張其霞

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局 新疆 鞏留 835400）

1 工程概況

新疆某揚水工程，分五級泵站提水，屬Ⅲ等中型工程。工程主要由泵站、壓力管道（干管）、輸水支管道、調蓄水池及田間管網(wǎng)工程等組成。首部泵站設計提水流量4.4m3/s，供水總揚程252.69m，年設計提水量4811.80萬m3，輸水干管總長42.7145km。其中一干管設計流量4.4m3/s，雙管布置，管徑 1.4m，管長10.25km；二干管設計流量 4.1m3/s，雙管布置，管徑為 1.2m，管長 8.07km；一、二干管全部采用玻璃鋼夾砂管。三干管設計流量 1.5m3/s，單管布置，管徑 1.2m，管長7.753km；四、五干管設計流量1.2m3/s，單管布置，管徑1.0m。該工程屬高揚程、長距離的揚水工程，在新疆水利史上屬首例。工程主要解決該縣游牧民定居及新開墾的上萬畝土地灌溉。

2 泵型、臺數(shù)及安裝高程選擇

2.1 水泵型式及裝機臺數(shù)

該工程泵站設計總揚程較高，地處邊境地區(qū)，考慮以后運維檢修成本，要求水泵具有效率高、穩(wěn)定運行、抗氣蝕性能好等優(yōu)點，并且水泵轉速要低，因此，泵站機型選用單級雙吸式離心泵抽水機組，在水流含沙量較大的工程中使用，還可減輕水泵葉輪的磨蝕破壞。

泵站水泵臺數(shù)是根據(jù)各級泵站提水流量的大小，由水泵單機流量和備用機組數(shù)確定。水泵單機流量的選擇除應保證泵站流量變幅的要求，還要考慮運行中可能出現(xiàn)的氣蝕及磨損等因素對水泵性能的影響。同時，在滿足泵站運行要求的前提下，應盡量采用較大的單機流量，減少機組臺數(shù)，以降低工程建設投資，減輕工程運行期間泵站的機電設備檢修維護和管理工作量，降低運行費用。本工程各級泵站引水流量有設計流量、加大流量和最小流量要求，要滿足各大小泵站流量的要求，并保持泵型號大體一致，合理選擇主泵單泵流量及流量調節(jié)方式是泵型選擇的關鍵。因此，一級、二級泵站選擇主泵4臺，揚程為109m，流量為4.4m3/s，加壓泵2臺為揚程77.79m，流量為0.32m3/s；三級泵站選擇農業(yè)泵4臺，揚程為56.07m，流量為1.5m3/s，工業(yè)泵3臺，揚程為103.28m，流量為1.2m3/s；四級、五級泵站選擇3臺相同流量水泵，揚程為106m，流量為1.2m3/s。

2.2 級間配合和流量調節(jié)

水泵運行中，因制造、裝配、安裝質量及運行情況的差異，空蝕、磨損的影響，引起容積損失的變化，形成水泵實際出流與設計值的差異，這種差異會形成泵站流量的不平衡。但因水泵不平衡流量同時向一個方向偏差的幾率很小，所以，泵站多臺水泵具有一定的流量自調節(jié)能力。本工程一、二、三級泵站級間有分流，級間流量調節(jié)可由加壓泵分流調節(jié)，因此不另外設置調節(jié)泵。

2.3 水泵安裝高程的確定

水泵安裝高程根據(jù)前池基準水位和水泵吸上高度值確定。吸上高度的計算考慮了泵站的海拔高程，吸水管路水頭損失、工作水溫等因素的影響，并取適當?shù)陌踩Ａ?。前池基準水位以最低水位確定。考慮泵站基礎座落在覆蓋層上，地基易開挖；且泵站運行方式為不設真空泵（除一泵站），因此，按倒灌方式計算和確定水泵的安裝高程，并選擇各種泵型出水管高程一致，以便匯總管的布置。各級泵站安裝高程見表1。

3 事故停泵過渡過程分析與過程控制措施

本工程各級泵站壓力管道最長達9.81km，由于水泵機組GD2值均小，應用日本富澤清治停泵水錘簡易計算方法進行了初步計算，泵站壓力管道水力過渡過程中，水泵最高壓力及最高反轉速均在規(guī)范允許值以內，滿足規(guī)范規(guī)定。對水泵防護措施的選擇，采用在水泵出口裝設多功能水力控制閥，使水泵最高反轉速降至額定轉速的1.2倍，最高壓力不超過水泵出口額定壓力的1.5倍；并在總管沿線設置復合式排氣閥，用以自動排氣、出現(xiàn)真空時自動補氣，使管道任何部位不出現(xiàn)水柱斷裂。此外，在一、二級泵站之間和二、三級泵站之間設置調壓塔。

表1 各級泵站水泵安裝高程表

4 管材比選

該揚水工程管線主要穿越洪積傾斜平原與風蝕平原區(qū)和吉布哈沙漠帶，地勢較為平坦、開闊，并且常年刮風，因此泵站之間采用管道輸水。根據(jù)工程所在區(qū)域的地形、地質和自然條件，結合國內與本工程類似的管道供水工程的施工與運行情況和經(jīng)驗，對適用本工程壓力管道的三種管材即鋼管、玻璃鋼夾砂管、預應力鋼筒砼管進行比較分析。

4.1 鋼管

鋼管制作隨意性強，適用各種地形條件，糙率較小，單位長度內重量較大。缺點是制作安裝較麻煩，需進行防銹防腐處理，制作安裝費用較高。

4.2 玻璃鋼夾砂管

玻璃鋼夾砂管剛度較其他管材差，其內襯厚度和管壁厚度根據(jù)承壓強度和管頂填土高度確定，而內襯厚度的不同直接影響管材的價格。本工程壓力管道壓力比較高，埋深大，采用該管材有發(fā)生變形的可能性。

4.3 預應力鋼筒砼管

預應力鋼筒砼管主要優(yōu)點是：有高抗?jié)B能力，管接頭具有高密封性，管身具有較高的工作壓力，剛度好，安裝施工方便，糙率小，抗震性能強。其缺點是：自重較玻璃鋼加砂管大，施工運輸必須配有一定的設備，管材中的預應力鋼絲在有侵蝕性水質和有害元素的土壤地段里有發(fā)生侵蝕的可能性，直接影響管道的使用壽命，造價較高。

4.4 三種管材經(jīng)濟比較

以管線四泵站揚水管道為代表，在管道工作壓力為0.8MPa的條件下，以各種管材水頭損失接近相等為原則，選用鋼管、預應力鋼筒砼管和玻璃鋼夾砂管三種管材，分別計算每米管線工程投資。三種管材水頭損失接近相等時，鋼管糙率n=0.012、管徑0.95m，PCCP糙 率 n=0.013、 管 徑 1.0m，F(xiàn)RPM管糙率n=0.009、管徑0.9m。

管線四泵站管道每1m管材投資：鋼管為0.3972萬元，預應力鋼筒砼管為0.2507萬元，玻璃鋼夾砂管為0.1586萬元。預應力鋼筒砼管和玻璃鋼夾砂管每米投資均小于鋼管每米的投資。鋼管承壓較高，抗震性強，但易腐蝕，使用年限約30年左右，內部防腐難處理，管線工程造價較高。玻璃鋼夾砂管耐腐蝕性、耐熱耐寒性、耐磨性均突出，并且比重小，質量輕，運行維護費用低。

綜合工程安全、經(jīng)濟和施工等方面因素，考慮到工程投資、施工工期等因素，該揚水工程一、二干管選用玻璃鋼夾砂管，局部彎道、鎮(zhèn)墩、檢查井、進口、湊合節(jié)處采用鋼管。

5 先進技術與理念在工程中得到應用

5.1 多功能水泵控制閥應用

由于本工程壓力輸水管道較長，水泵揚程較高，水流慣性大，因此必須充分考慮事故停泵過渡過程中產(chǎn)生的水錘和機組反轉過速問題。水泵出口閥是抽水系統(tǒng)在正常、非正常情況下進行停泵斷流或進行水錘防護的重要設備，其過流特性對工程的正常運用與事故控制都有很大的影響，為滿足離心泵抽水機組工作的需要，同時為滿足泵站事故停電時機組轉速和壓力管道壓力在規(guī)范允許的范圍內，在水泵出口設置了多功能水泵控制閥。該閥具有開、關閥時間可調，能滿足調保的需要，應用于本工程是較為理想的。

5.2 電機軟啟動應用

本工程主泵電機均采用10kV高壓電動機。由于泵站地處電源末端，電壓較低，采用直接起動比較困難，因此泵站電機均采用高壓軟起動裝置啟動，具有起動電流小并可調，起動轉矩可調等優(yōu)點，同時彌補了電壓低之不足。

5.3 “無人值班、少人值守”理念應用

工程采用“中央控制室集中控制”方式，在縣城設調度中心，通過沿管線鋪設的光纜，將流量及水位、蓄水池水位流，供水管線進出口水壓、水量計量，泵站現(xiàn)地和遠程監(jiān)控、視頻現(xiàn)場或遠程監(jiān)控等信息上送調度中心。調度中心采集各子站的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析，及時給出報警信息或者向控制站點發(fā)出控制命令，控制各泵站設備的運行。各泵站僅留值守人員，負責泵站機電設備巡檢、操作、應急處理，實現(xiàn)了“無人值班、少人值守”。

6 結語

該工程設計中不斷優(yōu)化方案、認真進行比選，建設中嚴把施工質量，工程投運以來，各項指標均達到設計要求，效果良好，但不乏設計欠缺之處：

（1）泵站廠房采用簿腹梁和槽型板結構，預制好后逐塊吊到房頂拼裝，在拼裝縫隙處澆灌混凝土。該結構槽型板之間和槽型板與簿腹梁之間沒有鋼連接，不抗震。

（2）一級泵站設旋轉濾網(wǎng)，適用于藻類植物較多的河流或湖泊，但在寒冷的北疆,河流冬季表面結冰，旋轉濾網(wǎng)無法轉動，因此不適用。

（3）調壓塔設計為鋼板卷焊而成，外面在加蓋磚混結構房子，與鋼筋混凝土結構塔相比，不如直接采用第二者。

（4）管道在鎮(zhèn)墩、檢查井、進口、湊合節(jié)等構筑物處存在鋼管與玻璃鋼夾砂管相連接，中間環(huán)節(jié)較多，運行維護期間要加強此處檢查，將安全隱患處理在萌芽狀態(tài)。

（5）各級泵站廠房不設衛(wèi)生間、生活用水，二級至五級泵站廠房滲漏排水直接排向前池，不夠人性化和環(huán)保。陜西水利