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关于用硅铝合金管道进行南水北调研究
关于用硅铝合金管道进行南水北调研究
摘 要:对南水北调现行输水方案进行了简要分析,提出用新的方法解决南水北调的方案。继而对硅铝合金管道输水方式的优缺点进行了全面系统的剖析;并计算了实施成本及产生的经济与社会效益;给出了硅铝合金管道输水的可行性论证方案。
关键词:南水北调;硅铝合金管道;效益
一、 引言
南水北调东线和中线工程近期将全面开工建设。根据目前的规划方案,这两项工程的全部线路均采用明渠输水(运河也应视为明渠)。但西线有调水少之嫌,因此最近有海水西调的方案出笼,具体方案正在研究中。
提升海水到西部所有动力由自身的发电找回,又可获得新的商品盐。重要的是解决了调水源问题,也不影响原有河流的水电、航运事业,有它可行的一面。但是如果调水仅50--300亿立方米,由青藏高原既可解决。这点水是青藏高原水资源的零头.因此没有必要从海平面用动力上调1200米再运输2000多公里到西部。相比之下,本方案利用青藏高原海拔4000米形成的天然水库到海拔仅1500--2200米的落水点,位差达2000多米,不但不需其他动力,反而能够产生可利用的能量;另一方案是,海水需经蒸发再降雨才会有效益,按每年增加10mm计算,80年后才能达到秦岭以南的降雨量,才能使该地区具备农牧业生产条件,而80年的电费总额高达16万亿度,约6万亿人民币,在此之前不会产生多少经济效益(关于流水到艾丁湖的发电计算也不太确切,因艾丁湖面积1.5亿平方米,年蒸发3米/平方米也只有4.5亿立方米,只占调入的1.5%,-155米的水面低度难以保持.);而南水北调则直接对农田进行灌溉,产生效益后的同时还会蒸发再降雨,会增加约2000亿的经济效益;同时,海水西调是从黄旗海到罗布泊2000公里长自流,势必会使两旁土地因海水而产生盐碱化。因此,调取几百亿立方米水,南水北调比海水西调具有更大的优越性。
二、 用硅铝合金材质的管道是技术上成功的关键
许多专家已经就南水北调中应用管道进行了研究,例如:周晓津《中国南水北调管道化研究》;姚宣德、石维新、王东黎等的《南水北调大口径PCCP管道漏水风险分析》;熊和金的 《南水北调的管道输送方案研究》等,然而用管道进行南水北调的方案一直存在着管道材料选择的问题,如果采用钢管或水泥管,钢管不耐腐蚀,寿命只有15―50年,水泥管易裂,寿命也不长;而玻璃钢管道也易老化。硅铝合金管道的耐腐蚀率很高,寿命可达千年,强度与钢材相近,比钢材轻2倍多,比较适合南水北调管道使用材料。
据有关资料,在92度的水温下,PH值为6时,铝合金材料的腐蚀率是0.13毫克/平方分米,PH7时升为0.35.铝合金的比重为2.8左右,则年腐蚀率只有0.00167―0.0045 毫米/年,即1000年腐蚀1.67―4.5mm;。但是青藏高原的水如金沙江的水ph7.9,略高。可适当增加硅的成分以保证其耐蚀性。因铝的耐酸性好于耐碱性,而硅在碱中比铝的耐蚀率高。从耐磨率上看,40高硅铝合金的强度达240Mpa,与钢材相似,具有极高的耐磨性。那么,可以增加硅的含量。如果制成15mm厚的管道,1000年只腐蚀掉4.5mm,再一个1000年还有5mm厚,仍然可工作。因此,其寿命力可达2000年左右。
但铝合金售价高,投资大,需找到降低成本、减小投资的途径。幸好高硅40铝合金硅的比例达40%,在制作铝合金中可用普通的铝矾土及粘土,价格只有几百元,也不必另加昂贵的氧化铝。例如某天然莫来石含氧化铝达71.8%,氧化硅28.2;某一高岭土氧化铝30.4%,氧化硅52.35%,两者混配一下就可以。又如某高岭土含氧化铝45―48%,可以单独使用;如果硅过量,合金的晶核变大,强度降低,可以加入0.15%的稀土进行变质处理,使其晶核变细,可以增加7―20Mpa的强度(单此值也够管道耐水压70―200kg/cm^2),同时还能增加耐蚀性和耐磨性。增加稀土的投入只有300多元/(吨合金),但可以将合金制作的原料需求条件降低,选择范围增大;输水管道水压一般要求50kg/cm2以下。因此合金材料对Mg、Mn、Fe、Cu、等杂质要求也并非苛刻。这样,制作一吨高硅铝合金的主要费用就变成约3吨普通高岭土,约2000元左右;还原剂也可以用烟煤,约1000元左右;电耗13000度约5000元;其他辅助材料及工资管理费等约2000元,总计降低到10000元/t左右。即使这样,调水400多亿立方米,约需3500万吨管道材料,投资仍然过大,建议使用成本低的水电自造硅铝合金材料来弥补这一缺陷,例如用成本只有0.12元的水电,又可降低2000多元,合金的成本约7000多元,就与钢材价格接近。因硅铝合金的比重只有钢材的36%,投资相对减少。
但水电并网后价格仍然在0.4
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