一體化排水泵站的研究與應(yīng)用

方甲寶

（中鐵四局集團(tuán)第一工程有限公司 安徽合肥 230041）

0 引言

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)混凝土泵站也日益暴露出它自身難以克服的缺點(diǎn)如混凝土池壁容易腐蝕滲漏，造成環(huán)境污染；泵坑雜質(zhì)沉積，減小了泵站容積，還導(dǎo)致毒性惡臭氣體揮發(fā)，帶來安全隱患；水泵長(zhǎng)期在惡劣環(huán)境下工作，磨損和故障率增加，縮短水泵壽命。一體化預(yù)制泵站，是一種新型集成式污水、雨水自動(dòng)化收集與提升的一體化泵站，較好的解決了上述問題。一體化預(yù)制泵站的主體，采用高強(qiáng)度纖維玻璃鋼制造預(yù)制筒體，各種設(shè)備部件一體化置于這一可移動(dòng)預(yù)制筒體之內(nèi)。該預(yù)制筒體豎立式埋入地下，能大幅度抵御撕裂、腐蝕及其他破壞力。由于該泵站高度集成化，泵體土建工程為傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)的1/10，總造價(jià)只有傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)的1/3～2/3；采用智能型全自動(dòng)控制，水體排放根據(jù)儲(chǔ)水量大小進(jìn)行高效自動(dòng)調(diào)節(jié)，無需人工值班操作；預(yù)制筒體采用密封裝置，整體埋于地下深處，無異味溢出。因此，采用一體化預(yù)制泵站施工工法較傳統(tǒng)混凝土泵，施工工法有了較大的革新；下面將進(jìn)行具體分析。

1 一體化排水泵站與傳統(tǒng)混凝土排水泵站的對(duì)比分析

一體化排水泵站與傳統(tǒng)的排水泵站相比，傳統(tǒng)混凝土泵站：①占地面積大；②建設(shè)周期長(zhǎng)：鋼混凝土結(jié)構(gòu)，泵站底板、池壁、板頂分布施工，澆注和養(yǎng)護(hù)需要2-3個(gè)月，現(xiàn)場(chǎng)施工相比產(chǎn)品工廠化生產(chǎn)精度差；③造價(jià)成本較高：基本是預(yù)制泵站的造價(jià)1.5～2倍以上，需要考慮的土地、建設(shè)、安裝、維護(hù)等綜合因素非常復(fù)雜；④無法處理腐蝕問題：要是排水為污水時(shí)，污水長(zhǎng)期浸泡混凝土結(jié)構(gòu)，將嚴(yán)重影響壽命，因?yàn)榛炷翞槎嗫撞牧?，可與土壤中的氣體和酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，易腐蝕泄露；⑤后期維護(hù)費(fèi)用較大：有泵房需要人值守管理，一系列的問題和費(fèi)用就會(huì)衍生出來；⑥淤泥沉積問題嚴(yán)重：傳統(tǒng)泵站結(jié)構(gòu)導(dǎo)致始終無法解決淤泥沉積的問題（到時(shí)候會(huì)堵塞水泵，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；會(huì)有毒害氣體聚集，危害人身安全；清理起來會(huì)非常麻煩，不僅費(fèi)用較大，而且必須上游停止排水，影響生產(chǎn)生活）；⑦選址要求非常高：拆遷是個(gè)大問題，還要考慮是否影響周圍環(huán)境，由于必須有前池，水的聚集會(huì)有大量臭氣會(huì)影響居民生活；⑧地基一旦沉降，將導(dǎo)致泵站無法運(yùn)行。一體化排水泵站：①占地面積更小，節(jié)省土地資源，只有傳統(tǒng)泵站的10%；體積更小，但是可用有效容積優(yōu)良；②堅(jiān)固耐用。筒體采用纏繞玻璃鋼制成，堅(jiān)固持久耐用，不會(huì)因?yàn)榈刭|(zhì)結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致撕裂。超強(qiáng)耐腐蝕；③不堵塞，免清淤。泵坑采用CFD（流體動(dòng)力學(xué)）分析和設(shè)計(jì)，具有流態(tài)好、無堵塞，自清潔淤泥沉積，免除了清淤的麻煩；④工程周期短。該產(chǎn)品為成品供貨，廠內(nèi)完成各部件的安裝調(diào)試，貨到現(xiàn)場(chǎng)只需要整體定位、掩埋，所需安裝調(diào)試時(shí)間比傳統(tǒng)泵站大大縮短。貨期一個(gè)月，施工10d；⑤自動(dòng)化程度高?？蓪?shí)現(xiàn)異地監(jiān)控與管理，還可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)監(jiān)控與故障報(bào)警，無需專人值守，后期管理成本大幅度降低；⑥更加安全：其合理的設(shè)計(jì)大大減少了劇毒及惡臭氣體的產(chǎn)生，減小人員安全風(fēng)險(xiǎn)；⑦維修方便：機(jī)泵設(shè)備和格柵設(shè)備都可以沿著導(dǎo)軌吊進(jìn)吊出，方便維護(hù)；⑧使用壽命更長(zhǎng)：合理的底座設(shè)計(jì)和光滑的內(nèi)壁保證長(zhǎng)期使用且無需保養(yǎng)；泵、格柵、管路均采用防腐材料制成，使用壽命長(zhǎng)；可以使用50年以上；⑨費(fèi)用更低：一次性投入，長(zhǎng)期運(yùn)行成本低，節(jié)能效果明顯，且在遇到拆遷或被占地的情況下可以吊裝起來進(jìn)行二次填埋再次利用；⑩無噪音污染。高品質(zhì)的污水泵對(duì)環(huán)境幾乎沒有影響，即使是在居民區(qū)；11○選址更方便。可以放置在很多地方，甚至是非機(jī)動(dòng)車道和人行道路上；12○外觀美觀：地埋式的構(gòu)造與周圍環(huán)境融為一體，美觀大方；居民甚至都不會(huì)注意到它的存在。

2 一體化排水泵站現(xiàn)狀分析

一體化預(yù)制泵站在歐洲有50年的使用歷史，占泵站總數(shù)的比重達(dá)70%以上。中國(guó)于2010年引進(jìn)一體化預(yù)制泵站，由于其具有占地面積小，施工速度快，操作維修簡(jiǎn)便，對(duì)于周邊環(huán)境影響小等特點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)也在廣泛應(yīng)用，特別在國(guó)內(nèi)南方城市有較多的案列，并且運(yùn)行良好，在內(nèi)地內(nèi)蒙新疆等地也開始使用。一體化預(yù)制泵站的筒體大多采用采用先進(jìn)的無堿強(qiáng)化玻璃鋼（GRP）纏繞而成，泵站主體由GRP井筒、污水潛水泵、管道、閥門、傳感器、控制系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)等部件組成，進(jìn)水可根據(jù)要求設(shè)置粉碎性格柵。泵站筒體以無堿玻璃纖維無捻粗紗及其制品為增強(qiáng)材料，熱固性樹脂為高標(biāo)號(hào)頂級(jí)樹脂，采用計(jì)算機(jī)控制整體纏繞工藝制成，確保厚度均勻并達(dá)到設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)層厚度由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，筒體內(nèi)壁光滑，不允許在內(nèi)部額外加其他任何材料的支撐。筒體巴氏硬度達(dá)到40HBa以上，抗壓強(qiáng)度達(dá)到120MPa，環(huán)向拉伸強(qiáng)度達(dá)到150MPa，軸向拉伸強(qiáng)度達(dá)到60MPa。出廠前進(jìn)行100%防滲漏實(shí)驗(yàn)。確保無泄漏，保證使用壽命不低于50年。經(jīng)CFD（計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)Computational Fluid Dynamics）特殊設(shè)計(jì)的預(yù)制泵站智能化底部采用下凹式結(jié)構(gòu)，可抵抗地下水的壓力而不變形，同時(shí)只允許少量的污水停留在泵坑，泵站底部采用優(yōu)化自清潔設(shè)計(jì)，縮小底部面積，增大底部流速，避免沉積，實(shí)現(xiàn)每次啟動(dòng)水泵都可以清潔泵站底部的效果，免除了人工清淤?？垢∽詽嵉撞吭O(shè)計(jì)，既抗浮起又防止水泵堵塞。上部防護(hù)格柵和檢修平臺(tái)，格柵和服務(wù)平臺(tái)材料由GRP和不銹鋼304制成，不得采用鍍鋅鋼材質(zhì)，防腐蝕，內(nèi)置服務(wù)平臺(tái)；所以內(nèi)部管路、導(dǎo)桿系統(tǒng)、提升鏈條、支架、通風(fēng)管及所有緊固件材質(zhì)均不得低于SUS304材質(zhì)；泵站入口格柵系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際環(huán)境需要設(shè)置，設(shè)置時(shí)一般采用帶有導(dǎo)桿系統(tǒng)的粉碎型格柵，人無需下井，對(duì)污物進(jìn)行粉碎至12mm以下通過潛污泵泵出輸送；配套性能優(yōu)越的知名品牌污水泵。

圖1 一體式泵站效果

3 一體化排水泵站的創(chuàng)新應(yīng)用

目前一體化預(yù)制泵站單個(gè)泵井直徑最大直徑4.2m，由于交通運(yùn)輸?shù)葪l件的限制，筒體內(nèi)空間有限，僅能安裝流量小于1.0m3/s的潛水泵，因此基本用于流量在25萬t/d以下的，超過5萬t/d的可以創(chuàng)新采用串聯(lián)多井筒方案，所以一體化預(yù)制泵站與傳統(tǒng)泵站相比較的一個(gè)劣勢(shì)在于超大流量的大于25萬t/d的雨水泵站只能做傳統(tǒng)泵站。

邳州市臨港產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃道路下穿邳州港鐵路專用線立交工程，原初步設(shè)計(jì)排水工程是設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的混凝土沉井泵站，后來考慮工期壓力、成本指標(biāo)控制以及征地指標(biāo)受限制等多種原因，最終考慮一體式排水預(yù)制泵站，但是又考慮到此一體化雨水提升泵站設(shè)計(jì)流量為4000m3/h，揚(yáng)程H=11m，流量達(dá)到9.6萬t/d，現(xiàn)有常用的一體化泵站大多單筒式泵站，不能滿足我們現(xiàn)有泵站規(guī)模設(shè)計(jì)要求，最終優(yōu)化設(shè)計(jì)定型為：泵站采用雙井筒并聯(lián)設(shè)計(jì)，單筒體規(guī)格：直徑3800mm，高度11600mm；潛污泵型號(hào)：ZUGOC250C45/4AW，單泵參數(shù)：Q=800m3/h，H=11m，N=45kW，五用一備。泵站進(jìn)水口端配套一個(gè)一體化預(yù)制粉碎格柵井，直徑3800mm，高度9000mm；粉碎格柵規(guī)格型號(hào)：HDS1400/1000，N=5kW。一體化預(yù)制泵站用電負(fù)荷按二級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，因此，在排水泵站附近設(shè)置一座500kVA箱式變電站，作為泵站動(dòng)力主用，另外新設(shè)一座550kW戶外靜音型柴油發(fā)電機(jī)組作為泵站動(dòng)力的備用電源。一體化泵站控制柜為304不銹鋼戶外型，防雨防盜，自帶PLC裝置，雙開門，可通過人機(jī)界面進(jìn)行操作.本泵站可選配手機(jī)短信報(bào)警系統(tǒng)和SCADA遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過GPRS/GSM無線通訊實(shí)現(xiàn)泵站的自動(dòng)報(bào)警及遠(yuǎn)程控制功能。該系統(tǒng)由泵站生產(chǎn)商配套提供，并負(fù)責(zé)調(diào)試及培訓(xùn)使用單位管理人員，動(dòng)力電源就近引入控制柜。本項(xiàng)目一體化排水泵站與混凝土沉井泵站相比具有以下優(yōu)勢(shì)：①設(shè)計(jì)先進(jìn)，采用國(guó)際CFO流場(chǎng)計(jì)算，使得盡可能把淤泥等固體顆粒排出設(shè)備；②工控設(shè)計(jì)：采用施耐德電氣，觸摸屏設(shè)計(jì)，含通訊RS485接口。泵站應(yīng)具備手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程檢測(cè)功能，不同控制方式之間應(yīng)可以自由切換；③新型材質(zhì)：泵站筒體結(jié)構(gòu)由纖維纏繞玻璃鋼（GRP）制成，采用意大利VEM公司設(shè)備，全自動(dòng)化控制連續(xù)纏繞成型，確保厚度均勻并達(dá)到設(shè)計(jì)的剛度，質(zhì)呈穩(wěn)定優(yōu)良；④高度集成：泵站作為一體化設(shè)備；⑤成套提供：泵站筒體、壓力管道、檢修平臺(tái)、檢修爬梯、格柵過濾裝置、耦合系統(tǒng)、泵提升系統(tǒng)、通風(fēng)裝置、防滑井蓋、照明系統(tǒng)等；⑥外形美觀：泵站全部埋于地下，地面只留有檢修孔和控制箱，也可選配景觀式管理房置于地上，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)；⑦成本節(jié)約：泵站為成套供應(yīng)，所有內(nèi)部安裝調(diào)試工作在工廠內(nèi)完成，現(xiàn)場(chǎng)只需將泵站整體安裝，極大地減少了土建施工周期和工程成本，降低了業(yè)主的整體投資；⑧使用壽命：泵站筒體材質(zhì)為玻璃鋼材質(zhì)，內(nèi)部配件使用SUS304和熱鍍鋅等防腐材質(zhì)，無需維護(hù)保養(yǎng)，正常使用壽命可達(dá)50年以上，如圖2、圖3所示。

圖2 一體式泵站平面

圖3 一體式泵站立面

由于現(xiàn)階段我們所使用的一體化排水泵站，在制造過程中使用了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。因此一體化排水泵站有很多創(chuàng)新應(yīng)用，大大改善了我們對(duì)排水的處理效率，這些創(chuàng)新應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，首先是對(duì)于控制系統(tǒng)而言，由于一體化排水泵站與傳統(tǒng)的排水泵站相比，增加了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一體化排水泵站的創(chuàng)新應(yīng)用體現(xiàn)在了對(duì)互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的應(yīng)用上，也體現(xiàn)了能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控的系統(tǒng)上，不僅有效的節(jié)省了排水泵站在運(yùn)行過程中的人力，也降低了在運(yùn)行過程中故障導(dǎo)致的損失。同時(shí)一體化排水泵站在創(chuàng)新方面的應(yīng)用還體現(xiàn)在了生產(chǎn)材料上，當(dāng)前我國(guó)的一體化排水泵站的設(shè)計(jì)原材料主要為玻璃鋼，玻璃鋼不僅在實(shí)際的應(yīng)用過程中有較好的抗腐蝕性，還能夠具備很好的堅(jiān)固性，保證不會(huì)因?yàn)楹笃谖鬯幚韷毫Φ脑龃?，而?dǎo)致泵站出現(xiàn)破裂的問題。最后是由于一體化排水泵站所使用的設(shè)計(jì)方案相對(duì)比較先進(jìn)合理，因此在排水泵站進(jìn)行一體化的建造過程中，各個(gè)配件的配合度也相對(duì)比較高。為了有效的降低排水泵站的體積，并且保證排水泵站中的處理系統(tǒng)能夠增加集成化，因此各個(gè)配件在實(shí)際的采購(gòu)過程中也選定了相應(yīng)的型號(hào)，而且使用性能較為優(yōu)良的原材料來安裝一體化排水泵站，這樣可以保證一體化排水泵站在后期使用過程中，不會(huì)因?yàn)楦鱾€(gè)元器件的安裝不合理，而影響了一體化排水泵站的處理排水效率。

4 結(jié)束語

通過上文的研究分析，可以發(fā)現(xiàn)，一體式排水泵站相比于傳統(tǒng)排水泵站具有多方面的優(yōu)勢(shì)，而且具有占地面積小，施工速度快，操作維修簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，在我國(guó)各個(gè)方面的應(yīng)用越來越廣泛。而且一體化排水泵站的其他應(yīng)用也十分廣闊，希望通過本文的研究分析，提高我國(guó)相關(guān)行業(yè)和科技的發(fā)展，為建設(shè)美好新中國(guó)添上一份力。