工業(yè)企業(yè)給排水設(shè)計中用水量計算
摘要： 論述了工業(yè)企業(yè)工程設(shè)計時，合理計算全廠平均小時用水量和最大小時用水量的重要性，并通過對工業(yè)用水過程中連續(xù)用水最大小時用水量同時發(fā)生的概率和各間斷用水量同時發(fā)生的概率分析，提出全廠用水量的計算方法。
關(guān)鍵字： 工業(yè)企業(yè) 用水量
1 水量計算的重要性
水量計量的單位為m3/h或m3/d。在工業(yè)企業(yè)中常用的水量為日用水量(以m3/d計)，平均小時用水量和最大小時用水量(以m3/h計)。工業(yè)企業(yè)前期設(shè)計(可行性研究和初步設(shè)計)階段中，給排水專業(yè)一個重要任務(wù)是進行全廠用水量計算。全廠的平均小時用水量和最大小時用水量是工業(yè)企業(yè)用水量的重要參數(shù)，因為它決定著工業(yè)企業(yè)內(nèi)部管網(wǎng)的管徑和從市政管網(wǎng)引入給水管的管徑以及初次水增容費的多少。同時，如果該企業(yè)遠離城市或城市供水量不能滿足企業(yè)自身的用水量需求時，企業(yè)一般需要自建水廠，需要的話，還要自建污水處理場。如一些大型的化工廠或石油化工企業(yè)等。此時，上述兩個用水量又決定著自建水廠和污水處理場的規(guī)模。換句話說，平均時用水量和最大時用水量影響著待建企業(yè)的給排水部分的投資。因此，此階段的給排水專業(yè)的水量計算是十分重要的。合理計算全廠中各種用水量，正確繪制水平衡圖，對設(shè)計中確定工廠自建取水廠、污水處理場規(guī)模，合理繳納水增容費及控制水資源、節(jié)約用水等有非常重要的意義和積極的指導(dǎo)作用。
2 工業(yè)企業(yè)用水量分類
根據(jù)《工業(yè)用水分類及定義》(CJ19-87)中的有關(guān)規(guī)定，工業(yè)企業(yè)用水量是指工業(yè)企業(yè)完成全部生產(chǎn)過程所需要的各種水量的總和。它包括間接冷卻水量、工藝用水量、鍋爐用水量和生活用水量。除此以外，工廠中還有消防用水量。
3 工業(yè)企業(yè)用水量計算重點
在上述各用水量中，間接冷卻水一個較穩(wěn)定的用水量，補充水量計入工廠生產(chǎn)用新鮮水量中，一般是個相對穩(wěn)定的數(shù)值。消防用水量是根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定的，水量固定。因此企業(yè)用水量的計算重點和難點在于工業(yè)企業(yè)全廠新鮮水用量的平均時用水量和最大時用水量。
4 工業(yè)企業(yè)新鮮用水量的計算
為討論問題方便，下述用水量均指企業(yè)用新鮮水量。
從水量的單位可以看出，決定工業(yè)企業(yè)全廠用水量的因素有兩個：一個是用水立方米數(shù)，另一個是用掉這些水的用水時間。但，要正確計算小時用水量，除對這兩個因素進行必要的分析外，還需對各用水設(shè)備或用水點的最大用水量是否在同一時間段發(fā)生進行概率分析。
對于生活用水量，一般根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中的用水定額和工藝專業(yè)向給排水專業(yè)提供的最大班人數(shù)，經(jīng)計算確定，此用水量記為QS1。此外還有工業(yè)企業(yè)中淋浴用水量，記為QS2。職工生活用水最大用水量和淋浴用水量，通常不同時發(fā)生。也就是說，這兩個水量同時發(fā)生的概率很小。這可以通過對職工上班、下班的生活規(guī)律的分析，得出這個結(jié)論。因此，在計算工業(yè)企業(yè)總的生活用水最大小時流量(記為QS3)時，宜取淋浴小時用水量和職工生活用水平均時用水量之和。隨著人們對生活環(huán)境要求的越來越高，工業(yè)企業(yè)的綠化用水量也不容忽視。它的計算可根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的綠化用水定額和企業(yè)中綠化面積進行計算。此部分一般歸類為生活用水量范疇，記為QS4。
工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用新鮮水中的間接冷卻循環(huán)水的補充水量，是一個較衡定的用水量，它的值在確定了循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)水量和循環(huán)水處理方式后也就確定下來，記為QX。除循環(huán)水補充水以外的生產(chǎn)用的其它新鮮水，隨著生產(chǎn)工藝不同而有差異，用水時間也是長短不一。企業(yè)在安排產(chǎn)品生產(chǎn)時是根據(jù)市場需要而進行的。同一套生產(chǎn)設(shè)備，會因它在不同階段使用不同的原材料生產(chǎn)不同的產(chǎn)品而使用水量發(fā)生變化。由此帶來的水量計算，尤其是最大時用水量更難準確把握。以下，就某一化工廠的初步設(shè)計來探討一下水量的計算。
表1中摘錄了某化工廠初步設(shè)計時，化工工藝等專業(yè)向給排水專業(yè)所提的用水量條件表內(nèi)容中的一部分。
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從表1中可以看出：生產(chǎn)用新鮮水主要分為兩大類，一類為生產(chǎn)連續(xù)用水量，一類為間斷用水量。連續(xù)用水量中又分為平均時用水量和最大時用水量。在計算連續(xù)用水的平均時用水量時，可以直接將表1的平均用水量數(shù)據(jù)相加即可。而計算連續(xù)用水的最大小時用水量時，在計算時卻有兩種方法：第一種是將表1的最大用水量數(shù)據(jù)直接相加，取其和；第二種是將表1的最大用水量數(shù)據(jù)相加，再乘以一個折減系數(shù)，將所得出的結(jié)果作為最大小時用水量。第一種方法所表達的意義是指所有產(chǎn)生最大時用水量的事件在同一時間發(fā)生。這種概率是存在的，但它發(fā)生的概率隨著用水項序號的增加而減小。
表1中，間斷用水中卻有每次用水量、每次最長用水時間、每天用水次數(shù)三個因素控制。將表1的間斷用水量單獨取出來，制成表2。
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由表2可以看出，一天中，就某一次間斷用水量發(fā)生而言，其一次用水時間并不長，一次用水量也并不太大，但將其折合成小時用水量時卻比較大。把表2中“小時用水量”直接相加得出用水量為21.20m3/h。如果將此水量作為間斷用水量的小時用水量的話，顯然偏大。因為這個水量代表的意義同樣是所有間斷用水量發(fā)生在同一時間段。這種概率，同樣隨著間斷用水量個數(shù)的增加而減小。因此，計算間斷用水的小時用水量，也同樣不能將其折合成小時用水量后簡單地疊加。
以表1中的數(shù)據(jù)為例，本文推薦一種工業(yè)企業(yè)小時用水量的計算方法，方法如下：
4.1 計算連續(xù)用水部分的平均小時用水量QL1
將工藝等專業(yè)所提的連續(xù)用水量的平均時用水量相加，此用水量記為QL1，即表1中序號為第3、6、7、9的平均用水量相加得出：QL1＝44.0m3/h；
4.2 計算循環(huán)水的補充水量QX；
4.3 計算連續(xù)用水部分的最大小時用水量QL3
將連續(xù)用水量的最大時用水量相加，此用水量記為QL2，即表1中序號為第3、6、7、9的最大用水量，相加得出：QL1＝６００m3/h？紤]到若干項連續(xù)用水量的最大小時用水量在同一小時內(nèi)發(fā)生的概率，因此將QL2乘以一個系數(shù)k(k≤1)，即QL3＝kQL2，把QL3作為連續(xù)用水部分的最大小時用水量。k的取值，依據(jù)連續(xù)最大用水量個數(shù)可取0.6～1。當連續(xù)最大用水量個數(shù)多時，取小值；當連續(xù)最大用水量個數(shù)少時，取大值；當連續(xù)最大用水量個數(shù)只有一個時，取1。
5 計算間斷用水部分的小時用水量QJ
間斷用水部分的小時用水量分為以下三部分：
5.1 選取單項一天用水總時間超過8 h的用水項目，認定這些間斷小時用水量為準連續(xù)用水量即表1中的序號13、14，這部分小時用水量之和記為QJ1。本例中QJ1＝1.2m3/h。
5.2 取間斷用水量中最大一個小時用水量即表1中的序號12，這部分小時用水量記為QJ2。本例中QJ2＝5.0 m3/h。
5.3 除去上述準連續(xù)用水量和間斷用水量后，將其它間斷用水(即表1中的序號4、5、8、11、15)一天用水量之和(1＋2＋3×3＋5＋2＝19.0 m3/h。)除以用這些水所需總用水時間(0.5＋0.5＋3×1＋2.5＋0.5＝7.0 h)，得出一平均用水量，記為QJ3。本例中QJ3＝2.7 m3/h。
那么，間斷用水小時用水量QJ可取上述三部分用水量之和。本例中QJ＝QJ1＋QJ2＋QJ3＝8.9 m3/h。
綜合上述分析，工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)生活用新鮮水量可以用下式計算：（不包括消防用水量）
平均小時用水量：
Q＝K(QL1＋QJ＋QX＋QS1＋QS4) 。(1)
最大小時用水量：
Qmax＝K(KQL2＋QJ＋QX＋QS3)
＝K(QL3＋QJ＋QX＋QS3＋QS4) (2)
式中，K—為管網(wǎng)損失量系數(shù)，可以視管網(wǎng)大小，取1.1～1.2
上述關(guān)于連續(xù)用水量中最大小時用水量系數(shù)ｋ的附加，大家可以從數(shù)學(xué)的概率論中得到解釋。同樣，間斷用水量從上述三個方面計算得出的結(jié)果QJ，基本上可以代表不同的間斷用水量在同一時間發(fā)生較有代表性概率時的用水量。
6 結(jié)語
6.1 工業(yè)企業(yè)新鮮水連續(xù)用水最大小時用水量的計算，宜分析各不同用水設(shè)備或用水點最大小時用水量在同一時間內(nèi)發(fā)生的概率大小，從而選取“k”值；
6.2 工業(yè)企業(yè)新鮮水間斷用水小時用水量的計算，宜對各不同間斷用水量的用水特點進行必要的分析，從中選取一個較合理的計算方法，以期使計算得出的用水量值既滿足使用需要又是一個經(jīng)濟用水量值。
同樣，如果計算工業(yè)企業(yè)中全廠最大小時排水量，也可以參照用水量的計算方法進行計算。
本文根據(jù)多年的設(shè)計實踐經(jīng)驗，探討了如何合理地計算工業(yè)企業(yè)中正常生產(chǎn)生活時所需的新鮮水量。以上用水量計算方法是否正確、合理，請廣大給排水工作者給與評論和指導(dǎo)，并歡迎各位同行參與討論。
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