工業企業給排水設計中用水量計算
摘要： 論述了工業企業工程設計時，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，并通過對工業用水過程中連續用水最大小時用水量同時發生的概率和各間斷用水量同時發生的概率分析，提出全廠用水量的計算方法。
關鍵字： 工業企業 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。在工業企業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)。工業企業前期設計(可行性研究和初步設計)階段中，給排水專業一個重要任務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企業用水量的重要參數，因為它決定著工業企業內部管網的管徑和從市政管網引入給水管的管徑以及初次水增容費的多少。同時，如果該企業遠離城市或城市供水量不能滿足企業自身的用水量需求時，企業一般需要自建水廠，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的給排水部分的投資。因此，此階段的給排水專業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，對設計中確定工廠自建取水廠、污水處理場規模，合理繳納水增容費及控制水資源、節約用水等有非常重要的意義和積極的指導作用。
2 工業企業用水量分類
根據《工業用水分類及定義》(CJ19-87)中的有關規定，工業企業用水量是指工業企業完成全部生產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 工業企業用水量計算重點
在上述各用水量中，間接冷卻水一個較穩定的用水量，補充水量計入工廠生產用新鮮水量中，一般是個相對穩定的數值。消防用水量是根據相關規范確定的，水量固定。因此企業用水量的計算重點和難點在于工業企業全廠新鮮水用量的平均時用水量和最大時用水量。
4 工業企業新鮮用水量的計算
為討論問題方便，下述用水量均指企業用新鮮水量。
從水量的單位可以看出，決定工業企業全廠用水量的因素有兩個：一個是用水立方米數，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，還需對各用水設備或用水點的最大用水量是否在同一時間段發生進行概率分析。
對于生活用水量，一般根據《建筑給水排水設計規范》中的用水定額和工藝專業向給排水專業提供的最大班人數，經計算確定，此用水量記為QS1。此外還有工業企業中淋浴用水量，記為QS2。職工生活用水最大用水量和淋浴用水量，通常不同時發生。也就是說，這兩個水量同時發生的概率很小。這可以通過對職工上班、下班的生活規律的分析，得出這個結論。因此，在計算工業企業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。隨著人們對生活環境要求的越來越高，工業企業的綠化用水量也不容忽視。它的計算可根據《建筑給水排水設計規范》中規定的綠化用水定額和企業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。
工業企業生產用新鮮水中的間接冷卻循環水的補充水量，是一個較衡定的用水量，它的值在確定了循環水系統的循環水量和循環水處理方式后也就確定下來，記為QX。除循環水補充水以外的生產用的其它新鮮水，隨著生產工藝不同而有差異，用水時間也是長短不一。企業在安排產品生產時是根據市場需要而進行的。同一套生產設備，會因它在不同階段使用不同的原材料生產不同的產品而使用水量發生變化。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計來探討一下水量的計算。
表1中摘錄了某化工廠初步設計時，化工工藝等專業向給排水專業所提的用水量條件表內容中的一部分。
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從表1中可以看出：生產用新鮮水主要分為兩大類，一類為生產連續用水量，一類為間斷用水量。連續用水量中又分為平均時用水量和最大時用水量。在計算連續用水的平均時用水量時，可以直接將表1的平均用水量數據相加即可。而計算連續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的最大用水量數據直接相加，取其和；第二種是將表1的最大用水量數據相加，再乘以一個折減系數，將所得出的結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生最大時用水量的事件在同一時間發生。這種概率是存在的，但它發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生在同一時間段。這種概率，同樣隨著間斷用水量個數的增加而減小。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中的數據為例，本文推薦一種工業企業小時用水量的計算方法，方法如下：
4.1 計算連續用水部分的平均小時用水量QL1
將工藝等專業所提的連續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 計算循環水的補充水量QX；
4.3 計算連續用水部分的最大小時用水量QL3
將連續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。考慮到若干項連續用水量的最大小時用水量在同一小時內發生的概率，因此將QL2乘以一個系數k(k≤1)，即QL3＝kQL2，把QL3作為連續用水部分的最大小時用水量。k的取值，依據連續最大用水量個數可取0.6～1。當連續最大用水量個數多時，取小值；當連續最大用水量個數少時，取大值；當連續最大用水量個數只有一個時，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，工業企業生產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—為管網損失量系數，可以視管網大小，取1.1～1.2
上述關于連續用水量中最大小時用水量系數ｋ的附加，大家可以從數學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果QJ，基本上可以代表不同的間斷用水量在同一時間發生較有代表性概率時的用水量。
6 結語
6.1 工業企業新鮮水連續用水最大小時用水量的計算，宜分析各不同用水設備或用水點最大小時用水量在同一時間內發生的概率大小，從而選取“k”值；
6.2 工業企業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濟用水量值。
同樣，如果計算工業企業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。
本文根據多年的設計實踐經驗，探討了如何合理地計算工業企業中正常生產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，并歡迎各位同行參與討論。
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