一体化排水泵站的研究与应用

2020-12-31方甲宝

建材与装饰 2020年1期

方甲宝

（中铁四局集团第一工程有限公司安徽合肥 230041）

0 引言

随着国家基础设施建设和城镇化进程的加快，传统混凝土泵站也日益暴露出它自身难以克服的缺点如混凝土池壁容易腐蚀渗漏，造成环境污染；泵坑杂质沉积，减小了泵站容积，还导致毒性恶臭气体挥发，带来安全隐患；水泵长期在恶劣环境下工作，磨损和故障率增加，缩短水泵寿命。一体化预制泵站，是一种新型集成式污水、雨水自动化收集与提升的一体化泵站，较好的解决了上述问题。一体化预制泵站的主体，采用高强度纤维玻璃钢制造预制筒体，各种设备部件一体化置于这一可移动预制筒体之内。该预制筒体竖立式埋入地下，能大幅度抵御撕裂、腐蚀及其他破坏力。由于该泵站高度集成化，泵体土建工程为传统混凝土结构的1/10，总造价只有传统混凝土结构的1/3～2/3；采用智能型全自动控制，水体排放根据储水量大小进行高效自动调节，无需人工值班操作；预制筒体采用密封装置，整体埋于地下深处，无异味溢出。因此，采用一体化预制泵站施工工法较传统混凝土泵，施工工法有了较大的革新；下面将进行具体分析。

1 一体化排水泵站与传统混凝土排水泵站的对比分析

一体化排水泵站与传统的排水泵站相比，传统混凝土泵站：①占地面积大；②建设周期长：钢混凝土结构，泵站底板、池壁、板顶分布施工，浇注和养护需要2-3个月，现场施工相比产品工厂化生产精度差；③造价成本较高：基本是预制泵站的造价1.5～2倍以上，需要考虑的土地、建设、安装、维护等综合因素非常复杂；④无法处理腐蚀问题：要是排水为污水时，污水长期浸泡混凝土结构，将严重影响寿命，因为混凝土为多孔材料，可与土壤中的气体和酸性物质发生反应，易腐蚀泄露；⑤后期维护费用较大：有泵房需要人值守管理，一系列的问题和费用就会衍生出来；⑥淤泥沉积问题严重：传统泵站结构导致始终无法解决淤泥沉积的问题（到时候会堵塞水泵，导致系统崩溃；会有毒害气体聚集，危害人身安全；清理起来会非常麻烦，不仅费用较大，而且必须上游停止排水，影响生产生活）；⑦选址要求非常高：拆迁是个大问题，还要考虑是否影响周围环境，由于必须有前池，水的聚集会有大量臭气会影响居民生活；⑧地基一旦沉降，将导致泵站无法运行。一体化排水泵站：①占地面积更小，节省土地资源，只有传统泵站的10%；体积更小，但是可用有效容积优良；②坚固耐用。筒体采用缠绕玻璃钢制成，坚固持久耐用，不会因为地质结构的变化导致撕裂。超强耐腐蚀；③不堵塞，免清淤。泵坑采用CFD（流体动力学）分析和设计，具有流态好、无堵塞，自清洁淤泥沉积，免除了清淤的麻烦；④工程周期短。该产品为成品供货，厂内完成各部件的安装调试，货到现场只需要整体定位、掩埋，所需安装调试时间比传统泵站大大缩短。货期一个月，施工10d；⑤自动化程度高。可实现异地监控与管理，还可以实现手机监控与故障报警，无需专人值守，后期管理成本大幅度降低；⑥更加安全：其合理的设计大大减少了剧毒及恶臭气体的产生，减小人员安全风险；⑦维修方便：机泵设备和格栅设备都可以沿着导轨吊进吊出，方便维护；⑧使用寿命更长：合理的底座设计和光滑的内壁保证长期使用且无需保养；泵、格栅、管路均采用防腐材料制成，使用寿命长；可以使用50年以上；⑨费用更低：一次性投入，长期运行成本低，节能效果明显，且在遇到拆迁或被占地的情况下可以吊装起来进行二次填埋再次利用；⑩无噪音污染。高品质的污水泵对环境几乎没有影响，即使是在居民区；11○选址更方便。可以放置在很多地方，甚至是非机动车道和人行道路上；12○外观美观：地埋式的构造与周围环境融为一体，美观大方；居民甚至都不会注意到它的存在。

2 一体化排水泵站现状分析

一体化预制泵站在欧洲有50年的使用历史，占泵站总数的比重达70%以上。中国于2010年引进一体化预制泵站，由于其具有占地面积小，施工速度快，操作维修简便，对于周边环境影响小等特点，目前在国内也在广泛应用，特别在国内南方城市有较多的案列，并且运行良好，在内地内蒙新疆等地也开始使用。一体化预制泵站的筒体大多采用采用先进的无碱强化玻璃钢（GRP）缠绕而成，泵站主体由GRP井筒、污水潜水泵、管道、阀门、传感器、控制系统和通风系统等部件组成，进水可根据要求设置粉碎性格栅。泵站筒体以无碱玻璃纤维无捻粗纱及其制品为增强材料，热固性树脂为高标号顶级树脂，采用计算机控制整体缠绕工艺制成，确保厚度均匀并达到设计要求，结构层厚度由结构设计确定，筒体内壁光滑，不允许在内部额外加其他任何材料的支撑。筒体巴氏硬度达到40HBa以上，抗压强度达到120MPa，环向拉伸强度达到150MPa，轴向拉伸强度达到60MPa。出厂前进行100%防渗漏实验。确保无泄漏，保证使用寿命不低于50年。经CFD（计算机流体动力学Computational Fluid Dynamics）特殊设计的预制泵站智能化底部采用下凹式结构，可抵抗地下水的压力而不变形，同时只允许少量的污水停留在泵坑，泵站底部采用优化自清洁设计，缩小底部面积，增大底部流速，避免沉积，实现每次启动水泵都可以清洁泵站底部的效果，免除了人工清淤。抗浮自洁底部设计，既抗浮起又防止水泵堵塞。上部防护格栅和检修平台，格栅和服务平台材料由GRP和不锈钢304制成，不得采用镀锌钢材质，防腐蚀，内置服务平台；所以内部管路、导杆系统、提升链条、支架、通风管及所有紧固件材质均不得低于SUS304材质；泵站入口格栅系统根据实际环境需要设置，设置时一般采用带有导杆系统的粉碎型格栅，人无需下井，对污物进行粉碎至12mm以下通过潜污泵泵出输送；配套性能优越的知名品牌污水泵。

图1 一体式泵站效果

3 一体化排水泵站的创新应用

目前一体化预制泵站单个泵井直径最大直径4.2m，由于交通运输等条件的限制，筒体内空间有限，仅能安装流量小于1.0m3/s的潜水泵，因此基本用于流量在25万t/d以下的，超过5万t/d的可以创新采用串联多井筒方案，所以一体化预制泵站与传统泵站相比较的一个劣势在于超大流量的大于25万t/d的雨水泵站只能做传统泵站。

邳州市临港产业园规划道路下穿邳州港铁路专用线立交工程，原初步设计排水工程是设计传统的混凝土沉井泵站，后来考虑工期压力、成本指标控制以及征地指标受限制等多种原因，最终考虑一体式排水预制泵站，但是又考虑到此一体化雨水提升泵站设计流量为4000m3/h，扬程H=11m，流量达到9.6万t/d，现有常用的一体化泵站大多单筒式泵站，不能满足我们现有泵站规模设计要求，最终优化设计定型为：泵站采用双井筒并联设计，单筒体规格：直径3800mm，高度11600mm；潜污泵型号：ZUGOC250C45/4AW，单泵参数：Q=800m3/h，H=11m，N=45kW，五用一备。泵站进水口端配套一个一体化预制粉碎格栅井，直径3800mm，高度9000mm；粉碎格栅规格型号：HDS1400/1000，N=5kW。一体化预制泵站用电负荷按二级负荷设计，因此，在排水泵站附近设置一座500kVA箱式变电站，作为泵站动力主用，另外新设一座550kW户外静音型柴油发电机组作为泵站动力的备用电源。一体化泵站控制柜为304不锈钢户外型，防雨防盗，自带PLC装置，双开门，可通过人机界面进行操作.本泵站可选配手机短信报警系统和SCADA远程监控系统，通过GPRS/GSM无线通讯实现泵站的自动报警及远程控制功能。该系统由泵站生产商配套提供，并负责调试及培训使用单位管理人员，动力电源就近引入控制柜。本项目一体化排水泵站与混凝土沉井泵站相比具有以下优势：①设计先进，采用国际CFO流场计算，使得尽可能把淤泥等固体颗粒排出设备；②工控设计：采用施耐德电气，触摸屏设计，含通讯RS485接口。泵站应具备手动控制、自动控制和远程检测功能，不同控制方式之间应可以自由切换；③新型材质：泵站筒体结构由纤维缠绕玻璃钢（GRP）制成，采用意大利VEM公司设备，全自动化控制连续缠绕成型，确保厚度均匀并达到设计的刚度，质呈稳定优良；④高度集成：泵站作为一体化设备；⑤成套提供：泵站筒体、压力管道、检修平台、检修爬梯、格栅过滤装置、耦合系统、泵提升系统、通风装置、防滑井盖、照明系统等；⑥外形美观：泵站全部埋于地下，地面只留有检修孔和控制箱，也可选配景观式管理房置于地上，与周围环境相协调；⑦成本节约：泵站为成套供应，所有内部安装调试工作在工厂内完成，现场只需将泵站整体安装，极大地减少了土建施工周期和工程成本，降低了业主的整体投资；⑧使用寿命：泵站筒体材质为玻璃钢材质，内部配件使用SUS304和热镀锌等防腐材质，无需维护保养，正常使用寿命可达50年以上，如图2、图3所示。

图2 一体式泵站平面

图3 一体式泵站立面

由于现阶段我们所使用的一体化排水泵站，在制造过程中使用了先进的科学技术。因此一体化排水泵站有很多创新应用，大大改善了我们对排水的处理效率，这些创新应用主要体现在以下几个方面，首先是对于控制系统而言，由于一体化排水泵站与传统的排水泵站相比，增加了远程监测系统，一体化排水泵站的创新应用体现在了对互联网和信息技术的应用上，也体现了能够远程监控的系统上，不仅有效的节省了排水泵站在运行过程中的人力，也降低了在运行过程中故障导致的损失。同时一体化排水泵站在创新方面的应用还体现在了生产材料上，当前我国的一体化排水泵站的设计原材料主要为玻璃钢，玻璃钢不仅在实际的应用过程中有较好的抗腐蚀性，还能够具备很好的坚固性，保证不会因为后期污水处理压力的增大，而导致泵站出现破裂的问题。最后是由于一体化排水泵站所使用的设计方案相对比较先进合理，因此在排水泵站进行一体化的建造过程中，各个配件的配合度也相对比较高。为了有效的降低排水泵站的体积，并且保证排水泵站中的处理系统能够增加集成化，因此各个配件在实际的采购过程中也选定了相应的型号，而且使用性能较为优良的原材料来安装一体化排水泵站，这样可以保证一体化排水泵站在后期使用过程中，不会因为各个元器件的安装不合理，而影响了一体化排水泵站的处理排水效率。