高差行程较大流体输送系统采用钢丝网骨架塑料复合管时设计和施工的思考

高差行程较大流体输送系统采用钢丝网骨架塑料复合管时设计和施工的思考

熊岗  代兴荣  郭生荣  陈锡刚  华开华

十四冶建设集团云南安装工程有限公司，云南昆明650033

摘要：钢丝网骨架塑料复合管在高差较大、行程较长，系统启闭频繁的工作场合，常常会出现管道破损的问题，本文通过工程实践，提供解决问题的几个思路。

关键词：钢丝网骨架塑料复合管；爆管；气囊；水锤

前言

钢丝网骨架塑料复合管是采用高强度过塑钢丝缠绕网作为骨架，以热塑性高密度聚乙烯（HDPE）为基体，采用高性能的HDPE改性粘结树脂将钢丝骨架与内、外层高密度聚乙烯紧密地连接在一起的一种管道。该复合管化学稳定性好，在室温条件下，不溶于任何有机溶剂，耐酸、碱和各种盐类腐蚀；内壁光滑，不结垢，管道沿程阻力比钢管低30%；寿命较长，一般按50年设计；可采用法兰与其他各种管道、阀门设备连接；柔韧性较好，适用于长距离埋地供水、输气管道系统。

但是钢丝网骨架塑料复合管在高差较大、行程较长，系统启闭频繁的工作场合，常常会出现管道破损的问题。某移民搬迁的供水厂就出现过此类情况。本文通过分析钢丝网骨架塑料复合管道破损的原因和此项目的现场处置方法，为类似项目的实施提供一点参考。

该项目水厂出口（设快速启闭的电动蝶阀）高程984m，DN400主供水管道沿山形供至不同的用水点，最长主管道（4500m）最低点高程840m。设计在沿程设置了两个减压阀（高程为935m和841m），在984m（水厂起点）、935m和841m处分别设置了排气阀，另在900m高程处（三通之后）安装有一个闸阀和一个自动排气阀。

系统第一次投运即发生爆管，陆续采取措施的时间段（不同位置增加加压阀、自动排气阀、水锤消除器、镇墩等），不同位置仍然又发生了5次爆管。

图1

1.管道破损原因分析

1.1供水系统运行中可能出现的问题

（1）管道内存在气囊，气囊不但可以阻断水流，形成水柱分离，而且管道内空气在排气阀未能及时排气时，受水流冲击急剧压缩后又急剧膨胀，瞬间冲击管道。空气急剧压缩后所产生的压强比水被压缩后产生的压强大几十倍甚至上百倍，超过管道承压能力时，导致管道系统薄弱环节破损。这在系统初次运行或停产检修后重新开启系统时尤为常见。

（2）水流利用重力向下游输送时，如果急速关闭上游阀门，由于落差及流体惯性，水流继续往下运动时，管道内因无法及时补充空气而形成真空，形成负压超过管道承压临界点时造成管道系统薄弱环节破损。

（3）水锤对管线的冲击。该项目中水厂的出口阀门为电动蝶阀，属于快速启闭阀门，一旦出现故障时阀门会迅速关闭，这时水在重力下自流，管道前段内会出现空腔（管道内形成负压）；而通电时阀门会迅速开启，这时管道内迅速充满水，在重力下自流，挤压管道内空气的同时形成气囊和水锤，冲击管道阻力较大处（如弯头、直节等不平滑处），造成管道系统薄弱环节破损。

图2

图3

1.2其他方面的问题

（1）局部管段水流压力过大（仅仅是静压），如900m高程处压力为0.8Mpa左右，880m高程处压力为0.93Mpa左右，841m高程处安装880m减压阀之前静压为1.4Mpa左右。

（2）管道材质为钢丝网骨架塑料复合管，管道均有钢丝网骨架，但是管件（弯头、直节、三通均没有钢丝网骨架），而几次管道故障均由管件炸裂导致，说明管件的强度和耐冲击性能还是存在一定缺陷，管件质量和管道相比还是存在一定的差距。

（3）管道回填后未夯实，在管道通水、停水及水流在管道内流动冲击管道时，因管道未能固定导致大段管道产生扰动，从而造成管道的薄弱环节（特别是焊缝处）拉裂破坏。

（4）管道及管件之间的焊接是承插后通过管件内的导电铜丝通电，熔化管件与管壁结合处的塑料（PE）形成粘接效果，但是熔深仅有1mm左右（因为多次出现管件与管道从焊缝处脱落的情况，而且是在厂家技术人员指导下进行的焊接）。

图4

2.解决方案

2.1设计方面

（1）靠重力自流的系统，通过计算后设置减压阀减小管段静压。

（2）管道系统可能形成气囊处（包括水流不满管时），设置自动排气阀（系统高处、管段较长处、空气易汇集处）。

（3）系统阻力较大处（特别是拐弯处），设置水锤消除器。

（4）系统阻力较大处和长管段，设置管道镇墩，减少水流冲击管道带来的管道扰动，同时对管件进行外部补强。

（5）管道最低点处增设排泥阀。

（6）条件允许时尽量形成环网，用水点前后合理设置阀门，便于局部封闭检修。

图5

2.2材料方面

采取措施，增加管件的强度和耐冲击性能。

2.3施工方面

（1）严格控制焊接工艺，防止形成未熔透、假焊等情况。

（2）管道回填夯实，防止沉降、松动，减少管道系统的扰动。

图6

2.4运行方面

（1）水厂控制阀门改为缓开缓闭的阀门，减少快速开启阀门后，瞬时流量过大的水流对管道造成的冲击（气囊和水锤）。

（2）管线沿路做好防洪、排洪措施，组织排水，防止山洪或水流冲刷覆盖在管线上的沙土，导致管道裸露受损和失稳。

3.结论

该项目采用上述处理方案后，再也没有发生过管道破损情况。处理措施合计成本约：约6万元，其中材料费设备费约3万元，人工机具费用约3万元。