钢铁企业高架流槽设计方法浅议
来源： 阅读：3261 更新时间：2009-10-22 14:31钢铁企业中，炼铁高炉煤气洗涤浊循环回水和炼钢转炉烟气净化OG浊循环回水循环水量大、悬浮物含量高、回水温度高、悬浮物含量在不同工况下周期性变化强等特点。炼铁高炉煤气洗涤浊循环回水，悬浮物最高浊度可达6000mg/L以上，水温一般在55~60℃；炼钢转炉烟气净化浊循环回水，悬浮物最高浊度可达15000mg/L以上，水温可达60℃以上[1]。如果采用管道输送这两种循环回水，高悬浮物含量及其波动性容易造成管道堵塞难于检修，也不便于水中热量的散发，因此常用高架流槽这种方式输送炼铁高炉煤气洗涤浊循环水和转炉烟气净化OG浊循环水。
高架流槽，为钢制水渠，整个流槽为架空敷设，距离地面约十几米高度。流槽包括流槽本体、附属检修走道及支撑流槽本体的钢结构桁架以及流槽钢结构支架等。高架流槽为敞开式，不仅维护简便、便于水中热量的散发，还能很好的满足炼铁炼钢工艺多点重力流无压排水的生产需要。
本文针对高架流槽的设计方法进行了分析和探讨，也可作为相似工程的参考。
1.高架流槽设计方法
高架流槽的具体设计主要包括平面走向定位、断面形式、水力计算、高程设计、流槽支架定位、流槽与粗颗粒分离器或沉淀池的接口和流槽转弯半径设计等。流槽本体的结构、支撑流槽本体的钢结构桁架以及流槽钢结构支架的具体设计由结构专业负责实施，因此，这部分内容不属于本文讨论范围之内。
1.1平面走向定位
高架流槽从工艺主车间接至浊循环水处理站粗颗粒分离器或沉淀池。由于高架流槽造价较高，每米高架流槽包括支撑流槽本体的钢结构桁架，其用钢量就为2t左右，因此无论从水力学角度(以最短路径排水)考虑还是考虑经济因素，高架流槽在循环水处理单元和主单元车间之间首先应以最短的路径布置以降低造价。
在车间内，高架流槽的平面定位应符合炼铁或炼钢工艺的要求，但在设计走向时要注意，高架流槽不同于管道，当与其它设备、构筑物、管道相碰时，设计人员要考虑不仅是高架流槽本体能穿过这些设备、构筑物和管道，高架流槽走道的通行要求也必须得到满足。在车间外，由于高架流槽通常都有十几米高，一般不会对厂区道路的运输通行以及厂区内的小型建筑物造成影响，可直接凌空穿越以最短路径接至循环水处理，但在具体设计时，必须与厂区的总体布置进行充分的协调，以确保高架流槽不与其它构筑物、建筑物及架空管道相碰。图1为某大型联合钢铁企业炼钢转炉烟气净化OG浊循环水高架流槽平面布置图。高架流槽从炼钢车间中穿出，横跨厂区主干道，接至RH、OG浊循环水处理站的粗颗粒分离器。
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另外，高架流槽是钢制水渠，流槽内浊循环回水温度可达60℃左右，水温对于高架流槽本身热胀冷缩的作用不能忽视。现今虽然已经出现了高架流槽用橡胶软连接的技术[2]，但在流槽平面设计时，增加必要的转弯对于化解流槽的热胀冷缩仍是设计中采用的最主要和最可靠的手段。一般情况下，建议高架流槽的直线段长度不宜超过200m。
1.2断面形式、水力计算以及高程的确定
1.2.1断面形式
高架流槽断面形式的确定不仅指流槽本体，也包括支撑流槽的钢结构桁架和流槽走道。
①流槽断面形式
高架流槽的水流部分的断面应设计成半圆形，在水面以上留适当的保护高度。图2为高架流槽本体断面示意图。图中，B为流槽宽度，H为流槽总高度，R为流槽内半径。流槽为敞开式。
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高架流槽由于维护检修较为方便，因此流槽的内壁通常不需要另设铸铁、铸石等耐磨材料，但流槽本体的钢板厚度不应小于10mm。
②支撑流槽的钢结构桁架和流槽走道
支撑流槽的钢结构桁架和流槽走道常见的有三种形式。
一，钢结构桁架设于流槽下方，走道设置于流槽的一侧，桁架支撑整个流槽和走道，这也是最常用的一种做法。
二，钢结构桁架将流槽包在里面，走道设置于流槽的一侧或上方，这种做法可有效抬高流槽下的净空高度，但是要求考虑桁架的高度必须满足通道的净空的要求，桁架本身的高度会较高一些。三，流槽本体做加强处理，一般是在流槽断面上部的开口处设加强筋，不再另行设置桁架，走道即设于流槽上方，该方式通常适用于流量较小，流槽断面也较小的情况。在实际工程设计中，通常是采用第一、二种方法相结合的方式。
高架流槽距离地面的高度达十几米，因此高架流槽走道的安全性须在设计时加以注意。无论走道设置于流槽顶部或侧边，走道均须设置双护拦。
高架流槽上不允许设置直爬梯。高架流槽必须设有两处以上的斜梯以满足上下的要求。
支撑流槽的钢结构桁架和流槽走道方式的最终确定须根据现场实际情况并在设计过程中与结构专业协商决定。
1.2.2水力计算
流槽的水力计算按照《给水排水手册》第二册管渠水力计算相关内容的要求进行，但在计算过程中须注意以下几点[3]。
①参照《钢铁工业给水排水设计手册》，金属流槽的粗糙系数按n=0.014；
②流速的选用不宜过小，以免产生沉淀，也不宜过大，以免加快高架流槽的磨损，高架流槽内水流速度一般不宜小于2m/s；
③一般流槽宽度不应小于300mm，当流槽走道位于流槽上方即利用流槽顶部作走道板时，流槽宽度不应小于700mm；
④高架流槽的坡度一般按1%~2%执行；
⑤高架流槽水面以上的保护高度不应小于200~300mm。
1.2.3高程设计
高架流槽的起点高度是由炼铁或炼钢工艺所确定的，整个流槽按i=0.01~0.02的坡度坡向循环水处理站的粗颗粒分离器或沉淀池。在进行高架流槽穿越厂区主干道路时，须对流槽底部桁架下的净空高度做校核，看是否会对生产运输带来影响。
1.3 流槽支架的定位
高架流槽下的钢结构支架的具体形式和构造是由结构专业负责设计的，但支架的定位和布置是由给排水专业确定的。钢结构流槽下的支架通常为立柱形式。支架数量少、布置稀疏，对支撑流槽的钢结构桁架的要求就高，但支架易于布置和定位；支架布置多，支架的造价会上升，另外如果空间有限，可能会造成支架难于布置。
车间内高架流槽通常设于主车间平台旁侧，因此主车间平台的立柱就可作为流槽的支架。如果支撑流槽的桁架设于流槽下方，则该桁架同时也可以作为车间管道的支架。
车间外高架流槽的支架可根据区域内的具体情况布置，一般高架流槽支架的间距为20m左右。高架流槽支架不宜设置在地下管廊、电缆隧道和埋地管线的上方。高架流槽进入水处理站的粗颗粒分离器或沉淀池前应设置支架，以减小高架流槽对于粗颗粒分离器或沉淀池荷载的影响。高架流槽在转弯处宜设置支架。
1.4流槽与粗颗粒分离器或沉淀池的接口
高架流槽与粗颗粒分离器或沉淀池的接口处应尽量避免采用以流槽与粗颗粒分离器或沉淀池直接相连的方式进水，以免因壅水现象对高架流槽的水流和粗颗粒分离器或沉淀池的处理效果带来负面影响。而应采用局部跌水方式使流槽内浊循环水进入粗颗粒分离器或沉淀池，即在高架流槽底板上接管排水至粗颗粒分离器或沉淀池。图3为高架流槽进水至粗颗粒分离器接口图纸。
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另外，在粗颗粒分离器或沉淀池进水端上的流槽上设置插板阀或闸门，可以对高架流槽起到一定的调节作用。当流槽内过水断面太小，水流速度过快时，开关小插板阀或闸门，抬高流槽内水位，从而扩大过水断面、降低水流速度，有效的利用流槽的容积，减小对流槽的冲刷。
1.5流槽转弯半径设计
高架流槽内水流速度较高，在转弯时流槽外侧的水面将有所升高，会使流槽外侧有较为强烈的冲刷，甚至在水流流速高或水量大的情况下会有水溅出流槽的现象发生。在设计中，可参照《钢铁工业给排水设计手册》对氧化铁皮沟流槽的要求，高架流槽中心线的转弯半径Rm应满足Rm≥5B(B为流槽宽度)的要求。如果在特殊情况下转弯半径无法满足上述要求，可将该处用钢板封挡。
1.6其它
炼铁高炉煤气洗涤浊循环回水和转炉烟气净化OG浊循环回水中有废气排出，在车间内的高架流槽应设置钢盖板，车间外露天部分可以不设置钢盖板。
2. 结语
综上所述，钢铁企业中的高架流槽，用于输送炼铁高炉煤气洗涤浊循环回水和转炉烟气净化OG浊循环回水，其作用非常重要。在设计时必须进行周密的考虑和计算，要技术合理、满足生产、便于维护。
参考文献
[1]张景来，王剑波，常冠钦等.《冶金工业污水处理技术及工程实例》[M].北京：化学工业出版社，2003.
[2]刘灿生，钟淳昌，洪觉民.《给水排水工程施工手册》[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.
[3] 王笏曹，钱平，邹德才等.《钢铁工业给水排水设计手册》[M].北京：冶金工业出版社，2002.
作者简介：金亚飚(1975-)，男，汉族，江苏常熟人，工程师，同济大学环境工程学院给水排水工程专业本科毕业，学士学位，现主要从事钢铁工业给排水设计工作,Email jinyabiao@baosteel.com，电话021-66786678-3172。
