化工厂区给排水管道工程的设计
目录
1 厂区消防给水系统的设计
2 初、后期雨水的分流排放系统
3 消防污水排水系统
4 给排水管道材料及附属构筑物的设计
5 托普索S 200氨合成塔
6 氨合成塔设计应用综合比较
关键词:给排水管道工程;稳高压消防给水系统;初期污染雨水;
消防污水石油化工企业以石油或天然气为主要原料,通过不同的生产工艺过程和加工方法,生产各种石油产品、有机化工原料、化学纤维及化肥。石油化工企业给排水管道工程的设计必须满足企业生产、生活和消防的给水排水要求,力争技术先进,安全适用,立足环境保护。笔者结合自己的设计体会,针对大型化工厂区给排水管道设计中值得注意的问题谈谈自己的看法。
1 厂区消防给水系统的设计
随着工业生产装置区规模的不断大型化,对厂区消防系统的要求不断提高。大型化工厂的消防系统一般按照稳高压消防给水系统或常高压消防给水系统设计。平时稳高压消防给水系统采用小流量的稳压设施维持管网的消防水压力,不能满足消防水量的需要;但当火灾发生时,管网向外供水,系统压力下降,靠压力变化自动启动消防水泵,以满足消防用水量及水压的要求。设置稳高压消防给水系统,能提高固定式消防设施的消防防护能力及应急防护水平。稳高压消防给水系统比临时高压系统供水速度快,依靠管网压力自动启动消防水泵,能够及时向火场供水,尽快地将火灾在初期阶段扑灭或有效控制。厂区稳高压消防系统分为中压系统和高压系统。中压消防给水系统设有室外消火栓系统及多层、单层建筑室内消火栓系统。高压消防给水系统供应室外消防炮、高层工业厂房室内消火栓及水喷雾灭火系统等消防用水。稳压泵根据管网的压力,在压力开关的控制下自动开停,以保持管网压力。生产装置区及罐区四周消防管网应环状布置。当装置内设有消防通道时,应沿消防通道布置消防管网并与装置外管网环形连接。当几个占地面积较小的装置布置在一起时,可将几个装置作为一个整体考虑布置环状管网,必要处采用支管补充设置消防设施。环状管网采用的阀门应分成若干个独立管段,每个管段上消防设施的设置不应超过5个。闸阀应选用明杆式,以清楚地表明阀门的启闭状态。为保证管网的供水能力,管网上应设置自动排气阀,其设计位置应根据整个管网的实际情况确定,一般在每一管道最高点及长距离或缓升段每隔400~800 m处设置。自动排气阀的口径为主管径的1/8。为保证管网检修的要求,在系统的最低点设置放空阀,并尽量就近布置在阀门井内。生产装置区及甲乙类危险贮罐区四周应设置消防水炮和消火栓等消防设施。为保障消防设施的有效使用,应布置在被保护对象外延15 m范围之外及消防设施有效保护范围之内,并避开障碍物,以便于操作。消火栓布置间距不宜大于60 m,应采用公称直径DN150 mm的消火栓。消防水炮应选用直流—喷雾两用喷嘴。消火栓可不设切断阀,消防水炮立管下应设置便于操作的蝶阀,并做好外露立管的保温措施。对罐区防火堤外的消防水炮,其安装高度应高于防火堤顶并确保水流能覆盖罐根,必要时选用固定式遥控水炮。
2 初、后期雨水的分流排放系统
工业企业生产往往要消耗大量工业用水,因此,企业排放或送往污水处理厂处理的污水量很大。污水中经常混杂易燃、易爆或有毒物质,因而污水排水系统有发生火灾或爆炸的可能。为避免爆炸性混合气体混入下水道,生产装置区的排污水在排入厂区排水管网前均应设置水封井。生产装置污染区域在清洗地面或遇到降雨时,冲洗地面的冲洗排水或初期雨水均会受到污染。此部分污水若排入雨水管网,势必影响环境。按照石化企业给排水设计规范的要求,工厂初期污染雨水和后期清净雨水应分流排放,受污染雨水应排入污水处理系统。对初期污染雨水和后期清净雨水的分流排放,可按生产装置区的布置情况采用以下2种方法。(1)当生产装置污染区分布较零散且每个污染区域面积较小时,可采用人工手动阀门切换的方式进行分流,见图1。(2)当初期污染雨水量较大时,应采用设置调节池的方法对初、后期雨水进行分流排放。调节池分流的关键在于调节池容积的确定,即初期降水量的计算,其直接决定着调节池的容积、污染雨水的浓度以及废水的排放水质。为了做到既经济又能满足排水的环境要求,经过对国内几十个城市暴雨强度公式的分析,绝大部分城市的5 min降雨量都在15~30 mm之间,只有极个别城市稍有出入。为了方便设计选用,石化企业给排水设计规范推荐按15~30 mm与污染区面积的乘积来计算调节池容积。溢流堰、调节池布置见图2。图2 溢流堰、调节池的布置
3 消防污水排水系统
当火灾发生时,容器和管道容易发生破裂而导致物料泄漏,混入泄漏物料的消防水称为消防污水。消防污水若不采取措施加以收集,便会沿地面流淌至雨水管道,最终汇入江河湖泊,造成地下水、地表水的严重污染。因此消防污水的收集和处理应引起设计人员的重视,不能因为灭火而忽略了对环境的保护。消防污水的收集可考虑设置事故水池。事故水池容积应按消防实际用水量来确定。事故水池一般放置在厂区雨水管网总排出口前,并采用闸板阀切换。事故水池中收集的污水在考虑污水处理厂处理能力的情况下,间断排至污水处理厂处理。
4 给排水管道材料及附属构筑物的设计
厂区给排水管道施工一般居于整个建筑工程施工程序的前列,仅次于总图专业的场地平整。给排水管道存在投用周期长,检修、改造难度大,事故不易察觉(埋地敷设)的特点,因此其管材的选用、管道基础的处理、管道沿线各附属构筑物的设计等工作非常重要。给排水管道的选材范围一般有碳钢管、球墨铸铁管、钢筋混凝土管、各类塑料管、玻璃钢管等。给排水管道的选材原则如下。(1)对于供水可靠性要求很高而水质要求不是很高的压力流给水管,如:消防水管、生产给水管、循环给回水管等,应选用碳钢管。(2)对水质要求很高的生活给水管,埋地敷设应选用球墨铸铁管,承插接口,填料优先选用橡胶
5 托普索S 200氨合成塔
结构特点和工艺流程托普索氨合成塔为全径向绝热塔,结构简单,塔内换热器居于中间位置,占据高压空间小,合成塔床层阻力小。托普索氨合成系统工艺流程.
生产使用情况合成塔压力13. 46MPa,压差0. 11MPa,系统压差0. 54MPa,新鲜气量6. 3万m3/h,入塔气量30万m3/h,放空气量3 500~4 000 m3/h,渗透气H21 440~990 m3/h。合成塔内设置温度点8个,一、二段入口2个,轴向层热点温度2个。从实际的运行状况看,塔内温度分布均匀,合成塔内一段入口温差为0℃,热点温差为1℃和6℃,二床入口温差8℃,合成塔入口温度261~265℃,出口温度437℃,塔内温度均匀,产量24 t/h,产合成氨600 t/d。
6 氨合成塔设计应用综合比较
氨合成塔设计应用综合比较见表1。表1 氨合成塔设计应用综合比较项目国昌公司安淳公司卡萨利公司托普索公司使用厂家苏灵谷化工股份有限公司瑞兴化工集团山西晋城煤化工公司淮南化工总厂合成塔直径/mm 1 800 1 800 2 360 2 200合成塔结构三轴一径二轴一径轴径向全径向合成系统压力/MPa 20. 3 23~24 14. 2 13~14新鲜气量/万m3•h-15. 1 7. 61 7. 2~7. 3 6. 3入塔气量/万m3•h-123. 7 24. 3 42~43 30循环气中CH4+Ar/% 20. 5 25~26 21 15~17氨净值/% 10 8. 7~9. 2 12. 93无分析合成塔压差/MPa 0. 4~0. 5 0. 4~0. 5 0. 27~0. 28①0. 11合成系统压差/MPa 1. 4 1. 5~1. 6 0. 6~0. 68 0. 5~0. 6氨日产量/t•d-1430②600 600 600注:①合成塔压差为二入至废热锅炉出口的压差;②前系统新鲜气量不足。 180 kt/a合成塔形成了既有传统的高压流程,又有低压流程的独特工艺,在我国的应用都是成功的。若新鲜气量充足,能达到600 t/d的产量。由于国内外合成塔分别配置高低压合成流程,不便进行比较,但从合成系统氨净值上看,国内水平与国外尚有一定的差距。对国外的卡萨利、托普索合成塔进行比较,则托普索的指标明显优于卡萨利。 由我国自主设计、自行制作的第1台国产化的年产30万t的大型氨合成塔已在华鲁恒升集团公司使用。目前国昌公司和安淳公司已涉足大型合成塔的设计制作领域。相信在不久的将来,年产18万t以上的国产化氨合成塔即将问世,我国低压合成的大型合成塔国产化的目标终将实现。收稿日期
摘 要:论述了大型化工厂区消防给水系统、污水排放系统的设施布置和阀门安装要领;介绍了给排水管道材料、管道基础、给排水附属构筑物的相关设计内容。