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高寒地区铁路站房给排水系统防冻保温新技术应用研究

2025-09-07 92 上传者：管理员

摘要：随着全球气候变化的加剧，特别是在高寒地区，极低的温度给铁路站房的给排水系统带来严峻挑战，冻管和设施损坏问题日益严重。为应对这一问题，本文探讨新型防冻保温技术在高寒地区铁路站房给排水系统中的应用。以某高寒地区铁路站房为研究对象，分析其给排水系统的特点和难点，并通过综合改进管道布局、保温材料、加热方式以及智能监控等技术措施，并通过实验进行验证。结果表明，应用新技术可以提高系统的稳定性，降低故障率，为高寒地区铁路站房给排水系统的设计与维护提供重要参考。

关键词：
新技术
给排水系统
铁路站房
防冻保温
高寒地区
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高寒地区铁路站房给排水系统是交通基础设施的重要组成部分,其设计与运行的稳定性在恶劣气候条件下逐渐成为关键关注点[1]｡当前,传统的防冻保温技术在一定程度上改善给排水系统的运行环境,但随着寒冷地区气候变化的加剧,现有技术在面对极端低温时的应用效果仍然存在一定局限性｡为应对这一挑战,近年来新型复合保温材料､电伴热保温系统及智能监控技术逐渐展现出更加优越的性能｡因此,本文通过分析高寒地区铁路站房给排水系统的特殊要求,提出一系列新的技术方案｡通过实验验证,新技术的应用显著提高了系统的稳定性,增强管道的防冻能力,确保管道在低温环境中的稳定运行｡

1、高寒地区铁路站房给排水系统特点与难点

高寒地区铁路站房的给排水系统在极端环境中运行,其设计和施工需应对独特的挑战[2]｡冬季气温通常低于-20°C,极端情况下可达-40°C以下,对系统的防冻性能提出严苛要求｡铁路站房的给排水系统主要包括给水､排水和消防用水系统,分别负责输送生活用水､排放废水,其具体结构组成如图1所示｡

图1中结构组成反映高寒地区铁路站房给排水系统的复杂性及其防冻需求｡正是由于这些复杂的组成部分,系统在极寒环境中的运行面临诸多难点,包括长时间暴露在极低温度下,水管容易因滞留或低流速而冻结,而传统的保温措施在低温环境中热能损失严重,难以保障内部水温的稳定｡此外,传统材料在极寒环境中容易老化､开裂,进一步影响系统的长期稳定性｡为解决以上问题,现代技术在系统设计中采取多项措施,接下来,相关人员将详细探讨防冻保温新技术在高寒地区铁路站房给排水系统中的具体应用,以提升防冻性能,降低运行能耗和维护成本,为铁路站房的可靠运行提供有力保障｡

图1铁路站房给排水系统结构组成

2、防冻保温新技术在高寒地区铁路站房给排水系统应用

2.1管道布局与防冻设计

合理的管道布局是防冻设计的基础,尤其是在高寒地区铁路站房的给排水系统中[3]｡为确保管道在极寒条件下不冻结,相关人员设计时应优先选择将管道布置在室内或者地下冻土层以下｡给排水管道的埋深应根据当地的冻土层厚度来确定,在极寒地区冻土层深度可达到2~3m,因此管道埋设深度应至少为冻土层的下限,可以有效避免因温度过低导致管道冻结,同时也能减少外界环境对管道的影响｡

在管道布局的具体设计中,需要注意减少直角弯头和复杂的分支节点,该部位容易形成水流滞留,造成水流速度降低,进而加大管道冻结的风险｡采用大半径弯头和合理的分支布局,以确保水流畅通无阻,降低冻结风险｡对于直管段,应尽量避免长时间暴露在低温环境中,以减少热量的散失｡

为进一步降低管道冻结的风险,合理的保温设计也非常关键｡热传导是导致管道热量流失的主要原因,因此可以利用热传导公式来评估管道的热损失情况,从而优化保温设计｡热传导公式如式(1)所示｡

式中:Q为热流量(W),即单位时间内通过管道壁的热量,k为管道材料和保温材料的热导率(W/m·K),A为管道的表面积(m2),(T1-T2)为管道内部水流的温度与外部环境温度的温差(K),d为管道和保温层的厚度(m)｡通过计算管道的热流量,设计人员可以确定管道的保温层厚度,确保热量流失控制在可接受范围内,从而降低管道冻结的风险｡

此外,对于室内管道,重点区域应设置防冻阀门和排空装置,以应对长时间低温天气或突发停水时的冻结风险｡防冻阀门可以在低温时自动切断水流,避免水在管道中停滞造成结冰;排空装置则能在停水或系统维修时,迅速排空管道中的残水,防止水冻结｡采用此类设计的管道冻结风险可降低约50%,极大减少冻结导致的管道损坏和维修成本｡

2.2选用新型复合保温材料

传统的保温材料,如聚氨酯泡沫和岩棉,虽然在一定程度上能提供保温效果,但在高寒地区的严苛环境中,它们的保温性能和抗冻能力存在一定的局限性｡相比之下,新型复合保温材料具有更高的热稳定性和抗冻性能,能够有效应对极寒气候｡具体做法包括采用聚氨酯与橡胶､玻璃纤维复合而成的高效保温材料,这种复合材料不仅具有优异的保温效果,而且能够承受高寒环境下的物理冲击,减少管道冻裂的风险｡此外,保温材料的选择应综合考虑其热导率､抗压强度和耐低温性能,具体关键性能数据如表1所示｡

表1新型复合保温材料的关键性能

表1的数据清晰地显示新型复合保温材料在热隔离､抗压､耐低温和使用寿命等方面的综合优势,符合高寒地区铁路站房给排水系统的特殊需求｡因此通过选用该材料,可以有效提升管道系统的耐寒性､保温性能和耐用性,确保系统在严酷环境下的长期稳定运行｡

2.3采用电伴热保温方式

在高寒地区,管道防冻问题尤为严峻,尤其是在极端低温条件下,常规保温材料可能无法完全保障管道的安全运行｡为解决这一问题,电伴热保温系统被广泛应用于高寒地区铁路站房的给排水系统中｡电伴热系统通过将加热电缆沿管道安装,实时提供热量,防止管道内水流因温度过低而冻结,确保给排水系统的正常运行,具体分布位置如图2所示｡

图2管道电伴热防冻系统布置示意

图2展示电伴热带沿着管道外壁均匀布置的方式｡相关人员需要根据管道类型､管道直径､保温层厚度对加热的管道部分进行精确标定和设计,确定电伴热系统的安装位置与加热功率,以确保全程均匀加热｡在管道表面均匀地缠绕加热带,确保加热带与管道表面紧密接触,避免空隙导致加热不均｡同时通过伴热电缆控制箱内的空气开关与交流电流越限报警隔离变速器及时切断与接通电源,以达到加热防冻目的｡

2.4智能监测与动态控制

智能监测与动态控制技术通过实时监控系统的运行状态,能够及时发现潜在的故障和问题,从而提前采取措施,确保系统的稳定性和安全性｡在高寒地区铁路站房的给排水系统中,关键是要通过多种传感器实现全面监控｡在管道及设备上安装温度､湿度､压力等传感器,实时监测管道内外环境的变化,形成完整的监测网络｡通过该传感器,系统能够全天候采集环境数据,确保系统始终处于安全工作状态,并将采集的数据传输至中央控制系统,该系统通过先进的数据分析算法,能够实时分析并预测可能发生的冻结､泄漏等风险｡当系统检测到某些参数超出设定阈值时,自动触发预警机制,提示维修人员提前检查并处理潜在问题｡

根据传感器反馈,自动化控制系统能够根据实际情况自动调节管道的温度､流速和压力等参数,优化运行状态｡在温度接近冰点时,系统会自动提高管道流体流速或启动电伴热装置进行加热,以防止管道冻结｡在实际应用中,智能监测系统已实现管道冻害发生率降低30%以上,显著增强高寒地区铁路站房给排水系统的防冻能力,进而保障供水排水的连续性和安全性,极大减少因设备故障而导致的停运风险｡

3、应用效果评估

3.1验证环境

为了测试新型防冻保温技术在极端条件下的实际效果,实验环境选择位于高寒地区的某铁路站房,该地区冬季气温常年低于零度,最低可达零下30℃,且环境湿度较高,模拟典型的极寒寒冷环境｡同时相关人员在该站房的给排水系统中安装管道与保温装置,具体采用新型复合保温材料作为管道的保温层,保温层厚度为80mm,并配备型号为KSD-40的自限温电热带,作为电伴热保温系统,将管道埋设深度设定为2m,以充分利用土壤热量进行保温｡实验持续一个冬季,覆盖从初冬到严寒期的全部气候变化,验证系统在不同温度下的稳定性与抗冻效果｡每隔一周,相关人员对管道进行检查,记录水流畅通与温度变化,确保实验数据的准确性和完整性｡

3.2验证结果

在验证实验过程中,针对高寒地区的极端寒冷条件,相关人员选取的5个时间节点对新型防冻保温技术的表现进行细致监测与评估,具体运行状态和防冻效果关键数据如表2所示｡

表2不同时间节点的环境温度与管道温度对比

从表2中可以看出,当环境温度降至零下29.8℃时,管道内部温度仍保持在安全范围内,未发生冻结现象｡电伴热系统根据外界温度的变化自动调节功率,确保管道内温度始终处于稳定状态｡通过功率的变化,系统能够适应不同温度条件的波动,从而有效防止冻结｡这一结果验证新型防冻保温技术在高寒地区铁路站房给排水系统中的可靠性,证明其能够满足防冻保温的需求,确保系统在极端寒冷条件下正常运行｡

4、结论

本文通过对高寒地区铁路站房给排水系统特点与难点的深入分析,探讨防冻保温新技术在该领域的应用与实践｡相关人员通过采用优化管道布局､选用新型复合保温材料､采用电伴热保温方式及智能监测与动态控制等新型技术,并通过实验验证,防冻保温新技术在高寒地区铁路站房给排水系统中的应用取得显著成效,验证其可行性和实用性｡展望未来,相关人员可以继续深化研究,探索更多高效､环保的防冻保温技术,为应对气候变化带来的挑战､推动铁路交通基础设施的可持续发展贡献力量｡

参考文献:

[1]张盛楠,王文琴,张兴艳,等.高寒地区绿色铁路站房节水系统设计[J].工业用水与废水,2020,51(3):4.

[2]周志辉.高寒高海拔地区给排水工程常见质量问题及控制[J].2024(16):151-153.

[3]耿聪.高寒地区给排水管道的防冻与防护[J/OL].工程技术(全文版),2025-01-15.

文章来源:王子轩.高寒地区铁路站房给排水系统防冻保温新技术应用研究[J].科学技术创新,2025,(17):129-132.