吸水母管代替吸水井在給水加壓泵站工程中的應(yīng)用

梅亞青 孟濤

(青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,山東青島 266100)

吸水母管代替吸水井在給水加壓泵站工程中的應(yīng)用

梅亞青 孟濤

(青島市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,山東青島 266100)

給水加壓泵站工程建設(shè)中,水泵自母管直接吸水的工程實(shí)例時(shí)有出現(xiàn),但各類工程技術(shù)類文獻(xiàn)中卻鮮有記載與報(bào)道。膠南小口子給水加壓泵站部分承擔(dān)為92303部隊(duì)供水的任務(wù),總設(shè)計(jì)規(guī)模為6萬m3/d,近期規(guī)模為2萬m3/d,由于建設(shè)時(shí)間緊迫、資金受限,本工程在近期用水規(guī)模較小時(shí)采用水泵自吸水管直接吸水的方式,遠(yuǎn)期增加調(diào)節(jié)池,自調(diào)節(jié)池間接吸水。本文重點(diǎn)介紹該泵站的設(shè)計(jì)思路及原理,并對類似工程總結(jié)出幾點(diǎn)體會(huì),以期與同行共勉。

加壓泵站 母管 吸水井 調(diào)節(jié)池 思路

1 工程概況

本工程為膠南市上海南路配套建設(shè)給水中途加壓泵站工程。泵站近遠(yuǎn)期規(guī)模分別為2.0萬m3/d和6.0萬m3/d，泵站設(shè)兩個(gè)加壓系統(tǒng)，水泵及出水總管相對獨(dú)立，分別為大學(xué)園北部片區(qū)和小口子營區(qū)供水。上述兩個(gè)區(qū)域的近遠(yuǎn)期用水量均為1萬m3/d和3.0萬m3/d。加壓泵房設(shè)備按近期規(guī)模安裝，土建一次建成。

為保證用水安全，加壓泵站設(shè)置2座調(diào)節(jié)池，可獨(dú)立運(yùn)行。單座容量為3000m3。

2 設(shè)計(jì)思路

在加壓泵站工藝方案論證過程中，泵站建設(shè)方明確提出不設(shè)水泵吸水井，且近期不建設(shè)調(diào)節(jié)池的要求。因此，工程設(shè)計(jì)需采取水泵自吸水母管直接吸水的方式。設(shè)計(jì)思路如下：泵站進(jìn)水管上設(shè)置壓力表，近期周邊區(qū)域用水量較小，管網(wǎng)壓力較大時(shí)，利用管網(wǎng)余壓，關(guān)閉進(jìn)入調(diào)節(jié)池的閥門①，由管道直接進(jìn)入加壓泵加壓，可降低加壓泵的揚(yáng)程，節(jié)約能耗。同時(shí)，為改善水泵的吸水性能，擴(kuò)大與水泵吸水管相接的管道口徑，降低水流速度，使之能取代吸水井的功能。遠(yuǎn)期隨著周邊區(qū)域用水量的增加，管網(wǎng)余壓降低至0.1MPa時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水管道閥門②，打開進(jìn)入調(diào)節(jié)池的閥門①，同時(shí)打開閥門③、③’、④、④’，水流經(jīng)過調(diào)節(jié)池后再進(jìn)入泵房加壓后再輸送至上海南路給水管網(wǎng)。見圖1。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 吸水母管

在吸水母管的設(shè)計(jì)中，有以下幾方面因素是著重考慮的：管內(nèi)水流速度，與水泵吸水支管的連接方式，管道敷設(shè)形式。

為避免吸水管中流速過大對管壁的破壞作用，防止管道穿孔，本工程選用口徑較大的DN1400鋼管，降低水流速度至0.46m/s。給排水設(shè)計(jì)手冊(第3冊)城鎮(zhèn)給水中對于吸水管路的安裝形式給出了多種正誤示意，本工程經(jīng)幾種形式比較后，為防止水泵吸水時(shí)形成空氣囊，設(shè)計(jì)采用管頂平接方式。大量工程實(shí)例表明，吸水管道長期運(yùn)行后，內(nèi)壁會(huì)附著幾毫米左右的泥垢層，特別在管路的彎頭處，腐蝕往往比較嚴(yán)重，會(huì)造成管內(nèi)流速增大，發(fā)生氣蝕情況。因此吸水母管避免上彎或下彎，避免水流速度的急劇變化，應(yīng)使其流速平緩，自第一支吸水支管的三通前21米處開始，該段管道設(shè)計(jì)為較為平直的直線型管段。另外，管道進(jìn)入水泵吸水管前，設(shè)置專用排氣閥，防止氣蝕現(xiàn)象對管道和水泵的破壞。

圖1 工程總平面布置圖

3.2 水泵出水管路設(shè)計(jì)

水泵出水管上一般不宜設(shè)置止回閥，本工程中水泵揚(yáng)程較高，突然停泵時(shí)水錘的破壞作用較為明顯，故設(shè)置液控緩閉止回閥，以保證分階段關(guān)閉止回閥。為便于控制出水管路的自動(dòng)開停，設(shè)置電動(dòng)蝶閥，后再加設(shè)手動(dòng)蝶閥，以利于閥件的檢修、拆卸。

3.3 水泵安裝高度

本工程近期選用2臺臥式雙吸離心泵，分別供往大學(xué)園北部片區(qū)和小口子營區(qū)，流量各1萬m3/d，揚(yáng)程分別為25m和40m。泵站實(shí)際運(yùn)行過程中，不少場合下的水泵故障，常是吸水條件不佳引起的。通常以允許吸上真空高度Hs來衡量離心泵吸水性能，Hs值越大，表明其吸水性能越好，同時(shí)又需要滿足水泵在抽吸過程中，泵內(nèi)不產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。而目前大都水泵廠家均采用氣蝕余量來衡量水泵吸水性能的好壞，氣蝕余量越小，表明水泵的吸水性能越好。水泵氣蝕余量

式中Hsv-總氣蝕余量

Ha-水表面的大氣壓力(mh2o)

Hva-該水溫下的氣化壓力(mh2o)

∑hs-吸水管水頭損失之和(mh2o)

Hss-水泵吸水地形高度(m)

本工程吸水管道中水壓值為0.1-0.36MPa，以不利時(shí)10mh2o計(jì)，此時(shí)的Ha值類比取值為0.1MPa，Hsv的計(jì)算值為8.5mh2o。通過比較幾個(gè)水泵廠家要求的氣蝕余量，NPSH值大約在5.7m左右，為安全起見，在工程中，水泵實(shí)際使用時(shí)的氣蝕余量(NPSH)應(yīng)該比水泵廠家所要求的必要NPSH值要再大0.4-0.6mh2O。而8.5〉5.7+0.6，表明水泵在實(shí)際運(yùn)行中不會(huì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，其吸水條件優(yōu)良。

3.4 調(diào)節(jié)池

本工程設(shè)置調(diào)節(jié)池的主要作用：遠(yuǎn)期調(diào)蓄給水管網(wǎng)中用水高峰和低峰之間的水量差值，用水高峰時(shí)由管網(wǎng)和調(diào)節(jié)池同時(shí)給部隊(duì)供水，保證部隊(duì)用水的安全性。本工程給水管網(wǎng)接入點(diǎn)現(xiàn)狀余壓為0.36MPa，近期利用余壓直接進(jìn)行加壓提升，遠(yuǎn)期隨著項(xiàng)目周邊用水量的增大，管網(wǎng)水壓降低，節(jié)點(diǎn)流量減小，當(dāng)泵站進(jìn)水壓力小于0.1MPa時(shí)，關(guān)閉進(jìn)入吸水管的閥門②，打開進(jìn)入調(diào)節(jié)池的閥門①，待調(diào)節(jié)池內(nèi)水位逐漸升高，高于泵軸中心線標(biāo)高時(shí)，開啟水泵。

為避免遠(yuǎn)期利用調(diào)節(jié)池后，水中的余氯含量達(dá)不到飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，本工程預(yù)留遠(yuǎn)期加氯設(shè)施，同時(shí)在進(jìn)入調(diào)節(jié)池的閥門井①處設(shè)計(jì)加氯點(diǎn)，水在流經(jīng)調(diào)節(jié)池后，加氯接觸時(shí)間達(dá)45分鐘。

4 結(jié)語

總之，在給水加壓泵站工程的設(shè)計(jì)中，根據(jù)近遠(yuǎn)期的水量水壓變化情況，設(shè)計(jì)直接和間接相結(jié)合的方式是經(jīng)濟(jì)合理的，可以降低電耗。在水泵從吸水母管直接抽水加壓的工程設(shè)計(jì)中，著重研究進(jìn)出水管路的合理連接形式及水泵的安裝高度計(jì)算，可以延長管道和水泵的使用壽命，實(shí)現(xiàn)其良性運(yùn)轉(zhuǎn)， 提高泵站運(yùn)營效益，而且可以降低電耗、節(jié)約能源，也符合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的原則。