聚乙烯给水管材公称压力的选择
随着国民经济的快速发展,聚乙烯给水管材在城市供水工程中得到了广泛的应用。2004年,建设部发布了《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》(CJJ101—2004)(以下简称“规程”)。“规程”对聚乙烯给水管道的设计、连接、敷设、试压、竣工验收等进行了规范。但是,“规程”并没有对聚乙烯管材公称压力的选择作详细说明,因而在管道设计中,设计人员往往将管材的公称压力等同于管材最大设计内水压力,按设计内水压力选择管材,笔者认为这是不妥当的。下面以某一供水工程为例,结合“规程”,对管材公称压力的选择进行分析和探讨。
1“规程”条文及概念说明
1.1条文4.1.1条“规程”4.1.1条提出:管材最大允许工作压力应按式(1)计算,
即:MOP=PNft (1)
式中MOP———最大允许工作压力,MPa;
PN———公称压力,MPa;
ft———温度对压力折减系数,其中,20℃、30℃、40℃时,分别为1、0.87、0.74。由于聚乙烯管材为热塑性管道,管材强度对温度敏感,工作温度高,折减系数ft小,ft超过20℃时系数≤1,温度小于20℃时>1,偏于安全。条文中的工作温度是指输送水介质温度,以地表水为水源的饮用水,采用年最高月平均水温为计算温度,相邻间数值采用内插法计算。
1.2条文4.1.2条“规程”4.1.2条提出:选用的管材最大设计内水压力应按式(2)计算,即:
Fwd=1.5Fw (2)
式中Fwd———最大设计内水压力,MPa;
Fw———管道工作压力(不包括水锤压力)。
1.3概念说明
(1)最大设计内水压力Fwd:管道系统工作时,作用于管内壁的最大瞬时压力,是管道持续工作压力与水锤压力之和。考虑到水锤对管道的影响,设计内水压力通常为工作压力的1.5倍。
(2)公称压力PN:管材、管件在20℃时的最大工作压力。
(3)最大允许工作压力MOP:管材、管件在管道水温20℃以上时,温度对管材公称压力折减影响后,所能允许的最大工作压力。
2管材公称压力的选择设计
工程实例:闽南地区某县级市,城南水厂地面高程45m,出厂水头0.3MPa,由DN400聚乙烯给水管供水至5km外的某地块,该地块地势平坦,最低高程20m。
2.1选择管材
水厂至该地块管道水头损失15m,则管道工作压力Fw=0.45+0.3-0.2-0.15=0.4(MPa),管道最大设计内水压力Fwd=1.5Fw=0.6MPa,试选用公称压力为0.6MPa或0.8MPa的管材。
2.2校核闽南地区夏季炎热,地表温度往往高达40℃以上,虽然有管道覆土的隔热影响,管道内水温度仍然可能超过20℃,因此,应充分考虑温度对管道的影响。下面分别采用0.6MPa和
0.8MPa的给水管材,计算得出管材的最大允许工作压力MOP,见表1。
由于考虑到水锤对管道的影响,管道最大设计内水压力Fwd是为正常工作压力Fw的1.5
倍,按Fwd选择相应的管材公称压力PN(20℃),在高温的折减影响下,使得管材的最大允许工作压力MOP
会小于公称压力PN(20℃)。
PN=0.6MPa的管材虽能保证管道工作压力(0.4MPa),却不能完全保证管道最大设计内水压力(0.6MPa),而最大设计内水压力是保证水锤时管道的工作压力。可以预见,在管道遇到水锤和高温等不利条件影响时,管道很容易发生事故。因此,不能简单地认为PN=0.6MPa的管材,在温度折减影响后,只要MOP大于Fw,就能保障管道的正常工作。
在设计中,应充分考虑水锤和高温对管材公称压力的双重影响,管材最大允许工作压力必须要保证管材的最大设计内水压力。所以,应选用MOP大于最大设计内水压力Fwd时的管材,
因此,本例选用PN=0.8MPa的给水管材。
2.3试压
按“规程”7.1.3条,试验静水压力按管道工作压力或最大设计内水压力的1.5倍计,分别为0.6MPa和0.9MPa,但不小于0.8MPa,故试验静水压力按0.9MPa。
3结语
在进行管材设计时,应先根据管道工作压力乘以1.5倍的安全系数确定设计工作压力,并将设计工作压力除以设计温度下的折减系数(ft≤1),得到温度折减影响后的最大允许工作压力,同设计工作压力进行校核,确保最大允许工作压力不小于设计工作压力,最后根据最大允许工作压力选择聚乙烯给水管材的公称压力。
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