某國外項目淹沒式初期雨水管道系統設計

高 偉

（中國石化工程建設有限公司，北京 100101）

1 概述

國內石油化工項目中，自流排水管道系統（包括初期雨水系統）通常為干式，即管道按一定坡度敷設，排水過程結束后管道內部不存水。

在東南亞某石化項目中，按照前端工程設計要求，初期雨水管道系統采用淹沒式設計，即管道敷設沒有坡度（水平），平時管道中一直存水，地面來水靠水力坡度作用排放。

2 設計參數

按照項目規定，系統中靜止水面高于管頂5cm，起始井自由水頭不小于15cm（避免地面淹水），系統水頭損失包括井水頭損失、管道水頭損失和堰水頭損失，如圖1所示。

本項目初期雨水管道采用玻璃鋼管，最小埋深為1.5m，最小管徑DN250，最小流速0.3m/s，最大流速0.9m/s。

3 井的水頭損失

井的水頭損失計算采用如圖2所示的簡化公式，其中v為井出口管道流速。

4 管道水頭損失

管道水頭損失按照謝才公式計算[1]：

其中謝才系數采用如下簡化公式計算[1]：

對于玻璃鋼管，k取0.2[1]。R為水力半徑。

5 堰水頭損失

管道系統末端采用自由堰，如圖3所示。

圖中Q=1.84Lh3/2，或h=（Q/1.84L）2/3；L為堰長。

6 系統計算

考慮到雨水和消防水的各種工況組合，本項目共有5種初期雨水收集工況。其中水量最大的工況為10a一遇降雨，設計水量為18 870m3/h，計算得系統最大管徑為DN2000。計算示例，如表1所示。

表1 水力計算表

續表

由于管道系統龐大，系統水頭損失過大，計算得末端管道水面標高低于管頂5cm的設定標高，因此將末端管道埋深加大至1.7m。為了躲避初期雨水管道與其他地下設施的碰撞，其他管段也有局部低于1.5m的情況。

考慮到井中水面一直高于管頂，井中會出現積油狀況，故井中水面高度按0.85的油品密度折算（下標高從管內底計）[1]。

經核算，五種工況下的系統參數均符合項目標準，設計完成。

7 淹沒式雨水管道系統優點

采用淹沒式管道系統，系統管道平均埋深可以減小。本項目管道埋深均為1.5m（末端1.7m），管道沒有坡度；如果采用干式管道系統，例如起點管道埋深為1.0m，則末端管道埋深將達到至少3.0m（不考慮水封井損失的情況下），施工工程量將極大增加。

采用淹沒式管道系統，整個系統都處于5cm水封狀態，有利于消防安全。

本項目初期雨水管道選用玻璃鋼管材，管道重量比傳統管材（金屬或混凝土）輕，同時項目所在區域降水量充沛，因此大口徑埋地管道（本項目最大管道達DN2000）抗浮的要求比較高。采用淹沒式管道系統，管道中一直充滿水，有利于管道的抗浮。

8 結束語

與干式排水管道系統相比，淹沒式排水管道系統有利于減小管道平均埋深、減少工程量，有利于埋地管道抗浮，適用于無冰凍地區。但是同時應注意淹沒式排水管道系統中容易沉積泥沙等雜物，運行后會增大管道清通工作量。淹沒式排水管道/井中的存量水是否應作為污染水量計入初期雨水池容積，也是值得探討的一個問題。