試論東雷抽黃加西泵站更新改造設(shè)計優(yōu)化

摘要： 泵站改造工程設(shè)計是對其整體構(gòu)成，材料元件使用，技術(shù)應(yīng)用再次優(yōu)化，要求對癥施治，注重創(chuàng)新。本文結(jié)合實際，分析了東雷抽黃加西泵站改造設(shè)計方案，重點介紹了在加西二級泵站總體布置不變，在維持原設(shè)計灌溉面積、流量、揚(yáng)程不變的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新改造優(yōu)化措施，可供同類工程設(shè)計參考。

關(guān)鍵詞： 東雷抽黃灌區(qū) 泵站改造設(shè)計 方案優(yōu)化

1.泵站概況

加西二級站位于大荔縣范家鎮(zhèn)。該泵站在總干渠35+497.21處引水，1979年建成。其中本級灌溉面積7.71萬畝。

加西二級站總設(shè)計揚(yáng)程89.6m，凈揚(yáng)程84.44m，設(shè)計流量3.84m3/s，總裝機(jī)功率6000KW。安裝20sh-6A離心式水泵6臺，單泵設(shè)計流量0.64m3/s，配套TD型1000kW電動機(jī)6臺，額定功率1000KW；主機(jī)組一列式布置，進(jìn)水采用單機(jī)單池進(jìn)水，出水采用雙機(jī)單管出流；廠內(nèi)設(shè)5t單梁橋式起重機(jī)1臺；水泵出水側(cè)配閘閥6臺；設(shè)35kV變電站一座，安裝SJL-3200/35/6型主變壓器1臺SFL1-8000 35kV/6kV型變壓器1臺，容量8000KVA。

泵站主體建筑物由進(jìn)水扭面、進(jìn)水閘、進(jìn)水流道、前池、主副廠房、壓力管道、出水池、清水系統(tǒng)等部分組成。設(shè)置6孔進(jìn)水閘1座，閘孔寬1.0m，配備5噸啟閉機(jī)6臺；流道為矩形明渠，分水角為40°，進(jìn)水前池6座，直徑4.0m，設(shè)計水位341.71m。主、副廠房為人字梁磚木結(jié)構(gòu)，副廠房位于主廠房左側(cè)，橫向單列布。壓力管道3條，出水管直徑800mm，3條管路沿管坡埋設(shè)，出水采用拍門斷流。該站于1979年興建。1999年利用續(xù)建配套節(jié)水改造項目資金對加西二級站的6臺水泵進(jìn)行了更換，大修電動機(jī)4臺，更換電動機(jī)2臺，更新勵磁柜6面。

2.泵站改造設(shè)計原則

2.1.加西二級泵站總體布置不變，在維持原設(shè)計灌溉面積、流量、揚(yáng)程不變的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新改造。

2.2.充分利用原有設(shè)施，根據(jù)加西二級泵站工程存在的不同病害和問題采用不同的措施進(jìn)行更新改造，以減少工程投資。

2.3.對老化失修、性能落后的機(jī)電及電氣設(shè)備在重新計算復(fù)核的基礎(chǔ)上進(jìn)行更新。

2.4.積極采用新設(shè)備、新技術(shù)、新材料、新工藝，解決水泵過流部件磨蝕。

2.5.以實現(xiàn)加西二級泵站安全運(yùn)行、節(jié)能高效為中心，依靠科技進(jìn)步，提高泵站運(yùn)行的可靠性和裝置效率。

2.6.充分利用非灌溉季節(jié)進(jìn)行施工，確保灌溉施工兩不誤。

2.7.增設(shè)泵站微機(jī)保護(hù)、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)視系統(tǒng)，改善和提高管理科技化水平。

2.8.改善泵站運(yùn)行條件，優(yōu)化泵站運(yùn)行環(huán)境，降噪、降溫，使泵站管理工作達(dá)到“規(guī)范化、科學(xué)化、制度化、現(xiàn)代化”。

3.泵站更新改造設(shè)計優(yōu)化方案

3.1.主、副廠房

對主體建筑物部分進(jìn)行更新改造拆除方案，因為加西二級泵站工程修建于上世紀(jì)七十年代末，受當(dāng)時經(jīng)濟(jì)、社會條件的限制，工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，是一項典型的“三邊”工程。該工程經(jīng)30年運(yùn)行，設(shè)施老化失修、破損嚴(yán)重。泵站主副廠房、進(jìn)、出水池地基沉陷，多處裂縫；水泵過流部件磨蝕，出水量小、效率低；變壓器及高、低壓配電設(shè)備均屬國家明令淘汰產(chǎn)品，泵站能耗超標(biāo)，工程效益逐年降低，影響泵站的安全運(yùn)行和效益發(fā)揮。為此泵站改造設(shè)計需滿足以下條件：

3.1.1.滿足機(jī)電設(shè)備布置安裝、運(yùn)行和檢修的要求；

3.1.2.滿足泵房結(jié)構(gòu)布置的要求；

3.1.3.滿足泵房通風(fēng)、采暖和采光的要求，并符合防潮、防火、防噪聲等技術(shù)規(guī)定；

3.1.4.滿足廠內(nèi)外交通運(yùn)輸要求。

3.2.泵站主體改造可行性分析

加西二級泵站地貌類型主要屬渭北黃土塬區(qū)，土層深厚，土質(zhì)松散，無濕陷性，站址地基承載力80～100kpa。考慮泵站運(yùn)行已有三十多年，地基沉降應(yīng)基本到位，本次設(shè)計考慮安全起見，對新建廠房地基采用1.0m厚3：7灰土墊層處理。相比之下，由于當(dāng)時設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，廠房基礎(chǔ)未加處理，又受濕陷性黃土及滲漏水影響，主、副廠房地基不均勻沉降，使廠房墻體、屋面及砼結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重的破壞，屋面、墻體出現(xiàn)許多不規(guī)則裂縫。現(xiàn)有磚木結(jié)構(gòu)房屋已成危房。所以對加西二級泵站主副廠房為拆除重建，拆除原有主、副廠房606m2，重建主、副廠房660m2；拆除原磚木結(jié)構(gòu)廠房，在原址重建框架結(jié)構(gòu)廠房。廠房及其附近區(qū)域整體穩(wěn)定性好，無不良物理地質(zhì)現(xiàn)象。主副廠房抗震烈度按Ⅷ度設(shè)防。

根據(jù)水泵主機(jī)組的布置，吊運(yùn)，檢修等要求，確定主廠房尺寸（長×寬×高）為42×10×9.2m，廠房為C30鋼筋砼現(xiàn)澆框架，間隔墻、圍護(hù)墻均為370mm厚磚墻；6臺水泵主機(jī)組呈“一”列式布置，主廠房地面高程342.97m，水泵安裝高程340.54m。檢修間布置于主機(jī)組左側(cè)；副廠房布置在主廠房右側(cè)，室內(nèi)地面高程為343.27m；主廠房屋面梁為鋼筋混凝土 “工”字型屋面梁，屋面板為預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板，副廠房為C30現(xiàn)澆樓板，SBS防滲處理屋面；主廠房基礎(chǔ)為鋼筋砼箱式基礎(chǔ)，副廠房基礎(chǔ)為砼獨立基礎(chǔ)，下部設(shè)3：7灰土，厚1.0m；電纜溝、排水溝、主機(jī)組基礎(chǔ)均為C30砼現(xiàn)澆；主廠房地面為水泥砂漿，副廠房地面為800×800mm地磚地面。改造排水溝與上下交通臺階，對站區(qū)內(nèi)邊坡進(jìn)行整修處理，底部邊坡采用M7.5漿砌石砌護(hù)，設(shè)置排水溝，對廠區(qū)局部進(jìn)行綠化。

3.3.壓力管道

拆除原輸水管道及鎮(zhèn)墩，重新敷設(shè)輸水管道3道。平行布設(shè)。6臺機(jī)組按雙機(jī)并管出流，壓力管道采用鋼管和預(yù)應(yīng)力承插式鋼筋砼管，鋼管工作壓力1.6MPa，預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管工作壓力0.6 MPa，管徑DN800mm，管軸線長223m，其中鋼管123m，預(yù)應(yīng)力鋼筋砼管100m。管內(nèi)流速2m/s～3m/s之間；管道總長669m，鋼管用鎮(zhèn)靜鋼焊接，管件之間采用法蘭連接，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管采用承插式橡膠圈連接；鋼管管床C15混凝土，厚0.2m，底部設(shè)置450mm厚3：7灰土，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管采用M7.5漿砌石管床，厚0.3m。根據(jù)計算和實際地形，鎮(zhèn)墩沿軸線設(shè)10道，共15座鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩布設(shè)間距一般控制在40～50m。全部采用C15毛石砼現(xiàn)澆，基礎(chǔ)原土夯實后，300mm厚3：7灰土墊層。

3.4.水泵電動機(jī)組

3.4.1.水泵存在的主要問題

水泵在運(yùn)行中有氣蝕、磨損的問題：泵站工程的水源為黃河水，黃河屬多泥沙河流，且砂粒粗、硬度高、多棱角。水泵長年在這種高含砂水流下運(yùn)行，泵體內(nèi)腔磨損氣蝕嚴(yán)重，出現(xiàn)很深的溝槽甚至穿孔，水泵泵腔幾何形狀改變，密封環(huán)磨損嚴(yán)重，難以固定，軸承損壞頻繁，機(jī)組振動加重。

3.4.2.電動機(jī)存在的主要問題

（1）電動機(jī)絕緣老化、破損嚴(yán)重，致使安全性能下降，造成的電動機(jī)事故頻發(fā)，對運(yùn)行人員人身安全造成重大隱患。

（2）泵站環(huán)境潮濕，電動機(jī)定子繞組受潮嚴(yán)重，絕緣下降，運(yùn)行中多次出現(xiàn)絕緣擊穿事故。

3.4.3.優(yōu)化措施

針對上述（1）、（2）所提問題優(yōu)化設(shè)計方案為選用DFSS500-6/6型臥式離心泵6臺，配套T1000-6-10kv型電機(jī)，單機(jī)抽水流量0.66m3/s，功率1000kw，泵站總抽水量3.96 m3/s，泵站總裝機(jī)功率6000kW，進(jìn)行裝配改造。

3.5.高低壓配電設(shè)備

泵站原老化，淘汰的電氣設(shè)備全部更新。泵站設(shè)8000kVA主變壓器一臺，選用35/10kV級S11-M系列三相油浸自冷免維護(hù)式銅線電力變壓器，為全國統(tǒng)一設(shè)計，電氣性能好，損耗低；站用變壓器選用SCB10型干式電力變壓器，型號為SCB10-400-10/0.4，容量400kVA，10/0.4kV，數(shù)量1臺。35kV側(cè)另配S11-M-250-35/0.4型直配變壓器，容量250kVA，35/0.4kV，數(shù)量1臺。以上變壓器均具有安全、無污染、免維護(hù)、安裝簡便、綜合運(yùn)行成本低等特點。

3.6.金屬結(jié)構(gòu)

加西泵站現(xiàn)有金屬結(jié)構(gòu)經(jīng)多年運(yùn)用，銹蝕破損，老化嚴(yán)重，全部需要更新改造。更新桁車1臺，進(jìn)水閘門6扇，啟閉機(jī)6臺；更新出水側(cè)閘閥，排水泵；增設(shè)清污機(jī)2臺；增設(shè)電磁流量計1臺；更新輔助設(shè)備及管道等。

3.7.主要管護(hù)設(shè)施

加西二級泵站建成于1979年，站內(nèi)管護(hù)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，經(jīng)多年使用老化嚴(yán)重，大多無法正常發(fā)揮功能，故對站內(nèi)管護(hù)設(shè)施進(jìn)行改造：拆除重建生產(chǎn)管理設(shè)施。生產(chǎn)管理設(shè)施拆除重建220m2，維護(hù)機(jī)井1眼，重建水塔一座，硬化進(jìn)站道路、硬化站區(qū)地面，綠化管坡、戧臺，拆除重建站區(qū)圍墻。

3.8.計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

3.8.1.計算監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則及要求

加西二級泵站按照“先進(jìn)實用，高效可靠、穩(wěn)定開放”的原則和“少人值班，無人值守”的要求，結(jié)合當(dāng)前泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，加西二級泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用最新的計算機(jī)硬件、軟件及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使其具備較好的先進(jìn)性、可靠性、穩(wěn)定性、實用性和較長的生命周期，采用符合國際開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的分層分布式結(jié)構(gòu)，具有相互可操作性、可擴(kuò)展性及可移植性，為系統(tǒng)技術(shù)更新、功能升級留有余地。

3.8.2.計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的全要素擴(kuò)展

加西泵站改造根據(jù)灌區(qū)信息化建設(shè)要求，設(shè)計建設(shè)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)擬建成一個集中管理、分散控制、各部門相互獨立，同時又具有整體統(tǒng)一性和連貫性的集行政管理、遠(yuǎn)程和本地監(jiān)控、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)考核、信息共享、遠(yuǎn)程通信等于一體的技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、質(zhì)量可靠、系統(tǒng)開放、擴(kuò)展靈便和經(jīng)濟(jì)實用的管理、調(diào)度、監(jiān)控系統(tǒng)。整個泵站主要參數(shù)（泵站總流量、進(jìn)出水池水位等）的監(jiān)測、水泵機(jī)組（單機(jī)流量、轉(zhuǎn)速、水泵進(jìn)出口壓力、軸承溫度等）和輔助設(shè)備（供水、排水、真空泵、閘門、閘閥、撈草機(jī)等）的監(jiān)控、主要電氣設(shè)備（電動機(jī)、主變、廠用變、直流電源、PT等）的微機(jī)保護(hù)、工程安全視頻監(jiān)視等將融為一體，整個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)分層分布式獨立運(yùn)行。

加西二級站自動化監(jiān)控系統(tǒng)以PLC系統(tǒng)為核心，根據(jù)不同設(shè)備的控制特點，將需要監(jiān)控的參數(shù)分別通過PLC系統(tǒng)I/O模塊、微機(jī)保護(hù)裝置、直流電源控制器等智能設(shè)備采集并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，匯總至PLC系統(tǒng)；PLC系統(tǒng)再通過通信系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)送至泵站網(wǎng)絡(luò)層監(jiān)控工作站；監(jiān)控工作站通過監(jiān)控組態(tài)軟件，實時對泵站機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

按照加西二級站的規(guī)模，為達(dá)到安全可靠、先進(jìn)實用、經(jīng)濟(jì)合理的目的，選用分層分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分為網(wǎng)絡(luò)層、控制層和設(shè)備層。泵站網(wǎng)絡(luò)層與控制層之間采用PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)通訊模式，通過100Mbps工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行連接。加西二級泵站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)兼顧計算機(jī)監(jiān)控、視頻監(jiān)視兩大功能，形成完整的泵站主要參數(shù)監(jiān)測、水泵機(jī)組和輔助設(shè)備監(jiān)控、主要電氣設(shè)備的微機(jī)保護(hù)、工程安全視頻監(jiān)視等融為一體的系統(tǒng)，既可在泵站實現(xiàn)集中站控和現(xiàn)地監(jiān)控，又可在管理局中心、管理總站分中心實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。使更新改造后泵站實現(xiàn)微機(jī)自動控制。

4. 結(jié)語

泵站改造工程設(shè)計是其對整體構(gòu)成、材料原件使用、技術(shù)應(yīng)用再次優(yōu)化，運(yùn)用現(xiàn)代新材料、新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備完成泵站改造工程，達(dá)到功能齊全、技術(shù)先進(jìn)、布局合理，是工程設(shè)計科學(xué)化、設(shè)備現(xiàn)代化、運(yùn)行自動化；以現(xiàn)代化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)計算機(jī)監(jiān)控。自動化系統(tǒng)功能齊全，技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、管理方便。