談污水泵站設(shè)計要點

榮雅萍

(北京科智成市政設(shè)計咨詢有限公司，北京　100026)

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談污水泵站設(shè)計要點

榮雅萍

(北京科智成市政設(shè)計咨詢有限公司，北京100026)

摘要:按照某工程污水提升的需求和規(guī)模，選定了合理的工藝流程，介紹了泵站主要構(gòu)筑物的設(shè)計要點，通過比較各類泵房的優(yōu)缺點，最終采用了圓形、自灌、全地下、合建、濕式泵房，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，確定泵站內(nèi)設(shè)備及構(gòu)筑物的安裝和布置尺寸，最終將污水通過泵站提升后排入下游污水管。

關(guān)鍵詞:污水泵站，閘門，格柵，集水池

1　項目概況

本工程位于固安工業(yè)區(qū)富達路西側(cè)，引清干渠北側(cè)，主要功能是對引清干渠北側(cè)由東向西敷設(shè)的d1 000污水管道的水頭進行提升。依據(jù)《片區(qū)污水排除專項規(guī)劃》，新建污水提升泵站規(guī)模為3．5萬m3/d(小(2)型)，泵站等級為Ⅴ級。

2　工藝流程

d1 000鋼混凝土進水管→閘門→格柵間→一體式泵房→DN800出水鋼管→消能池→d1 000鋼混凝土出水管。

富達路規(guī)劃d1 000污水管道首先經(jīng)過進水總閘門，再進入回轉(zhuǎn)式尼龍耙齒機械格柵(柵寬2 000 mm、格柵間隙40 mm)。經(jīng)機械格柵后，污水進入一體式泵房。一體式泵房內(nèi)設(shè)有3臺潛水排污泵(2用1備)。每臺泵DN350出水管設(shè)止回閥、閘閥，出泵房后合并為1根DN800鋼管至室外消能池，經(jīng)消能池轉(zhuǎn)換為d1 000鋼筋混凝土出水管至下游污水管道。

3　泵站主要構(gòu)筑物的設(shè)計

3．1閘門及事故排出口

d1 000污水進水總管在進入格柵間前設(shè)置手電動兩用鑄鐵圓形閘門及事故排出管，便于集水池和泵房的檢修。事故排水管向南直接引入引清干渠，事故口需征得相關(guān)水務(wù)部門批準(zhǔn)后方可實施。

3．2格柵

格柵用途為攔截污水中較大的漂浮物及雜質(zhì)，起到凈化水質(zhì)、保護水泵葉輪和管配件，避免堵塞或磨損，保證水泵的正常運行。

3．2．1格柵設(shè)計要求

1)格柵通過設(shè)計流量時的流速一般采用0．6 m/s～1．0 m/s;格柵前管道內(nèi)的流速可選用0．6 m/s～0．8 m/s;柵后到集水池的流速可選用0．5 m/s～0．7 m/s。2)柵條間隙:按照水泵類型及進口口徑D，應(yīng)小于水泵葉片間隙。一般軸流泵小于D/20，混流泵和離心泵小于D/30，最小間隙50 mm。3)格柵傾斜角度:人工清除格柵傾斜安裝角度為30°～60°，機械清除格柵傾斜安裝角度為60°～90°。每日清渣量大于0．2 m3，為減少工人勞動強度，改善衛(wèi)生條件，選取機械格柵。

3．2．2格柵選取

目前機械格柵分為鏈條式、移動式、回轉(zhuǎn)式及鋼絲繩牽引式等，各種格柵的優(yōu)缺點比較詳見表1，最終選取ZGC旋轉(zhuǎn)式機械格柵，柵寬B=2 000 mm，渠寬2 100 mm，柵間隙50 mm，渠深6．29 m，尼龍耙齒。設(shè)置1臺機械格柵，且不進行備用，在一體化泵站進口處增設(shè)人工清除提籃格柵作為機械格柵的備用。

表1　各種格柵的優(yōu)缺點對比表

3．2．3格柵間構(gòu)筑物

格柵間長7．8 m，寬2．9 m，高3．5 m，結(jié)構(gòu)型式為半地下式。地下部分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地上部分為有頂無墻的棚體結(jié)構(gòu)，屋面采用復(fù)合彩鋼板不上人屋面板。結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50年，抗震烈度為7度(0．15g)，設(shè)計地震分組為第二組，抗震設(shè)防類別為丙類，抗震等級為四級，場地類別為Ⅲ類。

3．3集水池

3．3．1集水池容積

集水池的容積可以調(diào)蓄變化的進水量，提供水泵機組穩(wěn)定運行的條件。其布置應(yīng)滿足調(diào)蓄容積和水泵吸水管安裝的工藝要求，且集水池容積要滿足水工布置，安裝格柵、安裝水泵吸水管的要求，而且在滿足將污水抽走的基礎(chǔ)上，避免水泵啟閉過于頻繁。

集水池一般包含死水容積和有效容積兩部分。死水容積是最低水位以下的容積，主要由水泵吸水管的安裝條件決定。有效容積一般采用不小于最大一臺水泵5 min的出水量的體積。

3．3．2集水池水位

最高水位:在正常運行中，進水達到設(shè)計流量時，集水池中的水位。污水泵站集水池最高水位應(yīng)與進水管充滿度相平。最低水位:最低水位取決于不同類型水泵的吸水喇叭口的安裝條件及葉輪的淹沒深度。集水池的設(shè)計最低水位，應(yīng)滿足所選水泵吸水頭的要求。自灌式泵房尚應(yīng)滿足水泵葉輪浸沒深度的要求。確定的最低水位應(yīng)該同時滿足不高于按照集水池最高水位和集水池有效容積推算的最低水位。集水池有效水深:最高水位和最低

3．3．3集水池的布置

1)應(yīng)采用正向進水。當(dāng)進水來自不同方向時，應(yīng)在站前交匯，再進入集水池。2)進入集水池的水流要平緩地流向各臺水泵，進水?dāng)U散角不宜大于45°，流速變化要求均勻，防止出現(xiàn)旋流、回流。3)集水池進水管管底與格柵底邊的落差不得小于0．5 m。4)集水池池底應(yīng)設(shè)積水坑，傾向坑的坡度不宜小于10%。

3．4泵房

3．4．1泵房的形式選擇

1)圓形泵房和矩形泵房。a．圓形泵房:圓形泵房適用于中、小型規(guī)模，水泵臺數(shù)不宜超過4臺。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)受力條件好，便于施工，工程造價低，泵啟動方便，易根據(jù)水位實現(xiàn)自動操作。缺點是機組布置困難，泵房很深時，維修不便，且電機易受潮。b．矩形泵房:優(yōu)點是機組易于布置，啟動簡單，易實現(xiàn)自動操作，電機不易受潮。缺點是機組安裝技術(shù)要求較高，特別是泵房較深，傳動軸較長，需設(shè)置中間軸承及固定支架，造價高?？紤]污水泵站規(guī)模較小，水泵臺數(shù)不超4臺，采用圓形泵房。

2)自灌式和非自灌式泵房。a．自灌式泵房:水泵葉輪或泵軸在集水池最低水位之下。優(yōu)點是啟動及時可靠，操作簡單。缺點是泵房較深，造價較高。b．非自灌式泵房:水泵泵軸在集水池最高水位之上。優(yōu)點是泵房深度較淺，室內(nèi)干燥，衛(wèi)生條件好，利于通風(fēng)和采光。缺點是水泵不能直接啟動，需采用引水設(shè)備，不適用于水泵頻啟情況。污水來水量變化較大，為了減小集水池容積，污水泵組需頻繁開啟，采用自灌式泵房。

3)半地下式泵房和全地下式泵房。a．半地下式泵房:泵房的機器間包括地上及地下兩部分，稱為半地下式泵房。b．全地下式泵房:地面以上沒有廠房，水泵、電機機組全部封閉在地面以下的成為全地下式泵房。污水泵房一般采用全地下式泵房。

4)合建式泵房和分建式泵房。a．合建式泵房:機器間與集水池合建在一座構(gòu)筑物里，或上、下設(shè)置。合建式泵房還可以將進水閘井、格柵井、集水池、機器間、出水池等部分或全部合建在一座主體構(gòu)筑物里面，使得布置更加緊湊合理。合建式泵房的優(yōu)點是布置緊湊、占地少、水頭損失小、管理方便。缺點是施工困難。b．分建式泵房:機器間和集水池分建為兩個獨立的構(gòu)筑物。適用于土質(zhì)較差，地下水位較高場所。分建式泵房的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)上處理比合建式簡單，施工較方便，機器間也沒有被污水滲透和被污水淹沒的危險。污水泵房考慮進水條件及水力因素，采用合建式泵房。

5)干式泵房和濕式泵房。a．干式泵房:集水池和機器間用隔墻分開。只有水泵的吸水管和葉輪淹沒在水中，機器間才能保持干燥，有利于對水泵的檢修和維護，同時也避免了污水的污染。優(yōu)點是養(yǎng)護、管理條件好，電機運行條件好，衛(wèi)生條件好。缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。b．濕式泵房:電動機層下面是集水池。水泵及管件淹沒在集水池的水位以下。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低，集水池有效容積的范圍大。缺點是養(yǎng)護管理條件差，泵站較潮濕，且有臭味，設(shè)備直接受污水腐蝕?？紤]污水泵站中水泵為間歇式使用，多采用潛水泵，有利于水泵的保養(yǎng)及使用周期。由于潛水泵的電動機、水泵特有的潛水功能，采用濕式泵房。綜上所述，污水泵站設(shè)計采用圓形、自灌、全地下、合建、濕式泵房。

3．4．2水泵的選型

1)水泵流量計算。d1 000進水管h/D=0．57，i=0．000 8，V=0．86 m/s，污水的設(shè)計流量為Q=0．4 m3/s。

2)水泵揚程的計算。最低揚程(m)=(最小流量出水管高程－集水池最高水位)+管路系統(tǒng)水頭損失+安全水頭1 m～2 m。設(shè)計揚程(m)=(設(shè)計平均流量出水管高程－集水池設(shè)計水位)管路系統(tǒng)水頭損失+安全水頭1 m～2 m。最高揚程(m)=(設(shè)計最大流量出水管高程－集水池最低水位)+管路系統(tǒng)水頭損失+安全水頭1 m～2 m。

根據(jù)上述計算，選潛水混流泵3臺(2用1備)，單泵流量Q= 0．2 m3/s、揚程H=8．5 m、功率N=28 kW。

3．4．3泵房構(gòu)筑物

圓形、自灌、濕式、全地下、合建式污水泵房構(gòu)筑物分為傳統(tǒng)土泵房和一體化泵房，共計2種型式。

1)傳統(tǒng)泵房。傳統(tǒng)泵房可采用開槽或沉井方式施工，泵房結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2)一體化泵房。一體化污水泵房由復(fù)合纏繞玻璃鋼桶體為主體，內(nèi)設(shè)水泵、管路、閥門、樓梯、維修平臺等，根據(jù)用戶需求還可在進水管道后加設(shè)提籃粉碎型格柵，筒體上設(shè)有玻璃鋼頂蓋，是把所有設(shè)備及儀表集成在一起的成套設(shè)備。

一體化泵房較傳統(tǒng)泵房占地小，操作簡單，維修、管理方便，玻璃鋼筒體防腐性能好，易與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)，對周邊環(huán)境影響小，施工簡單，施工周期短;但是筒體直徑不宜大于4 m，埋深較大，不適用于規(guī)模較大的泵房，目前宜采用最大一體化泵站的規(guī)模在4萬m3/d。

經(jīng)上述比較，泵房結(jié)構(gòu)型式采用地下一體式泵房，鋼筋混凝土底座，玻璃鋼材質(zhì)井筒，直徑3．8 m，筒深10．095 m。

4　結(jié)論

污水泵站內(nèi)設(shè)閘門、格柵間、一體化污水泵房、高低壓配電室及值班室等。污水泵站長20 m，寬16 m，總占地面積320 m2(見圖1)。

圖1　污水泵站效果圖

泵站等級為Ⅴ級，主要、次要永久性建筑物級別均為5級，防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為10年重現(xiàn)期，校核為30年重現(xiàn)期，站內(nèi)室外地坪標(biāo)高=設(shè)計洪水位+0．5 m，即為19．24 m;泵房室內(nèi)標(biāo)高=室外地坪標(biāo)高+0．3 m，即為19．54 m。

5　系統(tǒng)運行過程

5．1正常工況

進水經(jīng)機械格柵進入一體化泵房集水池，然后經(jīng)潛水泵提升后進入d1 000壓力輸送管。機械格柵根據(jù)柵前、后液位差值信號自動開、停。其工況可由兩種方式確定:1)時間間隔設(shè)定，可以根據(jù)不同季節(jié)或水質(zhì)狀況予以調(diào)整;2)液位差值設(shè)定，可根據(jù)格柵前后液位差值進行控制，0 mm～200 mm可調(diào)。一體化泵房內(nèi)設(shè)置3臺泵須循環(huán)使用，不得長期使用1臺泵，以避免備用泵經(jīng)常不開零件老化損壞;同時潛水泵的開停根據(jù)集水池水位予以控制，高液位13．80開泵、低液位10．38停泵。累計工作時間最短的泵優(yōu)先開啟。集水池液位低于10．38 m時，水泵低液位保護停泵;集水池報警水位為14．35 m。

5．2檢修

格柵間19．44 m平臺設(shè)計活荷載為1 t/m2，機械格柵電機、耙齒檢修一般可在此地面操作，當(dāng)需要清淤或檢修渠道內(nèi)格柵框架時，可將格柵間進水閘門關(guān)閉，將渠道內(nèi)水抽干。潛水泵檢修、更換可不停水提升用車運送至室外場地檢修。

6　建議

對于選取一體化泵房提出以下建議。

6．1擴大使用范圍

一體化泵房僅適用于規(guī)模較小的泵站，原因在于:集水池容積較小水泵頻繁啟動，導(dǎo)致水泵無法正常運轉(zhuǎn)。國內(nèi)、外水泵性能相差甚遠，每小時啟停泵次數(shù)遠低于國外水泵啟停次數(shù);而一體化泵站的適用主要局限于集水池有效容積較小，規(guī)模較大的污水泵房將不滿足最大一臺污水泵5 min出水量的體積。

一體化泵站若用于大規(guī)模泵站，需考慮以下兩部分:

1)提高水泵的性能參數(shù)，允許水泵頻繁啟動，不能局限在每臺水泵每小時啟動次數(shù)不超過6次要求;2)筒體建議選取其他材料，加大橫向占地面積，減小埋深，增加集水池有效容積。

6．2水泵選取

一體化泵房底部未設(shè)置集水坑，宜選取帶自沖洗功能的水泵，防止底部積泥，堵塞水泵。

6．3通風(fēng)設(shè)置

地下式一體化泵房自然通風(fēng)不滿足通風(fēng)需求，建議設(shè)置機械排風(fēng)系統(tǒng)，排除有害氣體、泵房內(nèi)余熱、余濕，以保證操作人員的生命安全。

參考文獻:

［1］ 北京市市政工程設(shè)計研究總院．給水排水設(shè)計手冊［M］．第2版．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

［2］GB 50014—2006，排水設(shè)計規(guī)范［S］．

［3］GB 50265—2010，泵站設(shè)計規(guī)范［S］．

［4］ 李亞峰，尹士君，蔣白懿．水泵及泵站設(shè)計計算［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011．

中圖分類號:X703

文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1009-6825(2016)17-0124-03

收稿日期:2016-04-09

作者簡介:榮雅萍(1979-)，女，工程師水位之間的水深。

Preliminary analysis on the design points of sewage pumping station

Rong Yaping
(Beijing Kezhicheng Municipal Design Consultant Co．，Ltd，Beijing 100026，China)

Abstract:According to the demand and scale of sewage，selected a reasonable process．The design points of main structures of pumping station are introduced respectively．By comparing the advantages and disadvantages of various types of pump station，and ultimately determine the use of circular pump station，self-filling pump station，underground pump station，integrated pump station，wet pump station．According to the relevant regulations，requirements，determine the pump station equipment and structures of the installation and layout size．The sewage pumping station upgrade will eventually discharged into sewage pipe downstream．

Key words:sewage pump station，sluice，screen，water collection tank