东山供水工程压力钢管防腐优化设计

SHANXI WATER RESOURCES

东山供水工程压力钢管防腐优化设计

郭永峰

（山西省水利水电勘测设计研究院，

山西太原

030024）

［摘要］在长距离压力钢管输水工程中，钢管防腐质量的好坏直接影响到工程的安全运行期。结合东山供水工程，阐述了新型防腐涂塑复合钢管的特点、计算了工程量和投资费用，通过费用、施工比较，表明采用新型防腐涂塑复合钢管经济合理、安全可靠，可为类似输水工程防腐设计提供参考借鉴。［关键词］东山供水；涂塑复合钢管；防腐；优化设计［中图分类号］TG178

［文献标识码］C

［文章编号］1004-7042（2018）04-0030-01

1工程概况

晋中东山供水工程为跨流域引调水工程，从山西

省富水区清漳河流域、浊漳河流域，调水到贫水区汾河流域。受水区为晋中市南部5县（市），包括太谷县、祁县、平遥县、介休市、灵石县；取水水源包括石匣水库、关河水库、云竹水库及二期水源。工程年设计供水量1.1亿m 3左右，工程等别为芋等，主要建筑物级别为3级，输水管（洞）线全长254.64km ，其中压力管线长

178.06km ，隧洞长76.58km 。沿线主要建筑物，

包括3座泵站、10座流量调节阀室、35座检修阀室、225个排

气阀井、63个排水阀井、18个流量计井。

为适应较大的地形高程变化，

工程部分输水管道（尤其是三个泵站出水池前后连接段）及管线建筑物

内，均包含一定数量不同管径、不同工作压力的钢管。未施工压力钢管段具体情况，DN 1800管壁厚24mm ，长度2370m ；DN 1800管壁厚16mm ，长度3100m ；DN

1400管壁厚12mm ，长度2900m 。

管线沿线附属建筑物较多，相应的钢配件较多，这些都需要做防腐处理。压力钢管内、

外防腐均采用传统防腐形式，钢管内防腐采用无毒环氧类涂料，钢管外防腐采用环氧煤沥青。

从工程已施工标段钢管实施情况看，大口径钢管的内、

外防腐质量欠佳，小口径钢管的内防腐仅两端部分可实施，

钢管内部无法实施。2

压力钢管防腐优化设计2.1

防腐优化设计现状

从本工程已施工标段钢管防腐情况及类似输水

工程钢管运行情况看，传统工艺防腐钢管的使用寿命短，维修成本高。泵站出水池前后连接部分PCCP 已改

为压力钢管，糙率值未进行调整。三座泵站压力钢管均采用最大设计扬程进行压力计算，

未进行压力分段设计。泵站压力钢管防腐采用传统工艺，

存在小口径钢管内防腐实施难度大，且钢管运行期防腐维护难度大、成本高的问题。2.2

防腐优化的必要性

东山供水工程是大水网工程之一，工程取水水源

的两条支线共布置3个泵站，根据泵站出水池前后管线地形起伏变化大的特点，均采用了具有高强度性、

高抗渗性、高密封性和耐久性的钢管，具有适应复杂地形、抗震性能好、承压能力强、

重量较轻、运输安装方便等优点。但钢管需要进行比较复杂的内、外防腐处理，非专业防腐施工，尤其是在施工现场进行钢管

防腐施工，质量难以控制，

管道糙率也相对大。2.3

涂塑复合钢管

本次优化设计选用的涂塑复合钢管，结合了钢管与塑料管的优良性能，具有超强的防腐性能等诸多优点，目前已应用于南水北调等水利工程，

较好地解决了钢管防腐问题，提高了防腐可靠性，减少了运行维护成本。内防腐采用一次性热熔熔结环氧树脂粉末涂

层，外防腐采用热熔聚乙烯粉末涂层。补口采用两种型式，管径小于DN 600的钢管管端内衬不锈钢层，

不小于DN 600的钢管管端内涂液态双组份环氧树脂。省去了阴极保护等工艺，维修养护环节简便。

涂塑复合钢管与其它类的复合管材相比，

主承压部分完全由焊接钢管承担，

其塑料层单纯发挥防腐保护作用，涂塑复合钢管具有以下特点：

优良的物理力学性能。涂塑复合钢管具备钢管所

有的特性，强度高、抗冲击性强、刚性大、膨胀系数低和抗蠕变性能强，埋地钢管可以承受（下转第39页）

山西水利

一定的外部压力。

防腐能力强。涂塑复合钢管由钢管涂一定厚度的

塑料材料而成的管材，涂层具有超强的附着力；采用特殊封口工艺，管材整体的防腐效果不受钢管端面腐

蚀的影响，杜绝了端面防腐效果差而影响整个系统防腐的重大缺陷；涂层一次完成无接缝，

渗透率极低，因介质不会与钢管接触，形不成微电池，

不易产生氧化腐蚀。阻力系数小。管壁光洁，

流体阻力小、内壁不结垢，微生物不附着，涂层附着力强，在同等管径和压力条件下比传统工艺防腐钢管水头损失低。输送相同流量的介质，口径可降低。

承压性能稳定。钢管为管体的主承压层，管材的承压能力不受塑料层性能变化的影响。

其承压强度按焊接钢管设计，不考虑塑料层在管材中起的承压性能，不会降低管材的设计工作压力。

导热系数低，保温性好。导热系数接近塑料管的导热系数，有较好的隔热保温性能。露天安装钢管外壁可减少保温材料的用量，夏季使用亦不结露。

使用寿命长。外层塑料埋地后不易老化，外防腐保护的钢管管体不会发生锈蚀现象，

内层塑料因不受光照也不易产生老化现象。所以，涂塑复合钢管的使用寿命既大于钢管，又大于塑料管，

使用寿命可明显提高。运行费用低。可减小泵站扬程，

大大降低工程运行管理费用。卫生等级高。达到国家涉及饮用水卫生许可的要求。2.4

工程量、费用对比

通过水力、壁厚结构强度计算得出：涂塑复合钢管DN 1600管壁厚16mm ，长度2000m 、DN 1600管壁厚14mm ，长度3250m 、DN 1300管壁厚11mm ，长度

3980m 。采用涂塑复合钢管后，

泵站钢管钢材用量可减少1832.8t ，内防腐面积可减少4570m 2，外防腐面积可减少4760m 2，投资费用减少2160万元。2.5

施工主要工序

测量定位放线、沟槽开挖、管道基础垫层及工作

坑、沟槽下管、管道吊装、铺设管道

（对口、焊接、端口防腐）、管道检测、土方回填、

打压试验。3

结论

涂塑复合钢管实施后，钢材用量及钢管内、

外防腐面积大大减少，可节省部分工程投资。单节钢管重量有所减小，钢管运输、吊装及安装更为方便，

可降低施工成本，提高施工速度。可减小泵站扬程，大大降低运行管理费用。

［作者简介］郭永峰（1982-），男，2007年毕业于太原理工大学水利水电工程专业，

工程师。［收稿日期］2018-02-11；［修回日期］2018-03-23

由图5、图6中可以看出，以施肥后连续采样10d 的

氨挥发累积量进行比较分析。

参照土柱和灌施方案为1/2W+1/2N 的土壤氨挥发速率峰值出现在第4d ，方案为1/4N+1/2W+1/4N 、1/2N +1/2W 下的土壤氨挥发速率峰值出现在第7d ，1/4W+1/2N+1/4W 方案下的氨挥发

速率的峰值也在第4d 出现但波动不大。1/2W+1/2N 、1/4N+1/2W+1/4N 方案下的土壤氨挥发量都大于参照土

柱的土壤氨挥发量，这2种方案下的铵态氮基本都在

土壤上层，增加了氨挥发损失量；1/2N +1/2W 、1/4W+1/2N+1/4W 方案下的氨挥发量均低于参照土柱，这2种

灌施方案使铵态氮随水运移至土壤下层，

更多的铵态氮被土壤颗粒吸附，阻碍了氨气扩散到土壤表层，降低了氮肥的氨挥发损失量。1/2W+1/2N 、1/4N+1/2W+1/4N 下的氨挥发量随时间呈增加趋势。灌后11天，1/4W+

1/2N+1/4W 方案的土壤氨挥发累积量最少，1/4N+1/2W+

1/4N 方案下的氨挥发累积量最高。不同灌施顺序下的氨挥发累积量大小为：1/4W+1/2N+1/4W<1/2N+1/2W<

1/2W+1/2N <1/4N+1/2W+1/4N 。表明，方案1/4W+1/2N+1/4W 、1/2N+1/2W 能有效降低土壤氨挥发，有效提高

了氮肥利用率。

3结论

尿素施入土壤后水解为铵态氮，

且较易产生氨挥发损失。土壤氨挥发量受尿素转化过程的影响。氨挥发量与土壤中铵态氮含量呈正相关。氨挥发量随着土壤中的铵态氮浓度的增加而增加。土壤含水率对氮肥氨挥发也有一定影响。灌后若遇降雨，降雨量对氨挥发也有影响。模拟一次降雨可以使氮肥随水迁移至土壤深处，更多的铵态氮被土壤吸附，增加了氨气扩散到空气中的阻力，减小了上层土壤的氨态氮含量，能

够更好地抑制土壤氮肥的氨挥发。

灌施顺序1/4W+1/2N+1/4W 、1/2N+1/2W 的方案就能有效降低土壤氨挥发。

［参

考

文

献］

［1］于汐雯.我国化肥施用量系发达国家安全施用上限2倍［N ］.

法制日报，2011-5-27.

［2］杨淑莉，朱安宁，张佳宝等.不同施氮量和施氮方式下田间氨

挥发损失及其影响因素［J ］.干旱区研究，2010，27（3）：415-421.

［作者简介］刘秋丽（1984-），女，2012年毕业于太原理工大学农业水土专业，

工程师。［收稿日期］2018-02-11；［修回日期］2018-03-19

（上接第30页）技术与应用·2018年第4期