海上石油平台生活楼污水处理系统管道设计

2017-03-18朱峰高荣俊邵艳红

辽宁化工 2017年6期

朱峰，高荣俊，邵艳红

（1. 天津修船技术研究所，天津 300456； 2. 海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津 300456）

生活污水的排放是影响生活楼环境的主要因素之一，国际防污染公约及国内海上污水排放标准对沿海及海上生活污水的排放制定了严格的规定，一旦污水管线出现故障，必须准确排障、快速维修。迄今为止不乏因系统故障，处理不及时而排放到港区的案例，最后面临高额的罚款。由于生活楼空间有限，污水管路的管径较大又设有坡度，使得污水管线的布置成为配管专业的难点。本文结合近年来的生活楼设计规范，主要对生活楼污水的设计、选材及布置进行简单的介绍。

1 管材的选取

不论何种用途的设计，在管材选取时都应考虑以下几个因素：

（1）管道承受的内压和外荷载强度；

（2）管道耐腐蚀性；

（3）管道的使用年限；

（4）管材的价格、运输及施工难易程度；

（5）内壁的光滑程度。

管线按材质分主要有金属管、非金属管两大类，金属管主要有铜管，不锈钢管和镀锌管及内涂塑管，非金属管线材质主要有 PE、PVC、CPVC、PPR、GRE、ABS等。金属管的优点是力学性能好，承压及抗冲击性能强，非金属管的优点是安装方便，材质轻，内壁光滑。

生活楼根据最大设计人数选取的排污管线一般为DN100和DN150，根据组块的设备功能，污水管道的冲洗多用海水，即使平台有海水淡化装置，也需要将海水系统作为备选，应急使用。由于上述原因，铜管显然成本太高，而钢管不耐海水腐蚀，尤其是镀锌管还会引起重金属排放超标，随着非金属管材技术的日趋成熟和推广用，金属管材在近几年来污水设计中已很少选用，且金属管材由于质量重，施工难度高，维修不方便，几乎被淘汰。

所有非金属材料的性能虽有差异，但各有优劣，且使用寿命都在50年以上，在材质选取时应从安全或经济角度考虑。从安全可靠性考虑，玻璃钢材质轻，比强高，抗疲劳性能及耐腐蚀性能突出，摩阻系数小，输送能力大，比强度约为钢材的4倍，显然是污水管路的首选材料。其缺点是安装水平要求高，如施工不好易漏水，耐高温及抗紫外线性能差，由于国内的玻璃钢制造工艺不够完善，多数依赖进口，使得玻璃钢的价格昂贵。从经济适用性考虑，PPR和ABS由于良好的抗污染，耐腐蚀，多用于生活饮用水管，价格略贵，所以污水设计时常选PVC、CPVC及PE管，联接方式主要采取热熔或粘接。选取CPVC时需要注意，有些项目在生活楼的入级认证时需要提供管材的低播焰性证书。

2 污水系统的处理方式及分类

污水的排放有真空抽吸式和重力排放式。重力排放式因成本较低，维护方便在海上生活楼的设计中广泛使用。海上生活污水根据来源主要有灰水、黑水及厨房污水三个系统。灰水来至洗漱间、洗衣间等的洗池用水，一般可直接或经污水处理橇的灰水处理装置处理后排海，黑水主要来至卫生间的粪便水和医疗室的冲洗水，必须经过污水处理橇的黑水处理装置处理并达到排放标准后排海，厨房污水因含有较多的油污，根据新的排放要求，厨房污水必须进过油水分离装置处理后再进入污水处理橇的黑水装置处理，这三个系统在经过污水处理橇之前必须是独立的系统不得共用总管路，这样既可以减少污水处理橇的处理容量，又利于管线的布置，其工艺原理图如图1。

图1 污水处理系统示意图

3 系统参数的确定

一般情况下，每层的污水主管线不得小于DN100，生活楼的排污总管不应小得DN150。同时也需考虑生活楼每天用水高峰期的排污量，不足时需要根据流速对照表选取更大管径。目前的计算都是基于《GB-50015 建筑给水排水设计规范》中的相关内容进行，其公式如下：

式中：q0—同类型的一个卫生器具排水额定流量（l/s）

n0—同类型卫生器具数

b—同类型卫生器具排水百分比。

冲洗水箱大便器的同时排水百分数应按12%计算。

注：当计算流量小于一个大便器排水流量时，应按照一个大便器的排水流量计算。

表2 器具排水参数

管内径公式:

式中：D1—管内径；

L0—流速。

表3 管径/流速/流量对照表

如国内某120人生活楼根据上述公式及表格计算得出生活楼总排污量为：qg=40.1 m3/h; 根据对照表，选取开式系统流量L0=1.8 m/s，计算确定管内径D1=97.261 95 mm，故最终确定总排污管线直径为DN150 mm。

4 污水管线的布置

在选用重力式污水排放时，生活楼各层的污水主管及排污总管的坡度一般小于100 mm/1 m，从各用户的分支管路到主管路如果确因空间不足，坡度可适当放缓，但通常不小于50 mm/1 m。因有坡度要求，总管的管道井一般设置在生活楼布置图的中间位置，使得各方向的用户都能通过较短的路径汇入主管或总管。污水管线通常布置在走廊的天花板上方，且位于其他专业的最底层，不得布置在房间的正上方，尤其是起居室、配电室及厨房。当污水管线必须从电缆托架或通风管线上经过时，托架或风管两侧最边缘向外 5度范围内不得有管线的接口。主管及总管应每隔20 m或水平变向时增设一个维修口，维修口可用三通或马鞍口引出并用盲板封堵，空间有限时用由壬直接联接在主管上。管道井内的总管根据层高分出数段，每段分别用法兰联接，在做静水试验时方便分段试压，既不会因高差太大造成水压过高损坏管路，也有利于日后的维护。每层管道井旁应设检修门，管道的维修口或各层的联接法兰应布置在通过检修门易于维护的位置。所以配管专业在基本设计阶段就应向结构及舾装专业提供详细的管道井尺寸、位置，并根据管网规划图协商舾装或结构专业及时调整房间位置，优化污水管线路径。由于海上空气湿度大，温差大，即使选用非金属管线，外壁依然会出现大量的冷凝水，故建议污水管线至少增设20 mm厚的保温层，减少冷凝水的产生。为了平衡污水管的内外压力，每条独立的污水管路必须设计一路排气系统，排气系统应置于污水系统的最高点（见图1），且用不小于DN50的管线引至生活楼外，中间不得出现高点或低点。排气孔位置不得位于通风系统送风口的上风位置，不得位于过道上方，目前多布置在飞机甲板下方，并在末端用防虫网封堵,如果污水排气孔正对生产区一侧，在防虫网前还应增设阻火器。