寒冷地区给排水管线埋深及防寒防冻措施

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

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．