给排水设计在某国防工程中的应用 9页

'中国T程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集给排水设计在某国防工程中的应用李永佳陶小民张旭东(新疆军区司令部工程科研设计院，乌鲁木齐830042)摘要针对该国防工程高原高寒特殊地理位置，阐Z_r-程内外及发电机房在给排水、供油、消防等方面的主要设计方法及技术措施。关键词高原高寒指挥工程防护自动控制设备选型TheapplicationoftheWater＆wastewaterdesigntothe××det-enceengineeringLiYongjiaTanXiaomingZhangXudong(TheHea由uartersofXinjiangMilitaryAreaCommandEngineeringR＆DDesignInstitute，Urumqi830042，China)Abstract：InviewofthedefenceengineeringExlremelycoldandplateauspecialregion，explainedit’Sinsideandoutsideandgenerateelectricity’roommajormethodofdesignandtechnologicalmeasureinWater＆wastewater,fuelfeedingandfirecontr01．Keywords：Extremelycoldandplateauregion；Commandpost；Defence；Automaticcontrol；Devicetypeutilizationofequipment当今国际形势的发展及现代战争特点的演变，对国防工程的设计提出了更高的要求，在国防工程投入战争后，能否发挥其正常使用功能、保障人员的生存需求及生活舒适度，完全取决于工程前期设计的功能和标准。某国防工程地处高原高寒高海拔地区，设计标准相当高，笔者在施工图设计中不免遇到一些重点、难点问题，在查阅了相关规范及要求、请教了同行及此方面经验丰富的专家后，现将给排水设计在某国防工程中的应用情况与大家共同探讨。1工程性质、功能及设计要求某国防工程系指挥工程，战时进驻人数多，工程轴线长，建筑面积大。本工程要实现人员生活、洗消及机械的给排水及其防护功能，实现三种消防系统灭火功能(消火栓灭火、气体灭火及手提式灭火器)。设计要满足战时人员的生活用水、洗消用水及各种机械工作用水的水量、水压及水质的要求，要达到消防灭火的及时、有效性。设计中要求使用新技术、新材料、新设备、新工艺，做到高效节能，高度自控。2室外输水的实现经过对工程所在地水文地质的勘察以及专家的考察、论证，该工程采用室外水源。室外水源的水量、水质、水压等需要满足要求，管道输水、管道保温及输水防护亟待解决。水量、水质在确定水源选址时被论证完全满足要求。水源相距工程较远，水源处设深水井及一级增压泵站各一个，输水途中设二级、三级两个增压泵站，在每个泵站均设一个水池，这样满足输水过程及用水点水压的要求。深水井、分级增压泵站及相应水池均建成防核生化的取水附属物，解决了管道输水中的防护问题。工程地处高原高寒地区，冻土层厚在2米以上，经论证，管道输水保温方案最终采用深埋冻土层以下的输水管作法，代替了放空管法、浅埋保温法，此作法虽然一次土建施工量大，但在使用期大大节约了133 中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集水源及各种保温能源。考虑当地土壤腐蚀性因素及管道使用抗力要求，输水管材采用钢丝网骨架增强复合塑料管，钢筋混泥土固定。3工程室内给水设计3．1给水方式及主要给水技术措施3．1．1机械给水及生活给水系统由于施工、伪装难度及战时破坏等因素，该工程不设室内J"l-高位水库，仅在室内设平位生活、机械水库若干。生活及机械给水系统由工程外管道向室内消防及各个机械、生活水库供水，之后各水库供水至各机械及生活用水点。机械用水为连续用水，用水时使用机械水泵供水(如空调机房、发电机房等)；生活用水(卫生间、洗消间及开水间等)为间歇供水，为了保障供水系统的节能性及压力、水量的可靠性，生活供水系统采用自动给水设备供水，见设计示意图1。生活水库自动给水布置平面田生活水库自动给水布置系统圈图13．1．2人员及口部洗消战时，人员洗消给水系统为室内生活水库供给至洗消间电加热锅炉，电加热锅炉加热后供人员洗消；口部及染毒通道的洗消供水系统为室内生活水库供给至口部冲洗阀，之后利用软管冲洗。战后，口部及染毒通道大面积冲洗可利用口部消火栓系统供给。3．1．3给水系统的防护给水及消防管道进出工程段应在管道防护区段设防爆波阀门，而防爆波阀门宜设在第一道防护门内通道侧窜的防爆波阀门井内。见设计示意图2。给水管道从染毒区进出清洁区时，应在穿墙处设刚性或柔性防水套管。见设计示意图3。3．1．4自动控制所有水泵的启动实现了控制室远程、泵房现地二种控制方式；所有水库进水实现了水位计传感电动阀(含手动)远程，现地控制及现地手动三种控制方式；生活用水采用全套气压罐自动变频给水系统控制柜自动控制。另外，为防止排水管线过长导致生活污水受堵，主排水系统的第一个卫生间给水系统设自动冲洗水箱，加大平时使用时排水管道的流量及充满度。3．1．5给水管材及敷设要求134 中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集防爆波阀门井管线平面图防爆波阀门井管线系统图图2．，：’，，．Jj．f，’，j印0UPS,：警袁其它妻科蕾t宣其它塑料’LP、C6加L‘叫--,．L法-兰-二●罕。水／111)一咕护防水垂f加秉性壤塞／醴●●防护’E密闭饲墙●J‘，’一¨j_．‘．，．’．·：t，／／／／圹／／／／／／功，4———一L‘于-犀目且{讣-7-20a’钢管穿墙(板)(带法兰)图3水管防护做法大样输水管道进入工程时为消防和给水合用系统管道，在最后一道密闭门内利用电动阀分系统使用，合用段及消防管在口部埋地段采用内外壁热浸镀锌钢管(埋地段作防锈防腐处理)，在工程内部架空时采用内外壁热浸镀锌钢管；给水管在口部埋地段采用内外衬塑钢管，电站内给水管、热水回水管采用镀锌钢管，防护区内采用内衬塑钢管；输油管采用镀锌钢管：通气管采用镀锌钢管。工程内管道在通道内穿过时，走完全通行地沟，管道在敷设时要有施工坡度。3．2主要设备选型3．2．1生活水泵选型生活供水系统可采用KQG系列自动给水设备：SPGL2-2524型，配泵型号为KQL65／150-4／2，供水压力24．30m，流量16．4．28m3，单泵功率4kw，数量若干。3．2．2电开水器、热水器选型电开水器选型要满足战时进驻人数日饮水量及饮水硬度要求，应选用大容积、大功率的开水器。可以选用新鹭机电开水器：2004．120L落地式(附快接式软水器)，单器功率7．2kw，数量若干。电热水器选型和平时使用一样，战时洗澡问热源选普通贮水式电热水器。要求蓄热时间短、满足若干人同时使用。可以选用豪特容积热水器(成都)：额定容量320L，额定功率4．8Kw，调温范围30．70℃，加热方式为出水时继续加热，详见图集号01SSl26-41。战时人员洗消热水要求即开即用，所以选用国防产品专业生产厂家提供的大功率快速电加热锅炉135 中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集热水器。4工程室内排水设计4．1排水方式及主要排水技术措施4．1．1排水系统的设计考虑到工程轴线长，排水系统总体采用自然坡度排水。利用坑道轴线3％自然坡度，排水管线总体采用顺坡度(局部采用反坡度，因为管线短，室内地沟深度大，室外冻土层厚度大，重力排水可以实现)排水。工程内排水系统总体采用生活污水和机械废水(含消防排水)合流排放；染毒区段及口部的洗消(含人员洗消)排水采用单独排水系统，某些区段无生活排水，设机械排水，单独排放。4．1．2排水管材及系统的防护排水管在工程口部埋地段、柴油机冷却排水及压力排水时采用给水球墨铸铁管，在防护区内可采用硬聚氯乙烯螺旋管(U--PVC)管。排水系统根据不同的抗爆部位分别设防毒防爆波地漏、防爆清扫口；生活排水在室外采用排水(化粪)防爆波水封井及防爆波排水口防护措施，机械及洗消排水采用排水防爆波水封井及防爆波排水口防护措施。如设计示意图4。机械及洗消排水三防示意图生活排水三防示意图图4水管防护做法大样4．1．3排水系统的自动控制及平战转换通过电动阀门的自动启闭转换，生活污水在战时和平时工程演练人员数量达到作战标准时，生活污水通过管道自流排向室外排水(化粪)防爆波水封井至排出口；在战时隔绝防护时间内及平时少数人员进行工程值班、维护时，生活污水通过管道重力排至室内的污水集水坑，适时或自动启动污水泵压力排至排水(化粪)防爆波水封井，如设计示意图5。隔绝防护时间内机械排水不允许排水，应自控循环至各自水库内。4．2排水系统的主要计算4．2．1污水集水池容积的计算设计中，生活污水集水池容积含贮备容积和调节容积，即：V=％+vt=K．Qs．m．t／24·1000+Vt式中：V一有效容积(m3)；％一贮备容积(m3)；vt一调节容积(n，)；K一安全系数1．25；136 中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集∥N沁li；J‘-一一]r_。一—吨孑一丑1日日2Z污水问捧水平面目插水问捧水剖面固污泵同排水系统宙图5生活排水转换示意Qs一进驻人员生活用水255L／d．人(假设)；m一防护单元内进驻人数189(假设)人；t一战时隔绝防护时间(h)，取10h。贮备容积：Vzh----K．Qs．m．t／24幸1000=1．25-／r255★189-／r10／24★1000=25m’贮备容积满足污水泵排尽污水不小于5分钟，启动次数不大于6次m，则选用污水泵单台流量不大于150m3／h。实际选用污水泵(两台)型号为：WQ2210-413，h=11-22m、n=5．5Kw、Q=30．110m3／h调节水池的体积不大于防护隔绝时间(假设20小时)内生活污水的平均小时排水量。调节容积为：vt=25／20=-I．25m3所以有效容积为：V=Vzh+Vt=25+1．25=27．5m3加之警戒、停泵及启泵水位的位置预留，最终集水池容积尺寸为：3900★4000*2000(高)4．2．2工程内自流排水水力计算重力排水时，系统利用建筑自然坡度排水，设计为排水坡度为i一3％；反建筑坡度时，设计为生活排水坡度为i=2，机械及洗消排水坡度为i=1．5。这样，均满足机械废水(1．5％)及生活污水(2．O％)的排水标准坡度。管道的最大流量设计为：7L／s。管道的最大充满度设计为：生活污水管道为0．5；机械废水管道为0．7。5柴油发电站给排水供油设计5．1系统设计的技术措施5．1．1冷却系统的实现，电站贮水时间和贮水量柴油电站室内空气的冷却采用风冷系统，柴油发电机机体的冷却采用水冷系统，即冷却水从混合水池至发电机机体，冷却后高温水排掉一部分至室外，一部分回流至混合水池，电站水库提供混合水池的补充水，然后往复循环，达到冷却机体的目的。电站贮水时间为8h(假设)，电站水库贮水量为125m3(假设)，混合水池贮水量为7m3。5．1．2供油系统的设计供油系统由油罐车利用口部油管接头井压力送至电站内高位油箱，然后重力供给或发电机油泵抽至柴油发电机。贮油时间为5天(假设)，电站油箱贮油量为71m3(假设)。5．1．3供油系统的防护137 中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集口部的油管接头井应做成油管防爆波接头井，输油管路在第一道防护门内应通过防爆波阀门井内的防爆波阀门(电动、手动)控制后至油箱内。5．1．4系统的自动控制电站柴油机冷却水循环控制：l、柴油机启动前，在控制室远程控制或现场控制(或现场手动控制)打开要启动柴油机对应的电磁阀，保证启动的柴油机油路畅通。如启动1、2号柴油机，则打开1／4和2／4电磁阀门，而3／4和4／4电磁阀门处于关闭状态。2、启动电站水库水泵，向混合水池充水，混合水池达到水位上限时，电站水泵关闭。柴油机启动后，开启一台混合水池冷却水泵，向柴油机提供冷却水，5分钟后电磁阀5／4自动打开，混合水池水温达到柴油机进水温度下限前，相应的温控阀TI(或T2)自动打开，当混合水池水温超过柴油机进水温度下限时，相应的电磁阀T1(或T2)自动关闭。当混合水池水温达到柴油机进水温度中值以上5摄氏时，温控阀T3打开，当进水温度降至柴油机进水温度中值时，温控阀T3关闭。3、当混合水池水温达到柴油机进水温度上限或低于水池最低水位时，启动电站水库水泵，向混合水池供水，当混合水池水温降至柴油机进水温度下限或混合水池水位达到最高水位时，自动关闭电站水库水泵，如此反复。见设计示意图6图65．2柴油电站用水(油)量及贮水(油)库计算5．2．1用油量及储油箱容量计算本工程在高原地区使用发电机，高原缺氧其额定功率为512kw(假设)相当于有效功率360kw，原因是燃油不完全燃烧，故按额定功率计算耗油量，按有效功率计算耗水量。贮油量计算公式：Qznv-----m*b*T*k同时运行的台数m：2100％负载燃油消耗b：280L／h(假设)贮油时间：5d(假设)调节系统k：1．1贮油量：Q稍牛280·24·5·1．05／1000=70．56m3138 中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集贮油箱容积：取71岔油箱(底部距地1000mm)尺寸为：5000}5000奉3000(h)油箱分两格，每格尺寸为：5000}2500牛3000(h)可选用新02S2．109．THSX．75集油坑为：1500*2000*1500(h)排油泵为：型号50SGl0．7．5参数h=7．5m、n=0．55Kw、Q=10m3／h5．2．2冷却水消耗单台柴油机冷却水量公式：W=ENebQH／CB(t2-t1)掌1000冷却的热量与燃烧热量比E：30％柴油有效功率N。：360Kw燃油消耗率b：0．23K{；／l曲．h燃油低发热量QH：41900KJ／Kg水的比热CB：4．2KJ／Kg柴油机的进水温度tl：62"C(假设)柴油机的出水温度t2：77℃(假设)柴油机冷却水量：W=30％*360*0．23·41900／4．2*(63-48)幸1000=16．5111’／h柴油机冷却水的低温水补充量公式：Wl=W(t2一t1)／(t2一t)柴油机冷却水量W：16．5d柴油机的进水温度t1：62℃柴油机的出水温度t2：77℃低温水温度t：20℃(假设)柴油机冷却水的低温水补充量：Wl--16．5"15／57=4．3m3／h冷却水贮水量公式：v-W1+T·k单台柴油机低温水补充量W1：6．45m3／h(假设)贮水时间T：8h(假设)调整系数k：1．2单台柴油机应贮水量：V=4．3+12·1．2=61．92m3冷却水贮水库：61．92*2=123．84m3取125m’说明：本系统按战时柴油机用2备2贮存冷却水，平时及工程预热期柴油机为用3备1。选泵(冷却水库向混合水池输水)：根据补充新鲜水量2*6．45=12．9m3／ll，选择水泵为KQW50／90．0．75／2两台(一备一用)，流量为8．13．2m3／h、扬程为9．1lm、功率为0．75Kw。5．2．3混合水池的容积计算公式：Ⅷ幸T·K·m／60柴油机冷却水量W：16．5m3存水时间T：10分钟调节系统中K：1．20同时使用的柴油机数量m：2混合水池的容积：Vh=16．5幸10"1．2*2／60=6．61113取6．6m3尺寸为：2000·1400·2500(h)139 中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集选泵(混合水池冷却机组输水)：根据冷却水量2卑16．5=33m3／h，选择水泵为KQW80／90．2．2／2两台(一各一用)，流量为31．3--53．6m3／h、扬程为8．11m、功率为2．2Kw。6工程消防系统6．1消防系统的设计根据论证需要，消防系统主要设消火栓系统、气体灭火系统及灭火器系统等三种灭火系统。6．1．1消火栓系统消火栓灭火系统设成环状，按要求设3个小时的存水量，由第一、第二号空调冷却水库来提供水量。正常情况，空调冷却水库提供前10分钟消防用水量，之后工程外管网提供消防用水量；当外部水源在战时被污染或外管网处于瘫痪时，工程内部消防用水由空调冷却水库水池压力供给。另外，除消火栓灭火的普通场所外，防火安全室应设灭火、降温功能的冲洗阀。6．1．2气体灭火系统按设计要求，通信机房、电子计算机房、配电变压器室、发电机房等特殊的场所，需用气体灭火。考虑到人员安全因素及设计要求，本工程气体灭火系统采用七氟丙烷无管网系统。其原理物理降温和化学切断燃烧链同时作用，是一种适合有人员工作场所的非窒息气体灭火方式。6．1．3灭火器配制工程内配置手提式磷酸铵盐MFZL3型(5A)灭火器120具，共计30组，每组4具，布置在消火栓附近。具体设置：手提式灭火器宜设置在挂钩、托架上或灭火器箱内，其顶部离地面高度应小于1．50m；底部离地面高度不宜小于0．15m，每两个场所之间间距不大于20米，且有防腐保护措施。6．2消防系统的计算6．2．1消防水量及消防管道水力计算根据要求消防系统设仅室内消火栓系统，用水量标准见下表：位置l消火栓用水量(L／s)I同时使用水枪数(支)I每支水枪最小流量(L／s)工程内部10．0I25．0消火栓火灾延续时间为3小时，并按工程内一处失火取最大水量计算，消防水库的贮水量为：QⅫ=10．0·3★3600／1000=108m3，取110m3。消火栓系统灭火有两种途径。1、室外给水管网瘫痪(含染毒)时，中央空调机房冷却水库作为消防水源，提供消防水。从空调机房至最不利点距离为480m(假设)，消防管道管材为镀锌钢管，管径为DNl25。镀锌钢管1000iq：12．8延程水流损失为：480"12．8／1000=6．14m局部损失为：6．14*20％=1．23m总的水流损失为：6．14+1．23=7．37m按规范，保证任何部位最少有两股水柱达到，水枪流量芝5．OL／s，充实水柱长度>lOm，水枪喷口直径19毫米。室内消火栓系统设为环状供水，设计采用长25米直径d50毫米麻质水带。计算结果如下：水枪喷口的射流量Q。h_5升／秒，充实水柱长度=12m，消火栓口所需水压H。h-18．7米，供水管径取d65。消火栓系统需水压：18．7+7．37=26．1mH20。消防泵选型：XBD4．4／10。80．185，流量10m／s，功率1lkw，扬程44m，数量若干。2、室外供水管网正常工作时，消防前10分钟用水由中央空调机房冷却水库供给，之后由室外管网供给。140 中国工程建设标准化协会建筑给水排水专业委员会、中国土木工程学会水工业分会建筑给水排水委员会20周年庆典论文集室外管网在相距工程500m(假设)处有富余压力50m，管材为钢丝网骨架增强复合塑料管，管径取DNl25，从工程内口部至最不利点距离为460m(假设)，管径取DNl25，管材为内外壁热浸镀锌钢管。镀锌钢管(DNl25)及内外壁衬塑钢管(DNl25)的1000iq：12．8沿程水力损失为：(500+460)·12．8／1000=12．8m局部水力损失为：2．8*20％=2．56m总的水力损失为：12．8+2．56=15．36m消火栓口所需水压(见第一种)：Hxh=18．7米消火栓系统需水压：18．7+15．36=34．06lIl}120。高位水库备用压力约为50mH20，满足要求。6．2．2气体灭火计算七氟丙烷无管网灭火系统可采用ZTGS(西安核设备公司)设备，尺寸：500"512"1900(高)，充压2．5MPa。气体用量由公式：气体用量=房间体积×0．6计算，根据结果可以选用ZTGS40、ZTGS70、ZTGS90及ZTGSl20等型号，数量若干。注：文章中某些数据因涉密而假设，旨在说明问题。通讯处：830042乌鲁木齐市青年路9#电话：13565990759E—mail：liyongjia0304@163．tom141'