新疆小水電站長(zhǎng)壓力管道閥門(mén)的選用

                    新疆小水電站長(zhǎng)壓力管道閥門(mén)的選用    

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之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項(xiàng)，現(xiàn)在介紹新疆小水電站長(zhǎng)壓力管道閥門(mén)的選用針對(duì)北疆地區(qū)地形特點(diǎn)，結(jié)合小水電站長(zhǎng)壓力管道管材的選用，對(duì)螺旋鋼管、玻璃鋼管、PCCP 管的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，分析了各種管材用作長(zhǎng)壓力管道時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題及其水錘的解決方案。以加快施工進(jìn)度，降低電站造價(jià)。

1 新疆小水電站長(zhǎng)壓力管道閥門(mén)的選用前言
新疆北部地區(qū)，修建水電站時(shí)往往會(huì)遇到?jīng)]有能集中形成落差的地形，但是地形縱坡較大（有時(shí)會(huì)達(dá)到30%），這種情況下只有選擇高填方渠道或長(zhǎng)壓力管道以集中水頭。選擇高填方渠道不可避免地會(huì)出現(xiàn)占地多、投資高，采用地埋長(zhǎng)壓力管代替高填方渠道，占地和投資都可以明顯降低。新疆的河流幾乎全屬內(nèi)流區(qū)、河流大多散失于灌區(qū)或荒漠、少數(shù)在低洼地形成湖泊。新疆外流區(qū)只有二片：新疆北部的額爾齊斯河（下游為鄂畢河）是中國(guó)*注入北冰洋的河流、新疆境內(nèi)的流域面積約5萬(wàn)平方公里。新疆南部和田縣西南角的奇普恰普河、是印度河上游支流、注入印度洋、新疆境內(nèi)流域面積4410平方公里。其余均屬內(nèi)陸河。塔里木河是中國(guó)長(zhǎng)的內(nèi)陸河、流長(zhǎng)2179公里、 伊犁河為新疆流量大的河流、年徑流量166億立方米。  
  新疆河流水源的補(bǔ)給主要靠山地降水和三大山脈的積雪、冰川融水、新疆境內(nèi)連綿的雪嶺、林立的冰峰、形成了新疆發(fā)達(dá)的冰川。自治區(qū)共有大小冰川1.86萬(wàn)多條、總面積2.4萬(wàn)多平方公里、占中國(guó)冰川面積得42%。冰川諸水量2.58萬(wàn)多億立方米；這些冰川的融水約占新疆河流年經(jīng)流量的21%（約170億立方米）故有“固體水庫(kù)”之稱(chēng)。 
  自治區(qū)境內(nèi)河流數(shù)量多、發(fā)源于山間的河流有300多條、大部分是中小河流。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新疆境內(nèi)共有河流570多條（不包括山泉、大河支流）地表水年徑流量884億立方米、較大的有塔里木河、伊犁河、額爾齊斯河、瑪納斯河、烏倫古河、開(kāi)都河等20多條。能匯成大河者只有伊犁河、額爾齊斯河。

[塔里木河]：塔里木河是中國(guó)長(zhǎng)的內(nèi)陸河、全長(zhǎng)2179千米它僅次于原蘇聯(lián)的伏爾加河（3530千米）、錫爾—納倫河（2991千米）、阿姆—噴赤—瓦赫什河（2600千米）和烏拉爾河（2428千米）、為*五大內(nèi)陸河。塔里木河有三條主要的支流、主源為發(fā)源于喀喇空昆侖山的葉爾羌河、由塔里木盆地的西南緣轉(zhuǎn)向東行、在阿拉爾以上48公里處附近、接納了北下的阿克蘇河和南上的和田河后、始稱(chēng)塔里木河、在維吾爾語(yǔ)里
2 長(zhǎng)壓力管道管材選用
上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥應(yīng)用于水電站的長(zhǎng)壓力管道，管徑一般為1～4 m，這種管徑的管道在市政輸水管道中應(yīng)用較多，水電站設(shè)計(jì)中可以參照選用。市場(chǎng)上常見(jiàn)的市政輸水管材有螺旋鋼管、玻璃鋼管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、鑄鐵管和鋼筋混凝土管。其中鑄鐵管力學(xué)性能差，特別容易銹蝕，不宜用作水電站的壓力管道；鋼筋混凝土管以前在電站中應(yīng)用較多，但其可靠性差。因此，可供水電站長(zhǎng)壓力管道選擇的管材大致為螺旋鋼管、玻璃鋼管，以及預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP 管）。這3 種材質(zhì)的管道一般來(lái)說(shuō)均可以作為電站的壓力管道，各有優(yōu)劣。


2.1 螺旋鋼管
螺旋鋼管是鋼管，屬常規(guī)管材。它大的優(yōu)點(diǎn)是力學(xué)性能較其它兩種管材要好，特別適用于大于1.6 MPa 的高壓力管道，同時(shí)抗磨損能力較強(qiáng)，常用于石化行業(yè)，在西氣東輸中大量采用了螺旋鋼管。工廠制作的螺旋鋼管一般為12 m一節(jié)，焊縫檢測(cè)技術(shù)十分成熟，安全有保障。螺旋鋼管重量較輕，吊裝方便，但需要焊接，比較費(fèi)時(shí)。另外，較其它兩種管材而言還需進(jìn)行防腐，還要考慮管道伸縮的問(wèn)題。
2.2 玻璃鋼管
用于輸水的玻璃鋼管一般指的是夾砂玻璃鋼管，它大的優(yōu)點(diǎn)在于*不需要考慮防腐問(wèn)題，同時(shí)內(nèi)壁光滑，糙率小，可以減少電站的水頭損失。可用于電站的玻璃鋼管一般規(guī)格為6 m、8 m、12 m、16 m一節(jié)，管與管之間采用承插方式連接。這種連接方式本身允許管道有一定的伸縮量，而一般埋于地下的管道所處的地下環(huán)境溫差小，所以采用玻璃鋼管作為電站的地下埋管時(shí)，管道的伸縮可以不用考慮。玻璃鋼管本身重量輕，安裝極其方便，吊裝好直接進(jìn)行對(duì)口后承插，非?？旖?。
玻璃鋼管容易被碰傷，同時(shí)玻璃鋼管承受內(nèi)壓的能力強(qiáng)，承受外壓的能力弱，不過(guò)也可以通過(guò)提高管道內(nèi)壁樹(shù)脂層的厚度來(lái)提高其承受外壓的能力，同時(shí)，玻璃鋼管磨損問(wèn)題也存在爭(zhēng)議[1]。
2.3 PCCP 管
PCCP 管是一種綜合了混凝土管和鋼管優(yōu)點(diǎn)的管道。一般為6 m一節(jié)，它采用和玻璃鋼管一樣的承插方式進(jìn)行連接。由于PCCP 和玻璃鋼管采用一樣的連接方式，所以也不用考慮管道伸縮的問(wèn)題。PCCP 管較玻璃鋼管而言，更能承受外壓，也更能承受施工和運(yùn)行中的碰撞。一般情況下PCCP也不用考慮防腐，但地下環(huán)境若有腐蝕性也得考慮防腐措施。
PCCP 管本身較其它兩種管材而言，十分笨重，大坡度（大于1∶5）的電站壓力管道一般不宜采用，這主要是因?yàn)榈跹b復(fù)雜。同時(shí)PCCP 管本身無(wú)法制成特殊管件（彎頭及岔管等），只能通過(guò)鋼管代替，PCCP 管在運(yùn)行時(shí)還會(huì)出現(xiàn)輕微的磨損問(wèn)題。
總體來(lái)說(shuō)，這3 種管材在經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)后，都可以用作小水電的地埋長(zhǎng)壓力管，也都有應(yīng)用成功的實(shí)例，選用管材時(shí)應(yīng)根據(jù)效益大化原則進(jìn)行。


3 各種管材用作長(zhǎng)壓力管道時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
3.1 螺旋鋼管
螺旋鋼管作為長(zhǎng)壓力管，壁厚可用規(guī)范[1]中鍋爐公式進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)應(yīng)考慮銹蝕模量及焊接系數(shù)的影響，含沙量大的管道還應(yīng)考慮磨損余量。
螺旋鋼管尤其要注意做好防腐設(shè)計(jì)，內(nèi)壁防腐采用規(guī)范[2]中的水電站壓力鋼管防腐即可，外壁一般可以采用四氈三油進(jìn)行防腐。土壤含有腐蝕性時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行防電腐蝕措施，或者直接采用市場(chǎng)上的新管材鋼塑鋼管——螺旋鋼管內(nèi)外壁包裹塑料保護(hù)層的管道。
為防止外壓破壞，應(yīng)進(jìn)行外壓破壞驗(yàn)算，不滿足的應(yīng)設(shè)加勁環(huán)增加管道剛度，同時(shí)沿線還應(yīng)設(shè)置自動(dòng)空氣閥。為防.張掖統(tǒng)計(jì)年鑒（2009）［M］.（甘肅）張掖：張掖市統(tǒng)計(jì)局，2010.止自動(dòng)空氣閥在冬季凍死，應(yīng)將自動(dòng)空氣閥設(shè)置在地面以下的保溫井內(nèi)，這種設(shè)置既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)。
作為剛性管道，必須考慮它的伸縮變形的影響，管道沿線應(yīng)設(shè)置伸縮節(jié)。同時(shí)，在兩個(gè)鎮(zhèn)墩之間的管道后焊接在一起時(shí)應(yīng)選擇氣溫為全年的平均氣溫左右時(shí)焊接。焊接完后應(yīng)盡快回填，回填時(shí)應(yīng)夯實(shí)，增加土與鋼管之間的摩擦力。
螺旋鋼管在水利上目前沒(méi)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)參照SY/T5037-2000 進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.2 玻璃鋼管
玻璃鋼管一般通過(guò)標(biāo)稱(chēng)壓力來(lái)選用即可，不必計(jì)算壁厚。玻璃鋼管管溝溝底應(yīng)鋪上細(xì)砂墊層，防止管道受溝底石子的傷害。玻璃鋼管兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱(chēng)回填夯實(shí)，夯實(shí)至管頂以上30 cm，并要求覆土使玻璃鋼管管頂?shù)陀趦鐾辆€以下。一般較大管徑的玻璃鋼管的長(zhǎng)壓力管中異徑管應(yīng)采用鋼管代替，并設(shè)鎮(zhèn)墩。玻璃鋼管與鋼管之間的連接用承插件進(jìn)行連接，鋼管應(yīng)伸出鎮(zhèn)墩約1 m便于連接。玻璃鋼管由于抗外壓能力較差，提高壁厚來(lái)提高剛度又不經(jīng)濟(jì)，所以沿線應(yīng)多設(shè)自動(dòng)空氣閥井。
3.3 PCCP 管
由于PCCP 管重量較大，施工機(jī)械應(yīng)能開(kāi)進(jìn)管溝里進(jìn)行作業(yè)，要求開(kāi)挖寬度滿足安裝要求，一般應(yīng)比管徑外壁兩邊各留1 m的操作空間。PCCP 管管底也鋪設(shè)細(xì)砂墊層，但不能全溝底鋪設(shè)，應(yīng)只在中間鋪設(shè)，兩邊不應(yīng)鋪設(shè)，方便施工機(jī)械在溝底行進(jìn)，同時(shí)溝底應(yīng)鋪設(shè)軌道方便PCCP 管安裝。PCCP 管的其它設(shè)計(jì)基本和玻璃鋼管相同。
4 長(zhǎng)壓力管道水錘問(wèn)題
一般來(lái)說(shuō)，使用長(zhǎng)壓力管的電站水錘是無(wú)法通過(guò)增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和增大管徑來(lái)解決的，必須使用調(diào)壓閥或者其它的水錘解決方式。
調(diào)壓閥是我國(guó)70 年代左右開(kāi)始使用的，已經(jīng)使用了幾十年，但在常規(guī)電站中還是不常用。電站突然甩負(fù)荷的情況本身屬于小概率事件，另外調(diào)壓閥和導(dǎo)葉動(dòng)力裝置是連通的，導(dǎo)葉動(dòng)時(shí)調(diào)壓閥即會(huì)動(dòng)作，沒(méi)有必要過(guò)于擔(dān)心調(diào)壓閥失靈的狀況發(fā)生。調(diào)壓閥一般設(shè)置在蝶閥后導(dǎo)葉前。
在蝶閥前設(shè)計(jì)旁通管設(shè)置安全膜片也可以作為解決長(zhǎng)壓力管道的水錘問(wèn)題的一種簡(jiǎn)單有效方式。但安全膜片在使用后需要更換膜片，產(chǎn)生了一定的檢修時(shí)間，影響發(fā)電，尤其是調(diào)試階段更繁瑣。
此外，小流量電站也可以采用輸水管網(wǎng)中采用的安全泄壓閥來(lái)代替調(diào)壓閥，但這種安全泄壓閥的核心部件是一個(gè)彈簧膜片，設(shè)計(jì)使用年限短，容易疲勞失效，故采用這種方式來(lái)解決水錘的電站應(yīng)定期更換安全泄壓閥，保證電站運(yùn)行安全可靠。


5 結(jié)語(yǔ)
從北疆地區(qū)的多個(gè)長(zhǎng)壓力管電站運(yùn)行狀況來(lái)看，長(zhǎng)壓力管在大坡度地區(qū)的使用在造價(jià)、施工及環(huán)境保護(hù)方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)積極總結(jié)推廣。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應(yīng)用