[转贴]：玻璃钢管在核电站淡水渝水工程中的应用

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玻璃钢管在核电站淡水渝水工程中的应用
戴云  于宇健   武红兵


    l 概述
    连云港田湾核电站的淡水输水工程两起蔷该河刘顶段的河边取水口，沿城南外农田徐连高速公路北侧经云台乡、板桥镇送至厂区外南山南麓水厂。经水厂处理后由管网送至厂区供生产、生活用水。
输水管线沿途经过16条河流、2座山、3条高等级公路。其间设置中间加压泵站，全长约38．5km。田湾核电站需水量为0．4m3／s。核电站分二期建设，一期工程输送水量：770m3／h；二期工程输送水量：1200m3／h。输水管线一次建成，采用两条工作压力1．OMPa、DN500的管材，平行铺设，管线中心距1．4m。沿途设9座近接件，内设连通管及阀门，以保证管线检修、放空及切换。管线跨越的16条河流，有的较宽，有的不具有通航能力，采用拱管的形式架设，以节约投资和保证船只航运。在管线低处设泄水井，高处设自动排气措施，保证管线安全运行。
    蔷薇河为人工闸控河流，现已控制上游河流及其支流排入的污染源。据连云港化工研究院“关于蔷薇河取水地段水文计算和污染状况调查报告”，认为蔷薇河水体属于清洁水质，即玻璃钢管输送的淡水为清洁水质。
2 玻璃钢管线技术经济优势评估
    田湾核电站是国家重点工程。淡水输水管线提供核电站的生产、生活用水，可谓是核电站的生命线。输水管线全长约38km，沿途地形复杂，穿过农田、河流、果园、山嘴和人口稠密的城镇等，设计和安装施工难度较大。在设计管道时严格遵守了给、排水工程设计、施工及验收规范。在保证核电站生产、生活用水安全、可靠的前提下，针对连云港地区地质条件的特殊性及农田施工的特点，玻璃钢管充分显示了施工方便、维护管理简便、运行费用低、总投资少等技术经济优势，开创了玻璃钢管道在核电站大量应用的先例。
    玻璃钢管道具有重量轻、耐腐蚀、管道内壁光滑、连接可靠、承压能力高，卫生性能好等特点，广泛
应用在工业水处理系统、城市供水系统等。建设部科技发展促进中。已及中国玻璃钢工业协会推荐在长距离大口径有压输送饮用水及原水工程中使用夹砂玻璃钢管道。
2．l  机械性能和承载能力
    把玻璃钢管的机械性能、防腐性能、水力特性、工程寿命、安装施工然护与运行费用等技术经济参
数，与球墨铸铁管的相应数据，进行对照评估，最能说明玻璃钢管的技术经济优势。球墨铸铁管的拉伸强度比玻璃钢管高，但玻璃钢管由于密度小，它的比强度（材料的拉伸强度与其密度的比值）约为球墨铸铁管的2—3倍，单位长度上的质量为球墨铸铁管的l／4。因此，玻璃钢管道具有质量轻强度高的特点。
    此外，玻璃钢管的设计灵活性大。在同一条管线上，可采用不同结构强度和刚度的管材以适应不同的地质条件、载荷条件、安装和施工技术的要求。做到这一点，对玻璃钢管是很容易的，而对球墨铸铁管，相对要困难些。
2.2 腐蚀性
    球墨铸铁管的防腐做法是：在内表面衬水泥砂浆店外表面喷锌再涂沥青。根据实际使用经验，球墨铸铁管在腐蚀性较强的土壤中埋设，容易腐蚀穿孔，因而管外壁必须喷锌后作防腐涂层呼用塑料薄膜包裹，才能达到铸铁管的使用年限。而且有些生产厂家在水泥内衬上还存在一些问题，如不光滑、厚度偏差大、内衬收缩引起的裂缝等。如果作阴极保护措施，在长距离输水管线上又是一笔很大的费用。
    玻璃钢管道的耐腐蚀性能好，能耐大多数的酸、碱、盐溶液及海水、污水等介质。广泛用于食品容器、酸碱贮槽、污水处理设备、软化水、纯水设备及输送海水的管道。其本身还是电的绝缘材料及热的不良导体。且内外壁光滑，在使用过程中不腐蚀、不结垢、不滋生藻类和其它微生物，不会对输送介质造成二次污染，对提高水质有着重要的意义。
2．3 接口方式及密封性能
    玻璃钢管道采用承插式双密封罔柔性连接，在安装过程中，可进行单管接口的水密封试验，提高管道试压一次性通过成功率，可以保障管道供水的安全性。球墨铸铁管接口处只有一道密封圈，只能以长度小于1km的整段管道作水压试验，但接 口状况无检验手段。如承口内有铁瘤，插口端大圆均无法检出与纠正。此外，大口径玻璃钢管长度一般为12m，接口比球墨铸铁管少 1倍以卜，接口的渗漏机率明显少得多。
2．4 水力争性能
    管道输送流体的阻力大小直接关系到水泵的动力消耗和输送机械的选择，它与设备操作及设备投资费用有关。同此，管道的沿程阻力损失是评价及选择管道的主要因素之一。流体沿省肇流动引起的沿程阻力损失H可用下式表示：
    H＝λLV2/2Dg
      λ= 0．0055［l十2．0 x104 x K／D十106／Re）1/3]
    式中L、D分别为管长和管径，V为流体流速，g为重力加速度。λ为沿程阻力系数。输送流量按一、二期输送水量Q＝1200m3／h，经计算得到两种管道的沿程阻力系数见表3。
    由两种管道的沿程阻力系数比较可知，在管长、管径、流速相间的情况下，玻璃钢管的沿程阻力损失
约为铸铁管的3／5，降低40％；。
    水泵输送液体所耗功率P用Bemou，UI方程计算，设管道长度为38．5km，水泵每年连续运行8000小时，工业电费为1．5元／kw·h，则管道的耗能费用见表4。
    由此可见，玻璃钢管具有优越的水力学特性，即减少水泵扬程，节省电耗和相应增大通水能力，对于
工程的扩建、发展有利。
2.5 投资费用
    由表5 可见，玻璃钢管具有很好的经济性能。(注：本大的安装费仅指管道的安装，不包括沟槽的开挖、回填及管道的基础施工）。
2.6 地质条件对输水管路管材选择的影响
    输水管线的长度约为38．5km，沿途穿越农田、河流、果园、盐田、山嘴等，修建施工用路比较困难，
如果管道的重量较轻，对管道的运输、施工及平时管道的检修部比较方便。
    从地质条件看，连云港地区属于海水淤积形成的平原，土壤的含盐量较高，腐蚀性较大。经过实地
调查，在地下3－5m处即可打出咸水，不能饮用。在板桥镇与淡水厂之间约5km的地域，是当地农民用来晒盐用的盐田，盐田里土壤的含盐量可高达到25％左右，该地区对管道的耐腐蚀性要求较高。连云港地区的淤泥层较厚，管道基础可能会发生不均匀沉降，因此要求管有一定的偏转角度，玻璃钢管接口的密封性能较好，可以避免发生泄漏，确保供水安全。
2．7 玻璃钢管用饮用水工程的卫生问题
    国内外的大量研究工作和长期的应用都证明，只要严格执行相关的标准规定，玻璃钢制品，其中包括玻璃钢管，用于食品、饮料和饮用水的输送和贮存，不存在卫生问题。各工业发达国家对于玻璃钢制品用于牛奶贮存、酒类加工贮存、酱油酿造、高位饮用水箱以及输水管路，30年前都已颁发实施了产品和工程技术标准。我国在上个世纪80一90年代也就玻璃钢制品及适用的原材料体系规定了一系列相关标准。应当说，玻璃钢管用于饮用水工程，实际上不存在卫生问题的疑问。但是，我国在这一领域的应用历史毕竟不长，涉及到人民健康问题，对此加以分析论证是有必要的。
2．7．l 卫生性能
    玻璃钢管道适用于城市给水工程的给水干线、配水管网和入户管线。输送饮用水的突砂玻璃钢管属食品级玻璃钢制品。食品级玻璃钢制品主要有：管道、水箱、容器、发酵罐等，用来输送、贮存、盛装各
种食品，包括饮用水。啤酒、酱油、饮料等。其食品卫生特性的检验按国家标准CB一13115一91《食品容
器及包装材料用不饱和聚酯树脂及其玻璃钢制品卫生标准》执行。
2．7．2 有关卫生性能的试验
    不同材质的水箱广泛应用在高层建筑供水系统中，二次供水卫生问题几年前已经提出来。北京市卫生防疫站依据有机物析出的测试结果，对此种不同材质的水箱对水质的影响作厂全面系统的试验。水箱为 50 x 50 x 50crn，放人自来水作为测试水样。72h后对各种水箱的浸泡水进行水质的物理、化学及有机物成分的检测。水质物理、化学指标的检测采用国家《生活饮用水标准检测法》GB6750－－85。试验结果如下：对于物理、化学指标的检验，不同材质的水箱对水质的影响从轻到重依次为：搪瓷钢板水箱、玻璃钢水箱、不锈钢水箱、镀锌钢板水箱等。对于不同材质水箱有机物析出情况及特征离子检出情况（见表6、7）。
    由试验证明，玻璃钢水箱质量很稳定，玻璃钢制品对水质的影响很小，符合相关卫生标准技术要求。
    通过以上几项指标的综合比较，结合连三港地区土质不好，有腐蚀性，从运输安装方便，耐腐蚀性，
综合资用适中，操作简单，维护成本低等方向考虑，玻璃钢管有明显的优越性。

3 玻璃钢管道安装施工中的几个问题
    在施工现场中，结合设计图纸及玻璃钢管道的特性，解决了实际施工中遇到的问题。
3．1 管道沟槽积水、塌方问题
    玻璃钢管道施工时，在沟槽开挖过程中或开挖后，沟槽内积水较多，边坡顶部荷载过大，或施工机械的振动，使土体内剪应力增大，失去稳定而塌方。针对这种情况，我们采取了以下措施：根据上的种类及物理性质，确定适当的边坡坡度；采用两台挖掘机倒土的办法，使弃土离沟槽上边缘距离大于l．5m，弃土高度小干1．5m ，以减少沟壁的压力；一次沟槽开挖16m左右，管道铺设完成，在接口试压合格后，及时回填，防止管道损坏或遇水漂起人工在沟槽一侧开挖20cm宽20cm深的排水沟，排除沟槽内的积水。这种做法有效地解决了沟槽积水和塌方的问题。
3．2 玻璃钢管道在钢套管里的敷设问题
    淡水输水管线沿途穿越很多机耕路及乡、镇公路。为了保护玻璃钢管道不被损坏，我们在管道穿越道路时均加ø820×9的钢套管。在施工中，一般的做法是在铺设好的钢会管内均匀铺砂，然后再穿玻璃钢管道。由于有的道路路面较宽，且路后两侧有排水沟，导致穿路套管较年，砂子不能均匀的铺进去。由于玻璃钢管的承口部位高于直管壁，铺砂不均匀，会使玻璃钢管局部受力较大，导致管道变形、橡胶圈扭曲，在管道试压、运行过程中产生渗漏等问题。为解决这个问题，我们参考厂其他工程上对类似情况的处理方法，并根据工程的实际情况进行了改进。具体做法是：如果钢套管的长度小于8m，在钢套管内均匀铺砂，再穿玻璃钢管道；如果钢套管的年度大于知，则取消铺砂。在一根玻璃钢管道上作4个玻璃钢半环。玻璃钢半环间距3m，距管端1.5m。半环宽200mm，厚55mm，从半环底至管道中心线高317mm。玻璃钢半环在施工现场粘结。该种做法既保证了玻璃钢管道的外表面及承插口在推入钢套管中不会被磨损，又解决厂钢套管中铺砂不均匀使玻璃钢管道变形而产生的渗漏问题。
    由于当地地下水位较高，钢套管内会进水。玻璃钢管道较轻，水会使管道上浮，造成管这份移而损坏，影响管道的正常运行，这就是所谓的浮管问题。为此，我们根据现场实际情况，将钢套管在玻璃钢管道的承口处和直管段处各切割下一块，再另外制做一块弧形钢板，其宽100mm，厚10mm，弧长400mm。把从钢套管切下的那块板与弧形板用角钢连接在一起。弧形钢板距玻璃钢管道外顶20-30mm。钢板、角钢与弧形钢板刷3道环氧煤沥青漆，再将该板与钢套重新焊接。焊接后钢套管外部局部重新进行防腐处理。这种做法解决了钢套管内玻璃钢管道的浮管问题。实践证明，这种处理方法是行之有效的。
3.3  不同土质的地墓处理问题
    我们在设计时，针对粘、淤泥质粘土和淤泥物理性质（如承载力、含水量、密度、湿度等）采用户不同
的基础处理方法。目的是防止管道基础产生不均匀沉降，引起管道断裂。根据淡水输水管线地质报告，输水管线绝大部分处于淤泥层中。对于淤泥土质，我们在设计中采用了先铺设塑料网，在塑料网上铺设22mm厚碎石，再铺设200mm厚砂，然后再铺设管道。在这种处理方法中，砂、碎石和塑料网作为地基的持力层，可增加地基承载力，并通过垫层的应力扩散作用，减少对垫层下面地基单位面积的承载。砂、石等透水性大的材料，有助于土壤中水分的排除，加速土壤的固结。在实际施工中，施工单位却把淤泥认为是淤泥质粘土，管道基础按照淤泥质粘土处理，即只在管道下铺20cm砂。对地质情况不同的判定，产生对管道基础不同的处理，与监理及施工单位产生了分歧。考虑到管线实际运行的安全性及40年的使用寿命，我们对该情况十分重视。在发现问题后，立刻召开了由设计院、业主、监理、施工单位参加的专题会。在会上讨论决定，为了统一对地质情况的认识，请淡水输水管线地质勘察报告的提供单位“郑勘院”的有关同志现场判定。郑勘院的现场判定，与我们的意见是一致的。即淡水输水管线绝大部分处于淤泥中，管道基础均按淤泥处理。后经
实际高程测量，输水管线的沉降量一般在20mm内，大部分管段试压一次成功。证明了我们对管道基础处理的方法是正确的，效果是显著的，保证了今后管线运行的安全。

4 结论
    本文详细阐述了玻璃钢管道的技术、经济特性，并根据实际情况解决了玻璃钢管道在现场施工中遇到的问题。实践证明，玻璃钢管可以保证核电站安全用水，具有运输安装方便，综合费用适中，施工操作简单，维护成本低等特点。在田湾核电站淡水工程中的应用是成功的。
　

表1 玻璃钢管与球墨铸铁管的机械性能对比

项目 球墨铸铁管 玻璃钢管
拉伸强度（MPa） 420 160-320
密度（吨/m3） 7.34 1.6-2.0
比强度 57.22 100-160
质量（kg/m） 104.3 26

表2  二种管材接口方式的比较

项目 球墨铸铁管 玻璃钢管
接口密封方式 承插口密封圈连接(一道密封圈) 承插口密封连接（二道密封圈）
密封性能 承压高、密封性好 承压高、密封性好
施工情况 安装简便 安装简便

表3 两种管道的沿程阻力系数比较

管道规格 规格   λ
铸铁管 DN500 0.01794
玻璃钢管 DN500 0.01191

表4  不同管材的输水管线1年的水泵能耗费用比较

规格 玻璃钢管(万元) 球墨铸铁管(万元) 节省(万元)/Y 节省(万元)/40Y
DN500 530.53 798.88 268.35 10720

表5  球墨铸铁管与玻璃钢管投资费用比较(万元/km)

管材 规格 管材价格 管件价格 运费 安装费 管材防腐 总投资
铸铁管 DN500 43.01 1.0 1.4 10.0 0.19 55.6
玻璃钢管 DN500 41.6 1.1 0.2 2.0 - 44.9

表6  不同材质水箱溶出有机物种类的比较

编号 产品名称 有机物析出种类与自来水相比多出的数量
1 不锈钢水箱 3
2 玻璃钢水箱 7
3 镀锌钢板水箱 8
4 内衬不锈钢水箱 17
5 搪瓷钢板水箱 10

表7  不同材质水箱特征离子检出情况

编号 产品名称 正特征离子数 负特征离子数 合计
1 不锈钢水箱 10 14 24
2 玻璃钢水箱 10 9 19
3 镀锌钢板水箱 12 5 17
4 内衬不锈钢水箱 9 12 21
5 搪瓷钢板水箱 8 13 21