聚乙烯給水管材公稱壓力的選擇
隨著國民經濟的快速發展,聚乙烯給水管材在城市供水工程中得到了廣泛的應用。2004年,建設部發布了《埋地聚乙烯給水管道工程技術規程》(CJJ101—2004)(以下簡稱“規程”)。“規程”對聚乙烯給水管道的設計、連接、敷設、試壓、竣工驗收等進行了規范。但是,“規程”并沒有對聚乙烯管材公稱壓力的選擇作詳細說明,因而在管道設計中,設計人員往往將管材的公稱壓力等同于管材最大設計內水壓力,按設計內水壓力選擇管材,筆者認為這是不妥當的。下面以某一供水工程為例,結合“規程”,對管材公稱壓力的選擇進行分析和探討。
1“規程”條文及概念說明
1.1條文4.1.1條“規程”4.1.1條提出:管材最大允許工作壓力應按式(1)計算,
即:MOP=PNft??????? (1)
式中MOP———最大允許工作壓力,MPa;
PN———公稱壓力,MPa;
ft———溫度對壓力折減系數,其中,20℃、30℃、40℃時,分別為1、0.87、0.74。由于聚乙烯管材為熱塑性管道,管材強度對溫度敏感,工作溫度高,折減系數ft小,ft超過20℃時系數≤1,溫度小于20℃時>1,偏于安全。條文中的工作溫度是指輸送水介質溫度,以地表水為水源的飲用水,采用年最高月平均水溫為計算溫度,相鄰間數值采用內插法計算。
1.2條文4.1.2條“規程”4.1.2條提出:選用的管材最大設計內水壓力應按式(2)計算,即:
Fwd=1.5Fw???? (2)
式中Fwd———最大設計內水壓力,MPa;
Fw———管道工作壓力(不包括水錘壓力)。
1.3概念說明
(1)最大設計內水壓力Fwd:管道系統工作時,作用于管內壁的最大瞬時壓力,是管道持續工作壓力與水錘壓力之和。考慮到水錘對管道的影響,設計內水壓力通常為工作壓力的1.5倍。
(2)公稱壓力PN:管材、管件在20℃時的最大工作壓力。
(3)最大允許工作壓力MOP:管材、管件在管道水溫20℃以上時,溫度對管材公稱壓力折減影響后,所能允許的最大工作壓力。
2管材公稱壓力的選擇設計
工程實例:閩南地區某縣級市,城南水廠地面高程45m,出廠水頭0.3MPa,由DN400聚乙烯給水管供水至5km外的某地塊,該地塊地勢平坦,最低高程20m。
2.1選擇管材
水廠至該地塊管道水頭損失15m,則管道工作壓力Fw=0.45+0.3-0.2-0.15=0.4(MPa),管道最大設計內水壓力Fwd=1.5Fw=0.6MPa,試選用公稱壓力為0.6MPa或0.8MPa的管材。
2.2校核閩南地區夏季炎熱,地表溫度往往高達40℃以上,雖然有管道覆土的隔熱影響,管道內水溫度仍然可能超過20℃,因此,應充分考慮溫度對管道的影響。下面分別采用0.6MPa和
0.8MPa的給水管材,計算得出管材的最大允許工作壓力MOP,見表1。
由于考慮到水錘對管道的影響,管道最大設計內水壓力Fwd是為正常工作壓力Fw的1.5
倍,按Fwd選擇相應的管材公稱壓力PN(20℃),在高溫的折減影響下,使得管材的最大允許工作壓力MOP
會小于公稱壓力PN(20℃)。
PN=0.6MPa的管材雖能保證管道工作壓力(0.4MPa),卻不能完全保證管道最大設計內水壓力(0.6MPa),而最大設計內水壓力是保證水錘時管道的工作壓力。可以預見,在管道遇到水錘和高溫等不利條件影響時,管道很容易發生事故。因此,不能簡單地認為PN=0.6MPa的管材,在溫度折減影響后,只要MOP大于Fw,就能保障管道的正常工作。
在設計中,應充分考慮水錘和高溫對管材公稱壓力的雙重影響,管材最大允許工作壓力必須要保證管材的最大設計內水壓力。所以,應選用MOP大于最大設計內水壓力Fwd時的管材,
因此,本例選用PN=0.8MPa的給水管材。
2.3試壓
按“規程”7.1.3條,試驗靜水壓力按管道工作壓力或最大設計內水壓力的1.5倍計,分別為0.6MPa和0.9MPa,但不小于0.8MPa,故試驗靜水壓力按0.9MPa。
3結語
在進行管材設計時,應先根據管道工作壓力乘以1.5倍的安全系數確定設計工作壓力,并將設計工作壓力除以設計溫度下的折減系數(ft≤1),得到溫度折減影響后的最大允許工作壓力,同設計工作壓力進行校核,確保最大允許工作壓力不小于設計工作壓力,最后根據最大允許工作壓力選擇聚乙烯給水管材的公稱壓力。
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