大型工業(yè)項目給排水專業(yè)的綠色化和智能化設計

王偉杰

(機械工業(yè)第六設計研究院有限公司 工業(yè)與智能中心，河南 鄭州 450007)

寶雞市某公司是目前中國石油天然氣集團公司所屬的國內(nèi)規(guī)模較大、制造能力較強的石油鉆采裝備研發(fā)制造企業(yè)，同時也是全球最大的陸地石油鉆機和泥漿泵研發(fā)制造商，全球主要的鉆井裝備供應商之一，產(chǎn)品享譽海內(nèi)外。2008年，公司開始“退城進園”的整體搬遷工作。其新廠區(qū)一期占地1 350畝，建筑面積33萬平方米,大型生產(chǎn)車間8座。在項目前期，設計者與甲方進行多次溝通并達成一致意見，擬在項目設計中體現(xiàn)綠色(節(jié)能、環(huán)保)化理念[1]。為此，給排水專業(yè)(設計者)在方案階段就制定了包括全廠區(qū)廠房屋面雨水收集回用系統(tǒng)，全廠區(qū)生產(chǎn)廢水、生活污水集中收集、處理及中水供應系統(tǒng)，鍛造車間爐窯煙氣余熱利用系統(tǒng)的整套設計內(nèi)容。

1 屋面雨水收集回用系統(tǒng)設計

根據(jù)資料，寶雞市全年降雨量為679 mm，全廠一期8座大型生產(chǎn)廠房的建筑屋面總面積約為20萬平方米，硬化道路面積為12.2萬平方米。在進行方案論證時，對是否收集廠區(qū)道路的路面雨水進行了多次研討。在研討方案中，一是收集廠房屋面雨水及道路路面雨水，此方案能增大雨水的收集面積和收集量，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性，但因道路路面的污染物較多，初期雨水水質(zhì)較差，會增大后期雨水暫存、處理系統(tǒng)的難度；二是只收集屋面雨水，其水質(zhì)較好，化學需氧量(Chemical Oxygen Demand，COD)為 30～60 mg/L，水中懸浮物(Suspended Solids，SS)為20～40 mg/L，且水質(zhì)穩(wěn)定，后續(xù)處理工藝簡單，能大大降低雨水處理設備的日常管理、維護工作及費用。鑒于廠區(qū)設有污廢水收集、處理的中水供應系統(tǒng)，且廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)廠房多為壓型鋼板屋面，對雨水不會造成二次污染，最終確定只收集大型生產(chǎn)廠房的屋面雨水。

在廠區(qū)內(nèi)沿道路敷設地面雨水直排管網(wǎng)系統(tǒng)和屋面雨水回用收集管網(wǎng)系統(tǒng)[2]，分別用于收集地面雨水和屋面雨水。為方便屋面雨水收集考慮，所有廠房屋面均應采用虹吸壓力流排水系統(tǒng)排水。屋面雨水經(jīng)管網(wǎng)收集后匯至雨水回收利用站房的調(diào)節(jié)池內(nèi)，多余的雨水經(jīng)溢流裝置排入廠區(qū)路面雨水直排管網(wǎng)。整個屋面雨水收集、處理、回用的大致流程為：屋面雨水→廠區(qū)屋面雨水收集管網(wǎng)→雨水調(diào)節(jié)池→處理裝置→消毒→回用清水池→加壓供水設備→廠區(qū)中水供水管網(wǎng)→沖洗衛(wèi)生間、澆灑道路和綠化用水。

雨水調(diào)節(jié)池容積約為1 000 m3，雨水回收利用站房的處理能力為：650 m3/d，40 m3/h。雨水處理設備能根據(jù)雨水調(diào)節(jié)池、回用清水池內(nèi)的液位，按照設定的控制參數(shù)自動運行。其控制模塊通過采集和分析雨水調(diào)節(jié)池內(nèi)的水位、水溫、水質(zhì)等基礎數(shù)據(jù)，能自動控制雨水處理裝置的運行狀態(tài)，確保處理裝置始終處于最佳運行模式，并且會實時地將設備的運行參數(shù)顯示在中控臺上。加壓供水設備能將供水管網(wǎng)控制點的壓力值反饋至加壓設備的控制模塊，通過調(diào)節(jié)水泵的轉速，達到調(diào)節(jié)管網(wǎng)內(nèi)水壓的目的，實現(xiàn)全自動運行。雨水收集站地下一層的布置如圖1所示。

圖1 雨水收集站地下一層的布置

對于雨水收集系統(tǒng)，通常需設置初期雨水棄流裝置[3]，即以降雨歷時或降雨量為控制參數(shù)，對初期污染物濃度高的雨水予以棄流，將棄流雨水排入廠區(qū)雨水直排管網(wǎng)。棄流裝置分主動棄流型設施和機械棄流型設施。經(jīng)棄流設施收集的初期雨水由潛水泵提升后排入雨水直排管網(wǎng)。這種棄流方式在單體建筑物或場地面積較小、雨水管道出口數(shù)較少時較容易實現(xiàn),而本項目中有8座大型屋面廠房,每座廠房的雨水排出口多達20個,無論采用哪種棄流設施,都會對廠區(qū)內(nèi)埋地管線布置產(chǎn)生較大影響,且日常維護工作量很大。為此，本項目只收集水質(zhì)較好的屋面雨水，不進行初期雨水棄流。雖然這部分雨水會對后期處理有一定影響，但能大大減少系統(tǒng)的日常維護量。在雨水處理工藝設備選擇時，應考慮不進行初期雨水棄流的影響，進行有效的彌補。

2 生產(chǎn)廢水、生活污水收集系統(tǒng)設計

本項目擬在全廠內(nèi)敷設生產(chǎn)廢水排水管網(wǎng)、生活污水排水管網(wǎng)，分別收集生產(chǎn)廢水、生活污水，經(jīng)重力流匯至中水處理站。這部分水的水質(zhì)較差，水量相對穩(wěn)定，可與屋面雨水形成互補[4]。全廠排入中水處理站的生產(chǎn)廢水、生活污水的日最高排水量約為760 m3，中水產(chǎn)水量按進水量的95%計，約為720 m3/d。中水處理站選用污、廢水處理設備一套，處理能力為 80.0 m3/h。經(jīng)生化處理達到回用標準的中水，每天約有60 m3用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補水，其余部分可作為全廠的衛(wèi)生間沖廁用水、道路及綠地的澆灑用水。每年可節(jié)約自來水用量3萬噸，具有很好的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。

平衡生產(chǎn)廢水、生活污水與回用雨水處理量的具體措施包括：在保證生產(chǎn)廢水、生活污水全收集、全處理的基礎上，結合整個廠區(qū)的中水用量，調(diào)整回用雨水的處理量[5]。本項目擬依托控制模塊(軟件)，采用智能控制方式，按污廢水優(yōu)先的原則進行污廢水和回用雨水兩種水資源來水的處理，并借助調(diào)節(jié)水池(硬件)，實現(xiàn)整個回用水系統(tǒng)收集、處理、供應的智能化運行。

3 車間燃氣爐窯的煙氣廢熱利用系統(tǒng)設計

該廠鍛造車間燃氣爐窯的煙氣溫度高達700 ℃。本項目擬采用熱管式余熱收集裝置收集熱量，制取110 ℃熱水(在管網(wǎng)內(nèi)閉式循環(huán))，并以此熱水為熱源，采用板式換熱器制取60 ℃生活用熱水，儲存在100 m3的地下熱水池內(nèi)，加壓后作為全廠淋浴及冬季車間洗手用熱水。同時，可以110 ℃熱水為熱源，經(jīng)板式換熱器制取95 ℃熱水，并將熱水儲存在蓄熱水池內(nèi)，供涂裝車間加熱、烘干清洗設備使用。蓄熱水池的設置用于平衡鍛造車間爐窯產(chǎn)熱與涂裝車間用熱在時間、熱負荷上的不統(tǒng)一。余熱水泵房的布置如圖2 所示。

圖2 余熱水泵房的布置

在各車間敷設熱水管網(wǎng)，冬季供應車間工人的洗手用熱水，極大地提高了車間工人冬季洗手的舒適度。這對北方地區(qū)的生產(chǎn)車間很有必要。

整套余熱制備、利用系統(tǒng)的運行，從鍛造車間燃氣爐窯的煙氣廢熱收集，到余熱站房內(nèi)的換熱、生產(chǎn)用熱水蓄熱、生活用熱水的供熱等，需要采集諸多的基礎數(shù)據(jù)，包括煙氣溫度、各管路系統(tǒng)的供回水溫度、循環(huán)流量、壓力等，蓄熱水池的水位、分層水溫。余熱制備、利用系統(tǒng)的中控臺監(jiān)控界面如圖3所示。

圖3 余熱制備、利用系統(tǒng)的中控臺監(jiān)控界面

該中控臺能通過軟件模塊控制取熱、蓄熱、供熱系統(tǒng)的平衡運行，對整個系統(tǒng)實現(xiàn)智能化管控。這樣，既能最大化利用廢熱、保證用熱端負荷，又可節(jié)省運行成本。

4 其他方面的節(jié)能設計

本項目的木模車間設有室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、室內(nèi)自噴淋系統(tǒng)，為全廠消防用水量最大單體，一次滅火用水可達1 700 m3；鑄造車間設有大型電爐煉鋼生產(chǎn)線，其6臺電爐的冷卻循環(huán)水量近800 m3/h，且電爐要求進水水溫小于32 ℃，出水水溫小于50 ℃。這兩個車間僅一路之隔，具備將循環(huán)水池與消防水池合二為一的條件。本項目將二者合并后，既滿足了木模車間的消防儲水，又滿足了鑄造車間的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)需要。兩個系統(tǒng)的泵房合建在節(jié)省工程造價和占地面積方面都很有意義。

5 結束語

結合每個大型工業(yè)項目的具體情況，給排水專業(yè)設計者可在設計中采用雨水收集回用系統(tǒng)、污廢水集中收集處理及回用系統(tǒng)、余熱利用系統(tǒng)等，同時可借助智能化手段來保證這些設施的高效運行。

當前，我國正大力推進“碳達峰、碳中和”行動，而作為高能耗大型工業(yè)項目的綠色化、智能化設計尚處在起步階段，還有很多工作要做。工程設計單位應大力倡導綠色化設計和智能化設計，通過具體工程的設計及工程運維，及時、全面地總結工程設計和運維的經(jīng)驗，不斷提高設計水平。