鋼鐵企業(yè)高架流槽設(shè)計方法淺議
來源： 閱讀：3540 更新時間：2009-10-22 14:31鋼鐵企業(yè)中，煉鐵高爐煤氣洗滌濁循環(huán)回水和煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣凈化OG濁循環(huán)回水循環(huán)水量大、懸浮物含量高、回水溫度高、懸浮物含量在不同工況下周期性變化強等特點。煉鐵高爐煤氣洗滌濁循環(huán)回水，懸浮物最高濁度可達6000mg/L以上，水溫一般在55~60℃；煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣凈化濁循環(huán)回水，懸浮物最高濁度可達15000mg/L以上，水溫可達60℃以上[1]。如果采用管道輸送這兩種循環(huán)回水，高懸浮物含量及其波動性容易造成管道堵塞難于檢修，也不便于水中熱量的散發(fā)，因此常用高架流槽這種方式輸送煉鐵高爐煤氣洗滌濁循環(huán)水和轉(zhuǎn)爐煙氣凈化OG濁循環(huán)水。
高架流槽，為鋼制水渠，整個流槽為架空敷設(shè)，距離地面約十幾米高度。流槽包括流槽本體、附屬檢修走道及支撐流槽本體的鋼結(jié)構(gòu)桁架以及流槽鋼結(jié)構(gòu)支架等。高架流槽為敞開式，不僅維護簡便、便于水中熱量的散發(fā)，還能很好的滿足煉鐵煉鋼工藝多點重力流無壓排水的生產(chǎn)需要。
本文針對高架流槽的設(shè)計方法進行了分析和探討，也可作為相似工程的參考。
1.高架流槽設(shè)計方法
高架流槽的具體設(shè)計主要包括平面走向定位、斷面形式、水力計算、高程設(shè)計、流槽支架定位、流槽與粗顆粒分離器或沉淀池的接口和流槽轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)計等。流槽本體的結(jié)構(gòu)、支撐流槽本體的鋼結(jié)構(gòu)桁架以及流槽鋼結(jié)構(gòu)支架的具體設(shè)計由結(jié)構(gòu)專業(yè)負責(zé)實施，因此，這部分內(nèi)容不屬于本文討論范圍之內(nèi)。
1.1平面走向定位
高架流槽從工藝主車間接至濁循環(huán)水處理站粗顆粒分離器或沉淀池。由于高架流槽造價較高，每米高架流槽包括支撐流槽本體的鋼結(jié)構(gòu)桁架，其用鋼量就為2t左右，因此無論從水力學(xué)角度(以最短路徑排水)考慮還是考慮經(jīng)濟因素，高架流槽在循環(huán)水處理單元和主單元車間之間首先應(yīng)以最短的路徑布置以降低造價。
在車間內(nèi)，高架流槽的平面定位應(yīng)符合煉鐵或煉鋼工藝的要求，但在設(shè)計走向時要注意，高架流槽不同于管道，當(dāng)與其它設(shè)備、構(gòu)筑物、管道相碰時，設(shè)計人員要考慮不僅是高架流槽本體能穿過這些設(shè)備、構(gòu)筑物和管道，高架流槽走道的通行要求也必須得到滿足。在車間外，由于高架流槽通常都有十幾米高，一般不會對廠區(qū)道路的運輸通行以及廠區(qū)內(nèi)的小型建筑物造成影響，可直接凌空穿越以最短路徑接至循環(huán)水處理，但在具體設(shè)計時，必須與廠區(qū)的總體布置進行充分的協(xié)調(diào)，以確保高架流槽不與其它構(gòu)筑物、建筑物及架空管道相碰。圖1為某大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)煉鋼轉(zhuǎn)爐煙氣凈化OG濁循環(huán)水高架流槽平面布置圖。高架流槽從煉鋼車間中穿出，橫跨廠區(qū)主干道，接至RH、OG濁循環(huán)水處理站的粗顆粒分離器。
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另外，高架流槽是鋼制水渠，流槽內(nèi)濁循環(huán)回水溫度可達60℃左右，水溫對于高架流槽本身熱脹冷縮的作用不能忽視，F(xiàn)今雖然已經(jīng)出現(xiàn)了高架流槽用橡膠軟連接的技術(shù)[2]，但在流槽平面設(shè)計時，增加必要的轉(zhuǎn)彎對于化解流槽的熱脹冷縮仍是設(shè)計中采用的最主要和最可靠的手段。一般情況下，建議高架流槽的直線段長度不宜超過200m。
1.2斷面形式、水力計算以及高程的確定
1.2.1斷面形式
高架流槽斷面形式的確定不僅指流槽本體，也包括支撐流槽的鋼結(jié)構(gòu)桁架和流槽走道。
①流槽斷面形式
高架流槽的水流部分的斷面應(yīng)設(shè)計成半圓形，在水面以上留適當(dāng)?shù)谋Ｗo高度。圖2為高架流槽本體斷面示意圖。圖中，B為流槽寬度，H為流槽總高度，R為流槽內(nèi)半徑。流槽為敞開式。
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高架流槽由于維護檢修較為方便，因此流槽的內(nèi)壁通常不需要另設(shè)鑄鐵、鑄石等耐磨材料，但流槽本體的鋼板厚度不應(yīng)小于10mm。
②支撐流槽的鋼結(jié)構(gòu)桁架和流槽走道
支撐流槽的鋼結(jié)構(gòu)桁架和流槽走道常見的有三種形式。
一，鋼結(jié)構(gòu)桁架設(shè)于流槽下方，走道設(shè)置于流槽的一側(cè)，桁架支撐整個流槽和走道，這也是最常用的一種做法。
二，鋼結(jié)構(gòu)桁架將流槽包在里面，走道設(shè)置于流槽的一側(cè)或上方，這種做法可有效抬高流槽下的凈空高度，但是要求考慮桁架的高度必須滿足通道的凈空的要求，桁架本身的高度會較高一些。三，流槽本體做加強處理，一般是在流槽斷面上部的開口處設(shè)加強筋，不再另行設(shè)置桁架，走道即設(shè)于流槽上方，該方式通常適用于流量較小，流槽斷面也較小的情況。在實際工程設(shè)計中，通常是采用第一、二種方法相結(jié)合的方式。
高架流槽距離地面的高度達十幾米，因此高架流槽走道的安全性須在設(shè)計時加以注意。無論走道設(shè)置于流槽頂部或側(cè)邊，走道均須設(shè)置雙護攔。
高架流槽上不允許設(shè)置直爬梯。高架流槽必須設(shè)有兩處以上的斜梯以滿足上下的要求。
支撐流槽的鋼結(jié)構(gòu)桁架和流槽走道方式的最終確定須根據(jù)現(xiàn)場實際情況并在設(shè)計過程中與結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)商決定。
1.2.2水力計算
流槽的水力計算按照《給水排水手冊》第二冊管渠水力計算相關(guān)內(nèi)容的要求進行，但在計算過程中須注意以下幾點[3]。
①參照《鋼鐵工業(yè)給水排水設(shè)計手冊》，金屬流槽的粗糙系數(shù)按n=0.014；
②流速的選用不宜過小，以免產(chǎn)生沉淀，也不宜過大，以免加快高架流槽的磨損，高架流槽內(nèi)水流速度一般不宜小于2m/s；
③一般流槽寬度不應(yīng)小于300mm，當(dāng)流槽走道位于流槽上方即利用流槽頂部作走道板時，流槽寬度不應(yīng)小于700mm；
④高架流槽的坡度一般按1%~2%執(zhí)行；
⑤高架流槽水面以上的保護高度不應(yīng)小于200~300mm。
1.2.3高程設(shè)計
高架流槽的起點高度是由煉鐵或煉鋼工藝所確定的，整個流槽按i=0.01~0.02的坡度坡向循環(huán)水處理站的粗顆粒分離器或沉淀池。在進行高架流槽穿越廠區(qū)主干道路時，須對流槽底部桁架下的凈空高度做校核，看是否會對生產(chǎn)運輸帶來影響。
1.3 流槽支架的定位
高架流槽下的鋼結(jié)構(gòu)支架的具體形式和構(gòu)造是由結(jié)構(gòu)專業(yè)負責(zé)設(shè)計的，但支架的定位和布置是由給排水專業(yè)確定的。鋼結(jié)構(gòu)流槽下的支架通常為立柱形式。支架數(shù)量少、布置稀疏，對支撐流槽的鋼結(jié)構(gòu)桁架的要求就高，但支架易于布置和定位；支架布置多，支架的造價會上升，另外如果空間有限，可能會造成支架難于布置。
車間內(nèi)高架流槽通常設(shè)于主車間平臺旁側(cè)，因此主車間平臺的立柱就可作為流槽的支架。如果支撐流槽的桁架設(shè)于流槽下方，則該桁架同時也可以作為車間管道的支架。
車間外高架流槽的支架可根據(jù)區(qū)域內(nèi)的具體情況布置，一般高架流槽支架的間距為20m左右。高架流槽支架不宜設(shè)置在地下管廊、電纜隧道和埋地管線的上方。高架流槽進入水處理站的粗顆粒分離器或沉淀池前應(yīng)設(shè)置支架，以減小高架流槽對于粗顆粒分離器或沉淀池荷載的影響。高架流槽在轉(zhuǎn)彎處宜設(shè)置支架。
1.4流槽與粗顆粒分離器或沉淀池的接口
高架流槽與粗顆粒分離器或沉淀池的接口處應(yīng)盡量避免采用以流槽與粗顆粒分離器或沉淀池直接相連的方式進水，以免因壅水現(xiàn)象對高架流槽的水流和粗顆粒分離器或沉淀池的處理效果帶來負面影響。而應(yīng)采用局部跌水方式使流槽內(nèi)濁循環(huán)水進入粗顆粒分離器或沉淀池，即在高架流槽底板上接管排水至粗顆粒分離器或沉淀池。圖3為高架流槽進水至粗顆粒分離器接口圖紙。
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另外，在粗顆粒分離器或沉淀池進水端上的流槽上設(shè)置插板閥或閘門，可以對高架流槽起到一定的調(diào)節(jié)作用。當(dāng)流槽內(nèi)過水?dāng)嗝嫣。魉俣冗^快時，開關(guān)小插板閥或閘門，抬高流槽內(nèi)水位，從而擴大過水?dāng)嗝、降低水流速度，有效的利用流槽的容積，減小對流槽的沖刷。
1.5流槽轉(zhuǎn)彎半徑設(shè)計
高架流槽內(nèi)水流速度較高，在轉(zhuǎn)彎時流槽外側(cè)的水面將有所升高，會使流槽外側(cè)有較為強烈的沖刷，甚至在水流流速高或水量大的情況下會有水濺出流槽的現(xiàn)象發(fā)生。在設(shè)計中，可參照《鋼鐵工業(yè)給排水設(shè)計手冊》對氧化鐵皮溝流槽的要求，高架流槽中心線的轉(zhuǎn)彎半徑Rm應(yīng)滿足Rm≥5B(B為流槽寬度)的要求。如果在特殊情況下轉(zhuǎn)彎半徑無法滿足上述要求，可將該處用鋼板封擋。
1.6其它
煉鐵高爐煤氣洗滌濁循環(huán)回水和轉(zhuǎn)爐煙氣凈化OG濁循環(huán)回水中有廢氣排出，在車間內(nèi)的高架流槽應(yīng)設(shè)置鋼蓋板，車間外露天部分可以不設(shè)置鋼蓋板。
2. 結(jié)語
綜上所述，鋼鐵企業(yè)中的高架流槽，用于輸送煉鐵高爐煤氣洗滌濁循環(huán)回水和轉(zhuǎn)爐煙氣凈化OG濁循環(huán)回水，其作用非常重要。在設(shè)計時必須進行周密的考慮和計算，要技術(shù)合理、滿足生產(chǎn)、便于維護。
參考文獻
[1]張景來，王劍波，常冠欽等.《冶金工業(yè)污水處理技術(shù)及工程實例》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.
[2]劉燦生，鐘淳昌，洪覺民.《給水排水工程施工手冊》[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.
[3] 王笏曹，錢平，鄒德才等.《鋼鐵工業(yè)給水排水設(shè)計手冊》[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.
作者簡介：金亞飚(1975-)，男，漢族，江蘇常熟人，工程師，同濟大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院給水排水工程專業(yè)本科畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)主要從事鋼鐵工業(yè)給排水設(shè)計工作,Email jinyabiao@baosteel.com，電話021-66786678-3172。
