新疆小水電站長壓力管道閥門的選用

                    新疆小水電站長壓力管道閥門的選用    

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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壓力管道閥門的選用針對北疆地區(qū)地形特點(diǎn)，結(jié)合小水電站長壓力管道管材的選用，對螺旋鋼管、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壓力管道時(shí)應(yīng)注意的問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 新疆小水電站長壓力管道閥門的選用前言
新疆北部地區(qū)，修建水電站時(shí)往往會遇到?jīng)]有能集中形成落差的地形，但是地形縱坡較大（有時(shí)會達(dá)到30%），這種情況下只有選擇高填方渠道或長壓力管道以集中水頭。選擇高填方渠道不可避免地會出現(xiàn)占地多、投資高，采用地埋長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*注入北冰洋的河流、新疆境內(nèi)的流域面積約5萬平方公里。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。塔里木河是中國長的內(nèi)陸河、流長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1.86萬多條、總面積2.4萬多平方公里、占中國冰川面積得42%。冰川諸水量2.58萬多億立方米；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”之稱。 
  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]：塔里木河是中國長的內(nèi)陸河、全長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、始稱塔里木河、在維吾爾語里
2 長壓力管道管材選用
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：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。市場上常見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)的管道一般來說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)行對口后承插，非常快捷。
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，不過也可以通過提高管道內(nèi)壁樹脂層的厚度來提高其承受外壓的能力，同時(shí)，玻璃鋼管磨損問題也存在爭議[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 管本身無法制成特殊管件（彎頭及岔管等），只能通過鋼管代替，PCCP 管在運(yùn)行時(shí)還會出現(xiàn)輕微的磨損問題。
總體來說，這3 種管材在經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)后，都可以用作小水電的地埋長壓力管，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 各種管材用作長壓力管道時(shí)應(yīng)注意的問題
3.1 螺旋鋼管
螺旋鋼管作為長壓力管，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.止自動空氣閥在冬季凍死，應(yīng)將自動空氣閥設(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
玻璃鋼管一般通過標(biāo)稱壓力來選用即可，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)對稱回填夯實(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，提高壁厚來提高剛度又不經(jīng)濟(jì)，所以沿線應(yīng)多設(shè)自動空氣閥井。
3.3 PCCP 管
由于PCCP 管重量較大，施工機(jī)械應(yīng)能開進(jìn)管溝里進(jìn)行作業(yè)，要求開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 長壓力管道水錘問題
一般來說，使用長壓力管的電站水錘是無法通過增加轉(zhuǎn)動慣量和增大管徑來解決的，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70 年代左右開始使用的，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)葉動力裝置是連通的，導(dǎo)葉動時(shí)調(diào)壓閥即會動作，沒有必要過于擔(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壓力管道的水錘問題的一種簡單有效方式。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
從北疆地區(qū)的多個(gè)長壓力管電站運(yùn)行狀況來看，長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，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