廣州市某中途加壓泵站改造工程設(shè)計(jì)

李易

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東廣州 510010）

0 引言

本工程加壓站位于廣州市黃埔區(qū)。其20世紀(jì)80年代建成通水，后于2002年改造成為桶裝水生產(chǎn)灌裝場(chǎng)所，不再進(jìn)行供水加壓。原泵房被被改建為生產(chǎn)車間，取消原水泵機(jī)組硬件及其相應(yīng)基礎(chǔ)等設(shè)施，原地坑以及電纜溝被填平。而隨著城市日益增長(zhǎng)的供水需求，為充分利用水源水廠的富余產(chǎn)能，有效解決廣州市中心城區(qū)東部管網(wǎng)散水能力不足的問題，保障中心城區(qū)用水量增長(zhǎng)需求。本次工程其建設(shè)內(nèi)容即原有加壓站進(jìn)行改造，以達(dá)到24萬m3/d，最大加壓水頭為20m的供水規(guī)模。

1 加壓方式確定

加壓泵站的加壓方式形式有傳統(tǒng)的清水池+水泵、水泵直接從管網(wǎng)吸水、無負(fù)壓加壓三種形式。

1.1 傳統(tǒng)清水池+水泵加壓形式

本工程若采用此加壓模式進(jìn)行供水，當(dāng)事故時(shí)清水池有一定的調(diào)節(jié)余地，供水安全可靠性將得到大大提高；此外增設(shè)清水廠將保證泵房來水壓力恒定，水泵工況點(diǎn)較穩(wěn)定，可保證供水水量。經(jīng)過實(shí)地踏勘，本廠區(qū)存在一座清水池，但由于停運(yùn)已久，需重新改建修繕，增加成本費(fèi)用；此外由于清水池停留時(shí)間長(zhǎng)，加壓供水時(shí)須重新消毒，將增設(shè)消毒設(shè)備；與此同時(shí)為防止清水池泄漏，將增加諸多管配件，將加壓系統(tǒng)復(fù)雜化，而加壓站本身來水0.11～0.17MPa的水頭余量也將因增設(shè)清水池而被浪費(fèi)。

1.2 無負(fù)壓泵站簡(jiǎn)述

本工程若采用無負(fù)壓供水的加壓模式，由于其本身的密封系統(tǒng)，供水水質(zhì)將不會(huì)受到二次污染，無需再消毒，無需設(shè)置清水池、消毒間，只需設(shè)置無負(fù)壓供水設(shè)備，相對(duì)于傳統(tǒng)清水池工藝節(jié)省用地空間；全自動(dòng)化控制，管路、設(shè)備簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)便。但當(dāng)進(jìn)水管道出現(xiàn)緊急事故時(shí)，管網(wǎng)極易形成負(fù)壓，造成停泵，供水安全性較低；此外水泵運(yùn)行工況受進(jìn)水水頭變化影響較大，對(duì)加壓設(shè)備有一定損耗；當(dāng)來水量降低時(shí)，由于沒有調(diào)節(jié)水量，需要降低供水量，對(duì)社會(huì)生活生產(chǎn)都將產(chǎn)生一定的影響。

1.3 直接吸水加壓方式

鑒于本工程進(jìn)水壓力在0.11～0.17MPa，存在加大水頭余量，且最高日平均時(shí)供水量達(dá)10000m3/h，來水水量充足，具備采用管道直抽加壓方式的條件。若本工程采用管道直抽的吸水加壓方式，將無需改建清水池，無額外用地空間；此外整個(gè)系統(tǒng)過程在管道內(nèi)完成，不存在二次污染的情況，無需額外設(shè)置消毒裝置；如通過管道直抽的方式也充分利用了來水水頭，節(jié)省能耗。但由于沒有調(diào)節(jié)水量裝置，當(dāng)來水情況出現(xiàn)異常，停水或水質(zhì)突變時(shí)，只能停止泵站的運(yùn)行，對(duì)下游地區(qū)的生活生產(chǎn)都將產(chǎn)生一定的影響。

加壓形式確定：

綜合上述各加壓方式優(yōu)缺點(diǎn)，當(dāng)采用管道直抽的方式時(shí)，泵站可利用管網(wǎng)來水壓力，減少運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用，在供水水質(zhì)，節(jié)能、管配件安裝，后期運(yùn)行維護(hù)等方均表現(xiàn)突出。應(yīng)對(duì)突發(fā)情況時(shí)停止加壓供水即可保證用戶用水安全，待上游水廠、泵站正常運(yùn)行后，恢復(fù)啟動(dòng)即可。因此本項(xiàng)目加壓形式采用管道吸水直抽的加壓方式。

2 泵房改造形式確定

水泵房的改造形式是本次設(shè)計(jì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之一，滿足機(jī)電設(shè)備布置、安裝、運(yùn)行和檢修要求外，還需滿足結(jié)構(gòu)布置要求[1]。由于原有的地坑，電纜溝，排水溝，水泵基礎(chǔ)均不復(fù)存在，需要重新設(shè)計(jì)建造。本次設(shè)計(jì)選擇了三個(gè)改造形式進(jìn)行參照比選，具體如下：

方案一：地面式水泵房形式。

本方案即在現(xiàn)有的泵房地面上布置水泵、連接管道及附屬管配件。其優(yōu)點(diǎn)在于充分利用泵房現(xiàn)有條件，無需對(duì)泵房進(jìn)行開挖下潛，減少該造價(jià)。缺點(diǎn)：①根據(jù)現(xiàn)有加壓站供水加壓需求，所需水泵泵體及電機(jī)重量較大，現(xiàn)有牛角以房高將無法滿足起重機(jī)的最小起吊高度，需對(duì)泵房部分向上延伸，增加結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)計(jì)難度；②水泵房進(jìn)出水管將直接穿越泵房墻體，裸露至地面，影響加壓站改造的整體建筑美觀；③由于進(jìn)出水管道及管配件高度交大，直接放置與地面，對(duì)后期的維修運(yùn)行管理較為不便。

方案二：全地下式水泵房形式。

方案二即將現(xiàn)有地面下沉4m，整個(gè)水泵的工作運(yùn)行，檢修維護(hù)均在地下完成。優(yōu)點(diǎn)：①水泵機(jī)組沉于地下4m處，無需改變泵房高度，利用現(xiàn)用牛角加固即可保證水泵的正常起吊維護(hù)；②管道及附屬構(gòu)件均位于地下部分，后期檢查維修方便；③室內(nèi)增加泵房的立體空間，室外進(jìn)出管線埋設(shè)與地下，泵房?jī)?nèi)外美觀整潔，體現(xiàn)現(xiàn)代泵房的設(shè)計(jì)感。但由于泵房建設(shè)時(shí)代久遠(yuǎn)，基礎(chǔ)埋深較淺，如下挖4m的深度將影響到整個(gè)水泵房的基礎(chǔ)，恐有傾倒的危險(xiǎn)隱患，故該方案不可行。

方案三：半地下式水泵房形式。

結(jié)合結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)的要求，水泵房下挖深度為1.8m。根據(jù)前兩個(gè)方案的限制條件，該方案可將水泵大部分機(jī)組及管配件置于地面以下，無需增加泵房高度，便于水泵起吊以及后期水泵及管配件的檢修維護(hù)；此外下挖1.8m，一方面保證了水泵房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，另一方面使進(jìn)出水管埋設(shè)于地下，保證了現(xiàn)代泵房的建筑美觀。

圖1 水泵房改造方案三

表1 泵房形式方案比選

結(jié)合上述方案比選可知，方案二與方案三在各方面均表現(xiàn)突出，但由于方案二開挖過深，影響泵房整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)條件將無法滿足該方案的實(shí)施，綜合考慮本工程選擇方案三的泵房布置形式，在土建開挖量、管配件安全維護(hù)、泵房設(shè)計(jì)美觀程度、投資建設(shè)費(fèi)用以及結(jié)構(gòu)限制條件等方面均表現(xiàn)突出，因此本工程泵房形式采用半地下式的改造方案。

3 泵組布置形式確定

水泵機(jī)組的布置應(yīng)滿足設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)、安裝和檢修要求[2]。本工程選擇直線單排的平面布置方案，具體布置情況如圖2所示。

4 水泵選型、配置及運(yùn)行方式

結(jié)合本工程實(shí)際情況，本次加壓站水泵選用單級(jí)雙吸臥式離心泵。而水泵臺(tái)數(shù)的確定應(yīng)考慮以下原則：一、水泵臺(tái)數(shù)的確定應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模及供水系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度要求、泵站的性質(zhì)及規(guī)模、近遠(yuǎn)期結(jié)合方式等作綜合考慮，并對(duì)各種工況進(jìn)行分析后確定；二、同一個(gè)泵站應(yīng)盡量選用同一種型號(hào)的水泵；對(duì)于中型及大型泵房，一般來說，泵組臺(tái)數(shù)不宜太多。水泵臺(tái)數(shù)少，安裝維修工作量少，占地面積小，機(jī)電與土建相對(duì)投資少。但運(yùn)行時(shí)不如泵組臺(tái)數(shù)多的靈活，水泵備用容量也較大。如果單泵容量過大，會(huì)增加機(jī)電設(shè)備投資。根據(jù)本工程水量和揚(yáng)程的關(guān)系，并充分考慮泵組配置需要、供水方向的不同，投資、運(yùn)行管理、平面布置、維修以及目前國(guó)內(nèi)外水泵制造發(fā)展?fàn)顩r等因素。

結(jié)合上述原則以及本工程實(shí)際情況，配置4臺(tái)水泵較3臺(tái)水泵對(duì)工況變化時(shí)更容易調(diào)節(jié)，適應(yīng)性更強(qiáng)；且泵房位置足夠放下多臺(tái)水泵。因此推薦安裝直抽泵組4臺(tái)，3用1備，預(yù)留2臺(tái)泵組安裝位置，待以后根據(jù)供水量變化需求安裝。每臺(tái)水泵設(shè)計(jì)水量為4000m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程20m。

圖2 泵房平面不足布置

5 結(jié)語

（1）加壓站改造工程改造后，平均時(shí)運(yùn)行規(guī)模10000m3/h，揚(yáng)程15m，最高時(shí)運(yùn)行規(guī)模12000m3/h，揚(yáng)程20m。

（2）經(jīng)方案比選討論，本次改造水泵型式采用半地下式，下挖1.8m，保證水泵安全起吊維修的同時(shí)，保證進(jìn)出水管埋于地下，使泵房的室內(nèi)室外布置均整潔美觀。

（3）本次加壓站改造工程秉承改造原則，不新建擴(kuò)建建筑面積，采用變頻啟動(dòng)的無法提供足夠場(chǎng)地，因此采用高壓直接啟動(dòng)的方式運(yùn)行水泵。