林廷獻(xiàn)

(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350008)

石化廠區(qū)清潔雨水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算研究

林廷獻(xiàn)

(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350008)

分析了石化廠區(qū)雨水系統(tǒng)的特點(diǎn)，并據(jù)此劃分了石化廠區(qū)雨水系統(tǒng)的類別，確定了適合其內(nèi)部清潔雨水管道設(shè)計(jì)流量計(jì)算的相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而詳細(xì)介紹了清潔雨水管道設(shè)計(jì)流量的具體計(jì)算過(guò)程。

石化廠區(qū)；初期雨水；清潔雨水；暴雨強(qiáng)度

0 引言

石化廠區(qū)的管線多且復(fù)雜，特別是由于廠區(qū)內(nèi)初期雨水污染嚴(yán)重等特點(diǎn)，必須對(duì)初期雨水進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)后才能外排，其內(nèi)部管線的計(jì)算設(shè)計(jì)與市政道路管線之間存在著較大區(qū)別。國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀主要對(duì)初期雨水量的界定、初期雨水的收集與處理展開(kāi)研究，但對(duì)污染區(qū)域的初期雨水經(jīng)單獨(dú)收集后，清潔雨水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的影響研究甚少。本文對(duì)石化廠區(qū)的特點(diǎn)，研究其暴雨計(jì)算相關(guān)參數(shù)及清潔雨水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，以供有關(guān)設(shè)計(jì)參考。

1 石化廠區(qū)雨水系統(tǒng)分類

石化企業(yè)內(nèi)的油庫(kù)區(qū)、罐區(qū)、生產(chǎn)裝置區(qū)等由于生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程的“跑、冒、滴、漏”，以及事故等原因，散落在露天場(chǎng)地的油品和化工產(chǎn)品，被雨水沖刷后形成含油量大、污染嚴(yán)重的初期雨水[1]，需在污染區(qū)域周圍設(shè)置圍堰，將初期污染雨水收集后進(jìn)入初期雨水系統(tǒng)，再用水泵提升到含油雨水緩沖罐，經(jīng)隔油、浮選等工藝處理后排至監(jiān)控池，監(jiān)控合格后外排[1-2]；如發(fā)現(xiàn)監(jiān)控池中水質(zhì)仍不滿足排放要求，則切換到污水處理場(chǎng)進(jìn)一步生化處理。污染區(qū)域的后期雨水則與其它區(qū)域(如輔助生產(chǎn)區(qū)域、道路等)的清潔雨水一同進(jìn)入清潔雨水系統(tǒng)，經(jīng)監(jiān)控池監(jiān)控合格后外排[3]，如圖1所示。

圖1 石化廠區(qū)雨水系統(tǒng)示意圖

2 相關(guān)參數(shù)確定

雨水管道系統(tǒng)所要排除的雨水，屬于暴雨性質(zhì)，形成的雨水徑流量較大，應(yīng)按城市暴雨強(qiáng)度公式和雨水設(shè)計(jì)流量公式計(jì)算。

Q=ψ·q·F

(1)

(2)

式中：Q——雨水設(shè)計(jì)流量，L/s；ψ——地面徑流系數(shù)；q——設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度，L/s·ha；F——匯水面積，ha；P——設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期，a；t——降雨歷時(shí)，min；t1——地面集水時(shí)間，min；t2——雨水在管道中流到設(shè)計(jì)斷面的流行時(shí)間，min；A、C、b、n——待定參數(shù)。

(1)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P

暴雨強(qiáng)度的重現(xiàn)期指等于或大于該暴雨強(qiáng)度發(fā)生一次的平均時(shí)間間隔。針對(duì)不同重要程度地區(qū)的雨水管渠，應(yīng)采取不同的重現(xiàn)期來(lái)設(shè)計(jì)。《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50014-2006，2016版)規(guī)定中小城市中心城區(qū)重要地區(qū)雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用3年～5年。大城市和特大城市中心城區(qū)的重要地區(qū)雨水管渠設(shè)計(jì)重現(xiàn)期采用5年～10年[4]。因此，根據(jù)石化企業(yè)的規(guī)模和重要性，結(jié)合經(jīng)濟(jì)因素，重現(xiàn)期采用3年～10年計(jì)算較為合理，有條件的地區(qū)則可取更高。

(2)徑流系數(shù)ψ

影響徑流系數(shù)的因素有地面透水性、植物和洼地的截流量、集流時(shí)間和暴雨雨型等，應(yīng)根據(jù)地塊的不同性質(zhì)選用。石化廠內(nèi)地塊多為混凝土路面或屋面，硬化程度較高，地表透水性差，綜合徑流系數(shù)應(yīng)采用0.8～0.85。

(3)地面集水時(shí)間t1

在地面平坦、地面覆蓋接近的情況下，地面集水距離是決定集水時(shí)間長(zhǎng)短的主要因素，當(dāng)?shù)孛婕嚯x為50m～150m時(shí)，地面集水時(shí)間t1取5min～15min。廠內(nèi)雨水管道系統(tǒng)由于每條管段的匯水面積較小，最長(zhǎng)地面集水距離一般不超過(guò)50m，其地面匯流時(shí)間t1通常取5min。

(4)初期污染雨水降雨歷時(shí)t初

根據(jù)《石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(SH3015-2003)及石化廠區(qū)雨水排水設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初期污染雨水一般定義為污染區(qū)域的初期15mm～30mm雨水量，具體應(yīng)根據(jù)初期雨水的污染程度及暴雨特征綜合選定[1，3]。初期雨水進(jìn)入污染雨水管道系統(tǒng)，后期的清潔雨水與其他區(qū)域的雨水一起匯入清潔雨水管道系統(tǒng)中，相當(dāng)于延長(zhǎng)了雨水匯入管道的地面集水時(shí)間t1(此時(shí)t2=0，降雨歷時(shí)t=t1)。因此，需計(jì)算初期污染雨水對(duì)應(yīng)的降雨歷時(shí)t初。

將公式(2)轉(zhuǎn)化為：

(3)

式中：i——暴雨強(qiáng)度，mm/min。

暴雨強(qiáng)度公式是根據(jù)5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min實(shí)測(cè)平均暴雨強(qiáng)度經(jīng)過(guò)頻率分析，得出上述各種歷時(shí)及各種重現(xiàn)期的平均暴雨強(qiáng)度，然后再建立其經(jīng)驗(yàn)公式。所以，利用公式計(jì)算出的降雨強(qiáng)度i或q都是指某歷時(shí)平均雨強(qiáng)。

因此，降雨量ΔH：

ΔH=it

(4)

將公式(3)帶入公式(4)，得：

(5)

因此，可根據(jù)設(shè)計(jì)重現(xiàn)期P，求出對(duì)應(yīng)的初期降雨歷時(shí)t初。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)暴雨強(qiáng)度公式(2)，計(jì)算雨水管段設(shè)計(jì)流量時(shí)，隨著計(jì)算管段數(shù)量的增加，集水面積不斷增大，降雨強(qiáng)度則逐漸減小。由于30mm初期降雨量對(duì)應(yīng)的降雨歷時(shí)較長(zhǎng)，如果中間管段有匯流將初期雨水單獨(dú)收集的地塊，應(yīng)計(jì)算匯流該地塊時(shí)的管段雨水設(shè)計(jì)流量(降雨歷時(shí)取大的管段)。如果該流量小于上游雨水管道的設(shè)計(jì)流量，應(yīng)設(shè)定下游管段設(shè)計(jì)流量等于上游管段設(shè)計(jì)流量。具體計(jì)算過(guò)程如圖2所示。

圖2 雨水管道設(shè)計(jì)流量計(jì)算注：指無(wú)污染地塊 指初期雨水單獨(dú)收集的污染地塊

(1)第一條雨水管道的設(shè)計(jì)流量Q1

起始端t初一般比t1+mt2大，降雨歷時(shí)未達(dá)到t初時(shí)，污染地塊的雨水進(jìn)入初期雨水管道系統(tǒng)，清潔雨水管道的流量Q1僅為清潔地塊的雨水，則Q1為：

(6)

當(dāng)降雨歷時(shí)達(dá)到t初時(shí)，污染地塊的初期雨水收集結(jié)束，該地塊后期雨水開(kāi)始進(jìn)入清潔雨水管道系統(tǒng)，此時(shí)清潔雨水管道的流量Q1為：

(7)

比較公式(6)和(7)的計(jì)算結(jié)果，管段設(shè)計(jì)流量按大者選用。

(2)第二條雨水管道的設(shè)計(jì)流量Q2

(8)

或

(9)

將公式(8)和(9)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，管道設(shè)計(jì)流量按大者選用。

(10)

將公式(10)的計(jì)算結(jié)果與Q1進(jìn)行比較，管道設(shè)計(jì)流量按大者選用。

(3)第N-1條雨水管道的設(shè)計(jì)流量QN-1

(11)

或

(12)

將公式(11)和(12)的計(jì)算結(jié)果與QN-2進(jìn)行比較，管道設(shè)計(jì)流量按大者選用。

(13)

將公式(13)的計(jì)算結(jié)果與QN-2進(jìn)行比較，管道設(shè)計(jì)流量按大者選用。

(4)第N條雨水管道的設(shè)計(jì)流量QN

(14)

或

(15)

將公式(14)和(15)的計(jì)算結(jié)果與QN-1進(jìn)行比較，管道設(shè)計(jì)流量按大者選用。

(16)

將公式(16)的計(jì)算結(jié)果與QN-1進(jìn)行比較，管道設(shè)計(jì)流量按大者選用。

4 結(jié)語(yǔ)

由于石化廠區(qū)污染區(qū)域的初期雨水需單獨(dú)收集，后期該污染區(qū)域的雨水則與其它區(qū)域(如輔助生產(chǎn)區(qū)域、道路等)的清潔雨水一同進(jìn)入清潔雨水系統(tǒng)，因此，其清潔雨水管道系統(tǒng)的計(jì)算與市政道路雨水管道系統(tǒng)的計(jì)算不同。通過(guò)分析研究，提出以下建議，供設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)參考：

(1)暴雨強(qiáng)度的重現(xiàn)期應(yīng)采用3年～10年；綜合徑流系數(shù)采用0.8～0.85；地面集水時(shí)間采用5min。

(2)初期污染雨水一般定義為污染區(qū)域的初期15mm～30mm雨水量，具體應(yīng)根據(jù)初期雨水的污染程度及暴雨特征綜合選定，而清潔雨水管道系統(tǒng)計(jì)算所需的初期降雨歷時(shí)應(yīng)根據(jù)公式(5)，從設(shè)定的初期污染雨水量推算得出。

(4)市政道路上在降雨初期約10mm～15mm厚形成的地表徑流，由于溶解了空氣中的大量酸性氣體、汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體，雨水的污染程度高[5]，其初期雨水的徑流過(guò)程與石化廠區(qū)相似，因此，市政道路上后期雨水管道的計(jì)算也可參考文中石化廠區(qū)清潔雨水管道系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)算方法。

[1] 陳中濤，郭宏山，回軍，等. 煉油企業(yè)初期雨水收集和處理[J]. 油氣田環(huán)境保護(hù)，2011，21(6)：25-26.

[2] 曹杰. 聯(lián)合化工廠暴雨雨水的治理[J]. 石油化工設(shè)計(jì)，1997，14(2)：56-57.

[3] SH3015-2003 石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S] .2003.

[4] GB50014-2006 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].2016.

[5] 初期雨水治理打造“清水工程”新亮點(diǎn).新華網(wǎng)[Z]．2015-01-23.

Design and calculation of clean rainwater piping system in petrochemical plant area

LINTingxian

(Fujian Urban & Rural Planning Design Institute,Fuzhou 350008)

Analyzed the characteristics of petrochemical factory drainage system, and on the basis of dividing the drainage system of the petrochemical factory category, determined the suitable to the internal clean rainwater pipeline design flow calculation of relevant parameters, and then introduced the clean rainwater pipeline design flow of the concrete calculation process.

Petrochemical factory; Initial rainwater; Clean rainwater; Rainstorm intensity

林廷獻(xiàn)(1985.12- )男，工程師

E-mail:289370277@qq.com

2017-05-07

TU991

A

1004-6135(2017)07-0140-03