淺議抗旱應(yīng)急供水工程加壓泵站工藝設(shè)計(jì)

石婳，秦勇

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西西安710018)

1 站區(qū)總體規(guī)劃

站區(qū)總體布置，滿足防洪要求，在滿足輸水流程的前提下，根據(jù)地形、風(fēng)向、進(jìn)(出)站交通條件，安全防火和自然通風(fēng)，充分利用自然資源，合理確定建筑物室外場地、設(shè)施位置、綠化場地和建筑風(fēng)格等。道路、生產(chǎn)區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)功能明確，并能與輸水流程有機(jī)結(jié)合順暢，在統(tǒng)一布局的前提下，不失各個分區(qū)的靈活性與功能性，形成布局合理、功能明確、生產(chǎn)安全、生活全面、交通順暢、完整統(tǒng)一的整體布局。

2 泵站站區(qū)布置

2.1 布置原則

(1)泵站與生活管理區(qū)要創(chuàng)造一個良好的環(huán)境，泵站主體建筑物在注重泵站功能的前提下，外觀應(yīng)充分反映泵站的特點(diǎn)，并具有時(shí)代特征。設(shè)計(jì)應(yīng)簡潔明快，外形美觀大方具有特色，注重色彩配置并與周圍整體環(huán)境協(xié)調(diào)。

(2)泵站內(nèi)通風(fēng)良好，光線明亮，建筑物內(nèi)色彩柔和。(3)泵站站區(qū)應(yīng)符合環(huán)境衛(wèi)生要求，做到文明生產(chǎn)。(4)生產(chǎn)生活區(qū)建設(shè)。實(shí)現(xiàn)環(huán)境的綠化、美化和亮化，盡量按園林化的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)。

(5)交通布置應(yīng)滿足機(jī)電設(shè)備的運(yùn)輸，運(yùn)行人員上下班方便的要求。

(6)站區(qū)布置應(yīng)滿足防洪要求。

2.2 泵站布置

加壓泵站位于五里鎮(zhèn)河下游，羅家坪村東側(cè)村村通公路(羅家坪至王家坪)以東約20 m處階地上，臺地較為寬闊，地面高程為1 098～1 107 m，臺地上為農(nóng)田。

該站址經(jīng)過開挖整平設(shè)計(jì)地面高程為1 099.0 m。站址距宜君縣城南側(cè)新建凈水廠5.71 km，設(shè)計(jì)進(jìn)水池水位1 098.62 m，加壓站至凈水廠供水機(jī)組凈揚(yáng)程為351 m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程約為377 m。泵站共選用3臺多級離心泵機(jī)組(2用1備)，水泵單機(jī)流量0.029 m3/s，配套電機(jī)功率200 kw。泵站設(shè)計(jì)流量0.058 m3/s，總裝機(jī)功率600 kw。本次泵站生產(chǎn)區(qū)位于站區(qū)西側(cè)，主要包括泵站進(jìn)水池、吸水井、泵房、變配電室等，泵站前布置100 m3封閉式鋼筋砼進(jìn)水池及吸水井;在泵房東南側(cè)吸水井東側(cè)的空余地帶布置變配電室。泵站生活管理區(qū)位于站區(qū)東側(cè)，主要包括值班室、庫房、會議室、宿舍、餐廳及衛(wèi)生間等;站區(qū)內(nèi)道路及綠化帶根據(jù)站區(qū)綜合管理房及其它設(shè)施的布置合理布設(shè);站區(qū)占地8.7畝。

3 泵站設(shè)計(jì)

3.1 泵站設(shè)計(jì)流量確定

根據(jù)供水工程供水規(guī)模確定加壓站設(shè)計(jì)輸水流量為0.058 m3/s。

3.2 泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程

泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程確定，可根據(jù)加壓站站址的選擇和布設(shè)，確定泵站的凈揚(yáng)程和設(shè)計(jì)揚(yáng)程。輸水線路提水總高度為351 m(泵站進(jìn)水池水位1 098.62 m～新建凈水廠進(jìn)口水位1 450 m)，總揚(yáng)程為377 m，輸水管線長為5.71 km。

1)加壓泵站所需凈揚(yáng)程Hst

凈水廠進(jìn)口最高動水位標(biāo)高-泵站吸水井最低動水位標(biāo)高泵站 Hst=1 450-1 098.62=351 m

2)經(jīng)計(jì)算水泵吸水管路、壓水管路水頭損失得泵房內(nèi)損失約為:3 m

3)輸水管路損失為:(注:輸水管線采用DN300鋼管，經(jīng)管線計(jì)算，每1 000 mDN300鋼管局部水頭損失及沿程水頭損失為 3.7 m。)

4)安全水頭:2 m

泵站∑H=il=3.7 ×5 709/1 000=21.07 m

則，泵站水泵揚(yáng)程為:H=Hst+∑H+3+2=377 m

根據(jù)輸水線路布置及泵站位置選擇，列出泵站設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 加壓泵站設(shè)計(jì)參數(shù)表

3.3 泵站機(jī)組選型方案

1)水泵選型遵循的原則。泵站為輸送原水的泵站，選擇泵型應(yīng)考慮如下幾個問題:在泵站平均揚(yáng)程時(shí)，水泵運(yùn)行在高效區(qū);在設(shè)計(jì)揚(yáng)程時(shí)，水泵滿足泵站設(shè)計(jì)流量;在最高和最低揚(yáng)程時(shí)，水泵能安全、穩(wěn)定運(yùn)行;水泵有較好的抗氣蝕、磨蝕性能，使機(jī)組在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)檢修次數(shù)少、水利性能穩(wěn)定;安裝、檢修方便，便于維護(hù)和管理。

2)水泵機(jī)型方案。根據(jù)輸水線路及泵站的特點(diǎn)，結(jié)合已成或在建工程水泵選型應(yīng)用情況，以及目前國內(nèi)外水泵生產(chǎn)制造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)在泵型選擇時(shí)考慮了以下3種水泵結(jié)構(gòu)形式:

(1)立式單級單吸離心泵:此泵是一種成熟的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)簡單，水力模型也很成熟。廠房一般為多層結(jié)構(gòu)，機(jī)組檢修、拆卸不便。

(2)臥式單級雙吸離心泵:一般為臥式安裝，中開結(jié)構(gòu)，安裝拆卸檢修方便，運(yùn)行平穩(wěn)，效率較高，應(yīng)用廣泛，不適于高揚(yáng)程泵站。

(3)臥式多級離心泵:該泵型適合較大流量和高揚(yáng)程泵站，泵體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沿軸向長度大，機(jī)組檢修拆卸方便。單級葉輪揚(yáng)程較低，葉輪直徑較小，其圓周速度較小，對于多泥沙水質(zhì)抗磨蝕性能較好。

3)水泵機(jī)型初定

(1)氣蝕性能:水泵的必須汽蝕余量臥式泵一般小于立式泵。臥式泵安裝高程較高，土方開挖少，但但臥式機(jī)組占用水平面積大，同等臺數(shù)機(jī)組布置情況下廠房縱向長度偏大。

(2)總體布置及運(yùn)行管理:立式泵對水池水位變化適應(yīng)性強(qiáng)，一般要做多層廠房，高度略大，檢修一般要拆卸電機(jī)，工作量稍大。臥式泵檢修方便。

參照水泵廠家選型樣本，初步查泵型譜圖，初步選擇適合泵站揚(yáng)程的泵型，再分別對照水泵性能曲線圖選擇合適的水泵，以滿足泵站設(shè)計(jì)流量及揚(yáng)程要求。為解決輸送泥沙介質(zhì)問題，應(yīng)考慮采用高抗磨、不易堵塞的污水泵或其他特殊型水泵。如果選用污水泵，單泵流量和揚(yáng)程很難滿足要求，其他特殊型水泵也因單泵流量過小不能使用。較為合適的泵型只有多級泵。根據(jù)泵站設(shè)計(jì)參數(shù)，由于本次設(shè)計(jì)泵站設(shè)計(jì)楊程均超過200 m，故本次水泵選擇多級離心泵。通過與制造廠家聯(lián)系，可將普通型多級泵特殊制造，以解決輸送泥沙介質(zhì)問題;為滿足泵站近期與遠(yuǎn)期的設(shè)計(jì)要求，可選擇同一型號的大型水泵，以滿足所選水泵在近期和遠(yuǎn)期都能正常使用。

4)機(jī)組選型。加壓泵站位于五里鎮(zhèn)河下游，羅家坪村東側(cè)村村通公路(羅家坪至王家坪)以東約20 m處階地上，設(shè)計(jì)進(jìn)水池水位1098.62 m，站上設(shè)計(jì)水位1450 m，加壓站至凈水廠供水機(jī)組凈揚(yáng)程為351 m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程約為377 m。泵站共選用3臺DP120-50多級離心泵機(jī)組(2用1備)。

5)水泵配套電機(jī)選型

根據(jù)泵站抽水裝置情況，最大軸功率的儲備系數(shù)選1.1，水泵電動機(jī)最大軸功率經(jīng)計(jì)算水泵工作點(diǎn)的最大軸功率為177.44 kw，設(shè)計(jì)選用Y系列(IP44)小型三相鼠籠式異步電動機(jī)，型號為315L2-2，電壓380V，功率200kw。YY系列(IP44)小型三相鼠籠式異步電動機(jī)，是一般用途的全封閉自善冷鼠籠式三相異步電動機(jī)，具有高效節(jié)能、噪聲低、振動小、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)。功率等級和安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，外殼防護(hù)等級IP44。

3.4 水泵工作點(diǎn)確定

1)水泵特性

表2 DP120-50水泵特性由廠家提供

2)管路損失計(jì)算采用公式 h損=KSQ2=1.1SQ2

管路阻力系數(shù)

(1)沿程阻力參數(shù):(S2/m5)

(2)管道局部阻力參數(shù):(S2/m5)

(3)阻力參數(shù) S=S程+S局

3)水泵工況

(1)并聯(lián)管道單機(jī)運(yùn)行工況

(2)并聯(lián)管道雙機(jī)運(yùn)行

表3 并聯(lián)管道單機(jī)運(yùn)行工況計(jì)算表

表4 并聯(lián)管道雙機(jī)運(yùn)行工況計(jì)算表

S=(S吸+S叉前)/4+S叉后=6647.68

(3)水泵工作點(diǎn)(見圖1)

表5 水泵工作點(diǎn)參數(shù)

圖1 水泵并聯(lián)運(yùn)行工況工作點(diǎn)簡圖

4)泵站進(jìn)水建筑物

宜君縣城抗旱應(yīng)急供水工程泵站共設(shè)1級加壓，為輸送原水的泵站。為滿足泵站前池水流順暢、流速均勻，池內(nèi)不產(chǎn)生渦流，并且考慮一定的調(diào)節(jié)容積，本次設(shè)計(jì)泵站前設(shè)進(jìn)水池及吸水井，進(jìn)水池與吸水井采用兩根DN200的鋼管連通，采用正向進(jìn)水正向出水。進(jìn)水池按15 min水泵蓄水量計(jì)算，采用封閉式整體型鋼筋砼水池，容積約100 m3，由1根DN300鋼管進(jìn)水;設(shè)置一根DN400鋼管作為溢流管，溢流至站區(qū)西側(cè)排水管，排至趙家河。池底泄水采用潛水泵排空。進(jìn)水池為地下式，池頂與地面相平，地面下3.93 m，池頂覆土0.5 m，以防冰凍。吸水井按《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算，尺寸為長×寬 ×高(4.0 m×11.08 m×4.5 m)。水泵的最低運(yùn)行水位為1 096.8 m，內(nèi)設(shè)3根DN200鋼管為水泵吸水支管，管中心高程 1 096.357 m。

5)泵站壓力管道

泵站進(jìn)水壓力管采用DN300鋼管埋管敷設(shè)，泵站進(jìn)水支管采用DN200鋼管，壓力等級采用2.5 Mpa。泵站出水支管采用DN150鋼管并聯(lián)于DN300出水母管，壓力等級為6.4 Mpa。

6)泵站出水建筑物

泵站出水建筑物主要由鎮(zhèn)墩、母管流量計(jì)井、超壓泄壓閥井組成。鎮(zhèn)墩尺寸:1.8 m×1.8 m×1.8 m。出水母管設(shè)流量計(jì)井，采用DN300電磁流量計(jì)。

7)附屬設(shè)備選型

根據(jù)各泵站主機(jī)組的工作環(huán)境及輸水管線的運(yùn)行要求，進(jìn)行泵站附屬設(shè)備的選擇。

(1)起吊設(shè)備:泵重量:637 kg，電機(jī)重量:1 500 kg，最大起重量為:2 137 kg。由于本次設(shè)計(jì)起重量小于5 t，依據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》9.10.2條，主泵臺數(shù)為2臺，故本次選用LD-A型電動單梁起重機(jī)。起升高度(系指泵房地坪至吊鉤(在鋼絲繩緊繞下)最高點(diǎn)的距離)取12 m。泵房跨度7.7 m，Lk取7.5 m;

(2)真空泵選型:因本次擬定各泵站均采用自灌式引水方式，所以附屬設(shè)備中不考慮真空泵的選擇;

(3)排水設(shè)備:因泵站采用自灌式引水方式，泵站內(nèi)集水不能自排，采用潛水泵排至廠區(qū)排水系統(tǒng)，由廠區(qū)自排，潛水泵型號為:80QW50-10-3，電機(jī)功率3 kw，出口直徑80 mm。清水池泄水不設(shè)置泄水管，定期檢修清洗時(shí)采用潛污泵排水，型號為:50QW42-9-2.2，電機(jī)功率 2.2 kw，出口直徑50 mm;

(4)通風(fēng)設(shè)備:因泵房下挖于地下，雖采用上下窗進(jìn)行自然通風(fēng)，但因電機(jī)位于地下，自然通風(fēng)效果較差。采用機(jī)械送風(fēng)與自然通風(fēng)相結(jié)合方式運(yùn)行，通風(fēng)效果好;

(5)計(jì)量設(shè)備:因泵站之間存在流量調(diào)配、進(jìn)出水池的水位變化等情況，故泵站需設(shè)電磁流量計(jì)、水位計(jì)等計(jì)量設(shè)備。在水泵出水母管上安裝1臺DN300電磁流量計(jì)，型號LDB-300L-M2X010-3200，為分體式，耐壓等級為 6.4 MPa;流量范圍:50-3200 m3/h。進(jìn)水池安裝1套靜壓式液位計(jì)，型號為PT700，帶現(xiàn)場顯示儀表，量程為0～5 m;

(6)管路控制設(shè)備:泵站運(yùn)行中存在流量調(diào)節(jié)以及泵機(jī)組的投入與退出，管路中需布置蝶閥進(jìn)行控制調(diào)配。蝶閥選型考慮泵站運(yùn)行調(diào)配方便，均選用手動、電動兩用型蝶閥，水泵出水管安裝伸縮節(jié)，便于水泵及管路、閥門的安裝和拆卸。在進(jìn)水母管上安裝1臺DN300的電動雙偏心軟密封蝶閥及一處伸縮節(jié)，水泵吸水管共計(jì)安裝3臺DN200電動雙偏心軟密封半球閥及3處伸縮節(jié);水泵出水支管安裝3臺DN150電動雙偏心軟密封檢修蝶閥及3處伸縮節(jié)，壓力等級6.4 Mpa，并考慮泵站的水錘危害，出水管安裝3臺DN150兩階段關(guān)閉液控偏心半球閥，壓力等級為6.4 Mpa;水泵出水母管上安裝1臺DN300手動雙偏心軟密封檢修蝶閥及1臺DN50的水錘泄放閥，壓力等級均為6.4 Mpa。

(7)消防設(shè)備:各泵站均為電力泵站，運(yùn)行過程中常因一些電器設(shè)備不良而引起火災(zāi)，故泵站配備一套消防設(shè)備。

［1］中國建筑工業(yè)出版社.水泵及水泵站.2005-05.

［2］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).泵站設(shè)計(jì)規(guī)范.(GB 50265-2010).

［3］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范.(GB 50013-2006).