梁帥，陳家平，張雪巖

（中國建筑第二工程局有限公司，北京100071）

1 引言

給排水地下管網(wǎng)施工建設(shè)是石油化工生產(chǎn)中的必要環(huán)節(jié)，起到維護(hù)連續(xù)性生產(chǎn)，確保廠區(qū)環(huán)境安全的作用。 由于大部分排水管線埋設(shè)在地下，存在火災(zāi)、爆炸等安全隱患，因此，本次研究在進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)探討生產(chǎn)需求和消防需求，通過文獻(xiàn)調(diào)查、 案例分析等方法展開對(duì)石油化工項(xiàng)目給排水地下管網(wǎng)的設(shè)計(jì)，致力于實(shí)現(xiàn)全方位、標(biāo)準(zhǔn)化施工，力爭(zhēng)技術(shù)先進(jìn)、符合環(huán)保指標(biāo)、安全可靠。

2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某石油化工項(xiàng)目全長(zhǎng)占地面積310 hm2，整體地勢(shì)表現(xiàn)為南高北低，最大差約37 m，從南至北1～3 臺(tái)階為裝置區(qū)，4 臺(tái)階甚至污水處理系統(tǒng)，5 臺(tái)階設(shè)置雨水監(jiān)控池和消防水池，能夠通過重力實(shí)現(xiàn)污水自動(dòng)處理。 地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)主要包括供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)以及循環(huán)水系統(tǒng)。

3 地下給排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)范圍

石油化工項(xiàng)目給排水地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)范圍：工藝裝置區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、公用工程設(shè)施區(qū)等界區(qū)紅線外區(qū)域的地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)。

3.2 設(shè)計(jì)依據(jù)及準(zhǔn)備階段

3.2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

本次工程設(shè)計(jì)主要依據(jù)廠區(qū)總平面圖布置圖、水平衡圖、氣象資料、豎向布置圖以及相關(guān)界區(qū)接管與水量范圍等資料，詳細(xì)分析石油化工廠區(qū)內(nèi)地下室布局，以及電氣、通信、儀表等應(yīng)用情況，規(guī)定地下施工占地與管道接線走向。

3.2.2 準(zhǔn)備階段

從工程整體性角度思考，為避免二次開挖破路，本次工程選擇先建設(shè)管網(wǎng)的方案，提前做好以下準(zhǔn)備工作。

1）搜集資料。 先與甲方進(jìn)行溝通并做好數(shù)據(jù)資料對(duì)接，包括給水裝置位置、規(guī)模、接口管徑以及水壓等，再提供供水方案。

2）匯總建筑排污情況，根據(jù)石油化工廠的地形優(yōu)勢(shì)做好污水和雨水排放模式，減少給排水壓力，降低能耗。

3）考察管線布置情況并大概設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng)位置，與裝置設(shè)計(jì)部門和業(yè)主進(jìn)行交流確認(rèn)接管口徑以及水壓等信息，避免造成返修成本。

3.3 系統(tǒng)劃分

石油化工項(xiàng)目廠區(qū)的給排水管網(wǎng)包括給水和排水兩種。給水管線包括生產(chǎn)生活用水、消防水、回用水以及循環(huán)冷卻水的管線；排水管線包括雨水、生產(chǎn)生活污水以及清凈廢水等管線。根據(jù)GB/T 50934—2013《石油化工工程防滲技術(shù)規(guī)范》，需要重點(diǎn)關(guān)注污水管道，做好防污處理，并對(duì)管道材質(zhì)、井滲漏、探傷比等進(jìn)行科學(xué)控制。 本次工程通過難度分析后選擇在管廊上敷設(shè)生產(chǎn)污水管道的方案。

3.4 管道敷設(shè)原則及布置

3.4.1 管道敷設(shè)原則

針對(duì)石油化工項(xiàng)目廠區(qū)給排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)需要滿足以下幾點(diǎn)。

1）在進(jìn)行管網(wǎng)平面布置時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合地形起伏情況提升管網(wǎng)設(shè)計(jì)環(huán)保性，綜合思考工程地質(zhì)、管道材質(zhì)、給排水負(fù)荷以及管道材質(zhì)等條件。 管道布設(shè)還應(yīng)做好主次區(qū)分，主管不可靠近水負(fù)荷大的裝置。

2）設(shè)計(jì)方面考慮分期建設(shè)，技術(shù)方面考慮水壓和水量，力求短距離建設(shè)降低成本。

3）豎向管道交叉部分秉持“小管讓大管、支管讓干管”的原則，且管道間凈距離控制在0.1 m 以上。

4）布設(shè)過程中需預(yù)留一定維修空間。

5）地下管網(wǎng)布設(shè)盡可能與廠區(qū)綠化帶位置一致，保證上下協(xié)調(diào)。

3.4.2 管道布置

根據(jù)SH 3034—2012 《石油化工給水排水管道設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）中內(nèi)容規(guī)定，需要將管道敷設(shè)在道路兩側(cè)，交叉部分保證小管避讓大管， 壓力管避讓重力管。 根據(jù)GB 501610—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《防火規(guī)范》） 中要求在設(shè)計(jì)地下管網(wǎng)消防管道時(shí)采用環(huán)形布設(shè)方式，并保證管道與路邊距離2 m。 石油化工工廠內(nèi)工程區(qū)部分消火栓間距控制在120 m 以內(nèi)； 工藝裝置與罐區(qū)消火栓間距控制在60 m 以內(nèi)，針對(duì)存儲(chǔ)罐、可燃?xì)怏w罐群以及設(shè)備群等，需要額外設(shè)置消防水炮。 循環(huán)水、生產(chǎn)生活給水、廢水需要連接不同接管點(diǎn)，線路以支狀布置。 針對(duì)DN800 以上的管徑管道設(shè)置檢修入孔，間距控制在500 m 以內(nèi)，具體如圖1 所示[1]。雨水管道設(shè)置與穩(wěn)高壓消防水管對(duì)應(yīng)，與路邊間距2 m。 雨水管道設(shè)計(jì)在裝置接點(diǎn)位置，呈支狀分布，按照廠區(qū)位置的地勢(shì)情況，將雨水總管安裝在第4 臺(tái)階，再接入雨水控制池。 根據(jù)道路情況設(shè)置雨水口，間距控制在25～45 m，雨水口管長(zhǎng)在25 m 以內(nèi)。 針對(duì)生活污水和廢水的處理可采用回用單元，呈支狀布置管線。

圖1 循環(huán)水系統(tǒng)（單位：mm）

3.5 管徑設(shè)置

3.5.1 雨水管道管徑設(shè)計(jì)

為降低能耗，雨水排水管主要依靠重力流，此類管道需要利用石油化工廠區(qū)的地勢(shì)設(shè)計(jì)坡度，需要注意的是，重力流管道需要遠(yuǎn)離道路并增加埋深。 石油化工工廠地下管線中雨水收集管道主要收集消防水、雨水以及界區(qū)紅線外的雨水，其中雨水和消防水量以廠區(qū)內(nèi)裝置承載量為主， 界區(qū)紅線外則根據(jù)小匯水面積暴雨徑流公式計(jì)算：

式中，Q 為雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；φ 為徑流系數(shù)，為徑流量與降雨量的比值，φ＜1；q 為設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，為L(zhǎng)/（s·hm2）；F 為匯水面積，hm2。

3.5.2 循環(huán)水、生產(chǎn)生活給水以及回用水管道的管徑

此類管道管徑需要按照石油化工工廠水平衡安裝壓力裝置的要求而定， 管徑需要保證經(jīng)濟(jì)流速， 根據(jù)Q/SH 0700—2008《給排水、消防管道配管設(shè)計(jì)規(guī)定》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)定》）中的內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳見表1。

表1 壓力流管道管徑

3.5.3 穩(wěn)高壓消防水管管徑設(shè)計(jì)

本次所研究的石油化工工廠占地面積為310 hm2，根據(jù)我國相關(guān)規(guī)定，廠區(qū)內(nèi)罐區(qū)液化烴罐組消防水量為490 L/s，工藝裝置區(qū)為450 L/s，因此，消防水主管需按940 L/s 計(jì)算管徑，做好接管點(diǎn)壓力與經(jīng)濟(jì)流速控制。

3.5.4 其余排水管道管徑設(shè)計(jì)

重力流管道布設(shè)應(yīng)根據(jù)廠區(qū)道路坡度走向、 位置來確認(rèn)排水管設(shè)計(jì)的走向，并注意相鄰管位置。 石油化工部分污水處理管道內(nèi)存在有毒物質(zhì)或易燃易爆風(fēng)險(xiǎn)，需要設(shè)置水封井，同時(shí)避免管線交叉碰撞。 排水管道設(shè)計(jì)需要結(jié)合水平衡圖，明確設(shè)計(jì)滿度和坡度，結(jié)合最大排水量進(jìn)行計(jì)算，可參考《規(guī)定》，本次研究重點(diǎn)分析重力流管道設(shè)計(jì)， 其中排水管道排流計(jì)算采用式（2）計(jì)算：Q排=AV （2）式中，Q排為排水管道設(shè)計(jì)流量，m3/s；A 為水流斷面面積，m2；V為流速，m/s。

流速計(jì)算：

式中，R 為水力半徑，m；I 為水力降坡；m 為粗糙系數(shù)。

重力流管最小設(shè)計(jì)流速需要根據(jù)水管性質(zhì)來設(shè)置，污水重力流管管道設(shè)計(jì)與雨水、 河流管的滿度下流速分別為0.6 m/s和0.75 m/s。 以最大設(shè)計(jì)充滿度為前提的管徑如表2 所示。

表2 最大設(shè)計(jì)充滿度

3.6 閥門設(shè)計(jì)

根據(jù)《規(guī)定》中對(duì)管道閥門設(shè)置的要求，需要對(duì)壓力管道的隆起部分和平直部分設(shè)置排氣閥，低點(diǎn)處設(shè)置泄水閥。 石油化工給排水地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)可利用廠區(qū)地勢(shì)臺(tái)階高差完成排水行為，匯聚到雨水檢查井內(nèi)[2]。 在設(shè)計(jì)泄水閥閥徑時(shí)應(yīng)根據(jù)生活生產(chǎn)給水、循環(huán)水以及消防水管道的長(zhǎng)度、管徑以及檢修時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。 本次工程所用的排氣閥安裝圖如圖2 所示，泄水閥安裝圖如圖3 所示。 消防水管道在石油化工地下給排水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)中為環(huán)形，為方便檢修，需要將環(huán)狀管道進(jìn)行獨(dú)立管劃分，應(yīng)用切斷閥，保證管道上消火栓數(shù)量在5 個(gè)以內(nèi)，加強(qiáng)裝置接點(diǎn)處控制。 針對(duì)生產(chǎn)生活給水、循環(huán)水等管道，設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足方便檢修這一條件，進(jìn)口處設(shè)置切斷閥。

圖2 排氣閥剖面

圖3 泄水閥剖面

3.7 管道埋深

3.7.1 給水管埋深

生產(chǎn)生活給水和回用水管敷設(shè)需要滿足冰凍線要求，本次石油化工項(xiàng)目地下建設(shè)區(qū)域冰凍層深度1.2 m，在設(shè)計(jì)過程中需要將管道設(shè)置在冰凍層以下， 管道施工還需思考檢修難度和排氣閥設(shè)計(jì)難度[3]。相比之下，循環(huán)水不需要考慮冰凍線。穩(wěn)高壓消防水管線設(shè)計(jì)也應(yīng)在冰凍線以下，同時(shí)，還需設(shè)計(jì)檢修入孔、室外消火栓以及切斷閥。 針對(duì)消防水主管室外消火栓的安裝，根據(jù)本次工程施工數(shù)據(jù)，從冰凍線以下依次為支管法蘭、消防水干管、排氣閥、卵石，冰凍層以上依次為自卸水口、卵石（粒徑20～30 mm）、室外設(shè)計(jì)地坪、室外消火栓。

3.7.2 排水管埋深

冰凍線對(duì)雨水管道埋深的影響不大， 但本次石油化工項(xiàng)目地下網(wǎng)管工作在地上工程施工前建設(shè)， 需要考慮重型機(jī)械的破壞。因此，管道敷設(shè)后上土層厚度控制在0.7 m 以上，生產(chǎn)生活污水與清凈廢水排放管道敷設(shè)在冰凍線上方0.15 m 處，地上施工工作開展時(shí)， 需要在地表機(jī)械行動(dòng)區(qū)域鋪設(shè)鋼板進(jìn)行緩沖，降低對(duì)地下管道的傷害。

4 管道與井的保護(hù)措施

若在建設(shè)過程中存在管道或井過于密集的問題， 可根據(jù)情況建設(shè)雙聯(lián)井， 共用井壁但執(zhí)行各自功能。 石油化工項(xiàng)目給排水地下管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與施工應(yīng)注意水封井設(shè)計(jì)， 降低事故影響。針對(duì)井材質(zhì)的選擇，需要用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)并安裝閥門井和泄水井，按照《規(guī)范》中的內(nèi)容，井壁厚度控制在200 mm以上，混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C30 以上，并在外壁涂抹環(huán)氧瀝青300 μm 用于外壁防腐。 管道保護(hù)措施主要包括鋼管連接、法蘭連接、 管道防腐。 其中， 管道防腐工作參考GB 8923.1—2011《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評(píng)定 第1部分：未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級(jí)和處理等級(jí)》中的內(nèi)容。 地下敷設(shè)管線防腐工作用3 層聚乙烯、溶結(jié)環(huán)氧粉末等涂抹，或用PR 膠粘帶，厚度控制在1.6 mm。

5 結(jié)語

為降低石油化工項(xiàng)目給排水地下管網(wǎng)建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)， 從給排水地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)開始應(yīng)加強(qiáng)平面圖等資料的收集， 做好生產(chǎn)區(qū)、設(shè)施區(qū)等各區(qū)給水、排水管線劃分的同時(shí)，明確工程建設(shè)難點(diǎn)。 工程采取在管廊上敷設(shè)生產(chǎn)污水管等方案，實(shí)現(xiàn)地下消防管網(wǎng)的環(huán)形布置，采用回用單元處理工業(yè)污廢水，并實(shí)現(xiàn)管線支狀布置，保證管網(wǎng)布置的科學(xué)性、合理性。 在方案實(shí)施階段，結(jié)合道路坡度、位置等確定管道走向，通過計(jì)算匯水面積暴雨徑流、最大排水量等參數(shù)完成各種管道管徑設(shè)計(jì)，并根據(jù)地勢(shì)條件等確定排氣閥和泄水閥位置。 在地下管網(wǎng)施工方面，則根據(jù)冰凍線和機(jī)械破壞問題確定管道埋深， 通過建設(shè)雙聯(lián)井等措施加強(qiáng)管網(wǎng)保護(hù)，保證管網(wǎng)可靠運(yùn)行。