薄壁水管-有效控制城市供水管网漏损 - 金辉铭

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薄壁水管-有效控制城市供水管网漏损

我国是一个水资源贫乏的国家,人均水资源仅为世界平均的1/4。由于地区和时间上分布不平衡,北方大部份地区人均水资源更低;由于多数地面水源受到不同程度的污染,饮用水源越来越短缺。

  城市供水需以符合卫生要求的水资源为原料,经取水、输水、净化及配水等供水设施并消耗一定数量的动力和药剂,精心加工,才能达到城市供水标准。城市供水设备的投资一般为1000-3000元/m3/d。1999年全国城市供水,平均成本约为0.9元/m3。过高的漏损率即浪费优质水资源和供排水设施的投资,增加供水成本;在供水不足的城市更加剧供求矛盾。

  目前,各城市正在抓紧进行户表改造工作,有些城市甚至把供水管网漏损控制作为水价调整的重要因素加以考虑。

  《城市供水管网漏损控制及评定标准》编制工作已经完成,待进一步完善后颁布施行。

  漏损控制,兹事体大。本刊特采访了《城市供水管网漏损控制及评定标准》编制小组负责人之一、中国城镇供水协会科技委主任宋仁元先生。

配水管道的正常寿命

  中国水业:您主持编制了《城市供水管网漏损控制及评定标准》,对我国城市供水管网信息一定有比较多的了解,请您简要谈谈这方面的基本情况。

  宋仁元:好的。我国城市配水管网的特点是:发展很快,管龄较短,技术性能有些缺陷。解放以后,我国供水事业发展很快,特别是1985年以后处于“大发展、大提高”的阶段。为适应城市经济社会和人民生活发展的需要,供水能力和配水管网长度均有很大发展。

  2000年我国城市供水配水管总长为35095km。我国配水管网63%的管道是1985~2000年间敷设的,现有管道的平均管龄仅十多年,和发达国家相比,管道相对年轻。

  在正常情况下,管道寿命应该是比较长的。1995年国际自来水协会年会的总报告称:“100年前敷设的生铁管内壁腐蚀了,但总的情况良好;加强防护的球墨铸铁管可用100年;钢管如防护良好,可用80~90年;塑料管如使用条件良好,可用40~80年。”

  国际上一般认为,如管道材质、防护和施工正常,金属及混凝土管道的寿命为100年左右;而塑类管道为50年左右,因为它是按50年后塑料老化强度设计的。欧洲主要国家管道的平均年龄一般为30-50年。

  中国水业:1985年前敷设的管道是怎样的呢?

  宋仁元:1949年以前,75mm及以上的管道主要为直浇或离心浇铸的灰铸铁管,大口径管道则用钢管。接口基本上为钟栓式接口,内填青铅。到五十年代末,管道材质基本未变,而接口填料改用石棉水泥。

  六、七十年代和八十年代中,由于多种原因,在这个时期使用了一批技术性能较差些的管材,主要是连续浇铸的灰铸铁管、自应力钢筋混凝土管、石棉水泥管和一部分制造质量差的其它管材。这个时期敷设的金属管道的接口,多数使用比石棉水泥刚性更强的膨胀水泥;同时在部分管道施工中对基础、复土、防护、借转等方面注意不够;因此出现了一批技术性能不够好的管道。主要表现为,爆管和漏水频率较高,增加了断水机率、漏损率和养护工作量;金属管道管壁腐蚀较严重,尤其内壁,影响管道寿命和供水水质。

  八十年代中以后,我国球墨铸铁管厂和硬质聚氯乙烯和聚乙烯管诞生。总结过去的经验,中口径管道以选用球墨铸铁管为主;小口径管道以塑料和球墨铸铁管为主,部分采用灰铸铁管;大口径管道分别从钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管和薄壁钢筒预应力混凝土管中因地制宜选用。除钢管外,基本上均用橡胶圈填料的柔性接口。管道内均涂衬水泥砂浆或环氧树脂。通过这些措施,管道技术性能明显改进。

  中国水业:请以一个城市为例做些说明。

  宋仁元:1986年,上海市自来水公司对爆管的原因做了调查和研究。结果表明,六十到八十年代连续浇铸的铸铁管由于冷却过快,标准管壁又偏薄,降低了管道的安全可靠性;接口填料过硬、刚性太强,使管道类似很长的连续梁,当管道经受不均匀沉降时容易发生爆裂;而小口径管道在水温降低水管收缩时发生环向断裂。施工时对基础和复土处理不善,以及附近管道施工等因素引起的基础不均匀沉降,是爆管的外因。

如何优化漏损控制

  中国水业:与国际上的情况相比,我国城市供水管网漏损处于什么样的水平呢?

  宋仁元:国际上衡量管网漏损水平主要有三个指标:

  ⑴未计量水率[(年供水量-年售水量)/年供水量];

  ⑵漏损率[年漏水量/年供水量];

  ⑶单位管长漏水量[漏水量/配水管长/时]。

  这三个指标,前两个没有考虑管网漏损的因素,主要适用于本企业的前后对比,而后者较适合于企业间横向对比。

  1999年我国城市供水企业平均漏损率为15.14%,单位管长漏水量为3.41m3/km/h。从漏损率而言,我国处于国际上一般水平;但从单位管长漏水量看,我国管网漏耗比较严重。

  为什么漏损率与单位管长漏水量两个指标的计算结果会有那么大的差异呢?这主要是因为,与发达国家相比,我国城市人口密度较高,工业用水比重较大,故单位供水量的管道长度较短,同样漏水量单位管长的漏耗量较大。

  中国水业:国外供水企业,尤其是发达国家的供水企业均把漏损控制作为企业经营管理的重要内容之一。是不是漏损率越低越好呢?

  宋仁元:不是这样的。国外供水企业除了精心研究漏损控制方法,开发新的检漏仪器以有效降低漏损外,在漏损率或单位管长漏水量降到一定程度时,还要研究漏损控制的优化问题。

  漏损率或单位管长漏水量不是越低越好。降低漏损需要设备、人工、维修等投入,也有降低漏损后的一系列效益。当漏损高时,同样的设备和人工费用可取得较大的降低漏损的效益;当漏损降低到一定程度,投入和效益可能得不偿失。因此,漏损率或单位管道漏水量应该控制在一定的合理指标。关于检漏周期的长短,同样也有优化问题。当然,各城市供水系统的合理指标和合理周期会有所不同。

  如大阪,由于二次大战轰炸,1945年漏损率曾高达70%,1952年恢复到30.5%。以后加强检漏工作和管网改造,1975年降到15.5%,1990年降到6.6%。随着漏损率降低,检漏周期也逐步延长。经过技术经济计算,发现1988年后漏损控制的投入已大于收益,以后主动减少检漏工作。

漏损控制的主要方法

  中国水业:请介绍一下漏损控制的主要方法。

  宋仁元:漏损控制主要有被动检漏法、主动检漏法和压力控制法。

  被动检漏法是待地下漏水冒出地面后发现漏水的方法。

  主动检漏法则是采用各种检漏方法及相应仪器,主动检查地下管道漏水的方法。它主要包括:

  音听法 即采用音听仪器寻找漏水声,并确定漏水地点的方法。

  区域检漏法 在一定条件下测定小区内最低流量,以判断小区管网漏水量,并通过关闭区内阀门以确定漏水管段的方法。

  区域装表法 在检测区的进(出)水管上装置流量计,用进水总量和用水总量差,判断区内管网漏水的方法。

  区域装表兼区域检漏法 同时具有区域装表法及区域检漏法装置来检测漏水的方法。当进水总量与用水总量差较大时,用区域检漏法检漏。

  压力控制法 当管网压力超过服务压力过高时,用装置调压阀等方法,适当降低压力的方法。

  区域装表法、区域检漏法及区域装表兼区域检漏法只能确定检漏区内有否一定量的漏水或确定漏水点在某个区段,不能确定漏水点具体位置。在国外,确定漏水点位置的主要仪器为电子放大音听仪,听棒仍在使用。在较小口径金属管道,200m左右距离有可接触管道或附属设备的场合,特别管道埋设深的,相关仪可取得较好效果。

  各国政府也在督促供水企业加强漏损控制,如日本厚生省要求有效水率(相当于漏损率)达到10%,到1997年全国平均己降到9.1%,1999年东京己为7.6%。

  英国等国家的供水企业基本上实行私有化,各水务公司出于本身利益、用户及政府多方面需要,加强了漏损控制,取得较好效果。

  中国水业:供水企业的漏损控制要进行多方面工作,您曾经把它概括为三句话:“管理是基础,检漏是关键,管网改造是长远性基本措施。”请您具体解释一下。

  宋仁元:“管理是基础”包含以下内容:

  ——出厂水管及用户均需按装符合标准或规范规定的计量仪表,并按要求进行在线检定或换表。供水能力10万m3/d以上的水厂出厂计量采用一级表。除消防和冲洗管道用水外,各种用水均安装水表。为提高放小流时的灵敏度,争取用B级表。这是正确计量的基础。

  ——要完整全面地掌握管网现状资料,建立管网图档,并逐步发展为管网信息系统。内容除管网资料外,还要包括漏水记录。供水能力20万m3/d以上的供水系统还要包括夏季高峰测压资料,主要干管测流和测阻力系数资料。这是正确进行养护和管网改造的基础。

  ——除消防部门和水司的有关人员外,不得开启消火栓用水。这是保证消防安全和降低漏损的需要。

  ——按规定时间正确抄录用户水表,特别是非居民用水水表。采取严密措施,及时发现和防止漏抄和少抄用量的现象。

  ———采取严密措施,及时发现和防止私接水及无表用水。

  做好后三点,多数供水企业的漏损率会有不同程度的降低,有的甚至有较大幅度降低。

  中国水业:降低漏损的关键是及时发现和修复漏水点,特别是及时发现不冒出地面的暗漏。这方面主要应做好哪些工作呢?

  宋仁元:及时发现漏水的关键是强化检漏工作。检漏可以根据各自条件和效益-投入分析,确定自建队伍进行或委托专业队伍进行。衡量检漏实效和水平的主要指标是,区域内修漏总次数中暗漏所占的比例。正常情况下暗漏会占到70%%以上。

  根据我国情况,配水管网的检漏基本上宜用音听法,条件适合的辅以相关检漏法;条件符合区域检漏法或区域装表法的,可相应采用这类方法;埋在泥土路面下,附近无河流或下水道的输水管,可以被动检漏法为主,辅以音听法;服务压力超过过多的地区,可用压力控制法。

为何宜以音听法为主

  中国水业:国外的经验是采用区域检漏法为主,为什么我们宜以音听法为主呢?

  宋仁元:这是因为:⑴大量实践证明,用音听法为主可经济有效地降低漏损。

  如甲检漏单位为23个供水企业2897.5km管道检漏,检出暗漏802个,降低漏水量估计为4649.5m3/h,折合单位管长漏水量为1.6m3/km/h。

  乙检漏单位为22个供水企业3340km管道检漏,检出暗漏711个,降低漏水量估计为3508.6m3/h,折合单位管长漏水量为1.07m3/km/h。

  又如天津水司成立检漏公司后,当年用音听法检出暗漏250个,降低漏水量估计为1610m3/h。如按全年计算,相当于降低漏损4%%,折合单位管长漏水量0.98m3/km/h。上述漏水量的估算是修漏前用容器测得的水量,因挖土后测量计算有些偏大,但可看出经过一次音听法检漏,检漏区的漏损会有明显降低。

  ⑵区域检漏法需要在深夜用水很少时进行,需关闭该区与外界所有管道阀门,仅留50mm管道进水,测其最低流量。然后根据需要关闭区内相应阀门以确定漏水在那个管段。这就需要所有阀门必须能关闭严密。目前很多城市的配水系统的阀门不能达到这样要求。

  ⑶上海市自来水公司于1988年5月到1990年4月,对城厢小区及陕南小区进行4种检漏方法平行对比试验。在两年5个月内,每月检漏一次,用被动检漏法发现漏水21处;音听法又发现漏水50处,区域检漏法又发现10处,区装装表法发现漏水3处。其中音听法效益投入比最高。

  合理的检漏周期应是漏水损失和检漏投入为最低时的周期。在尚未研究明确以前,可按国内外一般经验。用音听法宜每半年到利两年检查一次;用区域检漏法宜一年半到两年半检查一次;对埋在泥土下的管道,用被动检漏法的,宜半个月到三个月检查一次。当漏损率高于15%,或对漏水较频繁的管道,宜用上述周期的下限。

    发现漏水即应该组织修复。

  漏损率低于6%~8%或单位管长漏水量小于0.6~0.8m3/km/h的供水企业要注意积累数据,研究合理的漏损控制指标和检漏周期。

  一次有效的检漏,即可较明显地降低检漏区的漏损量。降低漏损的关键在于扎实有效的行动。

管网更新改造的考量因素

  中国水业:管网改造是长远性基本措施,您认为管网更新频率应控制在多少适宜呢?

  宋仁元:管网改造涉及到大量投资,因此要注意投资效益和优化。

  第20届国际自来水协会报告《配水管网供水持续性和可靠性的规划和设计》建议,配水管网的合理更新率为1.5%。报告显示,配水管网更新率仅瑞士的苏黎世和意大利的波伦亚为1.5%,新西兰的Manukau和西班牙的巴塞罗那为0.9%,葡萄牙、台北和立陶宛的Vilnius为0.6%,德国的Nurnberg、马来西亚的槟城、捷克、瑞典、新加坡为0.4%~0.5%,法国的巴黎和香港为0.2%,芬兰及斯洛伐克为0.1%。平均为0.6%。

  按理,我国城市供水管道到达正常更新年份的为数很少,更新率可以很低。考虑到前面分析的,我国城市供水配水管网有部分管道技术性能不好,需要适当加快更新步伐,建议75mm及以上的管道年更新率>1%。

  13~50mm的支管,多数为涂锌白铁管,当前漏水和对水质影响均相对严重,建议年更新率>2%。

  中国水业:为了合理进行管网改造,供水企业要收集并积累资料,制订管网改造计划。这项工作主要应该考虑哪些方面的因素呢?

  宋仁元:管网改造计划要考虑以下几个方面:

  ⑴要结合城市发展规划,考虑10年或10年以上的发展需要来确定;

  ⑵要结合提高供水安全可靠性;

  ⑶要结合改善管网水质;

  ⑷要结合改善管网不合理环节,使管网逐步优化;

  ⑸要结合降低漏损,并将漏水较频繁或造成影响较严重的管道,作为当前改造的重点。

  ⑹要注意效益和投入分析。如因改善管网水质而改造的,要测管道内壁锈蚀情况或经过该管道后的水质变化;如因漏水较多需要改造的也要收集该管段漏水频率,漏水及次生损失。根据效益-投入分析,效益比大的先进行改造。

  ⑺管网改造要因地制宜选用拆旧换新、刮管涂衬、管内衬软管、管内套管道等多种方式。

  新一轮管网改造高潮己经来临,总结过去的经验教训,要非常注意管道材质和接口型式的选择,严格防腐和施工要求。

  要在安全可靠性高、维修量少、管道寿命长、内壁阻力系数低的基础上,选用价格相对低的管道材质。除特殊情况外,接口应采用橡胶圈密封的柔性接口。用于配水管网的金属管内壁必须涂水泥砂浆或树脂,水泥砂浆的厚度及光滑度要达到标准规定的要求。在正常情况下,金属管道的外防腐性能是决定寿命的主要因素,尤其是钢管和球墨铸铁管。要严格注意防腐质量。管道施工在基础处理、复土要求、埋深及借转等方面要严格按施工规范要求进行,还要注意在运输、吊举等过程中防止损坏管道以及做好防腐工作。