某重力式旋流沉淀池的设计 某重力式旋流沉淀池的设计
张成军
（攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）
摘要：在连铸厂、轧钢厂的部分工序中，伴随大量氧化铁皮的产生。为去除氧化铁皮，一般可采用一次沉淀池、二次沉淀池或旋流池作为处理设施。与一次沉淀池、二次沉淀池相比，旋流池具有清渣方便、沉淀效率高的优势。本文主要阐述了下旋式旋流池的设计计算的工程实例，以及在长期的设计工作中的一些经验总结及思考。
关键词：旋流池；重力式；外旋式；下旋式；设计计算；设计总结
1 工程概况
某钢轨厂建设1条重轨生产线，线上设置1台U1轧机、R1轧机、1台UF万能轧机机，生产线沿线产生部分氧化铁皮（重型钢轨在轧制过程中产生）。综合考虑工艺布局、总图布置及投资等因素后，设计采用重力式旋流沉淀池对氧化铁皮进行收集及去除。
2 旋流池形式的选择
处理轧钢厂含氧化铁皮废水，一般采用一次、二次沉淀池或重力式旋流沉淀池。通常，重力式旋流沉淀池与一次、二次沉淀池相比，具有节省占地面积、方便清渣、投资省及氧化铁皮去除率高（一次沉淀池为80%、二次铁皮沉淀池沉淀效果好坏与投资成正比，旋流沉淀池为95%～98%）的优点。重力式旋流池共有3种形式：下旋式旋流池、外旋式旋流池及带斜管除油旋流沉淀池，常用形式为前两种。按进水位置可分为中心筒进水和外旋式进水。常用的两种旋流池的优缺点比较见表1。
表1 重力旋流池常用形式优缺点比较表
因本工程水量较小、地形紧张，最终选择下旋式旋流池的结构形式。
3 旋流池设计计算
3.1 内环中心筒直径计算
根据抓斗形式进行池径校核。本次选用抓斗为XCZ5型，最大张开宽度为1470mm。设计手册中规定：根据选用抓斗的最大张开宽度加1.0m余量设计中心筒直径。因此，为保证抓斗的正常工作，中心筒直径应≮2.47m。综合考虑抓渣时水流旋转的因素，中心筒直径选用4.0m。
3.2 外环直径计算
UR/E轧机及UF轧机浊环水用水量共260m3/h，每台轧机处设置冲氧化铁皮用水30m3/h，总用水量共320m3/h。
一般旋流池单位面积表面负荷≤40m3/（m2·h），选择表面负荷15m3/（m2·h）。去除氧化铁皮主要靠外环沉淀区，根据公式计算其面积：
A=Q/qψ
式中：Q——沉淀池处理水量，取值320m3/h；
q——采用的单位面积表面负荷，取值15m3/（m2·h）；
ψ——布水不均匀系数，一般为0.7。
经计算，外环沉淀区面积为320÷15÷0.7=30.47m2。
内环直径4.0m，外环沉淀区为1圆环，设R为外环半径，内环与外环间墙厚按0.3m，其半径为：
π（R2-4.32）≮30.47m2→外环半径R≮3.87m。
根据现场地形，考虑方便水泵安装及部分安全余量，外环直径采用8.5m。
3.3 池深计算
旋流池池深计算公式如下：H=h1+h2+h3+h4+h5式中：h1——水流部分高度，一般为1.0～3.0m，本次取值2.0m；
h2——中间层高度，约0.50m；
h3——沉渣部分高度，一般按钢板车间、大型车间2.5m、小型车间2.0m，本次取值2.0m；
h4——地面以上保护高度，取1.0m；
h5——沉淀池水面到车间地坪的距离，根据轧机距池距离及轧机排水点本身标高确定，为10.89m。
代入各值，计算得池深为≮16.69m，设计取值17.0m（地面下-16.0m）。
3.4 氧化铁皮量
根据工艺专业提供的设计资料，浊环水系统氧化铁皮含量为250g/m3。旋流池的沉淀效率约为95%～98%，取值95%，经计算每日氧化铁皮量约为G=24h×260m3/h×250g/m3×95%=1083kg；氧化铁皮湿容重2.3～2.5t/m3，取值2.3t/m3，计算得每日渣体积约为0.47m3。本次选用抓斗为XCZ5型，容积为0.5m3，每天需抓渣1次。
3.5 水泵选型
水泵选用专用氧化铁皮泵，其参数为：Q=320m3/h，H=49m，N=75kW，V=380V，轴长4600mm（即泵过滤网底部至泵底板下表面长度），海拔高度1102.0m，防护等级IP54，温升B级，绝缘F级。水泵选择的依据：系统处理水量、水泵特性曲线、管道特性曲线、旋流池吸水深度、流体比重与组成。
4 吊车的选型
吊车选用QZ-5型（带5t吊钩），根据场地地形情况，吊车跨度采用13.5m；抓斗起重量为5t，抓斗起升高度为24m（带齿重型抓斗容积为0.5m3，氧化铁皮堆密度2.3t/m3，经计算吊钩起重量5t），吊钩起升高度18m，吊车梁距地面12.0m；整机地面操作、露天使用。吊车选用的依据：每次抓渣重量、旋流池深度、翻斗汽车车厢顶高度、抓斗张开时距车厢顶高度、吊车自轨顶至吊钩高度、需起重的设备的最大重量及尺寸、抓斗容积及自重、翻斗汽车斗长、吊车极限。
5 溜槽设计计算（图1）
选择圆底矩形流槽，坡度按0.003，材质选用铸石板（n=0.012）。
查《钢铁工业给水排水设计手册》中表10～31，本次轧机均属于大型轧机，流速选用2.5～3.0m/s。采用试算法计算沟的尺寸，查《钢铁工业给水排水设计手册》中表10～34，坡度为0.03、流量Q=260m3/h时，选用B=300mm的流槽，v=2.0m/s，充满度h/B=0.65。得出水深h=260mm，充满度和水深满足要求。查《钢铁工业给水排水设计手册》中表1032，超高选择200mm，最终流槽设计宽度B=400mm，深度500mm。
图1
6 结语
（1）应根据生产线的工艺布局、浊环用水量、水质、浊环水处理工艺、总平面布置、日常运行管理、方便施工、控制投资等因素，因势利导的进行设计工作。（2）合理选择旋流池形式，在满足出水水质要求下，尽可能做到投资省、运行管理方便。（3）在本次设计工作之前，通过考察一些旋流池实例，充分考虑了抓渣及清渣难的问题。为解决清渣难的问题，考虑了如下措施：①取消了斜板，解决了斜板积渣的问题；②适当增加了中心筒直径，尽可能避免了因水流旋，抓斗随之旋转转抓渣难的问题；③水泵吸水环内设置了冲洗管，吸水环开设4个DN150孔，间歇冲洗避免吸水环积渣，减少清渣工作量。（4）应仔细计算、充分考虑水泵的选型，避免造成水泵轴长选择不当等问题。（5）其他配套专业的问题：水泵房深度超过5m应设置强制通风、电缆的敷设、水泵吊装孔设置应充分考虑防雨。
参考文献：
（1）王芴曹主编.钢铁工业给水排水设计手册.北京：冶金工业出版社，2002.
（2）王鹏庆,李万坤.八钢棒材浊循环水处理重力旋流沉淀池的设计.新疆钢铁，2005,3.
中图分类号：TF085
文献标识码：A
文章编号：1671-0711（2017）04（上）-0124-02
某重力式旋流沉淀池的设计 某重力式旋流沉淀池的设计
张成军
（攀枝花攀钢集团设计研究院有限公司，四川 攀枝花 617023）
摘要：在连铸厂、轧钢厂的部分工序中，伴随大量氧化铁皮的产生。为去除氧化铁皮，一般可采用一次沉淀池、二次沉淀池或旋流池作为处理设施。与一次沉淀池、二次沉淀池相比，旋流池具有清渣方便、沉淀效率高的优势。本文主要阐述了下旋式旋流池的设计计算的工程实例，以及在长期的设计工作中的一些经验总结及思考。
关键词：旋流池；重力式；外旋式；下旋式；设计计算；设计总结
1 工程概况
某钢轨厂建设1条重轨生产线，线上设置1台U1轧机、R1轧机、1台UF万能轧机机，生产线沿线产生部分氧化铁皮（重型钢轨在轧制过程中产生）。综合考虑工艺布局、总图布置及投资等因素后，设计采用重力式旋流沉淀池对氧化铁皮进行收集及去除。
2 旋流池形式的选择
处理轧钢厂含氧化铁皮废水，一般采用一次、二次沉淀池或重力式旋流沉淀池。通常，重力式旋流沉淀池与一次、二次沉淀池相比，具有节省占地面积、方便清渣、投资省及氧化铁皮去除率高（一次沉淀池为80%、二次铁皮沉淀池沉淀效果好坏与投资成正比，旋流沉淀池为95%～98%）的优点。重力式旋流池共有3种形式：下旋式旋流池、外旋式旋流池及带斜管除油旋流沉淀池，常用形式为前两种。按进水位置可分为中心筒进水和外旋式进水。常用的两种旋流池的优缺点比较见表1。
表1 重力旋流池常用形式优缺点比较表
因本工程水量较小、地形紧张，最终选择下旋式旋流池的结构形式。
3 旋流池设计计算
3.1 内环中心筒直径计算
根据抓斗形式进行池径校核。本次选用抓斗为XCZ5型，最大张开宽度为1470mm。设计手册中规定：根据选用抓斗的最大张开宽度加1.0m余量设计中心筒直径。因此，为保证抓斗的正常工作，中心筒直径应≮2.47m。综合考虑抓渣时水流旋转的因素，中心筒直径选用4.0m。
3.2 外环直径计算
UR/E轧机及UF轧机浊环水用水量共260m3/h，每台轧机处设置冲氧化铁皮用水30m3/h，总用水量共320m3/h。
一般旋流池单位面积表面负荷≤40m3/（m2·h），选择表面负荷15m3/（m2·h）。去除氧化铁皮主要靠外环沉淀区，根据公式计算其面积：
A=Q/qψ
式中：Q——沉淀池处理水量，取值320m3/h；
q——采用的单位面积表面负荷，取值15m3/（m2·h）；
ψ——布水不均匀系数，一般为0.7。
经计算，外环沉淀区面积为320÷15÷0.7=30.47m2。
内环直径4.0m，外环沉淀区为1圆环，设R为外环半径，内环与外环间墙厚按0.3m，其半径为：
π（R2-4.32）≮30.47m2→外环半径R≮3.87m。
根据现场地形，考虑方便水泵安装及部分安全余量，外环直径采用8.5m。
3.3 池深计算
旋流池池深计算公式如下：H=h1+h2+h3+h4+h5式中：h1——水流部分高度，一般为1.0～3.0m，本次取值2.0m；
h2——中间层高度，约0.50m；
h3——沉渣部分高度，一般按钢板车间、大型车间2.5m、小型车间2.0m，本次取值2.0m；
h4——地面以上保护高度，取1.0m；
h5——沉淀池水面到车间地坪的距离，根据轧机距池距离及轧机排水点本身标高确定，为10.89m。
代入各值，计算得池深为≮16.69m，设计取值17.0m（地面下-16.0m）。
3.4 氧化铁皮量
根据工艺专业提供的设计资料，浊环水系统氧化铁皮含量为250g/m3。旋流池的沉淀效率约为95%～98%，取值95%，经计算每日氧化铁皮量约为G=24h×260m3/h×250g/m3×95%=1083kg；氧化铁皮湿容重2.3～2.5t/m3，取值2.3t/m3，计算得每日渣体积约为0.47m3。本次选用抓斗为XCZ5型，容积为0.5m3，每天需抓渣1次。
3.5 水泵选型
水泵选用专用氧化铁皮泵，其参数为：Q=320m3/h，H=49m，N=75kW，V=380V，轴长4600mm（即泵过滤网底部至泵底板下表面长度），海拔高度1102.0m，防护等级IP54，温升B级，绝缘F级。水泵选择的依据：系统处理水量、水泵特性曲线、管道特性曲线、旋流池吸水深度、流体比重与组成。
4 吊车的选型
吊车选用QZ-5型（带5t吊钩），根据场地地形情况，吊车跨度采用13.5m；抓斗起重量为5t，抓斗起升高度为24m（带齿重型抓斗容积为0.5m3，氧化铁皮堆密度2.3t/m3，经计算吊钩起重量5t），吊钩起升高度18m，吊车梁距地面12.0m；整机地面操作、露天使用。吊车选用的依据：每次抓渣重量、旋流池深度、翻斗汽车车厢顶高度、抓斗张开时距车厢顶高度、吊车自轨顶至吊钩高度、需起重的设备的最大重量及尺寸、抓斗容积及自重、翻斗汽车斗长、吊车极限。
5 溜槽设计计算（图1）
选择圆底矩形流槽，坡度按0.003，材质选用铸石板（n=0.012）。
查《钢铁工业给水排水设计手册》中表10～31，本次轧机均属于大型轧机，流速选用2.5～3.0m/s。采用试算法计算沟的尺寸，查《钢铁工业给水排水设计手册》中表10～34，坡度为0.03、流量Q=260m3/h时，选用B=300mm的流槽，v=2.0m/s，充满度h/B=0.65。得出水深h=260mm，充满度和水深满足要求。查《钢铁工业给水排水设计手册》中表1032，超高选择200mm，最终流槽设计宽度B=400mm，深度500mm。
图1
6 结语
（1）应根据生产线的工艺布局、浊环用水量、水质、浊环水处理工艺、总平面布置、日常运行管理、方便施工、控制投资等因素，因势利导的进行设计工作。（2）合理选择旋流池形式，在满足出水水质要求下，尽可能做到投资省、运行管理方便。（3）在本次设计工作之前，通过考察一些旋流池实例，充分考虑了抓渣及清渣难的问题。为解决清渣难的问题，考虑了如下措施：①取消了斜板，解决了斜板积渣的问题；②适当增加了中心筒直径，尽可能避免了因水流旋，抓斗随之旋转转抓渣难的问题；③水泵吸水环内设置了冲洗管，吸水环开设4个DN150孔，间歇冲洗避免吸水环积渣，减少清渣工作量。（4）应仔细计算、充分考虑水泵的选型，避免造成水泵轴长选择不当等问题。（5）其他配套专业的问题：水泵房深度超过5m应设置强制通风、电缆的敷设、水泵吊装孔设置应充分考虑防雨。
参考文献：
（1）王芴曹主编.钢铁工业给水排水设计手册.北京：冶金工业出版社，2002.
（2）王鹏庆,李万坤.八钢棒材浊循环水处理重力旋流沉淀池的设计.新疆钢铁，2005,3.
中图分类号：TF085
文献标识码：A
文章编号：1671-0711（2017）04（上）-0124-02