越南某电厂新建煤码头排水系统设计方案优化

李华平，汪 莲

(中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032)

长期以来，电力一直是一个国家经济发展的先锋，其健康良性的发展状况直接影响着国计民生。对于国内外众多沿海或沿江燃煤发电厂而言，卸煤码头作为其不可或缺的组成部分，主要负责装卸及输送电厂日常燃煤发电所需要的燃料。电厂煤码头在日常卸煤过程中，不可避免地会产生扬尘降落在码头面上；在卸船机将煤炭从船舶转移至皮带机过程中存在跑、冒、滴、漏现象，散落的煤炭颗粒及粉尘降落至码头面；此外，皮带机在运行过程中的振动作用，也会使皮带机上的少量煤炭颗粒散落于码头面。这些煤炭颗粒及粉尘如果不加以收集处理，则逢降雨或在冲洗码头面时将随雨水或冲洗废水进入附近水域，给周边环境和水域带来污染。随着世界各国对环境保护的日益重视，对环保的要求和与之相适应的法律法规也日益规范严格，污染防治已成为各国政府关注的焦点。因此，在进行煤码头设计时，为煤码头设计一套合理有效的排水系统尤为重要。本文以越南某燃煤电厂新建煤码头的排水系统设计为例，对外方提供的排水系统设计方案从技术和经济角度进行剖析，指出其存在的不足，并提出优化建议，可为类似工程项目提供借鉴。

1 项目背景

越南某燃煤电厂为满足当地电力的发展需求，拟对电厂进行扩建。同时，为保障电厂的正常运行、供应电厂日常运行所需的燃料，需要同步新建1座10万吨级燃煤卸船码头及输煤系统。由于该项目的建造采用总承包方式，项目设计方案由外方提供，包含码头排水系统设计方案,总承包方负责进行施工图深化设计。该电厂新建煤码头总平面布置见图1[1]。该码头长310 m，宽25 m，码头前沿线距离后方陆域79.98 m。码头水工结构共设置3个分段，第1分段长103 m,第2分段长104 m，第3分段长103 m。码头面设置1条皮带机、1座转运站，并配置2台连续式卸船机用于船舶煤炭卸载。

图1 原码头总平面布置(单位： mm)

2 排水方案分析

从图1中可以看出，外方提供的设计方案已考虑码头排水系统，其方案遵循“先收集、再统一处理”的原则，在码头每个分段处均设置4座集水坑，整个码头共设有12座集水坑。该煤码头水工结构在设计过程中已综合考虑排水问题，并于水工结构面层设置0.5%的排水坡向，以便降雨径流或码头面冲洗时产生的冲洗废水顺着水工结构面层的坡向流入集水坑，被收集的雨水或冲洗废水经过潜污泵提升，通过管道输送至后方陆域污水处理厂集中统一处理。

根据外方提供的资料，码头面设置的集水坑尺寸均为2.0 m×1.5 m×2.0 m(长×宽×深)，单个集水坑容积仅6.0 m3，整个码头共设有12座集水坑，故所有集水坑的总容积为72 m3。经现场调研发现，本工程所在地降雨频繁，降雨量较大。以当地提供的降雨资料为基础，设计重现期2 a一遇的降雨强度为37.4 mmh[2]，降雨量达290 m3。由此看来，该方案在码头上设置的集水坑储水能力远远不能满足排水系统的设计要求。

此外，由于集水坑均设置在码头面以下，集水坑收集的码头面雨水及冲洗废水须通过潜污泵提升，送至后方陆域污水处理厂处理。为确保码头排水安全顺畅，潜污泵的设置按照一用一备原则考虑，每个集水坑设置2台潜污泵，总计需要设置24台潜污泵，不仅大大增加了码头排水系统的建造成本，而且还给码头后期维护管理工作带来较大负担。因此，从经济性和维护管理便利性角度看，外方提供的排水系统设计方案尚待改善。

图2是外方提供的码头横断面。可以看出，该码头前后沿均设置有钢轨，用于卸船机移位，钢轨顶面高出码头面一定高度。受水工结构面层坡度导向的影响，2根钢轨之间区域的雨水或冲洗废水可以顺利地流入集水坑内，而2根钢轨外侧区域雨水只能顺着坡度流向地势低洼处，无法被集水坑收集，其最终出路只能通过护轮坎上的缺口直接排入水体。

图2 原码头横断面(高程： m；尺寸： mm)

煤码头较其他码头而言有其特殊性，码头面上散落的灰尘颗粒给排水系统提出更高的要求。在外方提供的排水方案中，降雨径流向集水坑汇集时，流行距离较远，码头面的降雨径流携带着这些微小颗粒形成一个混浊的薄水流层。事实表明，绝大部分颗粒在流进集水坑之前已经历沉淀过程，导致码头面上沉淀物较多，只能通过人工冲洗或清扫的方式加以清除，增加人工清理作业量和成本。

越南政府对本项目的环境保护工作提出严格的要求，其中“零排放”是较为重要的一条。将越南政府的环保精神切实落实到本码头排水系统的设计中，无疑需要做到，实现码头面区域所有降雨径流及冲洗废水的全面收集处理，无未经处理雨水直接排入水体的现象。而通过上述分析可知，从技术层面和经济层面看，原设计方案均不能达到越南政府的环保要求，其合理性有待商榷。

3 排水方案优化

我国煤炭资源丰富，煤炭需求量旺盛，用于煤炭运输中转的煤码头数量众多，其中专门为燃煤电厂服务的煤码头数量也颇多，在煤码头排水系统设计方面已形成较为成熟的方案，在防治煤码头污水污染方面积累了较为丰富的经验[3]。

结合外方提供的煤码头总平面布置，国内在排水系统设计方面的通常做法见图3。鉴于码头区域面积较大，排水系统将结合水工结构分段考虑分区块排水。整个码头面分为3个分段，在每个分段中部均设置1个集水池。集水池大小可利用码头结构纵横梁，浇筑一个底板形成集水空间。3个分段的平面尺寸分别为103 m×25 m、104 m×25 m、103 m×25 m。同样以当地提供的降雨资料为基础，设计重现期2 a一遇的降雨强度为37.4 mmh，码头面径流系数取值0.95，则每个分段的降雨量分别为91.5、92.4、91.5 m3。根据水工结构资料，桩基排架间距5.6 m，纵梁间距7.0 m，码头面至梁底深度2.2 m，码头面板厚度0.4 m，一个井字方格集水量约70 m3，采用2个井字方格，则存水量约140 m3。每个分段处的井字方格储水量均大于该区域的设计降雨量，满足排水系统的设计要求。

图3 优化码头集水池和排水沟布置(单位：mm)

上述码头面每个分段处均设置2个井字方格，2个方格之间通过横梁上的预留孔洞相互连通，形成一个大的集水池。每个集水池内只须设置2台潜污泵，将集水池内收集的雨水或冲洗废水提升，经管道输送至后方污水处理厂处理。这样，整个码头仅须设置6台潜污泵，水泵数量减少了75%。虽然优化方案所选单台潜污泵流量会略有增大，单台水泵造价也会有所提高，但是从整体造价来看，6台水泵的成本比24台水泵的成本将大幅度降低。此外，由于水泵数量大幅减少，后期维护管理工作量也大幅减小。

按照国内习惯做法，排水系统一般利用码头面现有的横向坡度，在2根钢轨之间设置1条排水沟，码头面形成的径流通过横向坡度进入排水沟，再汇入集水池内。与外方排水方案相比，码头面上降雨径流的运动路程减小，使微小颗粒的水平位移缩短，避免大量微小颗粒沉淀在码头面上，其作用机理可以用平流理想沉淀池原理进行解释。

如图4所示，从A点进入的颗粒的运动轨迹是水平流速v和颗粒沉速u的矢量和。而这些颗粒中必然存在着某一粒径的颗粒，其沉速为u0，恰好能沉到池底D点[4]。结合外方提供的排水设计方案中码头面上沉淀的颗粒考虑，将薄层水面假想为一个平流理想沉淀池，当采用集水坑收水时，由于雨水径流水平流行距离较长，即假想沉淀池的沉淀区较长，大量沉速小于u0的颗粒也沉淀在码头面；而当采用排水沟收集时，由于雨水径流水平流行距离缩短，即假想沉淀池的沉淀区长度L减小，使得原本会沉淀到码头面的颗粒已不满足沉淀条件，大量沉速小于u0的颗粒与沉速大于u0的颗粒一起随着薄水层流进排水沟，而无法在码头面上沉淀累积，保证了码头面的干净整洁。除此之外，本工程改进排水理念，将排水沟同时作为雨水收集沟和初沉池使用[5]，对于流进排水沟的颗粒而言，各分段排水沟的长度较长，为颗粒在排水沟内沉淀创造了良好的环境。

图4 颗粒沉淀原理

通过对比分析可知，国内习惯做法的排水系统较外方提供的排水方案具有一定的优越性，可降低排水系统的维护难度、减少清淤作业时间[6]。但就全面收集码头面上的雨水和冲洗废水而言，仍有待改善。为此，本次排水系统的设计在国内习惯做法的基础上进一步优化，即充分考虑2条钢轨外侧区域雨水无法收集的情况，结合该区域汇水面积较小的特点，在码头前后沿各增设1条小型排水沟，利用水工结构面层的坡度，全面收集码头面外泄的雨水、冲洗废水，达到“零排放”的环保要求。

如图5所示，钢轨外侧的雨水、冲洗废水顺着坡度流入码头前后沿处设置的排水沟，再利用管道将其输送至集水池，而后通过潜污泵提升至后方陆域集中处理。该方案有效地收集了整个码头面上的雨水及冲洗废水，大大减轻码头所在水域污染。该煤码头在实施过程中，其排水系统已按优化方案落实，码头面上的雨水、冲洗废水得到全面收集，码头面上颗粒沉淀的现象大大缓解，码头排水系统运行状态良好，达到“零排放”要求。

图5 进一步优化后码头排水沟布置(高程：m；尺寸：mm)

4 结论

1)通过将外方提供的排水系统设计方案与国内习惯做法进行对比分析可知，原方案需要布设过多的集水坑及潜污泵，工程建造成本大；且排水方式并不能全面收集码头面上的雨水及冲洗废水；码头面上沉淀的微小颗粒物较多，视觉效果差。

2)结合国内习惯做法，在码头面上设置排水沟，利用自由沉淀原理，让颗粒物在排水沟内实现沉淀，避免大量颗粒在集水池内沉积，降低排水系统的维护难度、减少清淤作业时间；同时，集水池容积的扩大，更能满足码头面水量收集的需要；潜污泵数量的减少也节省了建造成本。因此，国内习惯排水做法较外方提供的排水方案更加合理。

3)针对码头前后沿护轮坎缺口处外泄雨水、冲洗废水的现象，提出进一步优化设计方案，即在码头前后沿各设1条排水沟，对码头面上的雨水、冲洗废水实现全面的收集，符合“零排放”的要求。该优化设计方案可为国内外类似项目提供参考。