石化廠區清潔雨水管道系統的設計計算研究

林廷獻

(福建省城鄉規劃設計研究院 福建福州 350008)

石化廠區清潔雨水管道系統的設計計算研究

林廷獻

(福建省城鄉規劃設計研究院 福建福州 350008)

分析了石化廠區雨水系統的特點，并據此劃分了石化廠區雨水系統的類別，確定了適合其內部清潔雨水管道設計流量計算的相關參數，進而詳細介紹了清潔雨水管道設計流量的具體計算過程。

石化廠區；初期雨水；清潔雨水；暴雨強度

0 引言

石化廠區的管線多且復雜，特別是由于廠區內初期雨水污染嚴重等特點，必須對初期雨水進行處理達標后才能外排，其內部管線的計算設計與市政道路管線之間存在著較大區別。國內現狀主要對初期雨水量的界定、初期雨水的收集與處理展開研究，但對污染區域的初期雨水經單獨收集后，清潔雨水管道系統設計計算的影響研究甚少。本文對石化廠區的特點，研究其暴雨計算相關參數及清潔雨水管道系統的設計計算方法，以供有關設計參考。

1 石化廠區雨水系統分類

石化企業內的油庫區、罐區、生產裝置區等由于生產運輸過程的“跑、冒、滴、漏”，以及事故等原因，散落在露天場地的油品和化工產品，被雨水沖刷后形成含油量大、污染嚴重的初期雨水[1]，需在污染區域周圍設置圍堰，將初期污染雨水收集后進入初期雨水系統，再用水泵提升到含油雨水緩沖罐，經隔油、浮選等工藝處理后排至監控池，監控合格后外排[1-2]；如發現監控池中水質仍不滿足排放要求，則切換到污水處理場進一步生化處理。污染區域的后期雨水則與其它區域(如輔助生產區域、道路等)的清潔雨水一同進入清潔雨水系統，經監控池監控合格后外排[3]，如圖1所示。

圖1 石化廠區雨水系統示意圖

2 相關參數確定

雨水管道系統所要排除的雨水，屬于暴雨性質，形成的雨水徑流量較大，應按城市暴雨強度公式和雨水設計流量公式計算。

Q=ψ·q·F

(1)

(2)

式中：Q——雨水設計流量，L/s；ψ——地面徑流系數；q——設計暴雨強度，L/s·ha；F——匯水面積，ha；P——設計暴雨重現期，a；t——降雨歷時，min；t1——地面集水時間，min；t2——雨水在管道中流到設計斷面的流行時間，min；A、C、b、n——待定參數。

(1)設計重現期P

暴雨強度的重現期指等于或大于該暴雨強度發生一次的平均時間間隔。針對不同重要程度地區的雨水管渠，應采取不同的重現期來設計?！妒彝馀潘O計規范》(GB50014-2006，2016版)規定中小城市中心城區重要地區雨水管渠設計重現期采用3年～5年。大城市和特大城市中心城區的重要地區雨水管渠設計重現期采用5年～10年[4]。因此，根據石化企業的規模和重要性，結合經濟因素，重現期采用3年～10年計算較為合理，有條件的地區則可取更高。

(2)徑流系數ψ

影響徑流系數的因素有地面透水性、植物和洼地的截流量、集流時間和暴雨雨型等，應根據地塊的不同性質選用。石化廠內地塊多為混凝土路面或屋面，硬化程度較高，地表透水性差，綜合徑流系數應采用0.8～0.85。

(3)地面集水時間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間長短的主要因素，當地面集水距離為50m～150m時，地面集水時間t1取5min～15min。廠內雨水管道系統由于每條管段的匯水面積較小，最長地面集水距離一般不超過50m，其地面匯流時間t1通常取5min。

(4)初期污染雨水降雨歷時t初

根據《石油化工企業給水排水系統設計規范》(SH3015-2003)及石化廠區雨水排水設計經驗，初期污染雨水一般定義為污染區域的初期15mm～30mm雨水量，具體應根據初期雨水的污染程度及暴雨特征綜合選定[1，3]。初期雨水進入污染雨水管道系統，后期的清潔雨水與其他區域的雨水一起匯入清潔雨水管道系統中，相當于延長了雨水匯入管道的地面集水時間t1(此時t2=0，降雨歷時t=t1)。因此，需計算初期污染雨水對應的降雨歷時t初。

將公式(2)轉化為：

(3)

式中：i——暴雨強度，mm/min。

暴雨強度公式是根據5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min實測平均暴雨強度經過頻率分析，得出上述各種歷時及各種重現期的平均暴雨強度，然后再建立其經驗公式。所以，利用公式計算出的降雨強度i或q都是指某歷時平均雨強。

因此，降雨量ΔH：

ΔH=it

(4)

將公式(3)帶入公式(4)，得：

(5)

因此，可根據設計重現期P，求出對應的初期降雨歷時t初。

3 設計計算

根據暴雨強度公式(2)，計算雨水管段設計流量時，隨著計算管段數量的增加，集水面積不斷增大，降雨強度則逐漸減小。由于30mm初期降雨量對應的降雨歷時較長，如果中間管段有匯流將初期雨水單獨收集的地塊，應計算匯流該地塊時的管段雨水設計流量(降雨歷時取大的管段)。如果該流量小于上游雨水管道的設計流量，應設定下游管段設計流量等于上游管段設計流量。具體計算過程如圖2所示。

圖2 雨水管道設計流量計算注：指無污染地塊 指初期雨水單獨收集的污染地塊

(1)第一條雨水管道的設計流量Q1

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

(6)

當降雨歷時達到t初時，污染地塊的初期雨水收集結束，該地塊后期雨水開始進入清潔雨水管道系統，此時清潔雨水管道的流量Q1為：

(7)

比較公式(6)和(7)的計算結果，管段設計流量按大者選用。

(2)第二條雨水管道的設計流量Q2

(8)

或

(9)

將公式(8)和(9)的計算結果進行比較，管道設計流量按大者選用。

(10)

將公式(10)的計算結果與Q1進行比較，管道設計流量按大者選用。

(3)第N-1條雨水管道的設計流量QN-1

(11)

或

(12)

將公式(11)和(12)的計算結果與QN-2進行比較，管道設計流量按大者選用。

(13)

將公式(13)的計算結果與QN-2進行比較，管道設計流量按大者選用。

(4)第N條雨水管道的設計流量QN

(14)

或

(15)

將公式(14)和(15)的計算結果與QN-1進行比較，管道設計流量按大者選用。

(16)

將公式(16)的計算結果與QN-1進行比較，管道設計流量按大者選用。

4 結語

由于石化廠區污染區域的初期雨水需單獨收集，后期該污染區域的雨水則與其它區域(如輔助生產區域、道路等)的清潔雨水一同進入清潔雨水系統，因此，其清潔雨水管道系統的計算與市政道路雨水管道系統的計算不同。通過分析研究，提出以下建議，供設計計算時參考：

(1)暴雨強度的重現期應采用3年～10年；綜合徑流系數采用0.8～0.85；地面集水時間采用5min。

(2)初期污染雨水一般定義為污染區域的初期15mm～30mm雨水量，具體應根據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計算所需的初期降雨歷時應根據公式(5)，從設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程與石化廠區相似，因此，市政道路上后期雨水管道的計算也可參考文中石化廠區清潔雨水管道系統的相關計算方法。

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

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

[3] SH3015-2003 石油化工企業給水排水系統設計規范[S] .2003.

[4] GB50014-2006 室外排水設計規范[S].2016.

[5] 初期雨水治理打造“清水工程”新亮點.新華網[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(1985.12- )男，工程師

E-mail:289370277@qq.com

2017-05-07

TU991

A

1004-6135(2017)07-0140-03