供水管道安装工程冲洗水量计算

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1、供水管道安装工程冲洗水量计算俞良协 胡子刚 涂立俊（武汉市水务集团有限公司管网管理部 430034）摘要在现行的给水工程设计手册或标准规范中没有管道冲洗水量计算的具体 方法，本文根据实际供水管道安装工程中管道冲洗消毒采用的方式，结合水力学 理论原理，推导出了管道冲洗消毒水量的基本计算公式，通过对管道冲洗水量计 算的实例分析，说明了在制定管道冲洗消毒方案中应注意的问题，提出了应用计 算机对供水管道冲洗水量计算及冲洗消毒工程项目信息管理的方法。关键词供水管道冲洗消毒冲洗水量计算方法冲洗水量管理一、概述在新装管道、维修管道、新装水表工程完工时，都要对新装管道进行冲 洗消毒，每年用于供水管道冲洗消毒的

2、水量在管网总供水量中占有相当的比例， 由于供水管道安装工程的特点，难以在施工过程中安装水表（管道冲洗时流速超 出水表技术参数范围）或计量装置来计量管道冲洗消毒时所消耗的自来水用量， 影响了供水企业在统计供水管网漏损水量的准确性。按城市供水管网漏损控制 及评定标准（CJJ92-2002）统计要求，管道冲洗用水量列入到有效供水量中, 管道冲洗水应按放水管直径及管道压力推算。如何推算管道冲洗水量？在现行的 给水工程设计施工手册或标准规范中没有给出具体的计算方法，需要根据水力学 基本原理来推导计算。供水管道安装工程中所消耗的水量可分为试压水量、冲洗水量、消毒水 量和泄空水量。试压水量是在安装完工后，新

3、装管道试压时消耗的水量；冲洗水 量是指管道交付使用前（管道并网运行前）冲洗新装安装或维修管道时消耗的水 量；消毒水量是指管道冲洗后进行含氯水浸泡消毒时消耗的水量；泄空水量是指 供水管道安装及维修工程时引起正在运行中的管道停水（如新旧管道连接、维修 时的关闸管段），将停水管道系统内存水放空时的水量。二、计算模型根据工程流体力学理论，管道冲洗水流运动属恒定有压流自由出流 问题，管道冲洗时进水端接有压水源管道，水流经过冲洗管道后水头损失下降， 在管道出水端放水，其出水端流量计算可按管嘴出流公式计算，冲洗管道沿程水 头损失可按达西公式计算。管道冲洗水量计算公式推导过程如下：（1）管道两端水压和管道水头

4、损失的关系为：式中Hi、Hj管道进、出水两端的水压（米水柱） hij管道水头损失（米水柱）（2）管道沿程水头损失可按达西公式计算：式中入一阻力系数g一重力加速度（m/s2）L管道长度（m）dl冲洗管道口径（m）Q流量（m3/s）（3）出水端流量计算按管嘴出流式中口一流量系数（圆柱形外管嘴取值为0. 82）d2一出水（放水）管道口径（m）（4）管道冲洗水量：口、. 口Y式中Qc管道流量（m3/s）T管道冲洗时间（s）管道冲洗水量按放水管口径及管道压力推算，将（2-1）、（2-2）、（2-3）代入（2-4）式后，可得出以水压Hi为自变量的管道冲洗水量公式为:（5）试压水量、消毒水量、泄空水量等于管

5、道的容积：QV=DL式中：口.-管道中的水屋尿JD管道口径（m）L管道长度（m）三、参数确定（1）阻力系数入管道沿程水头损失计算的达西公式中入值由柯尔勃洛克式求出：式中k绝对粗糙度Re雷诺数求入值的柯尔勃洛克公式为隐函数式，手工运算较为复杂，宜于用计算机求解, 计算方法可采用牛顿迭代法和枚举法。牛顿迭代法在笔者实际求解入值方程中 发现，其收验速度变化较大，收验区间呈跳跃性变化，求解过程有时不够稳定； 枚举法求解入值在计算机上容易实现，对于枚举多个入值，使得柯尔勃洛克方 程式最接近于0的入值即为求解值。在柯尔勃洛克公式中，绝对粗糙度k值主要与管材有关，通过规定对照表就可查出k值。供水管网中的雷诺

6、数的范围一般为5X1044X106，计算中取平均值时 的结果见表 3-1。表9-1水头损朱计警趨表序管道口從丄管道材质J粗槌度d雷诺魏屮阻丈1系数呵号JCu)k(K)Rq222聚乙烯管FE事1.试卫卞2-KlQ.0L7S443!25P聚乙烯管匹心IX 10-52 X106.01075如:32P娶乙烯管FE*；1-X 疔2 X IO% .O1592-P40聚乙烯管PE*1X102K1Q.0151盼聚乙烯管FEPIX 10-52 X10%-01441屮：,63聚乙烯管FEQ:1X1O 5 賤10.0137.75聚乙烯管PEQIX 1052 X106.O130P:90P.聚乙烯管FE* 1X10F.

7、2-kiolQ127；103球墨铸铁管J5X102 X10 加.030.35152球墨铸铁管心5X02 X1 和 02693t鹽:20043球墨铸铁管屮；5X102 咒 10F.024S6-P302球墨铸铁管Q2紳渝.0222400球墨铸铁管卫5X10 V泳i蘇.02075-P!,503球墨铸铁管5X10-W ioF :.01964.602球墨铸铁管心5Xg2交1和OISSp1加 800*钢板卷管屮5X10+.01750-1Q0O 心钢板卷管门5X10驱吩.OIST1200*钢板卷管卩5X102 X诃屮.OW06-P17：1400P钢板卷管屮 SXIOV:2 X10F-.01553逐1600*

8、钢板卷管屮粋E2紳.0151P19+180E钢板卷管宰5X102 XI叭：.014TW20+10001钢板卷管-5X10-霽倉106.01441.21*2200P钢板卷管-5只1讥2 *诃屮 Qi.414(2) 管道长度L试压、冲洗、消毒水量计算中的新装管道长度与管道工程的来源密切相 关，管道工程来源分为用户工程和基建工程，用户工程中的私人用户工程的管道 长度一般为 10 米，单位用户工程和基建工程的管道长度按供水管道试压验收标 准中试压管段长度要求，并结合阀门设置间距综合取定管道工程计算长度。一般 情况下的管道工程计算长度如表 3-2。表3-2静冲洗蔺毒长度表P43 序号新装管道口径加(u)

9、 p管道工程计算长度：卩 ()屮备注E I1-Pt却；DNSO，I50:DN10Q $02牝帖4血00602DN8Q0亠2200门1000P(3) 冲洗时间T管道冲洗时间通过收集近年来实际发生的报装用户管道工程完工后管道冲洗时间的记录资料和跟踪基建工程并网前冲洗消毒的工程实例确定如表3-3。表3-才管道冲洗时间表芒序门 号存冲洗管道口径叶(U) P管道冲冼时间W(s) 7备注护1DNIBSOL8Q0丹:Duioaaoo3500:甘.3心阿 OOTQOQ7200 -DW800-12baP9000DN140022OO4JlOSOO-1四、冲洗水量计算按上述确定的计算参数和(2-5)、(2-6)公式

10、，在放水管口径和新装冲洗管道口径相同时，可计算出在提供冲洗水量来源的供水管网压力不同情况下的管道冲洗水量和试压消毒水量，例如DN300的管道冲洗水量计算结果见图4-1。图4-1 DN300的管道冲洗水量与压力关系图上述的冲洗水量计算中管长、冲洗时间、放水管口径是在单根供水管道 工程下计算出的冲洗水量作为管道冲洗消毒时的参照。在实际管道冲洗消毒过程 中，应根据各项管道安装工程的管道安装长度、具体冲洗时间、不同管道口径串 并联冲洗情况、冲洗进水管和放水管口径、放水点数布置情况计算冲洗水量，计 算时要反复组合运用公式（2-1）、（2-2）、（2-3）、（2-4）联立成方程组求 解，方程组为非线性方程

11、组，难以手工计算，宜用计算机求解出管道冲洗水量， 利用计算机上开发出的程序计算供水管道冲洗水量时，只需按规定格式填写管道 冲洗水量时的现场基本数据（如分段管径、管长、实际冲洗时间等现场记录）， 计算机可自动完成冲洗水量、试压消毒水量的计算，并将计算结果保存到冲洗水 量历史档案数据库中如图4-2，数据库具备按时间、区域等不同查询条件统计总 的冲洗水量，为供水管网漏损率的月度统计和年度统计提供准确的数据来源, 利用供水管道冲洗水量计算机管理系统功能，还可以对预定的多种冲洗方案进行模 拟，指导管道安装工程中管道冲洗消毒方案的制定。图 4-2 冲洗管道工程冲洗水量管理 例如某项新装管道工程如图 4-3

12、，准备接原 DN500 管道水冲洗新装管道 冲洗水排放点选在新装管道末梢节点 6。在计算机上计算，输入表 4-4 基本数据 计算出的结果见表 4-5。图 4-3 某项新装管道工程冲洗方案示意图表44管谴工程基槿据管段上塢节点4下瓠节点门管径（1）中管长（B）*节点J 编号Q节点咼程（B）门备注心I C402219JS水点 囲:.輕.0.15丄22户22.1 2共0.心W21.3440.15+30022.5i;5+J0.珈同21.5p-PM沧談水点表才E雷I沖旣计酸果表,管段亠 缁号管径 （）沖诜蛊童（升砂沖洗證速（米财八节点P水压标高（sedctt）卩自由水头 （米水柱）口1屮0 .阡1阳聊0

13、.3545.023. 12*0. 1舁0.如0.243.5阳0.359.9Q,S5肝43.522.刼.0. 15E.S+J玄郦43. 46P201060. 1559.93.39521. 64PQ.礙寸Q21.-30后从表4-5 中可看出 DN300 管道的冲洗流速为 0.85米/秒，未到国家标准 规范要求的管道冲洗消毒的流速须大于 1 米/秒的规定，说明预选方案不合理， 须调整冲洗方案，在节点 2 处增加冲洗排放点（节点 2原为消火栓，在消火栓出 水口上接临时软管排放到市政雨水井）后，计算出 DN300 管道的冲洗流速为 2.29 米/秒，DN150管道的冲洗流速从3.39米/秒降为2.95米

14、/秒，说明改进的冲洗 方案合理。五、结束语在推导管道冲洗水量计算公式的过程中，沿程水头损失具体计算中采取 了柯尔勃洛克公式，沿程水头损失计算公式还有舍维列夫公式、巴甫洛夫斯基公 式、海曾威廉公式等，在现行的一些给水规范中所推荐的水头损失计算公式也不 一致，例如室外给水设计规范(GBJ 1997年版)中指定沿程水头损失计算 公式为舍维列夫公式，埋地聚乙烯给水管道工程技术规程(CJJ 101-2004) 中推荐柯尔勃洛克公式，建筑给水排水设计规范(GB 50015-2003 )和建 筑给水聚乙烯管道工程技术规程(CJJ/T 98-2003)采用海曾威廉。笔者在计 算管道冲洗水量过程中，曾尝试过分别采用这些公式计算管道冲洗水量，其计算 结果略有不同，但总体趋向一致。实际新装供水管道工程中规模都各不相同，管道冲洗水量的计算应根据 实际管道布置情况运用本文中的基本公式组合计算，宜采用计算机技术对供水管 道工程冲洗水量进行计算和管理。管径较大、安装距离较长的新装管道工程冲洗 消毒时，对原供水管网压力、流量的影响较大，运用管道冲洗水量计算的基本公 式结合给水管网平差或给水管网计算模型，可仿真出整个给水管网的工况，以便 供水管网运行调度方案的制定。