全廠給排水管網系統優化設計及問題小結

周晶武

（中國天辰工程有限公司，天津，300400）

1 概述

全廠給排水管網是公用工程中設計和施工時間最早，歷時最長的設計主項。相比其它主項，因其具有涉及相關專業多、無設備安裝和不確定因素多等特點，能滿足項目基本要求基礎上，就如何優化全廠給排水管網設計是本文討論的重點。

2 管網設計兩步論

傳統管網設計與現代工程實施之間矛盾的關鍵點在于各裝置區用排水信息已明確，但具體用排水點尚未確定。對此，本文提出了管網設計兩步論的觀點。即將一套完整的管網，以同時滿足設計和施工要求為標準，合理拆分成“主干管網”和“管網支線”這兩個功能相對獨立的工作內容。

主干管網設計的內容是根據各裝置區用排水要求，將管道設計到各裝置區附近，配合道路施工，以確保后期管網施工不再破路。

管網和道路的施工密切相關，為了避免施工埋地管道時不破路，要求道路下管線的敷設應在道路施工前完成。為解決管網施工與裝置區交接點位置尚未確定的矛盾，故提出了先設計并施工“主干管網”的方法。需要注意的是，主干管網完成管道過路的目的即可，因交接點位置待定，所以之后施工管網不影響道路的情況下，盡可能的少布置管線。為今后支線的設計留出較大的可調整空間。

管網支線的內容是將前期管網連接至各裝置區用排水交接點。

主干管網側重于整體方案性設計，既要考慮滿足各個裝置區的用排水要求，還要為道路和管網支線的施工提供便利。管網支線則側重于具體配管設計。同時，管網支線的圖紙量往往較主干管網多。所以管網的核心設計在于主干管網，但具體內容則是在管網支線上體現。

3 主要管線設計要點及技巧

3.1 雨排水管線設計

雨水流量的計算涉及到以下兩個公式：

式中：q——設計暴雨強度（L/(s·hm2)）;

t——降雨歷時（min）；

P——設計重現期（年）；

A，C，b，n——參數。

雨水設計流量：Qs=qφF （3-2）

式中：Qs——雨水設計流量（L/s）;

φ——徑流系數；

F——匯水面積（ha）。

各地的暴雨強度公式均可從《給排水設計手冊（第五冊）》或當地氣象部門中獲得。但設計重現期則需要設計人員確定。應首先參考建設地點較近項目進行選取，在無可參考的情況下，再根據《室外排水規范》的要求合理確定。

3.2 消防水管線設計

在管線綜合設計時必須滿足規范要求【1】。各裝置區消防用水點及用水量一般可通過《建筑設計防火規范》和《石油化工企業設計防火規范》計算得出，但對于框架結構的工藝裝置區，規范尚未給出明確的計算說明。以下介紹一種石化企業框架結構的工藝裝置區消防水量計算方法。

首先根據裝置類型和裝置規模，確定消防水量的范圍。再與工藝專業確定裝置區內最大著火面積，據此算出最大消防水量。最后根據所選擇的消防設備進行校核。例如，某工藝生產裝置，為框架結構。消防用水全由固定水炮和消火栓供給，無噴淋水。根據項目介紹，工藝裝置區為中型石化企業，即消防水量應在150～300L/s之間。

根據裝置區內部最大著火面積，并選取用水強度為10L/(min·m2)，算得最大消防水用量約為167L/s。若選用60L/s的消防水炮，則此裝置區消防用水量為180L/s。并且要保證4門消防水炮能同時保護到最大著火處。

則周圍需布置4個60L/s的消防水炮。所以此裝置區消防用水量為240L/s。

從投資和運行費用的角度來分析，消防水泵揚程與消防水管網管徑是互為因果關系，所以在設計的過程中，可以選擇：消防水泵揚程宜在100～120m之間；管網流速宜在2～3m之間；最大管路損失控制在20～30m之內。由于現在廠區面積較大，降低管徑往往會更經濟。但根據各個項目具體情況的不同，需經過仔細地水力計算與投資估算來最終確定揚程及管徑。

3.3 循環冷卻水管線設計

循環水泵揚程與管網最大沿程損失有關，但各個裝置區至循環水站之間的沿程損失和高差均可能不一樣。所以除最不利用水點之外，循環水輸至其它用水點時均有一定的富裕水頭。此時可通過適當減小到這些用水點的支管管徑，將富裕水頭利用起來，優化設計，達到減少工程材料投資的目的，為節約用水和提高企業的經濟效益創造了條件【2】。

4 常見問題及解決方法

4.1 過渡井

“過渡井”，即在兩根重力流管線交叉處，在較大的一根管線上設置一座過渡井，該井與國家建筑設計標準圖中的排水檢查井類似，不同的是，過渡井中需要橫穿一根被避讓的排水管線。較大一根管線的排水經過過渡井繼續前進，較小一根管線不做任何變化，穿過過渡井即可。可以發現，引入過渡井之后，這兩根重力流管線在均不需要降低埋深的情況下完成了交叉。這種優化設計方案極大地減少了重力流管線及終端水池的埋深。

雖然過渡井在減少埋深的問題上效果很好，但這并不是一勞永逸的方法。大部分排水管線內懸浮物含量高，容易在過渡井內沉泥，嚴重可造成堵塞，當過渡井堵塞之后清理也較普通排水檢查井麻煩。在工程中，須具體情況具體分析，合理選用過渡井。

4.2 管道基礎

通過設計人員討論和具體工程實踐經驗，提出了一種管道基礎的做法，解決了在地質條件差的情況下管道沉降等問題。其基礎組成為（由底至頂）：50mm粗砂墊層、有紡土工布、50mm粗砂墊層、300mm厚碎石、120°砂石基礎。其中，厚碎石和砂石基礎的作用是分散管道重力，降低壓強；土工布的作用是將管道基礎與管道包裹起來，防止管道基礎的流失；粗砂墊層則是為了防止厚碎石等物體在施工的過程中刺破土工布而設置的。

根據工程經驗，此基礎應滿足如下施工要求：（1）土工布鋪砌寬度同開槽槽寬，鋪設土工布之前溝槽底應平整，雜物應清除干凈。（2）溝槽兩側要求壓邊400mm，即土工布翻邊至管頂以上400mm。（3）土工布聯結采用搭接法，要求搭接寬度≥400mm。（4）工布鋪放平順，緊松適度，并與土面密貼。

4.3 化糞池的設置技巧

化糞池在國內外都應用的較為普遍，在一定程度上起到了保護環境的作用【3】。但在主干管網的設計中，不應設置化糞池。由于化糞池處理和水力需要，進水管與出水管標高應相差100mm。這點與排水檢查井不一樣。若支線排水進入主干管網中的排水檢查井，則只需考慮出水管管底標高能滿足進水管水流需要即可。由于在主干管網的設計階段無法確定流入化糞池的支管標高。所以，一旦支線排水達不到標高要求，就需在化糞池前增設一座排水檢查井，用于調整標高。故化糞池應在管網支線中設置，既靈活，又可避免井的浪費。

4.4 排水檢查井的設置技巧

管徑大小的不同決定了疏通方式的不同，所以規范《石油化工企業設計防火規范》中規定的排水檢查井最大設計間距也不同。但工廠管網的運行管理沒有市政管網那么完善，通常在管道無法用人去疏通的時候，基本都是使用長竹竿等工具來完成疏通。考慮到這些工具長度等局限性，故在工廠排水管網系統中，對于小于DN800的管道上，排水檢查井的最大間距宜按40米之內進行設計。當管道尺寸大于等于DN800后，檢修工即可進入管道操作，再按《石油化工企業設計防火規范》中建議的最大間距進行設計。

需要注意的是，由于《室外排水設計規范》中規定了雨水口的間距，所以雨水管線上檢查井的間距應結合雨水口的間距予以綜合考慮。

5 結語

筆者根據自身工程經驗，提出了對管網的認識及問題解決的方法，通過優化管網設計來達到提高設計質量，節省施工投資等目的。

【1】錢思琦.關于管線綜合設計的幾個要點【J】城市道橋與防洪，2006（5）：90-92

【2】鄭秋芳.工業循環冷卻水工藝設計【J】山西化工，2000,20（2）：3-4

【3】翟建玲.談化糞池的應用與發展.【J】山西建筑，2011,37（26）：141-142