陸一奇,王渭清,謝筱權

(杭州市城郊河道管理處,浙江 杭州 310014)

近年來,浙江省水利廳就《浙江省排灌泵站更新改造對策研究》展開調研,并在此基礎上編制了《浙江省排灌泵站一期更新改造工程實施方案》作為組織實施排灌泵站更新改造工程的技術指導性文件。依照該方案,泵站更新改造需進行科學調查、評估后,以“經(jīng)濟、實效”為原則確立方案并實施。

在確定對泵站進行技術改造前,應對泵站的現(xiàn)狀進行調查,內容包括:泵站所在行政區(qū)、所屬河流及岸別、建成年代、機組型號、生產時間、使用時限、是否出現(xiàn)過問題及處理措施,配電設備的型號、生產時間、使用年限、是否出現(xiàn)過問題及處理措施,水工建筑物進口、出口、穿堤涵閘等相關情況[1-2]。

1 備塘河工程概況

備塘河位于杭城東北部,是上塘河流域的重要支流之一。備塘河翻水站由水閘、配水泵室、管理房、護岸及綠化等組成,主要功能為非汛期從上塘河抽水進入備塘河,加快備塘河的水流速度,改善市區(qū)河道水環(huán)境;汛期時,打開水閘,將備塘河的澇水排入上塘河。該工程于2002年元月開始施工,同年7月完工并投入運行。備塘河翻水站設2臺700QWG—160型潛水貫流泵,水泵設計揚程為1.88 m,單機流量為1.464 m3/s,全站設計流量為2.93 m3/s,總裝機容量為90 kW,為小(1)型泵站。

備塘河翻水站設計水泵的運行定位為間歇性、階段性配水,但實際運行工況為長期連續(xù)運行,水泵年運行時間超預期。機組自2002年7月開始運行,至2009年12月,每臺機組平均運行時間達26 000 h,水泵葉輪磨損嚴重。該泵站設計之初為臨時性配水泵站,后由于全市配水工程的實施,由原來的臨時泵站變?yōu)?4 h常年不間斷運行的永久性泵站,但原建工程建設工期短、資金緊張,整個泵站布置也較為簡單,缺乏止水刀閥、伸縮節(jié)等設備,給檢修及安裝帶來麻煩。另外,限于當時的設備制造水平,潛水貫流泵作為一種新產品,在結構的設計及制造工藝上均有不足。因此備塘河泵站在運行多年后,機電設備及水閘出現(xiàn)正常運行電流偏高、能耗增大、檢修時進口處止水不嚴等問題。

2 泵站機組性能測試

在確定技術改造方案前,應對泵站機組性能進行測試,主要項目為流量、揚程(工作揚程、凈揚程)、功率(電機輸入功率、水泵軸功率),在準確測試記錄各項數(shù)據(jù)后,需整理成測試結果,主要參數(shù)為:泵站單機流量成果、泵站凈揚程及工作揚程計算成果、電動機輸入功率計算成果、軸功率成果,并由各種成果計算統(tǒng)計排水站的裝置效率、水泵效率等經(jīng)濟技術指標[3]。

備塘河翻水站運行管理單位委托專業(yè)測量單位對該配水流量及揚程情況進行了測量。經(jīng)統(tǒng)計分析,得到的相關參數(shù)見表1:

表1 備塘河翻水站現(xiàn)場實測水泵流量揚程數(shù)據(jù)表

從表1可以看出,實際水泵工作凈揚程為0.47～0.49 m,低于當初設計選定的凈揚程0.73 m,根據(jù)軸流泵的揚程流量特性曲線,揚程小時流量大,現(xiàn)水泵的流量應大于當初設計選定的流量值,而實際情況比當初選定的流量值小,原因如下:

(1)根據(jù)初步設計報告資料,備塘河翻水站水泵設計工況點凈揚程0.73 m,設計揚程1.88 m,全站設計流量2.93 m3/s。設計泵站700QWG—160型潛水貫流泵性能見表2:

表2 700QWG—160型潛水貫流泵性能表

(2)根據(jù)現(xiàn)場實測流量數(shù)據(jù)及水泵性能曲線進行計算,管長取8 500 mm,管徑取800 mm,計算水頭損失系數(shù)采用hf=0.589Q2,得到的測量時水泵工作點參數(shù)見表3:

表3 實測潛水貫流泵工作點參數(shù)表

從表3可以看出,本工程實際流道水頭損失較理論計算值大,說明水泵裝置效率較理論設計值低,因此,全站流量只有2.75 m3/s,也低于設計值。

3 泵站技術狀況評估

對于小型泵站,對機組性能進行測試、統(tǒng)計計算得出相關成果后,將實測數(shù)據(jù)結果與行業(yè)標準進行對比,達不到要求的必須改造;達到要求的,通過綜合經(jīng)濟指標的計算,綜合評價排水站繼續(xù)使用的經(jīng)濟合理性,最后確定是否需要改造。

對比表2、3可以看出,水泵的實際運行工況點已偏離設計工況點,揚程和流量都比設計工況點低,不符合貫流泵的流量揚程特性曲線特點,分析原因可能是長年連續(xù)運行水泵葉輪磨損嚴重,加上泵體結構設計不盡合理,氣蝕導致大量的氣泡堵塞轉輪部分流道,使水泵性能下降,水泵的流量、揚程急劇降低;另經(jīng)計算,裝置效率也低于部頒標準的55%[4]。

4 剖析泵站其它問題

由于水泵實際運行時間遠大于設計時間,水泵葉輪磨損嚴重,泵站設備提前進入經(jīng)常性檢修維護和保養(yǎng)的階段,每臺水泵機組按一年小修一年大修的頻率進行維修保養(yǎng),安排維修養(yǎng)護費高達5萬元/a,并且還存在以下工程缺陷:

(1)水泵的進口檢修門槽與攔污柵柵槽共用,由于門槽四周沒有埋設止水座面及護角,加上底坎施工時留下的一些問題,水泵進口檢修門封堵不嚴,漏水嚴重,每次水泵的裝拆及返廠檢修維護均需請潛水員下去協(xié)助檢修門封堵止水,既增加了安全生產隱患又浪費資金。

(2)在水泵拍門后沒設檢修門,一旦拍門損壞需水下維修。由于進口檢修門只有1扇且漏水嚴重,拍門損壞失效將使水流倒灌,水下維修有很大的安全隱患,不僅配水無法進行,圍堰搶修還將耗費大量資金和時間。

(3)泵站進口攔污柵柵條間距為50 mm,凈距為45 mm,雖符合GB/T 50265—97《泵站設計規(guī)范》的要求,但相對于軸流泵及貫流泵柵條之間的凈距不得大于0.05倍轉輪直徑[5]的要求還是偏大,該泵站水泵葉輪直徑只有650 mm,柵條凈距宜為32mm或不大于水泵轉輪葉片之間的最小距離,由于實際柵條凈距為45 mm,使用中有大量的小污物通過攔污柵進入水泵進水流道,造成葉輪阻塞,降低水泵效率。因此在實際操作中要在停泵時拉開流道出口的拍門,通過備塘河水流倒灌將污物沖出水泵進水流道。

(4)電氣設備中,水泵控制柜、閘門控制箱等均存在結構簡單、設施老化陳舊、操作不直觀等缺點,同時沒有預留計算機接口,不利于遠程操作。

由于泵站存在以上問題,降低了泵站安全運行的保證率和機組效率,且存在安全隱患,為了確保機組的運行安全及更好地發(fā)揮備塘河翻水站的配水功能和效率,急需對翻水站進行技術改造。

5 確定技術改造方案

5.1 制定泵站改造方案的原則

根據(jù)GB/T 50510—2009《泵站更新改造技術規(guī)范》的要求,本著如下原則提出改造方案:

(1)確保安全可靠運行、充分發(fā)揮效益,提高裝置效率;

(2)與受益區(qū)的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展規(guī)劃及水利總體規(guī)劃相協(xié)調,科學合理地確定更新改造的規(guī)模、方案和技術經(jīng)濟指標;

(3)在不影響泵站性能和安全的前提下,充分利用原有設施及設備;

(4)積極采用經(jīng)過試驗和鑒定的新技術、新材料、新工藝和新設備;

(5)根據(jù)泵站的規(guī)模、地位和作用以及實際運行需要,采用計算機監(jiān)控技術,實現(xiàn)泵站綜合自動化,積極推行信息化[6]。

5.2 備塘河翻水站技術改造方案

5.2.1 總體改造方案

根據(jù)泵站存在的問題,提出具體改造方案如下:

(1)更換主水泵,采用技術成熟,性能先進的定型產品,保證后續(xù)返廠檢修維護服務的可持續(xù)性;

(2)改變穿墻管與水泵之間的剛性連接,在水泵上、下游與穿墻管聯(lián)接部位增加伸縮節(jié)以提高水泵的互換性及拆裝的方便性;

(3)在水泵流道進出口增加可靠的截流裝置,以方便水泵的檢修維護及水泵出口拍門的損壞修復;

(4)改造泵站進口攔污柵,縮小格柵間距或采用機械清污方式,減小人工清污的工作量;

(5)更換水泵控制柜、閘門控制箱等陳舊設施,使設備的運行操作更加直觀和安全可靠。

5.2.2 主水泵的改造技術方案

根據(jù)本泵站的流量和揚程特點,所選泵組比轉速在1 500 r/min以上,潛水貫流泵為最佳選擇,同時由于是改造泵站,土建結構無法改變,水泵的型式與臺數(shù)也無法做大的變動,經(jīng)比較后仍選700QGL—160型水泵,根據(jù)泵室的空間情況,對水泵的結構長度有較高要求,最大不超過2 580mm。

考慮到流量加大對改善備塘河的水質有利,因此在泵型選定的情況下,對不同的轉輪葉片安裝角進行了比較(根據(jù)角度分為方案1和方案2)。

5.2.2.1 方案1

方案1:選擇葉片安裝角度+2°,特點是流量較大,此時轉輪主要性能見表4:

表4 700QGL—160型潛水貫流泵性能表

根據(jù)本工程最高揚程、最低揚程進行水泵運行工況點參數(shù)計算,葉片安裝角+2°時,700QGL—160型水泵電動機組計算結果見表5:

表5 700QGL—160型潛水泵運行工況參數(shù)計算表

從表5可以看出,對于備塘河翻水站所需的工作揚程,采用700QGL—160型潛水泵,葉輪角度采用+2°布置,水泵在高效區(qū)運行,同時可以有效提高泵站的配水流量,進一步改善備塘河的水質,缺點是所配的電動機容量需加大。根據(jù)廠家樣本,配套電動機功率為55 kW。

由于原10 kV變壓器容量為125 kVA,變電設備選用ZBF—125 kVA箱式變電站,配套電動機容量加大20 kW,再加上刀閥等設備用電,根據(jù)計算負荷,需配160 kVA的變壓器,由于負荷增加,為了保證有較充裕的配電和備用回路,原變電設備及水泵控制柜都需更換升級,僅配電設備改造升級的費用已達59萬元。

5.2.2.2 方案2

方案2:采用葉片安裝角為0°,此時轉輪性能見表2。

根據(jù)本工程最高揚程、最低揚程進行水泵運行工況點參數(shù)計算,700QGL—160型水泵電動機組計算結果見表6:

表6 700QGL—160型潛水泵運行工況參數(shù)計算表

從表6可以看出,對于備塘河翻水站所需的工作揚程,采用700QGL—160型潛水泵,葉輪角度采用0°布置,水泵在高效區(qū)運行。配套電機功率不變,泵站原配變電設備可以不更換。

因此,水泵改造時按照方案2,仍采用原轉輪及水泵安裝角度,但在招標時需對水泵的結構長度及氣蝕性能有所提高。

5.2.3 其它設施的改造方案

(1)對原進口攔污柵進行改造,在不動土建結構的前提下,根據(jù)原攔污柵柵槽尺寸重新設計,制造攔污柵,減小柵條間距至30 mm,滿足軸流式水泵柵條間距不大于0.05D的要求。

(2)在水泵進口增加電動刀閥,方便水泵的檢修維護,在主水泵裝拆時方便可靠地截斷上游水流,同時提高水泵出口拍門更換修復時的安全性。

(3)在水泵的上、下游增加伸縮節(jié)以提高水泵的互換性及拆裝的方便性。對于不需要溫度補償,僅用于泵閥安裝的口徑DN800伸縮節(jié)的長度約為260mm。

(4)在水泵出水管的最高處加裝1個排氣閥?？梢栽谕１脭嗔鲿r及時補氣,也可以在檢修維護完成后第一次運行時,方便排出管道內的氣體。

(5)更換水泵控制柜等電氣設備,連接監(jiān)控設施,并預留了遠程監(jiān)控端口,為下一步泵站的遠程控制做好準備。

6 結 語

備塘河翻水站通過更新改造后,1號機組從2011年1月13日開始運行,2號機組從2011年3月1日開始運行,截至2011年7月,累計運行超5000h,運行期間電流穩(wěn)定,監(jiān)控使用正常。機組控制電氣設備采用更先進的啟動設備,引入計算機自動監(jiān)控系統(tǒng),并預留了遠程監(jiān)控端口,更好地保障了機組運行人員的人身安全及設備運行的可靠性,并為下一步泵站的遠程控制做好了準備;電動刀閥的加裝解決了原檢修閘門漏水的情況,不再需要潛水員進行密封,為日后檢修工作帶來極大方便,同時降低了維修養(yǎng)護成本。

綜上所述,通過泵站更新改造,可以實現(xiàn)配水設施的合理配置,提高配水效率,降低泵站運行維護成本,改善泵站運行條件,加速河道水體循環(huán),真正改善了城鄉(xiāng)生態(tài)水環(huán)境。

[1]藺長增,蔣廣慶,郭延杰.低揚程泵站的節(jié)能技術改造 [J].排灌機械,2000(03):10-12.

[2]王常榮,于軍,徐德林.泵站更新改造現(xiàn)狀及新技術應用研究[J].山東水利,2007(06):22-23.

[3]姚志青,馬新華.中小型泵站運行參數(shù)測量方法[J].排灌機械,2005(01):25-27.

[4]水利部.SL 254—2000泵站技術改造規(guī)程 [S].北京:水利水電出版社,2000.

[5]國家標準局.GB/T 50265—97泵站設計規(guī)范 [S].北京:標準出版社,1997.

[6]國家標準局.GB/T 50510—2009泵站更新改造技術規(guī)范 [S].北京:標準出版社,2009.