石化厂区清洁雨水管道系统的设计计算研究

林廷献

(福建省城乡规划设计研究院 福建福州 350008)

石化厂区清洁雨水管道系统的设计计算研究

林廷献

(福建省城乡规划设计研究院 福建福州 350008)

分析了石化厂区雨水系统的特点，并据此划分了石化厂区雨水系统的类别，确定了适合其内部清洁雨水管道设计流量计算的相关参数，进而详细介绍了清洁雨水管道设计流量的具体计算过程。

石化厂区；初期雨水；清洁雨水；暴雨强度

0 引言

石化厂区的管线多且复杂，特别是由于厂区内初期雨水污染严重等特点，必须对初期雨水进行处理达标后才能外排，其内部管线的计算设计与市政道路管线之间存在着较大区别。国内现状主要对初期雨水量的界定、初期雨水的收集与处理展开研究，但对污染区域的初期雨水经单独收集后，清洁雨水管道系统设计计算的影响研究甚少。本文对石化厂区的特点，研究其暴雨计算相关参数及清洁雨水管道系统的设计计算方法，以供有关设计参考。

1 石化厂区雨水系统分类

石化企业内的油库区、罐区、生产装置区等由于生产运输过程的“跑、冒、滴、漏”，以及事故等原因，散落在露天场地的油品和化工产品，被雨水冲刷后形成含油量大、污染严重的初期雨水[1]，需在污染区域周围设置围堰，将初期污染雨水收集后进入初期雨水系统，再用水泵提升到含油雨水缓冲罐，经隔油、浮选等工艺处理后排至监控池，监控合格后外排[1-2]；如发现监控池中水质仍不满足排放要求，则切换到污水处理场进一步生化处理。污染区域的后期雨水则与其它区域(如辅助生产区域、道路等)的清洁雨水一同进入清洁雨水系统，经监控池监控合格后外排[3]，如图1所示。

图1 石化厂区雨水系统示意图

2 相关参数确定

雨水管道系统所要排除的雨水，属于暴雨性质，形成的雨水径流量较大，应按城市暴雨强度公式和雨水设计流量公式计算。

Q=ψ·q·F

(1)

(2)

式中：Q——雨水设计流量，L/s；ψ——地面径流系数；q——设计暴雨强度，L/s·ha；F——汇水面积，ha；P——设计暴雨重现期，a；t——降雨历时，min；t1——地面集水时间，min；t2——雨水在管道中流到设计断面的流行时间，min；A、C、b、n——待定参数。

(1)设计重现期P

暴雨强度的重现期指等于或大于该暴雨强度发生一次的平均时间间隔。针对不同重要程度地区的雨水管渠，应采取不同的重现期来设计。《室外排水设计规范》(GB50014-2006，2016版)规定中小城市中心城区重要地区雨水管渠设计重现期采用3年～5年。大城市和特大城市中心城区的重要地区雨水管渠设计重现期采用5年～10年[4]。因此，根据石化企业的规模和重要性，结合经济因素，重现期采用3年～10年计算较为合理，有条件的地区则可取更高。

(2)径流系数ψ

影响径流系数的因素有地面透水性、植物和洼地的截流量、集流时间和暴雨雨型等，应根据地块的不同性质选用。石化厂内地块多为混凝土路面或屋面，硬化程度较高，地表透水性差，综合径流系数应采用0.8～0.85。

(3)地面集水时间t1

在地面平坦、地面覆盖接近的情况下，地面集水距离是决定集水时间长短的主要因素，当地面集水距离为50m～150m时，地面集水时间t1取5min～15min。厂内雨水管道系统由于每条管段的汇水面积较小，最长地面集水距离一般不超过50m，其地面汇流时间t1通常取5min。

(4)初期污染雨水降雨历时t初

根据《石油化工企业给水排水系统设计规范》(SH3015-2003)及石化厂区雨水排水设计经验，初期污染雨水一般定义为污染区域的初期15mm～30mm雨水量，具体应根据初期雨水的污染程度及暴雨特征综合选定[1，3]。初期雨水进入污染雨水管道系统，后期的清洁雨水与其他区域的雨水一起汇入清洁雨水管道系统中，相当于延长了雨水汇入管道的地面集水时间t1(此时t2=0，降雨历时t=t1)。因此，需计算初期污染雨水对应的降雨历时t初。

将公式(2)转化为：

(3)

式中：i——暴雨强度，mm/min。

暴雨强度公式是根据5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min实测平均暴雨强度经过频率分析，得出上述各种历时及各种重现期的平均暴雨强度，然后再建立其经验公式。所以，利用公式计算出的降雨强度i或q都是指某历时平均雨强。

因此，降雨量ΔH：

ΔH=it

(4)

将公式(3)带入公式(4)，得：

(5)

因此，可根据设计重现期P，求出对应的初期降雨历时t初。

3 设计计算

根据暴雨强度公式(2)，计算雨水管段设计流量时，随着计算管段数量的增加，集水面积不断增大，降雨强度则逐渐减小。由于30mm初期降雨量对应的降雨历时较长，如果中间管段有汇流将初期雨水单独收集的地块，应计算汇流该地块时的管段雨水设计流量(降雨历时取大的管段)。如果该流量小于上游雨水管道的设计流量，应设定下游管段设计流量等于上游管段设计流量。具体计算过程如图2所示。

图2 雨水管道设计流量计算注：指无污染地块 指初期雨水单独收集的污染地块

(1)第一条雨水管道的设计流量Q1

起始端t初一般比t1+mt2大，降雨历时未达到t初时，污染地块的雨水进入初期雨水管道系统，清洁雨水管道的流量Q1仅为清洁地块的雨水，则Q1为：

(6)

当降雨历时达到t初时，污染地块的初期雨水收集结束，该地块后期雨水开始进入清洁雨水管道系统，此时清洁雨水管道的流量Q1为：

(7)

比较公式(6)和(7)的计算结果，管段设计流量按大者选用。

(2)第二条雨水管道的设计流量Q2

(8)

或

(9)

将公式(8)和(9)的计算结果进行比较，管道设计流量按大者选用。

(10)

将公式(10)的计算结果与Q1进行比较，管道设计流量按大者选用。

(3)第N-1条雨水管道的设计流量QN-1

(11)

或

(12)

将公式(11)和(12)的计算结果与QN-2进行比较，管道设计流量按大者选用。

(13)

将公式(13)的计算结果与QN-2进行比较，管道设计流量按大者选用。

(4)第N条雨水管道的设计流量QN

(14)

或

(15)

将公式(14)和(15)的计算结果与QN-1进行比较，管道设计流量按大者选用。

(16)

将公式(16)的计算结果与QN-1进行比较，管道设计流量按大者选用。

4 结语

由于石化厂区污染区域的初期雨水需单独收集，后期该污染区域的雨水则与其它区域(如辅助生产区域、道路等)的清洁雨水一同进入清洁雨水系统，因此，其清洁雨水管道系统的计算与市政道路雨水管道系统的计算不同。通过分析研究，提出以下建议，供设计计算时参考：

(1)暴雨强度的重现期应采用3年～10年；综合径流系数采用0.8～0.85；地面集水时间采用5min。

(2)初期污染雨水一般定义为污染区域的初期15mm～30mm雨水量，具体应根据初期雨水的污染程度及暴雨特征综合选定，而清洁雨水管道系统计算所需的初期降雨历时应根据公式(5)，从设定的初期污染雨水量推算得出。

(4)市政道路上在降雨初期约10mm～15mm厚形成的地表径流，由于溶解了空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体，雨水的污染程度高[5]，其初期雨水的径流过程与石化厂区相似，因此，市政道路上后期雨水管道的计算也可参考文中石化厂区清洁雨水管道系统的相关计算方法。

[1] 陈中涛，郭宏山，回军，等. 炼油企业初期雨水收集和处理[J]. 油气田环境保护，2011，21(6)：25-26.

[2] 曹杰. 联合化工厂暴雨雨水的治理[J]. 石油化工设计，1997，14(2)：56-57.

[3] SH3015-2003 石油化工企业给水排水系统设计规范[S] .2003.

[4] GB50014-2006 室外排水设计规范[S].2016.

[5] 初期雨水治理打造“清水工程”新亮点.新华网[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

林廷献(1985.12- )男，工程师

E-mail:289370277@qq.com

2017-05-07

TU991

A

1004-6135(2017)07-0140-03