4. PE管与钢管的经济性比较
4.1、PE管具有钢管、铸铁管、水泥管无法比拟的优点,那么,它在价格上是否也同样具有优势呢?
工程造价比较(元/米)
管材名称
管材价格
管沟开挖
管沟基础(m3)
管道基础
回填
管道防腐
管道安装
直接费
综合费用
综合造价
PE管dn800
892
34
原土夯实1.6
33.84
15.08
976.40
9
985.40
球墨铸铁管dn800
968
34
原土夯实1.6
0.6
33.84
21.93
24.89
1084.36
12.73
1097.09
钢筋混凝土管dn800
400
34
原土夯实1.6
0.6
33.84
36.05
36.05
541.64
19.91
561.55
通过表中的比较,可知PE管在价格上是可行的。
由于小管径PE管管件价格较贵,因此在设计、施工中应尽量减少小管径管件数量,从而降低投资,取得较好的经济效果。
4.2、常年运行费用(能耗)比较:
管网常年运行费用是通过泵站电能消耗来维持的,我们按泵送压力输水部分管线为19公里,管径均为dn800测算, PE管材取代球墨铸铁管材及钢筋混凝土管常年运行耗电量的节约按照下式计算:
式中:
E:
年运行耗电量(KWh)
Q:
日供水量(m3/d)
H:
水泵工作全扬程差(m)
H=(Δh球-Δh塑)×L
Kd:
供水日变化系数取1.2
η:
机泵效率取70%
PE管材与球墨铸铁管相比
PEΦ800×19.6mm管材年节电量
= 193 万KWh
PE管材与钢筋混凝土管相比
PEΦ800×19.6mm管材年节电量
= 115.4 万KWh
由此,合理使用PE管材替代球墨铸铁管材及钢筋混凝土管材,日常运行费用仅用电量一项每年即可大幅降低。
4.3、常年运行费用差额折现
在取管道全寿命期均为n=30年(据报道德国发现二战时所铺设PE管材,经检测管材各项标准均在DIN标准之上,寿命已超过其50年的设计寿命),折现率取i=7%(公益性,如商用则为12%),残值为零,管道按当年投资当年运行计算。
则:
△E’=△E×[1+1/(1+i)+1/(1+i)2+1/(1+i)3+…1/(1+i)29]
PE管材与球墨铸铁管相比
PEΦ800×19.6mm管材年节电量193 万KWh则△E’=192×[1+1/(1+7%)+1/(1+7%)2+1/(1+7%)3+…1/(1+7%)29]=192×12.409=2382.3万KWh
PE管材与钢筋混凝土管相比PEΦ800×19.6mm管材年节电量90.5 万KWh则
△E’=115.4×[1+1/(1+7%)+1/(1+7%)2+1/(1+7%)3+…1/(1+7%)29]=1432万KWh
结果表明,当保证50000吨/天的输水状况下,球墨铸铁管及钢砼管在全寿命期间比PE管多支出的运行费用(电耗)折现值如下:
球墨铸铁管与PEΦ800×19.6mm管材相比多支出2382.3万KWh,钢砼管与PEΦ800×19.6mm管材相比多支出1432万KWh
PE管道的寿命比传统管材运行寿命更长。
在全寿命期工程总造价中将年运行费用折现为工程建设时的值能大大降低成本。
管材选择时,选择低摩阻的PE管材,在相同管径的条件下它可有效降低常年运行费用,节约能源,大幅提高输水能力,切实保证管道投资的经济性与功能性的统一。
在出厂水压相同条件下,低摩阻的PE管道可以保证更远距离用户的水压要求,减少二级泵站的设置,有效避免管网中的资用水头(可利用的水压)的浪费,节约能源。
5、管道系统运行过程中水力比较
球墨铸铁管的内壁比较粗糙,光洁度一般不超过Ra6.3,流体的水头损失比较大。
长距离输送时加压站的间距小于PE管,泵站的总功率也需要提高。
PE管的内壁光滑,水头损失比较小,上述投资要小于球墨铸铁管。
在供水管水力计算公式中关于摩阻系数λ的计算公式为:
λ=0.11[(K/D)+(68/Re)。
其中Re为雷诺系数;D为管内径;K为管内壁绝对粗糙度。
PE管K=0.01mm;新的球墨铸铁管K=0.06mm,运行30年后K值将增大5-10倍,而PE管的K值波动不超过5%。
在此公式中,球墨铸铁管的λ值将远远大于PE管。
在海澄-威廉公式中Q=0.2785CD2.63I0.54。
Q为流量;C为海澄-威廉摩阻系数;D为管内径;I为水力坡降。
其中PE管C=155,且不随运行时间变化。
球墨铸铁管新管C=130,运行30年后取90。
由此可见,相同通径条件下,球墨铸铁管的过水能力为PE管的83.87%;运行30年后为PE管的58.06%。
也就是说要达到远期使用效果相同,球墨铸铁管必须大大加大管径以满足过水能力随时间变化造成的损失,因此配套的阀、泵等一系列产品都要加大投资,这在投资上是不经济的。
由此可知PE管过水量大,节约初期建设时的费用。
本处以DN200铸铁管与DN200PE管作对比:
DN200铸铁管:
设定流速为1.5m/s流量为0.1884m3/s比阻为9.029 水力坡度i=9.029×Q2=9.029×0.18842=0.32
PE管道:
PE100DN200PN1.25Mpa壁厚为14.7mm
在与D200铸铁管道同样的水力坡度下
i=0.32=0.000915×Q1.774/de4.774
=0.000915×Q1.774/(0.2-2×0.0147)4.774
=0.000915×Q1.774/0.17064.774=4.2457×Q1.774
Q1.774=0.32/4.2457=0.07537
Q=0.2328m3/s
由以上计算可以看出,在管道运行过程中,PE管的沿程水头损失要比金属管道小得多。
在管道运行过程中,比金属管道有更大的效费比。
6、施工方面的比较
施工方面,钢材的比重是聚乙烯的8倍。
由于球墨铸铁管很重,所以要在平行于管沟的方向修一条施工便道,让运输车辆和吊车到达施工地点卸货;让吊车协助安装。
这在施工上是一笔比较大的费用,尤其在山地、丘陵地区。
PE管比较轻,因此可以人工搬运,特别是在使用大管径管道的时候更能体现其优越性。
球墨铸铁管的管沟沟底必须做基础。
而且由于连接是在沟中进行,所以管沟必须比管材外径宽0.6米以上,以方便工人操作。
在转角、三通等位置还必须加水泥支墩。
在有交通负荷的浅埋地区上方必须做加强保护等。
对于PE管,它可以在地面焊制成400-600米甚至1000米的长管后推入管沟,这样管沟的宽度可以仅仅大于管材外径就可以了;同时沟底不需要做基础;这样可大大减少施工的土方量。
对于有交通负荷的浅埋地区,实践证明只要埋深大于1米即可认为它不影响管材使用。
这在国际标准施工要求中有明确说明。
7、PE管在使用过程中的维修与维护
PE管耐腐蚀性能优于球墨铸铁管,在没有外部因素影响下,整个管网实现零维护。
遭外力破坏后PE管道断水维修作业方法:
采用电熔鞍形管件封堵小孔;采用2个电熔直接修补一段管道;采用法兰连接修补一段管道。
如下图所示:
遭外力破坏后PE管道不断水维修作业方法:
采用抱箍进行维修,采用抢修器进行维修。
8、综合评述与结论
综上所述,PE管材的优点明显,其粗糙系数低,由于塑性管水力坡降较小,相对与其它传统管材而言在出厂水压相同时,在管网相同的地点上用户水压会高于传统管材,可以保证更多用户对水压的要求。
常年运行费用(即水力坡降、能耗)、管径相同时的输水能力,塑料管输水能力较传统管道高。
流量、常年运行费用相同时,塑料管材较传统管道小,与同规格的球墨铸铁管相比有更好的输水能力及更低的运行费用;而其耐腐蚀性、重量轻、安装简便、施工费用低、运行寿命长的特性优于球墨铸铁管。
塑料管道在全寿命期工程总造价中将年运行费用折现为工程建设时的值能大大降低成本由上可知:
大口径PE管材用于给水工程,在技术上是完全可行的,并可提高工程进度,降低施工费用,节约运行成本。