寒冷地区给排水管线埋深及防寒防冻措施
哈尔滨位于我国东北最寒冷地区,历年最冷月的月平均最低温度为一24.8℃ ,年平均气温为3.6℃ ,最大冻土深度为2.0 m,最大积雪深度为0.41 m。1990年5月,我院承接丁哈尔滨化工总厂200kt/a复肥装置设计任务。其装置区给排水管线设计较南方地区有所不同,管线埋设首先要解决冬季如何进行防寒防冻,确定管线埋设的合理深度问题。下面就此进行探讨。
该装置界区给水采用生产、生活(消防)台一的给水系统,管材为承插式球墨铸铁管(主干管直径为200 mm),柔性胶圈密封,胶圈外部用石棉水泥填缝。正常情况下生产、生活用水量较少(消防给水除外)。给水管线敷设的常规做法一般有直接埋地或架空敷设两种,直接埋地敷设最为常用。架空敷设要考虑管架和保温措施。在北方寒冷地区常采用蒸汽伴热管线外加保温材料进行保温,即要敷设相同长度的蒸汽管线保证给水管不被冻坏。对于室外消火栓及阀门井也必须采用相应的保温措施。寒冷地区的室外消火栓一般为地下式直通消火栓,型号为SX100,设有100 mm和60 mm栓口各一个,并做保温井口;阀门井的设置一般不采用套筒式,因在寒冷地区阀杆头部常漏水而冻结,影响开启和关闭;给水管线上的给水栓应采用防冻栓,并宜设置于背风向阳处。管线直接埋地敷设施工简单、安装方便、能降低造价,经综合考虑,并参照建设单位意见决定给水管道采用直接埋地敷设。
由于化工产品的销售受市场需求等因素的影响,以及系统停车或检修,若此时室外气温较低且管道中的水没有及时排空,必将冻坏管道,维修较困难。因此,设计中确定管线埋设深度时要考虑当地管道的常规埋设深度,又要满足《给排水设计手册》要求。另外在设计中还应考虑给水管网的泄水措施,防止管道被冻坏,达到即使系统停车时间较长,给水管道中的水也能很快通过泄水并和排水管道排出,保证给水管道中不留积水。该装置排水采用清净生产废水、生活污水、雨水合流排放系统,选用钢筋棍凝土排水管,接口采用钢丝网水泥砂浆抹带接口,排水管采用120。棍凝土条型基础。清净生产废水、生活污水的排水一般为车问清净洗涤排水和工艺设备冲洗水。根据《室外排水设计规范》(条文说明)中有关对哈尔滨地区污水管道埋探与冻结情况调查,考虑平时系统排水量较小,适当增大排水管坡度以减少管线冻结;将主干管起点管底埋深定为2.0 m,其余支管线或与雨水口连接管底埋深定为1.1~1 5 m,并考虑在管道浅埋处进行土质置换。对于地下的排水检查井、地下消火栓井、阀门井等构筑物均采用下述保温措施:① 所有的井盖均采用双层保温井盖,井内填充珍珠岩或碎聚苯乙烯块;②井壁周围土质采用置换措施,填充一些炉渣保温,井加一层黄黏土以减少地表水向土壤下方渗透;③ 由于施工期正值冬季,要求不得采用冻土回填。根据建设单位提供的地质报告,该地区土壤深度在0.7~5.1 m为较厚的粉质黏土,层位稳定,属于中压缩土,承载力较高,地质条件较好。
综上所述,确定寒冷地区给排水管线的埋深需要综合考虑。既要考虑水量、水温、管材强度、管线交叉、连续或间断使用情况等,又要考虑外部荷载、环境条件及当地的具体情况,井采取相应的防冻防寒措施以保证给排水管线在冬季能正常使用,满足化工安全生产的要求。经过近十年的化工生产检验,该装置界区的给排水管线无冻坏现彖发生,用户表示满意。
北方地区管道防冻预防措施
在我国的广大北方地区,给水管道、消防管道内介质流速为零,为了保证各管网在冬季正常运行,要求各种管道不发生冻结结以备随时使用,必须对管道进行防冻结处理.目前实施管道防冻结的方法比较多,但基本上同一工程只采用某一单个方案,没有对不同方案进行系统的分析比较.研究的主要目的在于分析目前主要防冻结方案的可行性和经济性,以便针对实际工程选择出合理经济的防冻结方案.
目前工程实施的露天管网防冻结的具体方法有:利用自来水温绝热防冻结法、利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻结法、充填防冻结液防冻结法、绝热电热器件伴暖防冻结法以及混台防冻结方法.
利用自来水温进行绝热防冻结方案
该方法主要用于给水管网的防冻结.依北京地区为例,目前北京市自来水温度在12E:左右,故可利用自来水温加以绝热保温达到防冻结目的. 自来水以地下水和水库地表水为来源,依两种水混台比例使自来水温在12~15E:之间.该方案优点可节省伴暖投资(相对于电
伴暖方法),但在低温气候下该方案管内存水停留可能发生冻结结,依据传热学原理计算冻结结时间结果如表1所示,居民楼从夜间24:00到凌晨5:00停用较多,该时段为流速是零的高概率时间段,小管径(DN40~DN70)在日均温度在一5℃ 以下时,本方案具有很大的风险,但大管径如DN100以上管道应用本方案可以节省大量运行费用.
利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻结方案自来水防冻
该方案将给水管、消防水管中可与供暖系统供、回水管平行布置的管道共同保温,借助供暖管水温伴暖给水管、消防水管,达到防冻结目的.根据文献[2]提供的传热学原理,用计算机模拟计算,在环境温度为一l0E:,一根DN150、温度为70℃的回水管经伴暖同直径的一根自来水管,l00 m后该回水管的温降仅3℃左右,说明采用奉方案在热力理论上可行.但在管道的布置上对设计施工相当繁难.
利用防冻结液充填消防管(含喷洒管)的防冻结方案
防冻结液在冻结结点以上温度时流动性好.可以管道输送.该防冻结方案免除了绝热保温和伴暖的初投资费及运行费,故投资小.但该方案存在的技术难点为:① 防冻结液与生活水管
相连时,应保证无毒,另外不能具有助燃性和可燃性 ② 喷洒管头部的设 十应考虑防冻结液与自来水的密度不同会对喷洒面积有影响.另外,需要解决在升温时吸纳防冻结液的膨胀量、降温时填补防冻结液的收缩量,这在技术上有些难度.
绝热电热器件伴暖防冻结方案
该方案以加热电缆为土,产品商品化程度高、柔韧灵活、安全可靠、施工快捷、经济并符合环保要求.方案对电热器件及相应配套没施要求较高,并且整个伴暖系统工作必须在线监测控制,在电伴暖意外失效的情况下,能够及时发现和抢修.该方案具有普遍的适用性,能够满足不同管道的防冻结要求.
混合防冻结方案
结合工程的实际情况,将以上4种方案组合采用两种以上就构成了混合防冻结方案.例如DN100以上管道采用自来水温绝热防冻结方案,DN80以下管道采用电缆伴暖绝热保温防冻结方案;消防管网的喷洒管采用了无保温防冻结液防冻结方案;而其它消防管道采用电缆伴暖绝热保温防冻结方案.技术经济性都会好.
通过对各种防冻结方案的应用比较,可以发现,单一方案如绝热电伴暖方案、利用自来水温进行绝热防冻结方案和利用供暖系统供、回水绝热伴暖防冻结方案、用于消防管道的防冻结液方案,都有某种程度的不足和局限性;而混合方案综合了各种方案的特点,充分发挥了经济性.