多级泵站输水系统设计优化措施

2016-04-18周富强

水利规划与设计 2016年5期

关键词：前池泵站水泵

周富强

（新疆维吾尔自治区草原畜牧工程勘察规划设计院，新疆乌鲁木齐830049）

多级泵站输水系统设计优化措施

周富强

（新疆维吾尔自治区草原畜牧工程勘察规划设计院，新疆乌鲁木齐830049）

一般情况下，设计多级泵站输水系统时，主要将系统分为输水子系统和泵站子系统。为了保证系统的可靠性和安全性，需要先对这两个子系统的合计进行优化，然后综合比较大系统，设计出最合理的方案。基于此，本文对多级泵站输水系统设计的完善措施进行探讨。

多级泵站；输水系统设计；完善措施

1 工程概况

某工程位于我国西北地区，地理环境差，干旱少雨，水资源匮乏，主要由小型水库进行供水，设计流量为1～3m3/s。需要加压泵站、管道、储水池等设施提供生活用水和生产用水，工程主要包括取水泵站、配水支管、加压泵站、输水干管等。其中管线的主干线长度为47km，输水管的总长度为68.2km。输水方案采用D N 3600×2双管方案。如图1所示。

图1 输水方案布置系统

2 多级泵站输水系统优化目标

多级泵站输水系统主要分为输水子系统和泵站子系统。对多级泵站输水系统进行完善主要是为了满足经济性目标、安全性目标和输水大系统优化控制目标。

（1）经济性目标。要为装机容量小、装机台数少、泵站中泵组型号一致创造条件。要便于管理，保证运行费用和工程建设费用的经济性。

（2）可靠性和安全性的目标。使用P C C P作为输水管材，管道的工作压力要保持在0.6MP a以内［1］。要保证近期供水和远期供水水量达到设计要求，并且保证远期和近期合理的衔接，要可以达到水厂安全弃水和调节日供水流量的基本要求。

3 优化输水子系统

3.1优化输水干线系统

结合工程的实际情况，要求输水系统既要达到远期供水水压和水量的基本要求，又要可以达到近期供水水压和供水水量的要求，由于远期和近期水流量的比例为1.457∶1，且主管段水头的损失差在17m以内，尤其是近期最小或远期最大两种情况下水头之间的损失差为26m，如果再对最高水位和枯水位差进行考虑，会明显减小水泵站泵组效率。为了兼顾远期目标和近期目标，需要对输水干线系统进行优化。

3.1.1 优化扬程

两级直供运行主要是根据工程远期和近期输水规模变幅过大和差距过大的基本特征采取的措施。优化的重点是调整240万m3/d水头损失差和350万m3/d取水泵站和泵站前池的水头损失差，使配水泵站和各个水厂的供水压力相差不要过大。结合本工程的实际情况，使用跨越直供的方式进行输水，当远期小流量和近期小流量输水时，从配水泵站上方跨过输水干线来为尾端进行供水［2］。在对设计进行优化时，设计从配送泵站一侧的管路跨过。

3.1.2 优化调配流量

在泵站实际使用过程中，当出现事故、水位变化、水点变化等情况时，输水量会随着供水量的变化而出现变化。为了在流量出现变化后，可以采取相应的措施，需要进行合理设计。

（1）当供水流量大于需求时进行弃水。当需水量产生故障或者水量产生变化后，需要立即丢弃掉剩下的水量，为了可以方便将多出的水量排到河道中，使用溢流井布设在配水站前池。

（2）当流量达不到要求时进行补水。为了可以在流量不足时及时进行补水，设计使用十台配水泵站泵组进行作业。为了防止泵站设备故障或者进行紧急补水，需要使用三台配水泵组作为备用［3］。要确保泵组可以持续保持在一个高效率的运行状态下。为了达到流量要求，可以对运行工况进行快速调节，使用调频和定速结合的方式作为泵组运行方式。

3.2优化输水支线系统

作为水厂和配水站之间的输水管道，在对输水支线进行优化时，要达到线路流量要求和布置要求，合理的选择输水管线布置方案，结合线路情况对设计进行完善［4］。本项目中B支线和A支线使用单双线混合的方式进行布置。使用单线方案作为前2.34km的方案，并互相作为备用管线。

4 优化泵站子系统

在优化泵站子系统时，主要考虑选择泵站级数、输水子系统和泵站连接方式的完善，进一步优化容量。

4.1优化泵站级数

优化泵站级数主要为了使系统水压和供水量可以达到规定。因此，要在保证系统运行方便、可靠和安全的基础对设计进行优化，在达到环保要求并且降低投资的基础上，使泵站的级数降低［5］。在对泵站级数进行确定时，需要根据输水管线水头损失情况进行确定。进行计算时，可以使用下述公式∶

hf＝10.2936×L×n2×Q2/d5333（1）公式中，hf为沿线水头损失，m；n为管道糙率；L为计算段管道长度，km；Q为输水流量，m3/s；d为管道直径，m。从公式可以将沿程水头损失情况计算出来，按照文献要求，为了将泵组需要供给的供水压头最大值，需要按照10%取局部损失。计算结果如表1所示。

表1 泵站压头计算结果

根据计算结果，设计使用二级泵站子系统方案进行施工，设计取水泵站的最低扬程为10.1m，最高扬程为37.1m，不需要设置加压泵站，配水泵站近期和远期直供分别为13.95～20.84m3/s。管道正常压力为0.4MP a，设计装机总容量为38000kW，总投资金额为527683万元，年运行费用为15612万元，由于少了一个泵站，总投资金额更小，在进行泵站配水和取水的分配时也更加的合理，可以在取水量变化过大以及水位变幅过大的各类工况中进行使用，适应性更佳。

4.2优化输水子系统和泵站的连接方式

当前，输水系统和泵站连接的方式主要有泵站前设前池、直抽增压、出水池三个方式。为了保证运行效率、装机容量以及系统输配水流量的平衡性，设计使用两级泵站配水泵站前设置前池的方式［6］。按照计算，前池换水系数为半个小时，有效容积大小为5.6万m3，为了保证配水泵站和泵组运行过程中具有良好的稳定性，降低水位的波动，设计使用面积为10000m2的前池。

4.3优化配水泵站泵组的容量、数量和型号

优化的主要目的是为了降低泵组数量和泵站容量，并且保证型号一致。因此，需要重点对泵组的扬程进行优化。结合泵站使用前池连接的方式进行连接，配水泵站中利用配水支线水力学计算来对支线的管道直径进行优化和控制。经计算，三个水厂需要的供水压力在22.3m左右，因此只需要设置八台泵就可以达到使用要求。为了节约投资，达到机组公用的目的，使用相同型号的泵组，同时也有效保证了远期输水泵和近期输水泵可以保持较高的运行效率［7］。因为流量和水头损失是成正比的，因此对流量分配进行合理的调整可以达到配水泵站的使用要求，并且可以在实际运行过程中多次进行切换［8］。为了达到水厂运行和管网的基本要求，便于调节流量大小，使用小泵和大泵组合的施工方案进行施工，选用卧式双吸离心泵。根据水厂和管网的基本情况，为了满足未来使用，实际安装时一共安装了十二台泵组，其中C支线和A支线的泵组按照两大两小的要求进行配置，B支线按照一小三大的设计进行布置，每条支线都设置了一台备用泵。