长距离尾水排海管道工程设计与研究

长距离尾水排海管道工程设计与研究

宋晓阳

中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津 300000

摘要：尾水排海管道工程通过在指定海域选定合适排放口，将达标尾水经放流管输送至末端扩散器，利用海洋稀释扩散作用达到处置污水处理厂尾水的目的。涉及海洋工程、市政工程等多个专业内容，较陆上污水管道设计更为复杂。本文以辽东湾新区尾水排海管道工程为例，介绍了长距离尾水排海管道的工艺组成、路由选择、纵向设计以及稀释扩散设计，论述了相关设计要点和经验，为类似工程设计提供指导。

关键词：排海管道；路由；纵向设计；稀释扩散；

1 引言

《中国海洋21世纪议程》中指出“合理利用海洋自净能力，深水管道排污可以减少污水治理费用，利用海洋自净能力净化污水。沿海城市应逐步推广污水深水管道排海工程”。滨海城市具有得天独厚近海巨大的环境水体，可以科学地利用海洋的环境容量来解决一部分城市污水处置的负担和经济压力。盘锦辽东湾新区濒临渤海湾，总规划面积400km²，以石油化工及精细化工为主要发展产业。石化行业作为污水排放大户，其排水量占整个工业污水产生量的70%。随着兵器炼油化工、精细化工项目等重点项目的入驻，各企业将产生大量的高含盐废水，近期无法得到综合利用，在现有技术条件下，再继续回用经济上不可行，实施达标尾水深海排放势在必行。本文介绍了该项目工程概况及海域管道组成、管道排放口及路由的选择、管道纵向设计以及尾水稀释扩散计算。

2 工程主要工艺组成

辽东湾新区尾水排海管道工程设计排水量为5万m³/d，包括陆域管道和海域管道，其中陆域管道长约8400m，海域管道长约9400m。尾水在污水处理厂内经排放泵房提升后进入陆上排放管道，一直输送至岸边阀门井，海上排放管道自阀门井出发，穿越围堰后，一直延伸到-8.400m海床线处。本工程海域管道部分包括阀门井、水下放流管段、扩散器管段、导航设施以及附属的挡桩、护坦等。

（1）阀门井：在尾水深海排放系统中，常在岸边设置一座砼竖井式控制构筑物，即阀门井。本工程阀门井为6.1m×3.6m矩形钢筋混凝土结构，是陆域管道和海域管道的分界，内设止回阀、双法兰聚乙烯管、排气阀，具有防止海水倒灌、隔绝海域管道电流和管道溢气的作用。

（2）水下放流管段：水下放流管段将尾水从岸边输送到排放口扩散器处。本工程水下放流管道长9210m，设计采用DN1000 L360钢管。

（3）扩散器管段：扩散器是具有一定长度、一定数量孔口和的多孔管状结构，它能加快污水与外界水体的最初混合，并为之后的污水再稀释扩散提供有利条件。本工程扩散器长度155m，扩散管为DN1000- DN400变径，采用多级多孔，两侧喷射的几何形式。

3 管道平面设计

本工程附近海域邻近盘锦荣兴港和营口港，排海管道应与港口航道、港外航路以及锚地保持一定安全距离，保证管道自身运行安全，同时，避免工程建设引起的流场变化和泥沙冲淤影响附近水域通航安全。经过方案比选，根据海底管道路由勘察报告和数值模拟计算结果最终确定管道路由，如下图所示。管道与西侧防波堤呈10度夹角，一直延伸到-8.400m海床线处。排污口位置设在天然深槽水域东侧，不但可以满足水深要求，而且复杂的海洋流态，使得该区域具有良好的混合稀释条件，有利于污染物的扩散。同时排污口的选址距斑海豹等环境敏感点相对较远，设在四类海域内，符合海洋环境保护法及海水水质质量标准的相关规定。另外，管道路由位于盘锦港主航道的东侧，距锚地有一定的距离，对周围水域的通航环境产生的影响较小。

4 管道纵向设计

排海管道平面布置已考虑通航安全问题，但是，由于管道位于盘锦荣兴港区附近，周边航道、锚地、养殖区域密集，工程附近水域航行的渔船较多，管道运营期间仍可能受到以下几个方面的风险：1）过往船只因紧急制动抛锚破坏管线；2）锚地内船舶走锚、拖锚破坏管线；3）渔船拖网活动破坏管线；4）海底采砂作业和疏浚作业破坏管线^[1]。此外，排海管道路由海域岸线稳定，海域呈微冲刷—冲淤平衡的趋势，达标尾水排海扩散段由于受到25万吨级航道和盘锦港建设的影响，将常处于波浪经常作用范围内。因此，管道应保证一定埋深，避免管道受到外界偶然破坏或在长期波浪、海流的作用下，管道逐渐裸露、悬空出海床，发生断裂^[2]。综合考虑以上因素，并结合管道抗浮，最终确定本工程海底管道敷设在海床以下，管顶覆土2米，回填砂袋及碎石。

5 稀释扩散设计

为了充分利用海水的稀释功能，扩散器的长度和孔口的设计应满足初始稀释度要求，同时，扩散器孔口间距的确定，取决于排放口的水深，并应以最短的扩散器长度来获得最佳稀释效果为依据。根据《污水海洋处置工程污染控制标准》和《污水排海管道工程技术规范》的规定，放流管末端水深至少达到7m，对于第四类海域，按90％保证率下初始稀释度应≥35。本工程扩散器处水深为8m，初始稀释度S

₀取为55。

表1 扩散器计算参数

Tab.1 Calculation parameters of diffuser

6 结论

本文以辽东湾新区长距离尾水排海管道为例，介绍了长距离尾水排海管道的工艺组成、路由选择、纵向设计以及扩散器设计。该工程已于2017年9月竣工通水，目前运行状况良好，相关设计方法和参数可供长距离尾水排海管道设计者参考和商榷。

参考文献

[1]刘成，韦鹤平，何耘. 排放口扩散器泥沙淤积经验公式的推求[J].中国给水排水，2000,16（3）：38-40.

[2]高印立，闫澍旺，王金英. 海底管道稳定性设计系统[J].石油学报，1997,18（2）：134-137.

[3]GB 50268-2008 给水排水管道工程施工及验收规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008

[4]张剑波，袁超红.海底管道检测与维修技术[J]. 石油矿场机械，2005，34（5）：6-10.

[5]黄文献，秦德全.废水排海管道防腐措施探讨[J].科技资讯，2012,18（11）：42-46.

[6]孙守蒙.海底输油管道防腐设计研究[J].石油工程，2017,43（8）：36.

作者简介：宋晓阳（1991.8-），女，汉，河北省沧州市人，硕士研究生，工程师，主要从事尾水排放管道设计工作。