泵、风机、管道设计

1、目 录一、 水泵的选型和管道设计-1 (一)(二)(三) 基础知识-1 设计、计算-5 水泵和管道的设计安装要求-7二、 风机的选型和曝气管道设计-8 (一)(二)(三) 基础知识-8 设计、计算-10 风机和管道的设计安装要求-16三、 消声、通风及采暖-17四、 工程设计中常见的几个问题-20五、 其它规定、规范及注意事项-24一、 水泵的选型和管道设计泵站通常分为排水泵站、污水泵站、污泥泵站和渣泵及泵站。在上述泵站中对泵的选型和管道设计都有各自的要求和规范，请同志们在设计时务必参照各泵站的相关资料，不可视为一层不变。本节中主要讲有代表性的一些内容(基础知识以排水泵站的水泵为例，设计计算以

2、污水泵站的计算为例)与大家来共同研讨，达到抛砖引玉的目的。(一) 基础知识1) 常用水泵常用水泵见表1水泵形式适用条件 表12)、轴功率计算：(1) 水泵轴功率公式：N=QH/102(kw)式中 -水的容重(kg/l);Q-水泵的输水量(L/s);H-水泵的总扬程(m);-水泵的总效率。(2) 水泵发动机所需之功率公式：Ne=KQH/102(kw)=KN(KW)式中K-发电机的超负荷系数。3) 水泵工作的特性曲线水泵的工作点是由水泵的Q-H特性曲线与管路的特性曲线相交得出，一般选用效率较高的范围。4) 管路的特性曲线水泵总扬程公式：H=H1+h(m)式中H1-吸水高度和扬水高度之和(m);h-

3、吸水管线和扬水管路的总水头损失(m)。(1) 并联：在压力固定，一台泵不能满足设计流量时，可采用相同(或不同)的几台泵联合工作。水泵并联曲线见图1，图2。(2) 串联：一台水泵扬程不能达到设计高度时，可采用同流量的两台泵串联，工作曲线见图3。在绘制两台相同水泵串联工作时的合成特性曲线时，要把两条Q-H(I-II)特性曲线在同一输水量(横坐标)时的扬程(纵坐标)加倍，水头H0相当于压水管路闸门关闭时两台水泵的串联工作。点A是在给定的管路特性曲线C-E和扬水高度H1时，一台水泵的工作状况。点A1是在同一管路特性曲线时，两台水泵串联的工作状况，串联工作的水泵输水量为Q(I+II)，它比Q1大些。 如

4、果扬水高度H1加倍，假定为2H1(直线C1D1)，管路中水头损失如线段A1d=2hA所示也增加了一倍，则水泵将在极限点A2的情况下工作，其流量为Q1，总水头等于H(I+II)=2H1。5) 水泵进出水管水泵进出水管一般规定见表7水泵进出水管规定 表7(二) 设计计算1、 水泵的预选方法(常用于初步设计) L/s(min)max min - =h3max.Q.H/102 h3max×L/min-计算平均排水量L/min/(0.618-0.528)-假定高峰排水量3Q-根据水泵的使用备用原则、试定水泵流量(m/h) max min - =h3max-水泵提升的最大高度(m)h3max&#

5、215;(0.236-0.382-0.472)-假定水泵的水头总损失(m) H= h3max+水头总损失-初定水泵总扬程(m) =(0.528-0.618-0.764)-初定水泵效率(或查表) -初定水容重(或查表、测定) N-初步计算水泵轴功率(kw) 根据初步选定N、Q、H预选水泵(三) 水泵和管道的设计安装要求1、 总要求安全(人、设备)可靠，容易制造，方便安装、便于维修、经济(成本低)耐用，排列美观，清晰。2、 具体要求通用要求布局合理，走直线，少拐弯，少交叉，防止口袋、盲管。防止碳钢管与不锈钢管之间直接接触。安全装置，安全阀，防曝膜，阻火器，水封等。保温，保冷管道按规定设计管道架设的

6、高度与间距按规定设计防锈蚀，防老化特殊要求输气、输水、输酸碱和输蒸气时采用不同管道。碳钢管、不锈钢管、其它有色金属管道和塑料、尼龙，管道有不同的连接要求 采用焊接、粘接、紧固件连接的管道接口处的边界压力应符合不同的设计规范。二、 风机的选型和曝气管道设计(一) 基础知识1、 一般要求对曝气设施一般有以下要求：(1) 在满足曝气池设计流量时生化反应的需氧量以外，还应使混合液含有一定剩余DO值，一般按2mg/L计；(2) 使混合液始终保持悬浮状态，不致产生沉淀，一般应使池中平均水流速度在0.25m/s左右；(3) 设施的充氧能力应便于调节，有适应需氧变化的灵活性；(4) 充氧装置一般是选用易于购到

7、的可靠商品，附有清水试验的技术资料；(5) 在满足需氧要求的前提下，充氧装置的动力效率(kgO2/kwh)和氧利用率(%)应力要求较高；(6) 充氧装置应易于维修，不易堵塞；出现故障时，应易于排除；(7) 应考虑气候因素，如冬季溅水结冰问题；(8) 应考虑环境因素，如噪声问题、臭气问题等。此外，还应结合工艺的要求(如池型、水深、有无脱氮要求等)综合考虑对曝气设施的选择。2、 鼓风曝气亦称压力曝气，其设施包括风机、风机房、风管系统、充氧装置(或曝气头)。 a)、风机的选择国产风机有罗茨鼓风机、离心风机、通风机等。罗茨(定容式)鼓风机中小型污水厂最常用，国产单机风量在80m3/min以下，风压有3

8、.5、5、7、9、11m，而以5m者运行最稳定，采用最多。罗茨鼓风机噪声大，必须采取消音、隔音措施。 离心式鼓风机噪声较小，一般可达85dB，且效率较高，适用于大中型污水厂。我国离心式鼓风机使用经验不多，特别是大型离心式鼓风机还有待完善，选用时应与生产厂密切配合。机组工作点应避开湍振区，湍振区须由生产厂提供。风压在1.2m以下的轴流通风机，在浅层曝气中采用。b)、风管系统计算(1) 风管系统包括由风机出口至充氧装置(曝气头)的管道。一般用焊接钢管。(2) 曝气池的风管宜联成环网，以增加灵活性。风管接入曝气池(或污泥池时)时，管顶应高出水面至少0.5m，以免回水。(3) 风管中空气流速一般采用：

9、干、支管10-15m/s。竖管、小支管4-5m/s。流速不宜过高，以免发出噪声。(4) 计算温度采用鼓风机的排风温度(参照风机资料)，在寒冷地区空气如需加温时，采用加温后的空气温度计算。(5) 风管的直径DN(mm)、流量q(m/h)、流速V(m/s)之间的关系可用下列计算：q=2.827×10.DN.V或查图表求得。c)、鼓风机房1、 设计应遵守排水规范有关规定、机组间距应不小于1.5m2、 采取必要的防噪声措施3、 每台风机设单独基础4、 风管最低点应有油、水的排泄口5、 机房应设双电源6、 鼓风机房一般应包括配电房、值班室等7、 在同一供气系统中，应采用同一类型风机8、 设有工

10、作风机和备用风机9、 风管管路应设置回风管和相应阀门、止回阀、防止回风 -32310、风机进风口应有净风 装置，进风口应高出地面2m左右 d)曝气装置(曝气头)参考有关资料(二) 设计、计算1、 风机预选方法(一般用于初步设计)工作风压(曝气器水深)h3风压损失h3×(0.09-0.146-0.236-0.382)=h(1.171-1.309) ×曝气器×曝气池底面积/曝气器服务面积=Gs n=0.7-0.8(一般选n=0.764)P=Gs.P/75n×2.05(kw)式中：P-风压(kg/cm2)Gs-供空气体积(m3/h)n-风机效率P-风机功率(k

11、w)注：Gs的估算方法推荐下列几种，供参考 利用曝气器服务面积估算(上述方法) 利用气水比优点算 利用40-60m气/kg.BOD估算 kgO2/kg.BOD×kg.BOD/m/EA.21%=Gs-指1kg/BOD需要kgO2的数量-指1m污水中含有kg.BOD的数量EA-曝气器的氧利用率2、 风机及曝气管道设计计算方法(常用于施工图设计或对初步设计校核或设计验证)A 查表 333N0=0.80-0.85=0.90-0.97 0=2mg/l 查表 +1kg/cm/10m×水深m t-EA查表=0.42-0.53设计已知)设计指标)=0.188-0.11测定测定P h1 i查

12、表L测量r查表H p查表H2 查表v查表 查表p测量T测量H3测量4查资料剩余压力200-300mmH2OP=Gs.p/75n×2.05(kw)- 22式中：P-风机功率(kw)p-风压(kg/cm2)n-风机效率，一般为0.7-0.8Gs-供空气体积(m/h)以下分别求解Gs和PGs=N0/0.3EA(m/h)-式中：E0-氧利用率(查曝气器表)N0-标准传氧速率(SOR)(kgO2/h)对于表曝机N=N0Csw-C0/Cs×1.024(T-20)-对于鼓风曝气N=N0Csm-C0/Cs×1.024(T-20)-式中：-混合液中Kla值与清水中Kla值之比，即K

13、la污/ Kla清=0.80-0.85 -混合液的饱和溶解氧值与清水的饱和溶解氧之比，一般0.-0.97 Csw-清水表面处饱和溶解氧(mg/l)，温度为T实际计算压力Pa C0-混合液剩余D0值，一般用2mg/lCs-标准条件下，清水中饱和溶解氧等于9.17mg/lT-混合液温度()g 一般为5-30Csm-按曝气装置在水下深度处至地面的平均溶解氧值N-实际供氧速度(AOR)(kgO2/h)曝气池的需氧量Csm=Csw(Qt/42+Pb/2.068)(mg/l)- Qt=21(1-EA)×100/79+21(1-EA)- 式中：Qt-曝气池逸出气体中含氧%EA-氧利用率(查曝气器表

14、)Pb-曝气装置处绝对压力(kg/cm)Pb=空气压力+水压力=1.034kg/cm+1kg/cm/10m ×水深实际供氧速度(AOR)的N值(曝气池的需氧量(kgO2/h)即是混合液每日需氧量(kgO2/d)"O" 22233O=aQLr+bVN- 式中：a-氧化每kgBOD需氧公斤数(kgO2/kg.BOD)一般0.42-0.53Q-进水设计流量(m/d)式中m/h代为m/d(已知)Lr-去除的BOD浓度(kg/m)式中Lr=La-Le式中La-进水BOD浓度(kg/m)已知Le-出水BOD浓度(kg/m)设计指标b-污泥自身氧化需氧率(1/d亦即kgO2/k

15、gBOD)一般0.188-0.11V-曝气池容积(m)V=QLr/NF- V=QLr/Fr- 式中：Q-进水设计流量(m/d)同上Lr-去除的BOD浓度(kg/m)同上N=fN式中 f-系数，一般为0.7-0.8N-混合液悬浮物(MLSS)浓度(kg/m)测定F-污泥负荷kg.BOD/(kgMLSS.d)测定Fr-容积负荷kg.BOD/(m.d)Fr=NFN-混合液挥发性悬浮物(MLVSS)浓度(kg/m)风压P(kg/cm)即是风机所需压力(相对压力)H(mmH2O)H=h1+h2+h3+h4+剩余压力-式中：h1-风管的沿程阻力h1=iLrp(mmH2O)- 式中：I-单位管长阻力(H2O

16、)查表计算I=6.61V1.924/d1.281(mmH2O)式中：V-风速d-管内径 2333333333333L-风管长度(m)测量r-T时空气容重修正系数，查表p-大气压P时压力修正系数，查表h2-风管的局部阻力(mmH2O)h2=V2/2g×(mmH2O)-式中：-局部阻力系数，查表V-风管中平均空气流速(m/s)-空气容重(kg/m)当T=20，P=760mmHg时，=1.205kg/m当其它情况下试算：=1.293×273×P/1.03(273+T)(kg/m)式中：P-空气绝对压力(atm)T-空气温度()H3-充氧装置(曝气头)以上的曝气水深(m)

17、H4-充氧装置的阻力(m)根据试验数据或有关资料剩余压力-(1961-2942Pa)或200-300mmH2O333(三) 风机及管道的设计安装要求(1) 风机房：防震、防噪音、防尘、通风、设行人道和操作空间(2) 风机：防震、机身上不得有其它压重(3) 阀：分接通、调节风量两种用途(可合并，可分开)，有一定的操作高度。0.8-1.0m(4) 消声器：重量不可以压在风机上，可用支架或架在墙上(5) 空气滤清器：空气吸口高于地面2m左右(6) 适当地安装安全阀和压力表(7) 管道上安装止回阀，爬管(防回风，回水)和性接头(隔震、管道的热胀冷缩、安装误差)(8) 管道焊接时防止焊渣，管材边料进入风

18、机和管道(9) 管道、管件的焊接、粘接(指塑料等管材)和紧固件连接的边界压力符合规定要求(10)(11) 管道排列整齐、美观 其它要求参见水泵及管道安装的相关要求三、 消声、通风及采暖1、 消声在污水处理工程中，噪音主要来自发电机、水泵及风机和通风管道。本节主要讲来自水泵及风机和通风管道的噪音。 水泵应安置在远离操作人员和其它人员集中的地方，特别是对于管道泵的安装位置的选择。 在满足工作性能和工作要求的前提下，优先选用噪音低的风机，如离心风机、低束罗茨风机等 在管路设计上对进气和排气管路合理采用消音器，消音弯头、消声管道等以降低噪音 便理控制通风管道中风速，如增大管道通径而降低风速达到降低噪声

19、的目的。 改进风机房的设计结构，在机房内墙壁采用隔音、吸音材料，以降低机房外界的环境噪音。2、 通风通风的目的是确保人力和设备的安全。 因工作需要或在寒冷地区采暖、保温的需要采用封闭性和半封闭性构筑物时必须设置排风口或拔风口，如调节池、封闭式CASS池、防止池内沼气自燃自曝或沼气、二氧化碳及其它有毒气体对操作人员、维修人员造成伤害。 对污水、污泥处理的工作场所设置排风装置，确保操作人员呼吸到新鲜空气，防止职业病发生。 对配电房、电控室、风机房、特别是风机进气口设置室内的风机房必须设置进排风口或进排风装置、确保室内空气流通。 对于通风管道的承压要求必须按规范设计、防止管道爆裂造成人员和设备伤害。

20、3、 采暖对于某些设备以及在寒冷地区进行污水处理工程设计时，采用采暖设计，除执行通风的有关要求外，还应注意以下几点： 对于一般性防冻保温而铺设地下的管道必须在冻土层以下。 设在地面上的管道在管道周围应留有足够的空间，便于管道外层敷设隔热、保温层，特别对多根平行或交叉的管道更应该留有足够空间。 对蒸气管道下有人和车通行的管段应高出地面一定高度(高度按设计规范)防止管道的保温层脱落、管道烫伤行人或管道破裂、蒸气外溢而烫伤行人。 对外露空间的高压和蒸气管道及有毒性介质的管道均应设置警示牌。四、 工程设计中常见的几个问题1、 设计程序 预可行性研究 招标签订合同 (初步设计)设计委托书 (设计方案)

21、草件(Oa)草件(O-Oa)微机输入 输出专业间交接 接口信息传递 (初步设计) 施工图设计) ( 草图(O) 草件(S) 草图(S)施工图设计 工艺设计(施)输出评审 各专业设计(施整理各专业设计 各专业设计 草件(Sa) 施工图相关设计材料表 微机输入 施工图相关设计材料表草图(Sa) 草图(Sa) 底图(S)审核、审定批准签字底图会签 输出并归档 蓝图 施工 竣工图 归档设计更改 草图(A)底图(A)2、 顾客提供资料中不能忽视的几个问题 水文、气象、地质资料、地形图 工厂现状和规划要求水量、水质(进水、出水)，排水状况 供电状况(外供电、内供电及架空高压供电) 其它，如人工费用、电费等3、 工艺设计时，设计人员还应了解下情况。除了解由顾客提供的资料外。还应了解污水处理站的平面布置、对水量、水质作祥细了解，必要时对水质进行取样化验和进行小试。4、 几个设计实例(1) 潜污泵管路(2) 管道泵管路(3) 水泵的管路设计要根据DN、Q、V、H进行综合性考虑。a)、如在污泥回流和剩余污泥排出管路中采用管道泵时，不仅要考虑Q、H，还应考虑DN、V。而往