排水泵站改造可行性研究

閆學鵬

（天津市排水管理事務(wù)中心機修所，天津 300070）

隨著城市建設(shè)的不斷加快，越來越多的雨水泵站和污水泵站老化問題日益嚴重，影響到它們汛期的使用。加快泵站改造步伐，使之適應(yīng)社會發(fā)展需要是亟需解決的重要問題。在已改造泵站中，包括部分大型泵站在內(nèi)，由于沒有認真進行科學論證和可行性分析或論證方法不夠正確，致使改造后的泵站沒有達到預期經(jīng)濟和安全目的。甚至有的泵站改造后不久，又再次提出改造申請，給國家和地方經(jīng)濟造成很大損失。因此，認真總結(jié)泵站改造的經(jīng)驗教訓，杜絕此類現(xiàn)象的再次發(fā)生，也是今后泵站改造需要注意的重要問題。

1 泵站改造的分析論證

1.1 泵站改造的分析

由于泵站自然老化嚴重，泵站能耗逐年升高，加上運行排水標準不斷提高，泵站流量和可靠性無法得到滿足。大量的調(diào)查研究和現(xiàn)場測試資料表明，泵站的實際技術(shù)性經(jīng)濟指標距離規(guī)范標準普遍甚遠，導致泵站的安全事故隱患增多和效益面積逐年衰減。排水管理部門已經(jīng)開始意識到泵站技術(shù)改造的重要性和急迫性，為了使泵站技術(shù)改造更加健康穩(wěn)固發(fā)展，認真總結(jié)泵站改造的經(jīng)驗教訓特別是泵站技術(shù)改造的主要經(jīng)驗和存在問題是十分必要的。泵站改造應(yīng)遵循經(jīng)濟合理、安全可靠、技術(shù)先進、管理方便、美觀實用的原則，綜合考慮當前的條件和將來的經(jīng)濟發(fā)展，避免出現(xiàn)重復改造，充分利用原有設(shè)施并保證新老設(shè)施配合良好，科學處理工程施工與正常排水運用之間的矛盾，并在汛期之前完工。改造后的泵站應(yīng)達到設(shè)計的功能及目標，處理好節(jié)約能源、適當增加流量、安全運行等之間的關(guān)系。水泵、電機、傳動、管道、進出水池等任何一方面的參數(shù)改變都會引起其他參數(shù)的改變，進而影響泵站效率。如，泵站流量的增大可以提高排水標準，擴大收益范圍，但流量的增加會增加管路損失，降低裝置效率，增加能源消耗，增加運行成本。

1.2 泵站改造的論證

泵站作為排水的重要設(shè)施，在社會和經(jīng)濟發(fā)展中扮演著重要角色。國民經(jīng)濟和現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展特別是計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，為提高泵站的現(xiàn)代化水平打下了堅實基礎(chǔ)。但是，由于以往對使用性考慮不夠，沒有充分發(fā)揮其節(jié)能和保護的監(jiān)控作用。隨著時間的增加，泥沙淤積、水位變化、水質(zhì)污染等問題給泵站改造帶來了較大難度。因此，認真研究各種條件的變化，協(xié)調(diào)各方面利益和借鑒相應(yīng)技術(shù)措施是非常必要的。審查泵站是否需要技術(shù)改造以及如何進行改造時，首先要根據(jù)泵站建成以來的實際運行情況和今后發(fā)展的要求，對泵站的進水池水位、揚程、流量、裝置以及重要技術(shù)經(jīng)濟指標等進行復核，在取得充分資料的基礎(chǔ)上論證泵站技術(shù)改造方案。

1.3 影響泵站改造的具體因素

對于計劃改造的泵站，應(yīng)首先對機組選型、傳動方式、管道及管線布置是否合理進行分析復核，主要從以下幾個方面進行考察：①水泵的設(shè)計揚程與泵站實際需要揚程；②水泵實際運行性能與水泵的樣本提供的性能；③水泵汽蝕性能與水泵實際安裝高度；④水泵性能指標與目前產(chǎn)品先進指標的差距；⑤水泵與動力機配套是否合理；⑥傳動設(shè)備是否完善。

由于設(shè)備制造和安裝質(zhì)量的差異以及各泵站水流狀態(tài)對裝置工作性能的影響，根據(jù)通用資料分析確定的水泵工作點參數(shù)與實際運行情況會存在一定差別。為了準確掌握泵站的技術(shù)狀態(tài)，改造前應(yīng)現(xiàn)場測定水泵揚程、流量、功率、轉(zhuǎn)數(shù)、效率以及振動等有關(guān)參數(shù)，以便正確研究和制定泵站改造方案和技術(shù)措施。泵站改造后，應(yīng)通過驗收來考察泵站的監(jiān)測和監(jiān)控、故障分析和處理、優(yōu)化調(diào)度和運行情況，以達到經(jīng)濟、安全、節(jié)能、高效的目的。

另外，為了總結(jié)泵站設(shè)計經(jīng)驗、提高設(shè)計水平，需對泵站進行現(xiàn)場測試。泵站功率通常包括水泵軸功率和電動機輸入功率，水泵軸功率可以在泵軸上測出扭距和轉(zhuǎn)數(shù)后求得，也可通過測量電動機輸入功率得到。功率測量法很多，水泵軸功率測量的常用方法有損耗分析法、扭距儀表法等。

2 泵站改造的可行性

2.1 泵站改造的技術(shù)性

泵站技術(shù)改造和其他工程項目一樣，只有在技術(shù)上合理和經(jīng)濟上可行時才能實施。其中，技術(shù)上的合理性屬于專業(yè)知識和技術(shù)問題的研究范疇，經(jīng)濟上的可行性需要根據(jù)該工程項目在一定時期內(nèi)的經(jīng)濟效益進行評價分析。

對泵站技術(shù)改造而言，主要是根據(jù)泵站的具體情況和建設(shè)單位的實際需要，制定不同的改造方案。隨后，分析各方案的投資和效益，在規(guī)定的年限內(nèi)獲得的效益大于投資，說明經(jīng)濟上是可行的。對于目標相同的各種改造方案來說，則是分析比較并選擇相對的最優(yōu)方案。需要說明的是，用經(jīng)濟比較的方法選擇最優(yōu)方案，僅僅是從經(jīng)濟角度考慮的，沒有涉及工程的可靠性、先進性等問題。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，一個地區(qū)通常都有增大泵站流量的要求，以達到提高排水標準或擴大受益范圍的目的。增大水泵流量的方法很多，如增大水泵葉輪直徑、增加水泵轉(zhuǎn)速、加大葉片安裝的角度、擴大管路直徑、減少管路損失。但是，如果僅僅增大水泵流量而進出水管道或過水斷面無法增大時，管道或流道內(nèi)流速將會隨之增大，不僅會增加管路損失，降低管路效率，還有可能在管道或流道內(nèi)產(chǎn)生旋渦，引起水泵機組振動，影響泵站的可靠性。改造泵站首先應(yīng)做好規(guī)劃，論證其在地區(qū)規(guī)劃中的必要性和可行性。泵站改造前，應(yīng)收集與整理其運行資料和實際狀況，對泵站樞紐土建工程、抽水裝置、輸變電系統(tǒng)及其配套設(shè)備等進行全面分析研究并做出評價，對泵站拍門、閘門、啟閉機、進出水管道等老化狀況及完好程度做出鑒定，對泵房、閘門、進水池和出水池等根據(jù)觀測資料分析評估因地質(zhì)情況造成的沉陷、裂縫、老化等問題，對泵站主電動機及配套設(shè)備根據(jù)技術(shù)資料、歷年預防性試驗記錄分析確定設(shè)備的完好程度，按水泵的要求校核電動機功率是否合理。

2.2 泵站改造的安全性

泵站安全是泵站效益得到充分發(fā)揮的重要保障。泵站經(jīng)過多年運行，機電設(shè)備和建筑物都有不同程度的老化和損害，將會影響泵站的正常運行，輕則停機檢修更換零件，給運行管理帶來麻煩，重則可能造成水泵、電機等重要設(shè)備損壞，甚至造成人員傷亡。長時間被迫停機，影響受益范圍內(nèi)的生產(chǎn)，造成地區(qū)性的經(jīng)濟損失。因此，泵站技術(shù)改造不僅要解決節(jié)約能源和降低運行成本的問題，還要把提高泵站安全可靠性作為改造的主要內(nèi)容。只有在泵站安全運行得到保障的前提下，才能提高泵站效率，減少能量消耗，降低水費成本，提高經(jīng)濟效益。由于老化失修，電氣設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，迫使水泵停止運行，從而影響泵站效益發(fā)揮，出現(xiàn)人身傷亡事故的幾率更大。一旦事故發(fā)生，需要及時修復或更換，也會增加水泵的開支。水泵的安全最終反映在效益降低和費用增加方面，實際上也是一個經(jīng)濟問題。因此，對于安全無保障的泵站進行安全改造是十分必要的。

泵站管理包括維護管理和運行管理。其中，維護管理包括日常維護和大修理等，做好日常維護和大修工作，可以避免機組及電器設(shè)備出現(xiàn)重大事故，確保泵站安全生產(chǎn)；運行管理主要任務(wù)是在運行期間監(jiān)視機組的運行參數(shù)并將參數(shù)調(diào)整到最優(yōu)運行狀態(tài)，減少水泵運行成本，因此泵站管理與經(jīng)濟和安全是密切相關(guān)的。

2.3 泵站改造的經(jīng)濟性

泵站運行成本包括電費、維修費、行政管理費。其中，電費所占比例最大，大致范圍為50%～80%，因此降低泵站的能耗是減少運行費用、降低泵站水費成本的重要措施。對于一般的排水泵站而言，在改造前后泵站流量和凈揚程不變的情況下，降低泵站能耗的主要措施是提高泵站效率。但是，若改造前后泵站流量揚程發(fā)生了變化，則降低泵站能耗不僅需要提高泵站效率，還要減少單位水量的能耗才能真正達到減少電費的目的。提高泵站效率必須根據(jù)現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，具體分析泵站各部分能量損失，找出主要矛盾，采取技術(shù)措施進行技術(shù)改造。如果水泵性能或泵站揚程發(fā)生變化，那么水泵流量揚程、軸功率和效率均會發(fā)生變化。而軸功率的變化又會引起傳動裝置功率和電動機負荷技術(shù)的變化，從而引起電動機效率變化。另外，水泵揚程的變化也會引起管路效率和進出水池效率變化。因此，在對電動機、傳動裝置、水泵、管路和進出水池等任何單項進行技術(shù)改造時，都必須考慮其對相關(guān)效率的影響。

泵站改造的經(jīng)濟目標包括擴大經(jīng)濟效益和降低經(jīng)濟成本，根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，通過泵站技術(shù)改造，增加泵站流量，擴大排水范圍，提高排水標準，促進地區(qū)經(jīng)濟進一步發(fā)展。擴大受益范圍的主要途徑是增加泵站流量，提高排水標準的主要途徑是提高泵站揚程。泵站電費是泵站水費成本的主要部分，因此節(jié)約用電是降低泵站水費成本的主要途徑。對于流量、揚程不變的泵站而言，提高泵站效益是降低能源消耗的主要措施。因此，為了節(jié)約能源，常常需要對能源消耗大的泵站進行改造。反映泵站能耗大小的指標主要有泵站裝置效益、能源單耗和單位水量耗電量等。

3 結(jié)語

對已經(jīng)改造好的泵站，必須全面檢查已完工程的施工和安裝質(zhì)量是否符合設(shè)計要求、能否投入運行以及管理單位是否做好工程交接工作。改造工程與原有保留工程設(shè)備結(jié)合部位的施工和安裝質(zhì)量對泵站安全運行關(guān)系重大，因此在工程驗收時應(yīng)列出專項或?qū)ｎ}進行審查評定。在今后的防汛工作中，泵站的工作效率直接影響到城市的發(fā)展，所以合理的泵站改造能夠保障泵站可持續(xù)發(fā)展，提升城市人民的安全感和幸福感，使社會效益和經(jīng)濟效益最大化。