大口徑PVCU管道應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1、大口徑PVC-U管道應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析摘要：PV-U管材因其重量輕、水力條件好、使用壽命長(zhǎng)、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)在各種供水管網(wǎng)中應(yīng)用日益普及。但是，大口徑PV-U管材與傳統(tǒng)管材相比因價(jià)格較高，建立期投資較多，而當(dāng)今工程方案比選往往忽略動(dòng)態(tài)費(fèi)用例日常運(yùn)行費(fèi)用等，影響了其推廣應(yīng)用。為此，通過(guò)對(duì)PV-U管材與傳統(tǒng)管材的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，為大口徑PV-U給水管的推廣應(yīng)用創(chuàng)造條件。關(guān)鍵詞：PV-U管道方案比選現(xiàn)值費(fèi)用運(yùn)行本錢一、引言以傳統(tǒng)管材球墨鑄鐵管、混凝土管道為計(jì)算準(zhǔn)那么，在傳統(tǒng)管材最優(yōu)實(shí)用流速下，以一樣輸水才能為基準(zhǔn)，結(jié)合同規(guī)格PV-U管材進(jìn)展分析比較。原始數(shù)據(jù)：管線流量取Q總=500003/d=0.578

2、73/s；管材選擇：球墨鑄鐵管材DN800K9級(jí)；混凝土管DN800PV-U管材80019.6管線長(zhǎng)度：L=19000參考根據(jù)：?室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?埋地硬聚氯乙烯給水管道工程技術(shù)規(guī)程?中國(guó)工程建立標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)二、管道的技術(shù)可行性分析1、流速計(jì)算：式中di:管材內(nèi)徑u：管內(nèi)水的平均流速/sQ：管材輸水量3/s球墨鑄鐵管DN800K9級(jí)流速=1.15/s混凝土管DN800流速=1.15/sPV-U管材流速80019.60.63pa管材=1.27米/秒結(jié)果說(shuō)明,三種管材流速均在經(jīng)濟(jì)流速范圍之內(nèi),是可行的。2、水力計(jì)算：球墨鑄鐵管水力計(jì)算球墨鑄鐵管內(nèi)流速1.2/s時(shí)，單位水頭

3、損失可由下式計(jì)算。式中:：每米管道的水頭損失(米)：管材內(nèi)徑：管內(nèi)水的流速/s代入得水力坡降系數(shù)=0.0029鋼筋混凝土管水力計(jì)算流速系數(shù)可按下式計(jì)算式中:：每米管道的水頭損失(米)；：管材內(nèi)徑；R：水力半徑滿流取d/4；：管內(nèi)水的流速/s；：流速系數(shù)。代入得單位水頭損失=0.00222PV-U管材水力計(jì)算塑料管的沿程損失可計(jì)算如下：水力摩阻系數(shù)由下式計(jì)算先確定管內(nèi)流體的雷諾數(shù)Re=966216式中Re：管內(nèi)流體的雷諾數(shù)di:管材內(nèi)徑u：管內(nèi)水的流速/s：水在20下的粘度=110-62/s故80019.6管材=0.011沿程水頭損失由下式計(jì)算：=0.0012米水柱結(jié)果說(shuō)明，PV-U管材由于內(nèi)壁

4、相當(dāng)光滑，單位長(zhǎng)度水頭損失小于同口徑鑄鐵管材或混凝土管，可有效降低水泵的揚(yáng)程，節(jié)約運(yùn)行本錢。3、水錘壓力計(jì)算：對(duì)停泵水錘壓力增值可由以下公式計(jì)算：其中壓力波回流速度式中：水錘壓力：流速變化，取平均流速a：壓力波回流的速度/s：水的重力密度取10103N/3K：水的體積模量取2200106N/2Ep：管材的彈性模量，PV-U管材取3000106N/2，球墨鑄鐵管材取160000106N/2，混凝土管取206000106N/2di：管材內(nèi)徑en：管材壁厚壓力波回流速度計(jì)算：球墨鑄鐵管材=889.8/s那么水錘壓力增值=104.4米水柱鋼筋混凝土管=1374/s那么水錘壓力增值=161米水柱PV-U

5、管材80019.6：=267/s水錘壓力增值=35米水柱計(jì)算結(jié)果說(shuō)明：因?yàn)镻V-U管材較球墨鑄鐵管材、鋼筋混凝土管材具有更低的彈性模量，水錘壓力的增值明顯降低，可有效防止水錘壓力波動(dòng)對(duì)管材本身造成的危害，進(jìn)步管道運(yùn)行的平安性能。4、PV-U管材最大埋深計(jì)算管道在外壓荷載作用下的豎向變形計(jì)算公式：式中DL：變形滯后系數(shù)，取1.2Kb：管底弧型土基的基床系數(shù)，當(dāng)土基支撐角90時(shí),一般采用0.1EP：管材彈性系數(shù)，取3KN/2IP：管壁單位長(zhǎng)度慣性矩e3/12e為管材壁厚Ed：回填土綜合變形模量，取310-3KN/2D：管材外徑r0：PV管計(jì)算半徑(D-e)/2：作用在管頂?shù)淖畲笸凛d荷KN/：土的容

6、重取1810-9KN/3H：管頂最大埋深F：作用在管頂?shù)淖畲髣?dòng)載荷，當(dāng)埋深大于3米時(shí)不考慮動(dòng)載荷塑料管材在外壓載荷作用下的豎向變形量不宜大于管直徑的5%，當(dāng)計(jì)算管材的最大埋深時(shí)，取F=0，計(jì)算80019.6PV-U管材的最大埋深：=5以上計(jì)算均為保守計(jì)算，如考慮柔性管“管-土共同作用，實(shí)際最大埋深可大于理論計(jì)算埋深。不難看出，PV-U管材具有良好的抗外壓性能。二、經(jīng)濟(jì)性能比較1、工程造價(jià)比較元/米工程管材管徑管材價(jià)格挖土管道根底米3管道根底回填土管道防腐管道安裝直接費(fèi)綜合費(fèi)用綜合造價(jià)PV-U管材80089234原土夯實(shí)1.60.633.8415.089779986.12球墨鑄鐵管材DN8009

7、6834原土夯實(shí)1.60.633.8421.9324.891084.3612.731097.09鋼筋混凝土管DN80040034原土夯實(shí)1.60.633.8436.0536.05541.6419.91561.55注：上述主材價(jià)格為編者搜集，根據(jù)市場(chǎng)動(dòng)態(tài)應(yīng)做適當(dāng)調(diào)整。工程選用PV-U管材80019000米工程費(fèi)用：986.1219000米=18736280元工程選用球墨鑄鐵管工程費(fèi)用:1097.919000米=20844710元工程選用鋼筋混凝土管工程費(fèi)用:561.5519000米=10669450元2、常年運(yùn)行費(fèi)用能耗比較管網(wǎng)常年運(yùn)行費(fèi)用是通過(guò)泵站電能消耗來(lái)維持的，泵送壓力輸水部分管線為19公

8、里，PV-U管材取代球墨鑄鐵管材及鋼筋混凝土管常年運(yùn)行耗電量的節(jié)約按照下式計(jì)算：式中E：年運(yùn)行耗電量KhQ：日供水量3/dH：水泵工作全揚(yáng)程差H=h球-h塑LKd：供水日變化系數(shù)取1.2：機(jī)泵效率取70%PV-U管材與球墨鑄鐵管相比PV-U80019.6管材年節(jié)電量=193萬(wàn)KhPV-U管材與鋼筋混凝土管相比PV-U80019.6管材年節(jié)電量=115.4萬(wàn)Kh由此，合理使用PV-U管材替代球墨鑄鐵管材及鋼筋混凝土管材，日常運(yùn)行費(fèi)用僅用電量一項(xiàng)每年即可大幅降低。3、常年運(yùn)行費(fèi)用差額折現(xiàn)在目前各種管材的效勞壽命無(wú)權(quán)威資料明確說(shuō)明的情況下，取管道全壽命期均為n=30年據(jù)報(bào)道德國(guó)發(fā)現(xiàn)二戰(zhàn)時(shí)所鋪設(shè)pv-

9、u管材，經(jīng)檢測(cè)管材各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)均在DIN標(biāo)準(zhǔn)之上，壽命已超過(guò)其50年的設(shè)計(jì)壽命，折現(xiàn)率取i=7%公益性，如商用那么為12%，殘值為零，管道按當(dāng)年投資當(dāng)年運(yùn)行計(jì)算。那么：E=E1+1/(1+i)+1/(1+i)2+1/(1+i)3+1/(1+i)29PV-U管材與球墨鑄鐵管相比PV-U80019.6管材年節(jié)電量193萬(wàn)Kh那么E=1921+1/(1+7%)+1/(1+7%)2+1/(1+7%)3+1/(1+7%)29=19212.409=2382.3萬(wàn)KhPV-U管材與鋼筋混凝土管相比PV-U80019.6管材年節(jié)電量90.5萬(wàn)Kh那么E=115.41+1/(1+7%)+1/(1+7%)2+1/(1

10、+7%)3+1/(1+7%)29=1432萬(wàn)Kh結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)保證50000噸/天的輸水狀況下,球墨鑄鐵管及鋼砼管在全壽命期間比塑料管多支出的運(yùn)行費(fèi)用(電耗)折現(xiàn)值如下:球墨鑄鐵管與PV-U80019.6管材相比多支出2382.3萬(wàn)Kh鋼砼管與PV-U80019.6管材相比多支出1432萬(wàn)Kha)三種管道本錢凈現(xiàn)值比較三種管材的常年運(yùn)行費(fèi)用差額折現(xiàn)值與主材工程費(fèi)用存在以下關(guān)系：F-E工程費(fèi)用球墨鑄鐵管較PV-U管材多支出210.843萬(wàn)元：F-E=210.843+2382.3萬(wàn)Kh*0.57元/Kh=1565.754萬(wàn)元工程費(fèi)用鋼筋混凝土管較PV-U管材多支出-806.683萬(wàn)元F-E=-806

11、.683+1432萬(wàn)Kh*0.57元/Kh=9.557萬(wàn)元注：工業(yè)用電取0.57元/Kh如考慮到鋼筋混凝土管道實(shí)際壽命小于30年酸堿鹽地區(qū)更短，僅為塑料管材壽命的一半，那么鋪設(shè)一條塑料管道相當(dāng)于兩條水泥管道。F-E=-806.683萬(wàn)元+1066.945萬(wàn)元+1432萬(wàn)Kh*0.57元/Kh=1076.5萬(wàn)元這說(shuō)明：1、塑料管道在全壽命期工程總造價(jià)中將年運(yùn)行費(fèi)用折現(xiàn)為工程建立時(shí)的值能大大降低本錢。2、由于塑性管水力坡降較小，相對(duì)與其它傳統(tǒng)管材而言在出廠水壓一樣時(shí)，在管網(wǎng)一樣的地點(diǎn)上用戶水壓會(huì)高于傳統(tǒng)管材，可以保證更多用戶對(duì)水壓的要求。3、常年運(yùn)行費(fèi)用即水力坡降、能耗、管徑一樣時(shí)的輸水才能，塑料管輸水才能較傳統(tǒng)管道高。4、流量、常年運(yùn)行費(fèi)用一樣時(shí)，塑料管材較傳統(tǒng)管道校四、綜合評(píng)述與結(jié)論從以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析：PV-U管材的優(yōu)點(diǎn)明顯，其粗糙系數(shù)僅為0.0080.009，與同規(guī)格的球墨鑄鐵管及鋼砼管材相比有更好的輸水才能及更低的運(yùn)行費(fèi)用；而其耐腐蝕性、重量輕、安裝簡(jiǎn)便、施工費(fèi)用低的特性均優(yōu)于球墨鑄鐵管及鋼砼管材。由上可知：大口徑PV-U管材用于給水工程，在技術(shù)上是完全可行的，并可進(jìn)步工程進(jìn)度，降低施工費(fèi)用，節(jié)約運(yùn)行本錢。編制結(jié)論：1管道技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較時(shí)應(yīng)重視“動(dòng)態(tài)分析法的應(yīng)用，各單位應(yīng)立足將來(lái)