海上石油平臺(tái)生活樓污水處理系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)

朱峰，高榮俊，邵艷紅

（1. 天津修船技術(shù)研究所， 天津 300456； 2. 海洋石油工程股份有限公司設(shè)計(jì)公司， 天津 300456）

生活污水的排放是影響生活樓環(huán)境的主要因素之一，國際防污染公約及國內(nèi)海上污水排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)沿海及海上生活污水的排放制定了嚴(yán)格的規(guī)定，一旦污水管線出現(xiàn)故障，必須準(zhǔn)確排障、快速維修。迄今為止不乏因系統(tǒng)故障，處理不及時(shí)而排放到港區(qū)的案例，最后面臨高額的罰款。由于生活樓空間有限，污水管路的管徑較大又設(shè)有坡度，使得污水管線的布置成為配管專業(yè)的難點(diǎn)。本文結(jié)合近年來的生活樓設(shè)計(jì)規(guī)范，主要對(duì)生活樓污水的設(shè)計(jì)、選材及布置進(jìn)行簡單的介紹。

1 管材的選取

不論何種用途的設(shè)計(jì)，在管材選取時(shí)都應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：

（1）管道承受的內(nèi)壓和外荷載強(qiáng)度；

（2）管道耐腐蝕性；

（3）管道的使用年限；

（4）管材的價(jià)格、運(yùn)輸及施工難易程度；

（5）內(nèi)壁的光滑程度。

管線按材質(zhì)分主要有金屬管、非金屬管兩大類，金屬管主要有銅管，不銹鋼管和鍍鋅管及內(nèi)涂塑管，非金屬管線材質(zhì)主要有 PE、PVC、CPVC、PPR、GRE、ABS等。金屬管的優(yōu)點(diǎn)是力學(xué)性能好，承壓及抗沖擊性能強(qiáng)，非金屬管的優(yōu)點(diǎn)是安裝方便，材質(zhì)輕，內(nèi)壁光滑。

生活樓根據(jù)最大設(shè)計(jì)人數(shù)選取的排污管線一般為DN100和DN150，根據(jù)組塊的設(shè)備功能，污水管道的沖洗多用海水，即使平臺(tái)有海水淡化裝置，也需要將海水系統(tǒng)作為備選，應(yīng)急使用。由于上述原因，銅管顯然成本太高，而鋼管不耐海水腐蝕，尤其是鍍鋅管還會(huì)引起重金屬排放超標(biāo)，隨著非金屬管材技術(shù)的日趨成熟和推廣用，金屬管材在近幾年來污水設(shè)計(jì)中已很少選用，且金屬管材由于質(zhì)量重，施工難度高，維修不方便，幾乎被淘汰。

所有非金屬材料的性能雖有差異，但各有優(yōu)劣，且使用壽命都在50年以上，在材質(zhì)選取時(shí)應(yīng)從安全或經(jīng)濟(jì)角度考慮。從安全可靠性考慮，玻璃鋼材質(zhì)輕，比強(qiáng)高，抗疲勞性能及耐腐蝕性能突出，摩阻系數(shù)小，輸送能力大，比強(qiáng)度約為鋼材的4倍，顯然是污水管路的首選材料。其缺點(diǎn)是安裝水平要求高，如施工不好易漏水，耐高溫及抗紫外線性能差，由于國內(nèi)的玻璃鋼制造工藝不夠完善，多數(shù)依賴進(jìn)口，使得玻璃鋼的價(jià)格昂貴。從經(jīng)濟(jì)適用性考慮，PPR和ABS由于良好的抗污染，耐腐蝕，多用于生活飲用水管，價(jià)格略貴，所以污水設(shè)計(jì)時(shí)常選PVC、CPVC及PE管，聯(lián)接方式主要采取熱熔或粘接。選取CPVC時(shí)需要注意，有些項(xiàng)目在生活樓的入級(jí)認(rèn)證時(shí)需要提供管材的低播焰性證書。

2 污水系統(tǒng)的處理方式及分類

污水的排放有真空抽吸式和重力排放式。重力排放式因成本較低，維護(hù)方便在海上生活樓的設(shè)計(jì)中廣泛使用。海上生活污水根據(jù)來源主要有灰水、黑水及廚房污水三個(gè)系統(tǒng)?；宜畞碇料词g、洗衣間等的洗池用水，一般可直接或經(jīng)污水處理橇的灰水處理裝置處理后排海，黑水主要來至衛(wèi)生間的糞便水和醫(yī)療室的沖洗水，必須經(jīng)過污水處理橇的黑水處理裝置處理并達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排海，廚房污水因含有較多的油污，根據(jù)新的排放要求，廚房污水必須進(jìn)過油水分離裝置處理后再進(jìn)入污水處理橇的黑水裝置處理，這三個(gè)系統(tǒng)在經(jīng)過污水處理橇之前必須是獨(dú)立的系統(tǒng)不得共用總管路，這樣既可以減少污水處理橇的處理容量，又利于管線的布置，其工藝原理圖如圖1。

圖1 污水處理系統(tǒng)示意圖

3 系統(tǒng)參數(shù)的確定

一般情況下，每層的污水主管線不得小于DN100，生活樓的排污總管不應(yīng)小得DN150。同時(shí)也需考慮生活樓每天用水高峰期的排污量，不足時(shí)需要根據(jù)流速對(duì)照表選取更大管徑。目前的計(jì)算都是基于《GB-50015 建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行，其公式如下：

式中：q0—同類型的一個(gè)衛(wèi)生器具排水額定流量（l/s）

n0—同類型衛(wèi)生器具數(shù)

b—同類型衛(wèi)生器具排水百分比。

沖洗水箱大便器的同時(shí)排水百分?jǐn)?shù)應(yīng)按12%計(jì)算。

注：當(dāng)計(jì)算流量小于一個(gè)大便器排水流量時(shí)，應(yīng)按照一個(gè)大便器的排水流量計(jì)算。

表2 器具排水參數(shù)

管內(nèi)徑公式:

式中：D1—管內(nèi)徑；

L0—流速。

表3 管徑/流速/流量對(duì)照表

如國內(nèi)某120人生活樓根據(jù)上述公式及表格計(jì)算得出生活樓總排污量為：qg=40.1 m3/h; 根據(jù)對(duì)照表，選取開式系統(tǒng)流量L0=1.8 m/s，計(jì)算確定管內(nèi)徑D1=97.261 95 mm，故最終確定總排污管線直徑為DN150 mm。

4 污水管線的布置

在選用重力式污水排放時(shí)，生活樓各層的污水主管及排污總管的坡度一般小于100 mm/1 m，從各用戶的分支管路到主管路如果確因空間不足，坡度可適當(dāng)放緩，但通常不小于50 mm/1 m。因有坡度要求，總管的管道井一般設(shè)置在生活樓布置圖的中間位置，使得各方向的用戶都能通過較短的路徑匯入主管或總管。污水管線通常布置在走廊的天花板上方，且位于其他專業(yè)的最底層，不得布置在房間的正上方，尤其是起居室、配電室及廚房。當(dāng)污水管線必須從電纜托架或通風(fēng)管線上經(jīng)過時(shí)，托架或風(fēng)管兩側(cè)最邊緣向外 5度范圍內(nèi)不得有管線的接口。主管及總管應(yīng)每隔20 m或水平變向時(shí)增設(shè)一個(gè)維修口，維修口可用三通或馬鞍口引出并用盲板封堵，空間有限時(shí)用由壬直接聯(lián)接在主管上。管道井內(nèi)的總管根據(jù)層高分出數(shù)段，每段分別用法蘭聯(lián)接，在做靜水試驗(yàn)時(shí)方便分段試壓，既不會(huì)因高差太大造成水壓過高損壞管路，也有利于日后的維護(hù)。每層管道井旁應(yīng)設(shè)檢修門，管道的維修口或各層的聯(lián)接法蘭應(yīng)布置在通過檢修門易于維護(hù)的位置。所以配管專業(yè)在基本設(shè)計(jì)階段就應(yīng)向結(jié)構(gòu)及舾裝專業(yè)提供詳細(xì)的管道井尺寸、位置，并根據(jù)管網(wǎng)規(guī)劃圖協(xié)商舾裝或結(jié)構(gòu)專業(yè)及時(shí)調(diào)整房間位置，優(yōu)化污水管線路徑。由于海上空氣濕度大，溫差大，即使選用非金屬管線，外壁依然會(huì)出現(xiàn)大量的冷凝水，故建議污水管線至少增設(shè)20 mm厚的保溫層，減少冷凝水的產(chǎn)生。為了平衡污水管的內(nèi)外壓力，每條獨(dú)立的污水管路必須設(shè)計(jì)一路排氣系統(tǒng)，排氣系統(tǒng)應(yīng)置于污水系統(tǒng)的最高點(diǎn)（見圖1），且用不小于DN50的管線引至生活樓外，中間不得出現(xiàn)高點(diǎn)或低點(diǎn)。排氣孔位置不得位于通風(fēng)系統(tǒng)送風(fēng)口的上風(fēng)位置，不得位于過道上方，目前多布置在飛機(jī)甲板下方，并在末端用防蟲網(wǎng)封堵,如果污水排氣孔正對(duì)生產(chǎn)區(qū)一側(cè)，在防蟲網(wǎng)前還應(yīng)增設(shè)阻火器。

5 結(jié) 論

污水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)生活樓工藝配管設(shè)計(jì)的難點(diǎn)與重點(diǎn)，隨著人類對(duì)環(huán)境、健康、環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，公約或標(biāo)準(zhǔn)的不斷修正，新型材料及污水處理技術(shù)的不斷更新。還會(huì)有更多新的設(shè)計(jì)及要求不斷融入進(jìn)來。需要每一位設(shè)計(jì)者不斷努力，為海上居住人員提供一個(gè)更為環(huán)保，舒適的生活環(huán)境。

[1]西南交通大學(xué)《GB-50015 建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》2009 修訂版.

[2]國際海事局 《國際海上人命安全公約》-（SOLAS）2004.

[3]《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》.

[4]《海上固定平臺(tái)安全規(guī)則》.