D型滤池设计计算书.doc

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首钢180000吨/天D型滤池设计计算
一、已知条件
设计水量：Q=180000m3/d
滤池规格：共有14格，每格28㎡ ，分2组，每组7格。
反冲洗流程：
第一阶段：单独气冲，冲洗历时3～5 min，气洗强度23L/（m2·s）；
第二阶段：气水同时反冲洗，历时8～10 min，气洗强度23L/（m2·s），水冲洗强度6L/（m2·s）；
第三阶段：清水漂洗，冲洗历时3～5 min，冲洗强度6（L/m2·s）；
反冲洗全过程中伴有表面扫洗，表面扫洗强度2.8 L/m2·s；
冲洗时间共计t=15～20min，冲洗周期T=24h。（取20min=1/3h）
二、设计计算
1、池体设计
（1）、滤速：v=Q/（F×24）
F——滤池总面积，14×28=392㎡
v=180000/（392×24）=19.1m/h
（2）、校核强制滤速v’
v’=Nv/(N－1)=7×19.1/(7－1)=22.3m/h＜23m/h
（3）、滤池高度的确定
滤板下布水区高度 H1=0.9m
滤板高度 H2=0.03 m
滤网板（承托层）高度 H3=0.07 m
滤网板与注塑盖板之间高度 H4=1.9 m
V型槽与注塑盖板之间距离为 H5=0.1 m
V型槽高度为H6=0.635 m
V型槽顶至滤池顶高度为 H7=0.965 m
则滤池总高
H= H1 +H2+ H3+H4 +H5+ H6+ H7=0.9+0.03+0.07+1.9+0.1+0.635+0.965=4.6 m
（4）、水封池的设计
按照试验数据，DA863彗星式纤维滤料清洁滤层的水头损失取ΔH清=0.4 m
正常过滤时，通过长柄滤头的水头损失ΔH≤0.22 m，取0.2 m。忽略其他水头损失，则每次反冲洗后刚开始过滤的水头损失为：
ΔH开始=0.4+0.2=0.6m
为保证滤池正常时滤池内的液面高出滤料层，水封井出水堰顶标高与滤料层相同。
堰底板与滤池底版标高相同，水封井出水堰总高
ΔH水封= H1 +H2+ H3=0.9+0.1+0.8=1.8 m。
2、反洗水量和气量计算
（1）、反洗水量计算
按水冲强度最大时计算，单独水洗时反洗强度最大为6 L/（m2·s）
Q反=q水·f=6×28=168L/s=0.168m3/s=604.8m3/h
D型滤池反冲洗时，表面扫洗同时进行，其流量
Q表水=q表水·f=0.0028×28=0.0784m3/s
（2）、反洗气量Q气的计算
按单独气冲强度最大时的空气流量计算，这时气冲强度为23L/（m2·s）
Q反气=q气·f=23×28=644L/s=38.64m3/min
3、滤池管渠的布置
（1）、反冲洗管渠
A、气水分配渠
气水分配渠起端宽取0.8m,高取2.3m；末端宽取0.8 m，高取1.75 m。则起端截面积1.84㎡，末端截面积1.4㎡。两侧沿程各布置28个配气小孔和23个布水方孔，共56个配气小孔和46个布水方孔。
B、排水集水槽
排水集水槽槽顶端高出滤料层顶面1.35米，则排水集水槽起端槽高
H起 =H1+H2+ H3+滤料层厚度+1.35－2.3－0.1=0.9+0.03+0.07+0.8+1.35－2.3－0.1=0.75米
式中，H1 H2 H3同前，2.3米为气水分配渠起端高度，0.1为排水集水槽板厚。
排水集水槽末端高
H末= H1+H2+H3+滤料层厚度+1.35－1.75－0.1= 1.3米
底坡=（1.3－0.75）/7.04=0.078
C、排水集水槽排水能力校核。
由矩形端面暗沟（非满流，n=0.013）计算公式校核集水槽能力 。
设集水槽超高0.3米，则槽内水位高hhhhhhhhhhh h排集=0.45米，槽宽b排集 =0.8米，
湿周X=b+2h=0.8+2×0.45=1.7米
水流断面。A排集=bh=0.8×0.45=0.36米2
水力半径：R= A排集/X=0.36/1.7=0.212米
水流速度：v=(R2/3·i1/2)/n =(0.2122/3×0.078 1/2)/0.013
=0.356×0.28/0.013=7.67m/s
过水能力Q排集=A排集v=0.36×7.67= 2.76m3/s ,
实际水量：Q反=Q反水+Q表水=0.168+0.0784=0.2464m3/s＜2.76 m3/s
（2）、进水管渠
A、进水总渠
8座滤池双侧进水，每4座滤池共用一个进水渠，进水渠流量为Q=180000/4m3/d=0.52m3/s,进水总渠流速取0.8m/s，则水流断面积
A进总=Q/v=0.52/0.8=0.65m2
水面高1.2m，总渠宽1.4m，实际流速v’=0.52/1.2×1.4=0.31m/s。
B、每座滤池的进水孔
每座滤池由进水侧开一个进水孔，进水总渠的水通过这个进水孔进入滤池。进水孔设电动闸门，在反冲洗时调节阀门的开启度，供给反洗表扫水。
孔口面积按孔口淹没出流公式Q=0.8A（2gh）1/2计算，其面积按滤池强制过滤水量计，孔口两侧水位差取0.1m，则孔口面积：
A孔=Q强/（0.8（2gh）1/2）
Q强=180000/（12×86400）=0.174m3/s
A孔=0.174/（0.8×（2×9.81×0.1）1/2）=0.155m2
孔口宽高=400×400㎜，实际孔口面积0.16 m2
C、滤池内设的宽顶堰
为保证进水稳定性，进水总渠引来的水经过宽顶堰进入每座滤池内的配水渠，再经滤池内的配水渠分配到两侧的V型槽。
宽顶堰堰宽b宽顶=5.28m，宽顶堰与进水总渠平行设置，与进水总渠侧壁相距0.7m，堰上水头由矩形堰的流量公式Q=1.84bh3/2得：
h宽顶=[Q强/（1.84b宽顶）]3/2=[0.174/（1.84×5.28）]2/3=0.04m。
D、每座滤池的配水渠
进入每座滤池的水经过宽顶堰溢流于配水渠，由配水渠两侧的进水孔进入滤池内的V型槽。
滤池配水渠宽b配渠=0.7m，渠高1.5m，渠总长等于滤池总宽，则渠长L配渠=5.28。当渠内水深h配渠=1.00m时，流速（进来的浑水由分配渠中段向渠两侧进水孔流去，每侧流量为Q强/2）
v配渠=Q强/（2b配渠h配渠）=0.174/（2×0.7×1.00）=0.124m/s
E、配水渠过水能力校核
配水渠的水力半径
R配渠=b配渠h配渠/（2h配渠+b配渠）=0.7×1.00/（2×1.00+0.7）=0.7/2.7=0.26m,
配水渠的水力坡降：
I渠=（nv渠/R渠2/3）2=（0.013×0.124/0.262/3）2==1.55×10-5
渠内水面降落量Δh渠=I渠L渠/2=1.55×10-5×5.28/2=4.09×10-5m
配水渠最高水位h配渠+Δh渠≈1.0m＜渠高1.6m。
进V型槽配水孔断面积为A=0.374m2
进V型槽配水孔流速v= Q强/2A=0.174/（2×0.374）=0.23m/s。
4、V型槽的设计
V型槽槽底设表面扫洗水出水孔，直径取d孔=0.03m,间隔0.1m，每槽共计70个。则单侧V型槽表扫水出水孔总面积
A表孔=（3.14×0.032/4）×70=0.0495㎡
表扫水出水孔中心标高与排水集水槽堰顶相平，即V型槽底低于排水集水槽堰顶0.05m。
据潜孔出流公式Q=0.8A（2gh）1/2,其中Q应为单格滤池的表扫水流量。则表面扫洗时V型槽内水位高出滤池反冲洗时液面
hv液=[Q表水/（2×0.8A表孔）]2/（2g）=[0.0784/(2×0.8×0.0495)]2/(2×9.81)=0.05m
反冲洗时排水集水槽的堰上水头由矩形堰的流量公式
Q=1.84bh3/2求得，其中b为集水槽长，b=L排槽=7m，Q为单格滤池反冲洗流量表扫水的流量
Q反单=（6+2.8）×28/1000=0.246m3/s
h排槽=[ Q反单/(1.84×7)]2/3=0.072m。
V型槽倾角500，垂直高度0.9m，壁厚0.1m。
反冲洗时V型槽顶高出滤池内液面的高度为
0.9―0.05―h排槽=0.9―0.05―0.072=0.778m。
反冲洗时V型槽顶高出槽内液面高度为
0.9－h排槽－hv液=0.9－0.072－0.05=0.778m
5、反冲洗水的供给
（1）、反洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失△h1
反冲洗配水管用钢管，DN350，管内流速1.68m/s,1000i=11.5布置钢总长计50m,则反冲洗总管的沿程水头损失
△hf’=Il=0.0115×50=0.575m
表4—1 冲洗管配件及阻力系数
配件名称
数量/个
局部阻力系数
900弯头
阀门
等径三通
6
3
4
6×0.78=4.68
3×0.2=0.6
4×0.1=0.4
总计

5.68
△hj’= ξv2/(2g)=5.68×1.682/(2×9.81)=0.82m
则冲洗水泵到滤池配水系统的管路水头损失
△h1’=△hf’+ △hj’=0.575+0.82=1.395m
（2）、集水池最低取水水位与滤池排水槽堰顶的高差H0=4.415m
（3）、滤池配水系统的水头损失△h2
A、气水分配干渠的水头损失按最不利条件，即气水同时反冲洗时计算。此时渠上部是空气，下部是反冲洗水，按矩形暗管（非满流n=0.013）近似计算。
气水同时反冲洗时Q反气水=0.168m3/s,则气水分陪渠内水面高为：
h反水=Q气水/（v水干b气水）
=0.168/（1.68×0.8）
=0.125m
水力半径：R反水=b气水h反水/（2h反水+b气水）
=0.8×0.125/（2×0.125+0.8）
=0.095m
水力坡降：i反渠=（nv渠/R渠2/3）2=（0.013×1.68/0.0952/3）2=0.011
渠内水头损失△h反水=I反水l反水=0.011×7=0.077m。
B、气水分配干渠底部配水方孔水头损失△h方孔
Q=0.8A（2gh）1/2计算。其中Q为Q反气水，A为配水方孔总面积，A方孔=0.552㎡，则，△h方孔=[Q反气水/（0.8A方孔）]2/2g=[0.168/（0.8×0.552）]2/（2×9.81）
=0.019m
C、查手册，反冲洗水经过滤头的水头损失△h滤≤0.22m
D、气水同时通过滤头时增加的水头损失△h增
气水同时反冲洗时气水比n=23/6=3.83，长柄滤头配水布气系统的滤柄孔口总面积与滤池过滤总面积之比约为1%，则长柄滤头中的水流速度
v柄=Q反气水/（1%×f）=0.168/(1 %×28)=0.6m/s
通过滤头增加的水头损失
△ h增=9810n(0.01-0.01v+0.12v2)
=9810×3.83×(0.01-0.01×0.6+0.12×0.62)
=1773.4pa=0.177mH2O
则滤池配水系统的水头损失△h2为：
△ h2=△h反水+△h方孔+△h滤+△h增
=0.077+0.019+0.22+0.177
=0.493m
（4）、滤料层水头损失△h3
滤料为DA863彗星式滤料。容重γ1比水略重，水的容重γ=1000㎏/m3，纤维滤料膨胀前的空隙率m0=0.9，滤料层膨胀前的厚度H3=0.3m，则滤料层水头损失
△ h3=（γ1/γ-1）（1-m0）H3
取0.5m
（5）、富裕水头△h4取1.5m
则反冲洗水泵的最小扬程为：
H水泵=H0+△h1’+△h2’+△h3’+△h4’
=4.415+1.395+0.493+0.5+1.5
=8.303m
选3台SB250-250A型的单级单吸离心泵，2用1备，Q=600m3/h，H=10m，P=37KW。
5、反洗空气的供给
（1）、长柄滤头的气压损失ΔP滤头
根据资料，在该气体流量下的压力损失最大为：
ΔP滤头= 3Kpa。
（2）、气水分配渠配气小孔的气压损失ΔP气孔
反冲洗时气体通过配气小孔的流速
v气孔=Q气孔/A气孔=0.644/（2×28×0.785×0.052）=5.86m/s
压力损失按孔口出流公式Q=3600ΜA（2gΔp/γ）1/2计算
式中：μ——孔口流量系数，μ=0.6
A——孔口面积，0.00196㎡
ΔP——压力损失 ㎜水柱
g——重力加速度，g=9.81㎡/s
Q——气体流量，m3/h
γ——水的相对密度，γ=1
ΔP气孔=（Q2气孔γ）/（2×36002μ2A2气孔g）
=41.42/(2×36002×0.62×0.001962×9.81)
=4.9㎜H2O≈0.0478 Kpa
（3）、配气管道的总压力损失ΔP管
A、配气管道的沿程压力损失ΔP1
反冲洗空气流量0.644m3/s,配气干管用DN250钢管，流速13.1m/s,反冲洗空气管总长约50m,气水分配渠内的压力忽略不计。
反冲洗管道内的空气气压计算公式
P气压=（1.5+H气压）×9.81
P气压——空气压力，Kpa
H气压——长柄滤头距反冲洗水面高度，m，H气压=2.25m
则反冲洗时空气管内气体压力
P空气=（1.5+H气压）×9.81=（1.5+2.25）×9.81=36.79 Kpa
空气温度按30oC考虑，查表，空气管道的摩阻为9.8 Kpa/1000 m
则配气管道沿程压力损失ΔP1=9.8×50/1000=0.49 Kpa
B、配气管道的局部压力损失ΔP2
主要配件及去度换算系数K见表
表5—1 反冲洗空气管配件及长度换算系数
配件名称
数量/个
长度换算系数K
90弯头
阀门
等径三通
8
3
3
0.7×8=5.6
0.25×3=0.75
1.33×3=3.99
ΣK

10.34
当量长度的换算公式：L0=55.5KD1.2
式中 L0—管道当量长度，m
D—管径，m
K—长度换算系数
空气配管换算长度L0=55.5KD1.2=55.5×10.34×0.251.2=108.73m。
则局部压力损失为ΔP2=108.73×9.8/1000=1.07 Kpa
配气管道的总压力损失：
ΔP管=ΔP1+ΔP2=0.49+1.07=1.56 Kpa
（4）、取富余压力P富=4.9Kpa
本系统采用气水同时反冲洗，对气压要求最不利情况发生在气水同时反洗时，此时要求鼓风机或贮气罐调压阀出口的静压力为：
P出口=ΔP滤头+ΔP气孔+ΔP管+P富+9.81Kh
配气系统出口至空气溢出面的水深按滤板顶至排水槽顶高度计算h=2.22m。
P出口=ΔP滤头+ΔP气孔+ΔP管+P富+9.81Kh
=3+0.0478+1.56+4.9+9.81×1.1×2.22
=31.9 Kpa
选3台BK8024型罗茨风机，2用1备，Q=39.6m3/min，ΔP=50 Kpa，P=55KW。

总进水管：DN1000，v=0.66m/s
总出水管：DN900，v=0.82m/s
反冲洗水管：DN350，v=1.66m/s
反冲洗气管：DN250，v=13.1m/s
初滤水管：DN300，v=1.01m/s
反冲洗排污：DN400，v=0.52m/s

可修改