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【摘要】管材和管径的选择是供水工程设计的重要步骤，选择是否合理对工程的建设成本以及后期的日常运营管理费用都有较大影响。本文结合陕西某供水工程管材和管径的选择，对各种常用管材优缺点进行了分析比较，并使用年值法对最优管径进行比较选择。
【关键词】管材 管径 选择
中图分類号： TG335.7文献标识码：A 文章编号：
一、前言
管材是影响工程造价的主要因素之一，不同的管材，其水力学特性、耐久性、经济性、施工难易等方面均有差异。流量一定，管径大小与管道系统的一次投资费、操作费和折旧费等都密切相关，因此应根据工程的具体情况仔细分析对比不同管材和管径对工程的影响。
二、管材的选择
在管道选材的过程中应充分考虑各种管材经济性、承压水平、耐久性以及施工便利程度等因素。目前常用的供水管材有：钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管、预应力钢筒混凝土管、聚乙烯（PE）管等。各类管材的优缺点如下：
钢管韧性好，耐压高，施工敷设方便，适应性强，适合用于高压及地形复杂地段，接口灵活，安装方便，且抗震性能优。但其刚度小，易变形，焊接量大，价格高，并需对管道的内外壁进行防腐处理，寿命相对较短；
球墨铸铁管耐久性强、承担压力高、安装方便等优点，同时具备钢管优点，避免了钢管易腐蚀的缺点，价格便宜，主要缺点是脆性大；
预应力混凝土管优点是造价相对便宜、使用寿命长，承受外压能力强，缺点是不能承担过高的内压，且管壁糙率较大，过流能力较小，外形尺寸和重量较大，运输和施工不便，对管床基础要求高；
预应力钢筒混凝土管解决了普通预应力混凝土管承受压力较低的缺点，同时具备寿命长、承受外压、内压较强的优点，当管道直径较大时具有一定的优势，当管径较小时成本相对较高；
PE管是近年供水工程大量采用的一种新型管材，管材卫生，在使用过程中不易结垢，内壁光滑，流动阻力小，重量轻，运输方便，耐冲击性强，适应管床基础变形的能力强，施工简单，运行维护费用低，缺点是耐压能力差，易变形。
三、管径的选择
管径选择与经济流速、水头损失、水锤压力及水泵选型有关。在同等条件下管道直径越小，流速越高，水头损失越大，泵站扬程要求越高，则能量消耗越大，产生的水锤压力也相应增大；管道直径越大，流速越低，水头损失越小，泵站扬程越低，能量消耗也越小，产生的水锤压力也越小。
目前常用的管径确定方法为年值法，即根据不同管径所对应泵站的运行扬程，通过计算具体工程的年费用，确定最优管径。依照一般工程经验，在长距离输水工程中比较经济的流速为0.8～1.5m/s。管径的选取与泵站的运行费直接相关，但最终确定时也需根据各种因素综合确定。
四、工程应用实例
（一）工程概况
陕西某山区供水工程，由取水口自流至泵站前池，经泵站加压至水厂蓄水池，其设计流量0.25m3/s，管道长度为9.8km，设计净扬程为82.00m。
（二）管材选择
从管道的承压能力、经济性、管道接口、管道重量和施工难易程度、耐腐蚀性及管道寿命等方面综合比较分析：
1、从管道的承压能力来看，钢管的承压能力最好，预应力混凝土管承压能力最差，球墨铸铁管和预应力钢筒混凝土管居中；
2、从经济角度讲，球墨铸铁管价格最低，钢管次之，预应力钢筒混凝土管最高；
3、从管道接口看，钢管采用焊接，其余管材均为承插口连接；
4、从管道重量及施工难易程度看，钢管重量较轻，施工方便，预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管重量较重，施工不便；
5、从耐腐蚀性出发，钢管耐腐蚀最差，球墨铸铁管次之，预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管耐腐蚀性能良好；
6、从市场信誉度来说，钢管承压最高，适应性最广，预应力混凝土管耐压最低，市场信誉度差，球墨铸铁管安全性及市场信誉度良好；
7、从管材寿命看，钢管寿命稍短，其余管材寿命在50年以上。
综合比较，预应力钢筋混凝土管价格最高、施工、运输较困难不宜采用；球墨铸铁管价格最低，连接方式为承插式，施工方便，其最大工作压力一般为1～4MPa，最大压力达4Mpa可满足供水线路高工作压力的要求；钢管虽然具有耐高压、韧性好的特点，在大口径供水管道中采用砂浆内衬时也可解决耐腐蚀问题，但小口径内衬砂浆喷涂加工难度较大，成本较高。
经过以上的综合比较，结合该项目地形复杂的具体情况分析：PE管耐压能力较差且易变形，预应力混凝土管承压较小，预应力钢筒混凝土管自重大，特别在山区难以施工，因此初步确定钢管和球墨铸铁管均能满足工程设计要求，作为该项目的备选管材。
（三）管径的选择
年值法的年费用E包括年耗电费E1和年生产费E2（包括管路折旧费和维修管理费），不同的管径对应不同的E1和E2，年费用E最小值所对应的管径即为经济管径，其中E1、E2分别采用下列公式计算。钢管和球墨铸铁管不同管径的年费用计算结果见表1。
1、年耗电费用（E1）计算公式：
式中：E1—年耗电费，元；
电价，元/（kW·h）；
水的容重；
管道设计流量，m3/s；
设计净扬程，m；
泵站年运行时间，h；
泵站效率。
2、年生产费用（E2）计算公式：
式中：年生产费用，元；
年折旧率；
管材单价，元/t；
管径，m；
管道壁厚，m；
管长，m；
管道根数。
表1 钢管、球墨铸铁管不同管径年费用计算表
由以上两种管材三种管径年值法计算结果可知：钢管的最小年费用为166.63万元；球墨铸铁管的最小年费用165.42万元，因此本项目推荐球墨铸铁管作为管道材料，其对应的最优管径为DN700。
该项目建成以后社会、经济效益显著，运转状况良好，证明了设计过程中管材及管径选择的合理性、科学性。
五、结论
本文介绍了常用管材的优缺点和年值法在管径确定中的应用，结合陕西某供水工程管材和管径的选择，对各常用管材的优缺点进行了分析比较，并使用年值法对最优管径进行了确定，取得了较为明显的社会和经济效益。
【参考文献】
[1] 蒋吉发．山乡供水管的经济管径计算[J]． 中国给水排水．1999年03期．
[2] 黄真．城市输水管道经济管径的计算公式[J]．南昌大学学报(工科版)．1988年03期黄真．
[3] 上海市政工程设计院．给水排水设计手册(第3册)[M]．北京：中国建筑工业出版社,1989．
【关键词】管材 管径 选择
中图分類号： TG335.7文献标识码：A 文章编号：
一、前言
管材是影响工程造价的主要因素之一，不同的管材，其水力学特性、耐久性、经济性、施工难易等方面均有差异。流量一定，管径大小与管道系统的一次投资费、操作费和折旧费等都密切相关，因此应根据工程的具体情况仔细分析对比不同管材和管径对工程的影响。
二、管材的选择
在管道选材的过程中应充分考虑各种管材经济性、承压水平、耐久性以及施工便利程度等因素。目前常用的供水管材有：钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管、预应力钢筒混凝土管、聚乙烯（PE）管等。各类管材的优缺点如下：
钢管韧性好，耐压高，施工敷设方便，适应性强，适合用于高压及地形复杂地段，接口灵活，安装方便，且抗震性能优。但其刚度小，易变形，焊接量大，价格高，并需对管道的内外壁进行防腐处理，寿命相对较短；
球墨铸铁管耐久性强、承担压力高、安装方便等优点，同时具备钢管优点，避免了钢管易腐蚀的缺点，价格便宜，主要缺点是脆性大；
预应力混凝土管优点是造价相对便宜、使用寿命长，承受外压能力强，缺点是不能承担过高的内压，且管壁糙率较大，过流能力较小，外形尺寸和重量较大，运输和施工不便，对管床基础要求高；
预应力钢筒混凝土管解决了普通预应力混凝土管承受压力较低的缺点，同时具备寿命长、承受外压、内压较强的优点，当管道直径较大时具有一定的优势，当管径较小时成本相对较高；
PE管是近年供水工程大量采用的一种新型管材，管材卫生，在使用过程中不易结垢，内壁光滑，流动阻力小，重量轻，运输方便，耐冲击性强，适应管床基础变形的能力强，施工简单，运行维护费用低，缺点是耐压能力差，易变形。
三、管径的选择
管径选择与经济流速、水头损失、水锤压力及水泵选型有关。在同等条件下管道直径越小，流速越高，水头损失越大，泵站扬程要求越高，则能量消耗越大，产生的水锤压力也相应增大；管道直径越大，流速越低，水头损失越小，泵站扬程越低，能量消耗也越小，产生的水锤压力也越小。
目前常用的管径确定方法为年值法，即根据不同管径所对应泵站的运行扬程，通过计算具体工程的年费用，确定最优管径。依照一般工程经验，在长距离输水工程中比较经济的流速为0.8～1.5m/s。管径的选取与泵站的运行费直接相关，但最终确定时也需根据各种因素综合确定。
四、工程应用实例
（一）工程概况
陕西某山区供水工程，由取水口自流至泵站前池，经泵站加压至水厂蓄水池，其设计流量0.25m3/s，管道长度为9.8km，设计净扬程为82.00m。
（二）管材选择
从管道的承压能力、经济性、管道接口、管道重量和施工难易程度、耐腐蚀性及管道寿命等方面综合比较分析：
1、从管道的承压能力来看，钢管的承压能力最好，预应力混凝土管承压能力最差，球墨铸铁管和预应力钢筒混凝土管居中；
2、从经济角度讲，球墨铸铁管价格最低，钢管次之，预应力钢筒混凝土管最高；
3、从管道接口看，钢管采用焊接，其余管材均为承插口连接；
4、从管道重量及施工难易程度看，钢管重量较轻，施工方便，预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管重量较重，施工不便；
5、从耐腐蚀性出发，钢管耐腐蚀最差，球墨铸铁管次之，预应力混凝土管和预应力钢筒混凝土管耐腐蚀性能良好；
6、从市场信誉度来说，钢管承压最高，适应性最广，预应力混凝土管耐压最低，市场信誉度差，球墨铸铁管安全性及市场信誉度良好；
7、从管材寿命看，钢管寿命稍短，其余管材寿命在50年以上。
综合比较，预应力钢筋混凝土管价格最高、施工、运输较困难不宜采用；球墨铸铁管价格最低，连接方式为承插式，施工方便，其最大工作压力一般为1～4MPa，最大压力达4Mpa可满足供水线路高工作压力的要求；钢管虽然具有耐高压、韧性好的特点，在大口径供水管道中采用砂浆内衬时也可解决耐腐蚀问题，但小口径内衬砂浆喷涂加工难度较大，成本较高。
经过以上的综合比较，结合该项目地形复杂的具体情况分析：PE管耐压能力较差且易变形，预应力混凝土管承压较小，预应力钢筒混凝土管自重大，特别在山区难以施工，因此初步确定钢管和球墨铸铁管均能满足工程设计要求，作为该项目的备选管材。
（三）管径的选择
年值法的年费用E包括年耗电费E1和年生产费E2（包括管路折旧费和维修管理费），不同的管径对应不同的E1和E2，年费用E最小值所对应的管径即为经济管径，其中E1、E2分别采用下列公式计算。钢管和球墨铸铁管不同管径的年费用计算结果见表1。
1、年耗电费用（E1）计算公式：
式中：E1—年耗电费，元；
电价，元/（kW·h）；
水的容重；
管道设计流量，m3/s；
设计净扬程，m；
泵站年运行时间，h；
泵站效率。
2、年生产费用（E2）计算公式：
式中：年生产费用，元；
年折旧率；
管材单价，元/t；
管径，m；
管道壁厚，m；
管长，m；
管道根数。
表1 钢管、球墨铸铁管不同管径年费用计算表
由以上两种管材三种管径年值法计算结果可知：钢管的最小年费用为166.63万元；球墨铸铁管的最小年费用165.42万元，因此本项目推荐球墨铸铁管作为管道材料，其对应的最优管径为DN700。
该项目建成以后社会、经济效益显著，运转状况良好，证明了设计过程中管材及管径选择的合理性、科学性。
五、结论
本文介绍了常用管材的优缺点和年值法在管径确定中的应用，结合陕西某供水工程管材和管径的选择，对各常用管材的优缺点进行了分析比较，并使用年值法对最优管径进行了确定，取得了较为明显的社会和经济效益。
【参考文献】
[1] 蒋吉发．山乡供水管的经济管径计算[J]． 中国给水排水．1999年03期．
[2] 黄真．城市输水管道经济管径的计算公式[J]．南昌大学学报(工科版)．1988年03期黄真．
[3] 上海市政工程设计院．给水排水设计手册(第3册)[M]．北京：中国建筑工业出版社,1989．