全厂给排水管网系统优化设计及问题小结

2012-10-11周晶武

资源节约与环保 2012年6期

关键词：化粪池土工布检查井

周晶武

（中国天辰工程有限公司，天津，300400）

1 概述

全厂给排水管网是公用工程中设计和施工时间最早，历时最长的设计主项。相比其它主项，因其具有涉及相关专业多、无设备安装和不确定因素多等特点，能满足项目基本要求基础上，就如何优化全厂给排水管网设计是本文讨论的重点。

2 管网设计两步论

传统管网设计与现代工程实施之间矛盾的关键点在于各装置区用排水信息已明确，但具体用排水点尚未确定。对此，本文提出了管网设计两步论的观点。即将一套完整的管网，以同时满足设计和施工要求为标准，合理拆分成“主干管网”和“管网支线”这两个功能相对独立的工作内容。

主干管网设计的内容是根据各装置区用排水要求，将管道设计到各装置区附近，配合道路施工，以确保后期管网施工不再破路。

管网和道路的施工密切相关，为了避免施工埋地管道时不破路，要求道路下管线的敷设应在道路施工前完成。为解决管网施工与装置区交接点位置尚未确定的矛盾，故提出了先设计并施工“主干管网”的方法。需要注意的是，主干管网完成管道过路的目的即可，因交接点位置待定，所以之后施工管网不影响道路的情况下，尽可能的少布置管线。为今后支线的设计留出较大的可调整空间。

管网支线的内容是将前期管网连接至各装置区用排水交接点。

主干管网侧重于整体方案性设计，既要考虑满足各个装置区的用排水要求，还要为道路和管网支线的施工提供便利。管网支线则侧重于具体配管设计。同时，管网支线的图纸量往往较主干管网多。所以管网的核心设计在于主干管网，但具体内容则是在管网支线上体现。

3 主要管线设计要点及技巧

3.1 雨排水管线设计

雨水流量的计算涉及到以下两个公式：

式中：q——设计暴雨强度（L/(s·hm2)）;

t——降雨历时（min）；

P——设计重现期（年）；

A，C，b，n——参数。

雨水设计流量：Qs=qφF （3-2）

式中：Qs——雨水设计流量（L/s）;

φ——径流系数；

F——汇水面积（ha）。

各地的暴雨强度公式均可从《给排水设计手册（第五册）》或当地气象部门中获得。但设计重现期则需要设计人员确定。应首先参考建设地点较近项目进行选取，在无可参考的情况下，再根据《室外排水规范》的要求合理确定。

3.2 消防水管线设计

在管线综合设计时必须满足规范要求【1】。各装置区消防用水点及用水量一般可通过《建筑设计防火规范》和《石油化工企业设计防火规范》计算得出，但对于框架结构的工艺装置区，规范尚未给出明确的计算说明。以下介绍一种石化企业框架结构的工艺装置区消防水量计算方法。

首先根据装置类型和装置规模，确定消防水量的范围。再与工艺专业确定装置区内最大着火面积，据此算出最大消防水量。最后根据所选择的消防设备进行校核。例如，某工艺生产装置，为框架结构。消防用水全由固定水炮和消火栓供给，无喷淋水。根据项目介绍，工艺装置区为中型石化企业，即消防水量应在150～300L/s之间。

根据装置区内部最大着火面积，并选取用水强度为10L/(min·m2)，算得最大消防水用量约为167L/s。若选用60L/s的消防水炮，则此装置区消防用水量为180L/s。并且要保证4门消防水炮能同时保护到最大着火处。

则周围需布置4个60L/s的消防水炮。所以此装置区消防用水量为240L/s。

从投资和运行费用的角度来分析，消防水泵扬程与消防水管网管径是互为因果关系，所以在设计的过程中，可以选择：消防水泵扬程宜在100～120m之间；管网流速宜在2～3m之间；最大管路损失控制在20～30m之内。由于现在厂区面积较大，降低管径往往会更经济。但根据各个项目具体情况的不同，需经过仔细地水力计算与投资估算来最终确定扬程及管径。

3.3 循环冷却水管线设计

循环水泵扬程与管网最大沿程损失有关，但各个装置区至循环水站之间的沿程损失和高差均可能不一样。所以除最不利用水点之外，循环水输至其它用水点时均有一定的富裕水头。此时可通过适当减小到这些用水点的支管管径，将富裕水头利用起来，优化设计，达到减少工程材料投资的目的，为节约用水和提高企业的经济效益创造了条件【2】。

4 常见问题及解决方法

4.1 过渡井

“过渡井”，即在两根重力流管线交叉处，在较大的一根管线上设置一座过渡井，该井与国家建筑设计标准图中的排水检查井类似，不同的是，过渡井中需要横穿一根被避让的排水管线。较大一根管线的排水经过过渡井继续前进，较小一根管线不做任何变化，穿过过渡井即可。可以发现，引入过渡井之后，这两根重力流管线在均不需要降低埋深的情况下完成了交叉。这种优化设计方案极大地减少了重力流管线及终端水池的埋深。

虽然过渡井在减少埋深的问题上效果很好，但这并不是一劳永逸的方法。大部分排水管线内悬浮物含量高，容易在过渡井内沉泥，严重可造成堵塞，当过渡井堵塞之后清理也较普通排水检查井麻烦。在工程中，须具体情况具体分析，合理选用过渡井。

4.2 管道基础

通过设计人员讨论和具体工程实践经验，提出了一种管道基础的做法，解决了在地质条件差的情况下管道沉降等问题。其基础组成为（由底至顶）：50mm粗砂垫层、有纺土工布、50mm粗砂垫层、300mm厚碎石、120°砂石基础。其中，厚碎石和砂石基础的作用是分散管道重力，降低压强；土工布的作用是将管道基础与管道包裹起来，防止管道基础的流失；粗砂垫层则是为了防止厚碎石等物体在施工的过程中刺破土工布而设置的。

根据工程经验，此基础应满足如下施工要求：（1）土工布铺砌宽度同开槽槽宽，铺设土工布之前沟槽底应平整，杂物应清除干净。（2）沟槽两侧要求压边400mm，即土工布翻边至管顶以上400mm。（3）土工布联结采用搭接法，要求搭接宽度≥400mm。（4）工布铺放平顺，紧松适度，并与土面密贴。

4.3 化粪池的设置技巧

化粪池在国内外都应用的较为普遍，在一定程度上起到了保护环境的作用【3】。但在主干管网的设计中，不应设置化粪池。由于化粪池处理和水力需要，进水管与出水管标高应相差100mm。这点与排水检查井不一样。若支线排水进入主干管网中的排水检查井，则只需考虑出水管管底标高能满足进水管水流需要即可。由于在主干管网的设计阶段无法确定流入化粪池的支管标高。所以，一旦支线排水达不到标高要求，就需在化粪池前增设一座排水检查井，用于调整标高。故化粪池应在管网支线中设置，既灵活，又可避免井的浪费。

4.4 排水检查井的设置技巧

管径大小的不同决定了疏通方式的不同，所以规范《石油化工企业设计防火规范》中规定的排水检查井最大设计间距也不同。但工厂管网的运行管理没有市政管网那么完善，通常在管道无法用人去疏通的时候，基本都是使用长竹竿等工具来完成疏通。考虑到这些工具长度等局限性，故在工厂排水管网系统中，对于小于DN800的管道上，排水检查井的最大间距宜按40米之内进行设计。当管道尺寸大于等于DN800后，检修工即可进入管道操作，再按《石油化工企业设计防火规范》中建议的最大间距进行设计。

需要注意的是，由于《室外排水设计规范》中规定了雨水口的间距，所以雨水管线上检查井的间距应结合雨水口的间距予以综合考虑。