转载-水中铺设塑料管道市场和技术2
国内从“六五”期间开始研究污水海洋、江河处置,目前,上海、深圳、海南、宁波、杭州、大连、青岛、烟台、武汉、天津、威海和嘉兴等地已规划或实施了海洋(江河)处置工程,我国的台湾和香港地区亦建有污水排海工程。
排海工程中的主体是由岸边一级污水处理场伸向海洋的排放管道(outfallpipeline)。排放管道直径较大,塑料排放管道直径通常在500-2000毫米。排放管通常铺设在海底,伸到离开海岸几百到几千米处(有的工程超过10公里),排放口通常装有各种扩散器,位置在水下几十米处(可能达到几百米)。因为排出口是畅开的,污水是重力流,排海工程的排放管通常属于低压管道。
根据国际经验这种水中铺设的管道最适合采用塑料管道-高密度聚乙烯实壁管。(KWH公司有采用聚丙烯PP实壁管和高密度聚乙烯HDPE结构壁管做排放管道的成功实绩。)HDPE实壁管在该领域具有明显的竞争优势是因为具有独特的性能-耐腐蚀、柔韧、自浮和因为非常方便铺设--可以制造成几百米一根的长管,又可以熔接。
国际上已经有很多成功利用塑料管道做排海工程的实例。最近一个xx的实例是前文提到的法国蒙彼利埃市Montpellier排海工程[5]:蒙彼利埃市是法国南部地中海边的文化和旅游名城,2000年起扩建其污水处理厂,其中排海工程是建设一条直径1600毫米,陆上9公里海中11公里的排放管道。参加竞争的有钢管,混凝土管,玻璃钢管和PE管。{zh1}是Pipelife公司的PE管在2002年9月中标。采用的管材是直径1600毫米,SDR26(PN6.3)的PE100管。管材在由Pipelife公司在挪威的工厂生产,材料用的北欧化工的Borstar®HE3490-LS。每根挤出管材550米长,总共20根,在海面上分4批经过北海,大西洋,拖运到地中海边的工地。PE管采用管端对接焊,然后用专门设计的玻璃钢连接件把管道连接起来。在PE管外套上既起压重作用又起保护作用的混凝土管段以后,逐步铺入在海底开挖的2米深管沟。管道最末端的排放扩散口在水深30米处。管道上再铺上混凝土保护板。全部工程在2004年1月完成。
排海工程用塑料管道大部分直接铺设在海底上而不用开挖沟槽埋在海底沉积物里,通常只需要在陆地和水域的过渡区铺设在沟槽中。把近岸的一段塑料管道铺设在沟槽中是为了保护管道免受波涛、潮汐、漂浮的冰块及过往船只破坏。经验表明即使海底有时会因剧烈的沙石冲刷而不稳定,柔韧性的塑料管道也不会有任何的危险。
可惜由于国内对于塑料管道的推广工作还有差距,至今没有见到国内排海工程成功采用塑料管道的报告。
和排海工程用排放管类似的另一种管道是取水管道(intakepipeline)。这也是从岸边伸向江河湖海的管道,但是不是用于排水而是用于取水。管道通常也铺设在水底,取水口通常离开岸边有几十到几千米距离,在水面下几米到几百米处。取水管道的用途是从水域抽取淡水或海水。国际经验也证明取水管道很适合采用塑料管道。取水管道总是在负压下工作通常采用聚烯烃实壁管。
近年水工业有一个非常值得注意的技术进步是海水淡化。随着反渗透膜技术等新技术的发展已经使得海水淡化的成本大大降低,目前成本已经接近使用地下水或井水的成本。采用海水淡化来解决水资源缺乏。现在已经不再是少数海湾地区富国不得已的选择,全世界很多国家认识到海水淡化已经是经济性合理的产业,开始大量投资建设海水淡化工程[7]。我国大规模的海水淡化工程也已经起步,预计将对我国很多严重缺乏淡水的沿海地区发挥十分重大的作用。海水淡化产业的发展需要大口径的塑料管材抽提和排放海水,这将为塑料管材特别是HDPE管材的发展提供了重要的契机。
4水下输送-水中铺设的有压塑料管道
在水中铺设输水的塑料管道同样是利用和发挥了塑料管道耐腐蚀、柔韧、可以制成连续长管、可以熔接和重量轻能自浮等独特的优点。输水管道(transitpipeline)是有压力的管道,通常采用的是高密度聚乙烯HDPE实壁管,也有采用复合增强的HDPE管。水中铺设输水的塑料管道直径通常在250-1000毫米,有的直接铺设在水底,有的埋设在水底开挖的沟槽中,也有的设计把输水管道铺设在离水面和水底都有一定距离的水体中。
世界各地已经有许多成功应用水中铺设有压塑料管道的实例。其中向海岛输水是最常见的典型工程。因为世界各地有很多有居民的海岛缺乏淡水供应,过去是依靠从大陆用船舶送水,近年越来越多采用铺设在水底的管道供水。实践证明采用塑料管道是经济和可靠的方法。例如:日本有大约6900个岛屿,其中大约330个有人居住。这些岛屿的供水非常困难,到1998年已经有146个岛屿通过水下铺设的供水管从本土供水[6]。
我国海岸线1.8万多千米,内海和边海的水域面积约470多万平方千米。海域分布有大小岛屿7600个,其中许多有居民的海岛缺乏淡水供应。例如我国岛屿最多的浙江省有面积500平方米以上岛屿3061个,不少缺水的岛屿需要从岛外运水。2003年气候偏旱,舟山全市98个住人岛屿中,有74个岛屿供水告急。近年沿海各地为了发展海洋经济,纷纷把解决岛屿供水问题列入基础建设规划,其中不少计划铺设跨海输水管道。例如:广东省内{zd0}的岛屿南澳县是典型的‘苦旱县’,长期以来靠船只运水。为了解决8万居民和驻军的饮用水困难,已经制定了修筑一条长8公里日供水量8万吨的跨海引水输水工程。又如:福建省莆田正在筹备平海湾跨海供水应急工程,解决南日岛和平海半岛的饮水安全问题,计划中的跨海管道长9.41km管径为500-800mm。大量类似的信息可以从互联网上查到,说明我国在水中铺设输水的塑料管道有非常大的市场机遇。
我国实际应用在水中铺设输水的塑料管道还刚起步,目前只有不多的应用实例。例如:临海市伟星新型建材有限公司于2003年9月率先在舟山市岱山县长涂镇的跨海输水工程中试用了水中铺设的HDPE管道。该管道从大长涂岛至小长涂岛,跨海2100米,水深20米,直径DN250mm,压力等级PN10,材质为PE80。工程运行至今已有两年时间,运行状态良好,充分显示了塑料管道的优越性。长涂镇过去跨海输水曾经采用防腐钢管,施工难,抗腐差,一般一年左右即会腐蚀穿孔,七年来更换了十根管。此外,伟星公司先后在舟山地区、三门县等众多海岛区域承接跨海工程十余个。又如:浙江枫叶集团2001年7月完成了诸暨至店口给水管道的水下过江工程。穿越的浦阳江宽300米,水深3-6米。工程全线采用DN630、SDR26聚乙烯管道。管道在河岸上焊接,试压合格后安装钢筋混凝土压重块,整体下水后沉入江底预先开挖的沟槽内再回填。此外江苏星河集团等企业也先后完成过水中铺设输水管道的工程。 因为在水中铺设塑料管道的技术已经成熟,有些地区发现把原来计划沿岸绕行铺设的陆上埋设管道改为穿越水域的水中管道可以节约投资和加快施工。我国很多城市有江河穿越或有湖泊相间,在掌握了水中铺设塑料管道的技术就可以明显的完善管网的布置。
5海上油气开采用有特殊要求的塑料管道
在水中铺设和应用塑料管道的另一个领域是海上开采石油和天然气业大量应用的管道。在海上油气开采业这种管道被称为‘可弯曲管FlexiblePipe’。对挠性管有多方面的要求:可以弯曲的连续长管、耐内压、耐外压、耐腐蚀…等,通常采用多层复合管,由热塑性塑料层、纤维或钢丝增强耐内压层、钢带缠绕增强耐外压层等组成。
可弯曲管的主要用途是:
上升管riser--连接海底的采油井到浮在海面上的采油平台或采油船。
跨越管jumper--连接采油平台和采油船
水底管flowlines--在水底铺设的连接管道
因为这些管道是铺设在有波浪,潮汛和洋流的海洋中,所以必须是可以弯曲的连续长管。又因为管道内要压力输送石油所以必须耐内压,管道外受到海水的外压力(尤其在深海应用时外压很大)所以必须耐外压,管道内输送的石油和管道外的海水都有腐蚀性所以必须耐腐蚀。显然,在这个领域不可能采用刚性的金属管,也不可能采用普通的塑料管道。只有多层复合的特殊‘可弯曲管’才能满足多方面的严格要求。
海上油气开采业用的可弯曲管通常做成长度很长的管道,在两端做好连接用的管件。铺设时利用船舶把挠性管铺放到位后连接。
我国已探明的石油和天然气资源较少(仅为世界可开采量的1.42%和1.4%)。专家分析我国陆上含油气盆地中主力油田大部分已有30多年的开采历史,多数油田原油采出程度高达70%,进一步扩大产量的空间十分有限。资源的未来出路将会更多地依赖于海洋。海洋蕴藏了全球超过70%的油气资源,全球海洋石油探明储量已380亿吨,目前已有100多个国家在进行海上石油勘探和开采,我国在渤海、东海和南海的石油和天然气勘探和开采已经开始,有报道说今后五年中国将投资1200亿用于海洋石油开发,海洋油气不久将成为我国能源的重要的基地。但是至今海上油气开采业应用的装备大部分依靠进口,国内塑料管道业还没有进入这个前景广阔的大市场。
(说明:由于海上开采石油和天然气业应用的‘可弯曲管FlexiblePipe’比较特殊和复杂,其设计、制造、连接和铺设技术没有包括在下文的介绍内。)
6水中铺设塑料管道的方法
这里简单介绍排放管道,取水管道(无压塑料管道)和输送管道(有压塑料管道)水中铺设塑料管道的方法。水中铺设塑料管道方法的基本原则是尽量避免水底作业和尽量减少水下的工程。
6-1漂浮-下沉法
最通常使用的是HDPE实壁管的漂浮-下沉法。
众所周知,高密度聚乙烯HDPE的比重小于1,在管道充满水后仍然有浮力。所以水中铺设塑料管道必须加上压重才能使其能够稳定地座在要求的水底位置上。(通常采用的压重方法是在管道上隔一定间距固定上混凝土压重块。)通过大量实践证明:通常在的离岸近的海洋条件下,压重一般不需要超过管道排水量的65%,大多数情况下相当排水量25到50%的压重就足够了。所以管道在充满空气时即使已经加上压重块也可以浮在水面上。因此充满空气的塑料管道可以带着压重块先利用水面上漂送到铺设位置,然后通过灌水沉到水底位置。这样就可以尽量避免水底作业。该方法的施工过程是(后文有解释):
●利用HDPE管道可以熔接的特长在岸边把运来的管段对接熔焊成几百米长的连续长管段,逐步下水漂浮在水上,或者把管材挤出生产线安置在岸边,直接制成几百米长的连续长管段逐步下水漂浮在水上;
●压重块可以在岸上就安装到管道上,然后和管道一起下水;也可以在水面上利用驳船把压重块固定到管道上;
●把固定好压重块的连续长管段拖引到计划铺设的位置;
●把各段长管连接到工程需要的长度;
●通过从岸端灌水使管道逐步沉到水底要求的位置;利用塑料管道的柔韧性,让管道随着水底的地形起伏躺在水底上(为了减少轻水流作用力,通常利用压重块使管道和水底间有一定间距离)。通常大部分塑料管道就直接暴露在水中,只在近岸处将部分管道埋在水底的管沟内。
6-2水底拖拉法(bottom-pull)
当水上交通阻止采用用浮-沉铺设法时(如在穿越河流的工程中),可以采用下图所示的‘水底拖拉’法。当采用这种方法时,先把塑料管道在岸上连接成连续长管,加装上足够保证管道始终沉在水底的压重,然后用卷扬机把管道拖过河。通过适当设计的压重和固定在管道前端的特殊拖拉头—‘滑橇’确保管道在拖过河时能随着河底的断面轮廓顺畅滑动