渠内的水。地下水管线入厂二路管径DN400mm，3次门后二路管线管径变为DN300mm，2 条管线互为备用，地下水1 号管线总长度为1818m，2 号管线总长度为1908m。地下水管线阀门共计38 套。

2.3.3 消防系统

水消防系统需要分设独立的自喷消防供水系统和消火栓消防供水系统。消防水管线分二期和三期2 套系统，同时新设一套独立的消火栓消防供水系统，为临时高压系统。主管网采用DN300mm 的镀锌碳钢管。消防地下管网系统从升压站、主厂房周围、输煤区域和燃油库区域分别敷设，全厂消防水系统形成大环网，遍布生产及生活区域。厂区内所有建筑周围就近都布设了地下消火栓，地下消火栓型号为DN65/DN100。按照有关消防规范的要求，本期在主厂房内、变压器和输煤系统等区域设有相应的自动水消防系统，在三期主厂房内的主控室、电子设备间和配电间等区域设有低压二氧化碳灭火系统和洁净剂气体灭火系统。

2.3.4 采暖系统

管道采用预制保温管道，预制保温不仅施工难度小、时间短且防腐性能较好，具有管道不易腐蚀、故障率较低等优点。管道连接处焊接成型后进行保温处理且直埋地下，可最大程度降低热量的流失。采暖系统最容易出现泄漏的是回水不畅的位置，回水不畅位置水温较低，在寒冷冬季，回水管道和散热设备会出现跑、冒、漏等问题。回水不畅的管道几乎都在无人值守且房屋封闭不严的设备间，如循环水泵房、加药间、中水区域、物资库、消防楼、消防泵房以及氢站。将这些地方的采暖管道的回水管管径加粗，更换陈旧散热设备，以保证水路畅通，解决回水不畅问题。主干管中切断阀门采用金属全焊接球阀，阀门的耐温均为130℃，阀门耐压均为1.6MPa，以确保系统安全稳定。

2.3.5 排水系统

2.3.5.1 生活污水系统

厂区设独立的生活污水下水道。本期工程的主厂房和各辅助建筑物的生活污水经厂区生活污水下水道收集后排入二期已建成生活污水处理设施，处理后回用。并将湿冷方案作为循环水补给水，空冷方案作为渣斗冷却水补给水。

2.3.5.2 工业废水系统

厂区设独立的工业废水下水道，用于收集主厂房冲洗排水和空压机冷却水等工业排水。排至工业回收水池，经净化设备处理后，将湿冷方案作为循环水系统补给水源，空冷方案作为脱硫用水、输煤系统冲洗水和干除灰用水。工业废水处理系统采用成套的工业废水处理设备，处理工艺为沉淀—气浮—过滤，处理能力为2×150m/h。处理合格后作为厂区冲洗绿化用水、脱硫用水、除灰用水和运煤用水使用。工业废水处理车间内设有污泥脱水设备，负责处理澄清及气浮装置的排泥。

3 给排水管道施工

3.1 施工要点

管道施工的质量决定管道系统的使用寿命和维修成本。因此加强安装质量控制，特别是过程控制尤为重要。给排水管道施工主要包括技术准备→沟槽开挖→安装管道→管道防腐隔热→耐压试验→回填。本期工程施工难度大，和新建厂区内的管道施工有明显不同，改造会破坏厂区的道路、绿化和基建等，施工空间也会被现有建筑所阻碍，因此在施工时要做好防护和警示标识，确保安全施工，并为保证施工质量提供必要的条件，施工结束后恢复其原貌或功能。

3.2 技术准备工作

管道入场后对管道进行原材料的入场验收，质量证明书齐全，经验收合格后方可进行安装。安装人员要熟知管道的走向及布置，复核管基线、边线以及标高等信息。制定施工作业指导书，加强施工过程的监督和检验，保证管道施工（焊接、热熔、承插）质量。

3.3 沟槽开挖

施工空间有限，为保证施工质量，选择人工开挖。沟槽开挖前确认土质和沟槽深度，做好防止塌方的措施准备，如有地下水淤积情况，应排除地下水后进行沟槽开挖。按设计要求保证开挖敷设管道的沟底标高，槽底须按要求夯实，并用水平仪校验垫层的平整度。沟槽经相关部门负责人确认合格后才能进行管道敷设和安装。

3.4 管道安装

管道安装应满足始装节的里程偏差不超过±5mm，弯管起点的里程偏差不应超过±10mm。始装节两端管口垂直度偏差不应超过±3mm。管道敷设除排水管道应保证水平和平直，管道水平高差每米不超过1mm，累计高差不大于10mm，直线度每米不超过1mm，累计长度不超过15mm。

3.5 管道防腐隔热

焊接完成并经无损探伤合格后对表面进行防腐处理。对需要保温的管道，保温层厚度应符合标准和设计要求，同层压缝，异层错缝，保证每侧保温材料均紧密贴实。

3.6 管道水压试验

管道安装后需要按规范要求做水压试验。工业水管、地下水管按《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268—2008 中的规定做水压试验，试验压力为工作压力+0.5MPa 且不小于0.9MPa。消防水管按《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974—2014 中的规定做水压试验，试验压力为工作压力+0.4MPa。根据CJJ28—2014《城镇供热管网工程施工及验收规范》标准要求，在管道试压结束后，应采用水力直排和循环清洗对管网进行清洗。清洗时，先启动采暖加热站补水泵注水并保持一定的压力状态进行直排，然后再启动采暖加热站内循环泵，使管网中的水以不小于1m/s 的流速循环。热力管网各排污点定时排污，同时利用补水及排水装置不断地补水、排水，直至达到管网清洗要求为止。清洗水系统可以借用管网补水系统进行补水清洗。

3.7 回填

管道回填时需要注意软细土填至高出管顶200mm 后才可回填原土，切勿将建筑垃圾等杂物填入其中。管道基础回填土时，应使用重新加垫灰土并夯实，确保管道基础稳定和施工安全。为避免损坏管道和防腐层，当在管顶以上1m 范围填砂时，应避免重型机械在其上直接碾轧。即使回填到设计地面标高后，当重型机械等设备的额定载重量在设计承重允许值时，在其上应采取敷设钢板等相应措施，方可施工作业或通行[3]。

4 结语

该文对准电公司地下工业水管、地下水管（生活水）以及消防水管腐蚀严重部分进行了治理。首先，在材料上选择抗腐蚀性能好、强度大、增加使用寿命且技术成熟的材料。其次，对厂区内的给排水系统进行了优化设计，以提高使用功能，保证系统的流畅性。再次，在施工过程中加强对各环节的质量控制，提高施工质量。改善现有系统水循环的弊病，提高管道的使用寿命，降低管道系统泄漏的频率和维修成本。管网实施改造后，管网漏损水量可降低约15m³/h，可节约准电公司地表水及地下水补水量30m³/h，全年可节约补水量16.5 万t。本治理项目技术、施工安装可行，能满足电厂地下给排水治理的需要，也给电厂带来了较好的经济效益。