一体化预制泵站的技术先进性剖析

一体化预制泵站的技术先进性剖析

谢杰明

希阿埃（广州）有限公司510700

摘要：传统污水提升泵站在使用一定的时间后，逐步会暴露出一些问题，如：开裂、淤积、自动化程度低、维护成本高昂等日益棘手的问题，通过泵站改造升级，选用一体化预制泵站，可有效解决上述问题，节约耗电量，减少日常的泵站管理成本，并可实现无线远程监控，实时监测泵站的实际运行情况。

关键词：一体化；预制；GRP玻璃钢；有效容积

在城市污水收集管网建设中，往往会在污水截污管网的重力管中段和低位处设置提升泵站，用于污水的再次加压输送，根据以前的设计经验，大都会把泵站设计为混凝土结构的提升泵站。该传统泵站的优点在于技术成熟、施工难度低等，但也存在着以下问题：

1）占地面积大。以10000m3/d日处理量的泵站为例，大概需要占地200m2左右，严重浪费土地资源；

2）需要配套的附属设施多。不单单是泵房，还需要电控室、监控室、维修间等，基础设施需要配套繁多；

3）建设周期长。因混凝土结构的特性需要，从土方开挖、主体建设、设备安装、安装调试等，以10000m3/d日处理量的泵站为例，建设周期大概需要3-5个月的时间；

4）自动化程度低。由于混凝土泵站连同污水管网建设大都整体打包由工程类建设单位负责建造，施工方对电气方面的专业程度良莠不一，尤其是对水泵、格栅机、控制系统等的技术要求掌握不深，导致了主要设备的电气控制部分施工质量降低，智能自动更化无从谈起；

5）基坑存在开裂隐患。因泵站主体材质为混凝土，受地质环境、介质等因素影响，可能存在基坑、墙面开裂和渗漏风险，对周边环境也可能会造成一定的影响；

6）工程量大。混凝土泵站往往采用的是大开挖、大基建模式，涉及土方外运、渗水排水、混凝土浇筑等，工程量自然不小；

7）维护成本高。传统的设计理念中，混凝土泵站是需要专人维护、管理养护，定期人工清除垃圾污物，所以在后续的使用过程中，需要不断的投入人力、物力、财力成本，随着消费水平、物价提升等，必然导致了后期的维护成本将更加昂贵；

8）总体造价高昂。因为是永久性建筑，从项目报批、审核、开工建设，每一步工作的推进，都需要业主单位花费大量的精力投入，预算成本居高不下。

以上几点因素，仅为冰山一角，传统混凝土泵站的弊端越来越多，急需新的技术解决方案，于是在市场需求及各方呼声的要求下，新的解决方案应运而生：一体化预制泵站。

1材料与方法

1.1案例背景

在广东珠三角某地，有一污水提升泵站，设计规模30000m3/d日处理量，泵站设计扬程27.5m，传统混凝土结构，设有提升泵房、电控室、操作室、维修间、格栅间、垃圾堆放间等，单泵流量416m3/d，扬程28m，功率55kw，三用一备，水泵布置如图1所示。泵站后续压力管长度6880m，垂直高度12.9m，压力管管径DN1000，防腐碳钢材质，数据汇总如表1所示。泵站日常管理为固定的定员定岗方式，安排三名工作人员负责，8h为一班，24h轮流值班。现因建设单位土地用途改变及管理方式转变，欲将该混凝土泵站进行技术升级改造。

图1

表1泵站基本参数

1.2泵站升级改造方案

因传统混凝土泵站存在诸多弊端，且日处理量满足不了现在的实际需求，经建设单位、设计院等各方讨论论证，一致决定采用一体化预制泵站，对原有传统泵站进行升级改造。应建设单位要求，考虑到选址征地、新旧泵站的进水管道及排水管道衔接等现实问题，新泵站将在原址就近重建。

1.2.1原泵站拆除。原提升泵站为混凝土结构，需要拆除提升泵房、电控室、操作室、维修间、格栅间、垃圾堆放间等建筑物，因污水需要持续提升排放，待新泵站建设完毕后，再拆除原泵站。

1.2.2校核新泵站参数。原泵站的设计日处理量为30000m3/d，随着城市的发展，现阶段的实际日处理量为45000m3/d，新泵站的各项重要参数需要重新核算，比如：泵站扬程、流量、配套功率、新泵站型式等，

1）新泵站扬程校核。因原设计方案中水泵扬程选型28m，属于扬程偏大，根据排出压力管管损及垂直高度测算，新的水泵扬程只需要18m即可，具体计算公式见表2；

表2

2）新泵站单泵流量校核。新的设计要求泵站日处理量为45000m3/d，水泵采用四台，三用一备，单泵流量=45000/24/3=625m3/h，潜污泵采用大通道无堵塞叶轮型式。

3）配套功率校核。根据单泵流量、扬程，选出水泵型号为：250QW625-18-55，单泵功率55kw，水泵配套功率P=（55*4）*1.05=231kw，粉碎型格栅机等其他设备功率为11kw，泵站总功率为：242kw。

新旧泵站参数对比表，见表3

表3

1.2.3新泵站选型方案。新的泵站采用一体化预制泵站的型式，此种泵站具有体积小、占地面积少、环保节能、智能化程度高、使用寿命长等革命性优点。

1）有效容积计算

根据一体化预制泵站的设计生产标准，预制泵站要求的有效容积对比传统泵站大为减少，污水在泵站里面停留的时间短，大大减少臭气产生、淤泥沉淀、水泵堵塞等问题的产生。

新一代的一体化预制泵站有效容积满足单台水泵启动2.5min泵送流量，水泵启动次数为每小时6次，泵站的有效容积满足以下公式：

Vmin=Tmin.Q/4=Q/4/Zmax

式中：

Vmin--集水池最小有效容积(m3）Q--水泵工作点流量(m3/h）

Tmin--水泵最小工作周期(h）Zmax--水泵每小时启动次数

有效容积Vmin=625/4/6=26.04m3，即可满足泵站的最小有效容积需求；

2）一体化预制泵站选型

根据以上泵站的详细参数，新的预制泵站拟定1套泵站，双桶连体结构设计，其中：泵站设计处理容量Q=45000m3/d，扬程H=18m，筒体尺寸要求为：φ3.8×9.8m（提升桶2个），根据技术要求，配套的潜污泵参数为：Q=625m3/h，H=18m，额定功率N≤55kw，大通道无堵塞叶轮，4台，每筒各配两台水泵，三用一备；考虑到垃圾污物的处理，该一体化预制泵站配套粉碎型格栅机，参数为：Q=1500m3/h，额定功率N≤4.0kw，2台，每个桶体配一台，安装于进水管口位置，用于粉碎纤维性等飘浮垃圾。

泵站选型样式如图2所示

图2

1.2.3实施过程简述

原泵站所在的截污管网只有一个提升泵站，在升级改造期间，不能影响原泵站的正常使用，所以新泵站将在原址附近兴建，待建设完毕后，再将原进出水管路切换至新的一体化预制泵站，达到无缝对接。

具体实施过程如下所述：

1）根据项目现场需求，选型确定一体化预制泵站规格、型号，交付工厂定制化生产，生产周期大致30-45天；

2）施工现场同步进行泵站基础勘测及开挖。根据现场地质情况确定开挖方案，有大开挖、钢板桩开挖、沉井开挖、注浆开挖等方式；

3）泵站基础浇筑。基坑底部凭证夯实后，工程师需对基坑底部进行水平测量，并对表面进行清理，找平；

4）泵站检验合格，整装出厂。泵站出厂前，工厂将进行相关检测，合格后方可发货；

5）泵站运输。一般采用汽运运输，专车直达，高效、安全的送货到客户项目现场；

6）泵站重要部件，开箱验货。送货单、装箱单、订购单再次现场确认，并签字验收；

7）泵站吊装准备。泵站发货前，C.R.I.PUMPS希阿埃•泵业提供技术交底资料，施工方提前作出相应器械施工准备；

8）混凝土泵坑基础放线，清理污物杂质；

9）泵站吊装。泵站顶部设有四个吊耳，吊机的主吊钩垂直起吊泵站，平稳放入泵坑基座；

10）泵站位置调整。水平、纵横尺寸与设计方案符合；

11）垂直度测量校准。使用经纬仪测量泵站的垂直度，必要时用垫铁调整；

12）泵站固定就位。用钢制压板固定泵站底座，后续安装时泵站不再移动；

13）二次灌浆。泵站底座开有4-8个Ø100的灌浆孔，灌注C30混凝土，填满充实泵站凹槽底座，混凝土浇灌高度大致1m（视泵站规模而定）；

14）潜污泵吊装。先把电缆线放松，避免在水泵下降过程中的损伤，潜污泵沿着导轨自动下滑至耦合装置；

15）粉碎型格栅机吊装。机体上部安装有导板装置，粉碎型格栅机下降过程自动进入格栅支架；

16）一次回填。用细沙土、鹅卵石等建筑材料填充夯实泵站周边空隙，不能有大块石头，避免损伤泵站；

17）连接进出水管。安装进出水管的软接，用于连接泵站与污水管网的进水管/出水管；

18）二次回填。沙土等建筑材料回填至泵站顶部0.5m处，用混凝土灌浆至地面，平整泵站顶部与地面齐平；

19）安装控制柜。将潜污泵、粉碎型格栅机、轴流风机装置、浮球、液位计等电气设备的电缆接入泵站的智能型控制柜；

20）调试泵站。依次启动泵站的各重要部件，对重要参数进行设定，并将泵站纳入智慧泵站管理系统；

21）试运行。现场正常通水通电后，将泵站投入自动运行状态，并根据现场水流变化情况作相应参数调整，使泵站处于最合适的工况下运行；

22）培训客户/组织验收。泵站调试完成，正常运行后，对客户进行现场讲解培训泵站的使用、维护等；

23）一体化预制泵站安全围闭。泵站投入正常使用，进行安全围闭，让预制泵站处于安全、隔离的环境下运行；

24）将原泵站的进出水管路切换至新建的一体化预制泵站，而后再拆除原泵站，并进行回填、绿化等处理。

2结果与分析

泵站经过升级改造后，在很多方面表现出新技术的优势，具体分析如下：

1）泵站的占地面积大为减少。一体化预制泵站，双桶结构，总占地面积仅仅为40m2，不到原来的1/5，节约大量宝贵的土地资源；

2）智能化程度高。一体化预制泵站为高度自动化产品，自动控制水泵、粉碎型格栅机等重要部件的日常运行，控制柜内置无线远程系统，可与终端进行数据互动，随时掌控泵站的运行情况；

3）使用寿命长。一体化预制泵站的桶体采用GRP玻璃钢材质，计算

机机械一体缠绕，设计使用寿命50年，可长期安全使用，配套的控制柜，为户外防雨型，不惧风吹日晒雨淋；

4）工程建设周期短。工厂定制与现场施工可同步进行，各司其职，协同一致，可大为减少现场的施工时间，缩短工期；

5）工程量小。因一体化预制泵站的体积小了很多，相对应的基坑开挖、回填等土建工程量也减少了，极大加快泵站建设的速度；

6）环境友好。一体化预制泵站无需建设泵房，在泵站建设完毕后，可在泵站旁边种植花草树木，与周边环境融为一体，先进友好；

7）总体造价低。无需大开挖，无需深基坑，更无需超大金额的预算投入，极大减少了建设单位的资金压力，利于工程快速推荐，早日完工；

8）质量保障，售后无忧。一体化预制泵站为专业厂家生产制造，严格遵守相关的国家标准、行业标准、企业标准等，产品质量相对高，生产企业为了打造及维护品牌，也会努力做好售后服务工作；

9）节能环保。原提升泵站的日处理量为30000m3/d，泵站总功率为264kw，每天满负荷运行12小时计，日均耗电量为264kw*12h=3168kw.h；新泵站的日处理量为45000m3/d，每天满负荷运行12小时计，泵站总功率为242kw，日均耗电量为242kw*12h=2904kw.h。对比之下，在提高泵站日处理量的情况下，新的一体化预制泵站还能节约一定的耗电量；

10）减轻劳动力。一体化预制泵站的进水口端配套有粉碎型格栅机，对垃圾污物进行粉碎处理，处理后的细小颗粒杂质经过水泵排出泵站，无需人工清除飘浮垃圾、纤维垃圾等杂质，节省大量的人力、物力、财力；

3结论

通过泵站的升级改造，新建设的一体化预制泵站完全满足日处理量45000m3/d的要求，泵站配套功率有所降低，效率方面大为提高，垃圾污物也无需人工清理，经过泵站配套的粉碎型格栅机处理后，通过水泵直接排入下游管网，在污水厂的前端集中处理，节约大量的人力物力财力，环保经济节能，是新经济发展形势下，污水提升泵站的一大重要进步。

参考文献

[1]CECS407:2015一体化预制泵站的应用技术规程

[2]庄中霞、苏景军尹六寓.供水机电运行与维护，中国水利水电出版社，2014

[3]廖訚彧、柳畅、尹奇.城市排水泵站运行维护，湖南大学出版社，2014