管网平差在大型化工厂区消防环网中的应用

李常才

汇智工程科技股份有限公司266100

摘要：本文主要思考了管网平差在大型化工厂区消防环网中的应用，探讨了其应用的具体的情况，以及如何更好的提升应用效果，提出了具体的应用策略和方法。

关键词：管网平差；大型化工厂区；消防

前言

在管网平差在大型化工厂区消防环网中的应用的过程中，要明确其应用的方案和具体的要求，对于大型化工厂区的消防是否能够满足其需要，再采取更好的应用措施，才能够应用得富有质量。

1、生产给水管网和消防给水管网的内容

1.1生产给水和消防给水

生产给水和消防给水有一定的共同点，水质相差不大，一般的行业水压也都能够满足要求。考虑到工业项目用地紧张，布置紧凑，且管网复杂，有时候为了更合理的布置，也考虑到缩小造价和考虑运行的成本，生产用水和消防用水的管网是可以合并为一个综合考虑的；但是有一个前提条件是，在生产用水量达到最大的时候，依然能够保证消防用水的水量和水压。也就是安全性没有降低，但是可以空出来一个管位。我们设计中一般消防用水和生产用水共用管网，但是加压泵是分开设计的。正常运行时，消防泵不启动，只有生产泵来满足生产工艺的需要，发生火灾时消防泵启动，同时满足消防和生产需求。

1.2生活给水管网

生活用水在厂区里主要表现在食堂、浴室、宿舍楼、办公楼和全班楼等场所，生活用水对水质要求较高，需要单独的一套系统，生活用水的场所在一个厂区里相对集中（一般有单独的厂前区，生活区），而且一般和生产区是分开布置的，所以管网长度相对较小，但是非常重要，因为生活水的好坏关系到生产管理人员的身体健康，进而影响生产。

1.3雨水排水管网

除了厂区的雨水管网，工业厂房屋面雨水的排放也存在一定的难点，因为工业厂房往往跨度很大，而大跨度的屋顶不易做成单向坡度，所以工业厂房的内排水也是一个重要课题，且内排水管道还经常比较长，设计方面一要处理管道高程不得与厂房内部设备冲突，二还要保证管道的坡度能够有效排除雨水。这些不仅需要我们技术人员能够进行很好的水力计算能力，确保合适的管径，合适的坡度，更重要的还需要与其他相关专业，工艺，土建，结构专业密切配合才能达到最好的效果。

2、消火栓系统环状管网的重要性

消火栓系统环状管网分为室外消火栓系统环状管网，室内消火栓系统环状管网。消防给水管道是输送消防用水的重要设施，消防给水管道的安全直接关系到消防用水的可靠性。因此，在任何情况下，要保证火场用水，就要保证消防给水管道的安全。

环状管网，管道纵横相互连通，局部管段检修或发生故障，仍能保证供水，可靠性好。枝状管网布置成树枝状，局部管段检修或发生故障，影响下游范围的供水。环状管网供水能力比枝状管网供水安全可靠，在管网某管段维修或发生故障时，仍能保证火场用水。

3、管网平差在大型化工厂区消防环网中的应用

3.1基本情况

某煤化工企业东西长1800米，南北宽800米，占地总计144公顷。共计有8个工艺装置区，2个固体原料堆场，3个罐区（2个立式罐区，1个球罐区），6个公辅区。

3.2设计消防用水量

根据保护对象和可燃物料的情况，在各单元设置不同的消防措施。由此确定各单元的设计消防用水量，因为不是本文讨论的重点，不一一详述。根据GB50160-2008石油化工企业设计防火规范8.4.2条规定，占地面积超过100公顷的厂区，同一时间的火灾为2次，一处为厂区消防用水量最大处，一处为厂区辅助生产设施。其中消防泵房的位置在公辅3区。厂区最大消防用水量发生在球罐区，即储罐1区；消防用水量最大的辅助生产设施为锅炉发电所在的公辅2区。则本厂的设计最大消防用水量为360+120=480L/s，其中储罐区的火灾延续供水时间为6小时，公辅区2小时。

3.3消防环网管网

厂区单元区块布置、消防环网走向简图、节点编号做好设计。如果按照原来的设计思路，将工艺装置区和储罐区的东西向管线确定为主管，根据流量360L/s和流速不大于3.5m/s的要求，主管管径为400mm，同时将南北向次要联络管和公辅、厂前区的环管尺寸定为300mm。此时需要的管材为DN400钢管约4440m，DN300钢管约8080m。从泵房节点到用水节点最远路径为14-15-16-10-4，沿程水头损失根据流量360L/s通过两个DN400干管估算约为11.80m。

3.4第一次管网平差

现在进行第一次管网平差，此时只考虑正常工况，即没有管段处于检修状态，所有管段都参加供水。确定环网各管段的水流方向，各节点满足连续性方程。为了简化计算，将泵房到环网的供水管移动到节点上。同时根据保护区消防设施的位置，把用水点的流量有侧重地分配到周围的四个节点。首先利用步骤三确定的管径，进行第一次管网平差，利用Excel表格软件进行水力计算。

采用哈代克罗斯法解环方程，管段的水头损失采用海曾威廉公式。因为是半手工计算，各环闭合差小于0.5m即为满足要求。经过3次校正，达到目标精度，为节约篇幅，计算结果不再列出。从泵房节点到用水节点最远路径为14-15-16-10-4的沿程水头损失为2.05m。可以发现，利用管网平差计算得出的沿程水头损失远远低于前面的简单估算。管网管径存在向下调整的空间。

3.5第二次管网平差

接下来调整环网管径，进行第二次平差。主要思路是利用环网各管段对流量的分流，达到降低沿程损失的目的。这次把所有管径设置为DN300，仍然采用哈代克罗斯法重新进行平差计算。同时计算了各管径的流速，避免出现某个管段流速大于3.5m/s的超规范情况。经过9次校正，达到目标精度，为节约篇幅，计算结果不再列出。从泵房节点到用水节点最远路径为14-15-16-10-4，沿程水头损失5.36m。可见虽然减小了管径，但是沿程损失增加的绝对值并不太多。同时笔者又尝试了把主干管从DN400减小到DN300，联络管道从DN300降低到DN250，进行新的管网平差计算。这种情况下正常工况的沿程损失是7.43m，仍然低于原来的简单估算。考虑到装置区和罐区消防设施多样，一次消防用水量大而且集中，如果采用DN250的管径会造成局部水头损失过多。因此这个方案不能采用。

3.6检修工况校核

由于消防环网会进行定时检修或者发生故障，出现某一段被关闭的情况。如果此时发生火灾，相邻管段就承担了额外的流量，沿程损失相应增加。下面对这种工况进行校核。

所有管段的管径仍然采用DN300，根据第二次管网平差的结果，最大流量出现在管段14-20，假设此管段进行检修关断。将管段14-20的流量分解到相邻管段，重新进行平差，为节约篇幅，计算结果不再列出。此时路径14-15-16-10-4的沿程水头损失15.56m，与正常工况相比增加约10m。消防泵扬程应该根据这个结果选择。

4、结论

根据以上平差过程，整个厂区的环网管径都可以采用DN300，正常工况时管网内的最大管段流量为117.75L/s，管内流速1.67m/s；检修工况时管网内的最大管段流量为141.31L/s，管内流速2.64m/s，流速均满足规范中不大于3.5m/s的要求。

根据估算结果和第一次平差结果的对比，可以看出原有管网尺寸存在下调空间。把其中4440m管线尺寸从DN400减小到DN300，同时考虑到管网中的检修阀门、管件等尺寸的相应减小，这个举措可以大大节约工程投资，提高了设计的经济性。

把所有DN400管线全部减小到DN300，以正常工况进行平差，所选路径的沿程水头损失是5.36m，与管径调节前相比，增加的损失量不大，并且低于简单估算的结果，显然这个思路是合理的。

虽然根据管网平差结果，管道尺寸可以进一步降低到DN250，但是与装置区消防设施设置多样、用水量集中的实际情况不符。因此为了安全，管道尺寸降低要适可而止。总之，利用管网平差详细计算大型消防环状管网，可以有效提高设计成果的合理性和经济性，其综合效益会更加可观。

结束语

综上所述，只有真正明确了管网平差在大型化工厂区消防环网中的应用的要求，才能够在应用中发挥效果，本文总结了管网平差在大型化工厂区消防环网中的应用的方法和措施，可供参考。

参考文献：

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[2]尹伟,朱军伟,伊宁.化工厂区给排水管网设计分析[J].山东化工,2017,46(17):111.