水厂送水泵站改造难点和解决方案.doc

水厂送水泵站改造难点和解决方案 摘要：介绍了送水泵站改造中碰到的重点难点问题，通过不断优化改造方案，最终摸索出一条解决问题并节约工程改造费用的方案，工程相关设计及实施经验值得今后类似工程参考。 关键词：送水泵站；节能改造难点；高效水泵；提高供水能力 1、江村水厂二厂送水泵站现状 1.1送水泵站概况 江村水厂二厂送水泵站共设置8台水泵组，总供水能力30万m3/d，通过2条输水管（DN1800、DN800各一条）送往市政管网，泵组配套功率为900kW和220kW，其中5台水泵供DN1800管（实际扬程在35m至48m间变化），3台水泵供DN800管（实际扬程在33m到40m间变化）。表1 送水泵站目前泵组配置注：3#的KPS70-700型水泵为之前已更换的高效水泵。 1.2对该送水泵站未来生产情况的预测 当江村水厂增产改造完成，并调整了供水范围和运行模式后，公司相关部门对管网进行了平差分析计算，预测江村水厂二厂送水泵站的运行工况如表2：表2 江村二厂送水泵站预期工况预测 由于表2数据是通过管网平差计算得到，属于预测性质，为适应未来供水需求。改造时公司要求该泵站改造后日供水能力可以达到40万m3/d以上，DN1800管对应泵组可以适应42m63m的较宽扬程。 2、改造面临的主要困难 2.1 送水能力不足。改造前江村二厂送水泵站水泵组在DN1800出水管压力为0.58Mpa时1#至5#台水泵同时开机送水能力为约14000m3/h，距离公司最大日最大时20000 m3/h以上的要求差距明显。 2.2 泵站内部设备限重5吨。受泵站原设计限制，泵站内部起重设备最大吊装能力为5吨，考虑到未来使用、维护方面的问题，要求改造时所选设备重量不超过5吨或能够满足分解安装的要求。 2.3 泵站内部空间限制。由于是在原泵组位置改造，为了加大送水能力新更换水泵比原水泵体积要大得多，因此泵组的安放位置也就成了重要命题。同样由于空间限制，使用变频器的方案也不予考虑。 2.4 水泵运行范围宽。由于昼夜、季节因素影响，江村二厂送水泵站泵组运行扬程需求在42m63m之间，很难有水泵能够拥有如此之宽的高效区，导致水泵选型面临困境。 2.5 备用水泵不足。由于供水量的年年提高，该泵站已处于满负荷运行状态，无法通过泵叶切削、改型等方案提高泵站效率，优化调度也难以为续。改造时间也只能选择在冬季春节前后、每次最多改造一台水泵，考虑到工期有限，最多只能改造两套水泵组。 3、解决方案及基本原则 为能稳妥有效地提高江村水厂二厂送水泵站的送水能力，缓解其缺少备用机组的问题，提高供水可靠性及供水调度灵活性，笔者考虑根据情况对部分设备进行更换。 3.1 改造方案一: 本方案为更换2台大泵组（4#、5#），包括其水泵电机；对3#泵组则对其更换泵叶及配套电机。更换完成后在同时开3台KPS70-700型水泵2台24SA-10型水泵，DN1800出水管压力为0.58Mpa时送水能力可以达到21200m3/h。缺点是新更换电机重量超过5吨，将对施工及未来泵站维护造成诸多不利影响。预计改造总费用240万元左右。 3.2 改造方案二： 本方案为更换2台大泵组（2#、4#），包括其水泵电机；对3#泵组则对其更换泵叶及配套电机。更换完成后在同时开3台KPS70-700型水泵2台24SA-10型水泵时DN1800管出厂水压力0.58Mpa时送水能力可以达到21200m3/h。同时将2#、3#、4#水泵出水管更换为DN1000管，相应阀门更换为DN1000，优点是此三台水泵未来还能有进一步提高送水能力的空间；缺点是投资金额较大，新更换电机重量超过5吨，将对施工及未来泵站维护造成诸多不利影响。预计改造总费用600万元左右。 3.3改造方案三： 本方案为更换4台24SA-10型的叶轮为760mm叶轮；对3#泵组则对其更换泵叶及配套电机和出水管道。改造完成后DN1800管出厂水压力0.58Mpa时送水能力可以达到19800m3/h。优点是出水管流速较方案一小；缺点也很明显，由于水泵送水能力略微下浮，最大日最大时供水情况下DN1800管出水压力可能出现下降，供水安全稳定性较低。预计改造总费用240万元。 3.4改造方案四： 通过问询水泵生产厂家，在不更换配套电机的前提下，全部使用最大水量的改型叶轮，改造完成后DN1800管出厂水压力0.58Mpa时送水能力可以达到19400m3/h。该方案优点是投资小、水泵出水管流速较低，缺点是送水能力达不到要求。预计改造费用60万元。 3.5最终方案选定 由于该泵站供水条件复杂，供水压力大，改造费用有限，以上方案都难以解决改造中出现的四大困难，因此最终决定在方案一的基础上进行调整。具体方案主要是通过限制新水泵在高扬程（55m）、大水量（4600m3/h）时的轴功率。在保证新水泵能够安全稳定运行的前提下尽可能的充分利用现有电机900kW的功率，依靠新型水泵高效率、宽高效区的特点，提高泵站送水能力。同时考虑到按季节、供水范围调整等时间因素分类，该泵站可以细分为42m50m扬程运行和50m63m运行两种工况，因此对新改造水泵配置标准扬程48m和55m的双叶轮，以在不同工况下保证泵组高效运行。 最终改造方案：对4#、5#泵组更换55米扬程4600m3/h流量的水泵，对3#水泵配置55米扬程4600m3/h流量的泵叶,不更换泵组进出水管道，额外对4#、5#水泵各配置一套47m扬程4600m3/h流量的水泵泵叶。预计改造总费用145万元左右。 4、水泵选型方案 笔者根据改造条件联系多家水泵生产企业，通过水泵在两种工况下运行性能、价格综合对比最后选定了SFWP80-600型水泵： 该型水泵性能参数如下： 叶轮1：设计扬程4152m、设计流量51504050m3/h；设计工况点效率88%； 叶轮2：设计扬程5260m、设计流量48253925m3/h；设计工况点效率90%； 该型水泵扬程、流量都基本满足要求，且均能根据送水泵站实际生产情况进行进一步调整，以适应新的生产环境。 5、最终方案的有关计算、校核 5.1 尾喉吸水条件分析 每台水泵尾喉对应一个吸水井（长*宽 4700mm*4700mm）。 5.2 泵组进水管管径选择 水泵采用自灌式，清水池最高水位为10.2米（广州市城委统一标高，下同），低常水位8米，历史最低运行水位7米。根据设计规范及实际经验，来（出）管管径大12级别，来水管流速校核如下: 表3 水泵进出水管道流速校核表 经计算，为节省投资选择继续使用现有的DN800mm，进水管继续使用现有的DN1200管。由于出水管流速较高，考虑令水泵与出水阀，阀门与阀门间距提高，以减小出水部分管道、阀门的振动，因此选择2#、4#水泵进行改造。 流量的确定：根据公司相关部门预测数据，选取水泵低扬程大流量作为计算依据(最不利条件)。Q1=5150 m3/h 5.3 出水管道计算： 管径 D800mm S=0.503 m2流量 Q=5150 m3/h1.43 m3/s 流速 VQ/S2.84m/s （规范建议按小于1.03.0 m/s选取，基本满足） 5.4 曲线型喇叭口（渐缩弯）：D喇叭口1.25D进水1.25*12001500mm 设计1350mm S=1.43 m2 流量 Q=5200 m3/h1.43 m3/s流速 VQ/S1.00m/s （规范建议按小于1.01.5 m/s选取，基本满足） 5.5 喇叭口与池底距离：维持现状 5.6 喇叭口淹没深度：维持现状 5.7 喇叭管中心线与后墙距离：维持现状 5.8 喇叭管中心线与侧墙距离：维持现状 结论：清水池吸水井平面尺寸（4700mm*4700mm），基本满足设计要求。 5.9 水泵安装高度：泵轴标高6.675m清水池池底标高6m0.675m 水泵安装高度为0.675m 5.10 复核水泵安装高度：Hsv = ha hva hs +|Hss|（水泵为自灌式工作情况，|Hss|值前取“+”号) 经计算符合标准 5.11 汽蚀余量（NPSH）校核 计算水泵的吸水管段局部水力损失： 设：流量 Q=5150 m3/h1.43 m3/s 管径 D11200mm S1=1.13 m2 管径 D2800mm S2=0.503 m2 流速 V1Q/S11.26 m/s 流速 V2Q/S22.84m/s 表4 水泵进出水管道水头损失校核表汽蚀余量（NPSH）Hsv = ha hva hs + Hss (Hss 水泵安装高度0.675m ) 10.330.51.320.675 9.185m 结论：要求水泵汽蚀余量< 9.185m 才满足条件。 表 计算结果汇总表 6、结语 6.1 完成以上全部改造后，该泵站实际运行中最大送水能力可以达到21000m3/h，大大超出了改造前的18500m3/h。由于使用了效率超过的新型高效水泵，在泵组供水能力增加500 m3/h，平均扬程提高5的同时，每小时用电量几乎没有任何变化，因此供配电系统完全无需改造，大大节省了改造费用。 6.2 面对泵站扬程变化较大、单台水泵难以满足需求且无法使用变频器的情况下，通过合理分割扬程区间、时间区间，可以在改造方案设计时尝试使用双叶轮泵的形式解决问题