小型水廠取水工程工藝設(shè)計(jì)

　　摘要：本文介紹了某小型水廠取水泵站的工藝設(shè)計(jì)過程，結(jié)合設(shè)計(jì)過程中的方案對比及問題進(jìn)行分析，供設(shè)計(jì)參考。

　　關(guān)鍵詞：自來水廠；取水頭部；取水泵站

　　1水廠取水工程概述

　　本工程是富力集團(tuán)下屬惠州黃沙洞溫泉度假區(qū)供水所建的小型水廠，水廠設(shè)計(jì)取水量為6050m3/d，取水點(diǎn)設(shè)在東江河，取水點(diǎn)至水廠管線總長約9.5km。取水工程的工藝流程如下：

　　地下滲透水→鋼筋骨架過濾器

　　↓↓二氧化氯，混凝劑

　　河水→取水頭部→吸水井→取水泵房→水廠凈水工藝處理構(gòu)筑物

　　2取水工程

　　水廠取水泵站建于惠州市東江河邊的一個小山區(qū)處，取水點(diǎn)水源外河水位(珠基高程,下同)：歷史最高水位標(biāo)高為23.63m；保證枯水位標(biāo)高為13.16m；平均水位標(biāo)高為14.77m。根據(jù)業(yè)主要求，取水泵房建于離河岸邊約20m處，取水頭部設(shè)在距河岸約8m處的河床，取水點(diǎn)河床地形較平緩，取水頭部位置標(biāo)高約為8.2m。

　　下面是該水廠取水工程設(shè)計(jì)方案的確定及設(shè)計(jì)過程中遇到的問題分析。

　　2.1取水頭部設(shè)計(jì)

　　岸邊式取水構(gòu)筑物可分為合建式與分建式，由于取水點(diǎn)位置岸邊靠山，地質(zhì)條件較差，泵房建在山邊安全系數(shù)低，不宜采有合建式，故取水泵站采用分建式，取水泵房設(shè)置在離開岸邊（小山坡旁邊）約20m的一塊平地上。

　　對于中、小型水廠的取水構(gòu)筑物，常用的取水形式有箱式取水頭部，魚形罩式取水頭部和樁框架式取水頭部。其優(yōu)缺點(diǎn)對比如下：

　　幾種取水頭部形式的對比表

　　 箱式取水頭部 魚形罩式取水頭部 樁框架式取水頭部

　　適用條件 適用于水深較淺，含沙量少的河流 適用于地質(zhì)條件較差，水泵直接吸水式的小型取水構(gòu)筑物 適用于河床地質(zhì)宜打樁和水位變化不大的河道

　　優(yōu)點(diǎn) 為淹沒式取水，對河道、航道影響小 可減少水下工作量，施工方便；對河道、航道影響小 河道取水水質(zhì)較好；水下工作量少；抗堵塞能力好；檢修方便

　　缺點(diǎn) 清理底部沉積泥沙困難，抗堵塞能力較差 砂石容易被吸入至取水管內(nèi)，需設(shè)置反沖洗裝置及沉砂井或吸水井等沉砂措施 需要考慮對航道的影響；施工技術(shù)要求較高

　　根據(jù)現(xiàn)場具體條件，本工程取水水源水質(zhì)較好，但豐水期時(shí)水中含沙量較大，取水點(diǎn)處地質(zhì)條件較差，水位變化較大。從水位變幅、取水水質(zhì)、河床及堤岸地形條件，尤其是從施工難度及安全性考慮，取水頭部形式采用魚形罩式取水頭部，（該種形式取水頭部之前在廣東地區(qū)未有應(yīng)用先例）。按《給水排水設(shè)計(jì)手冊第3冊》中的圖示，本工程對魚形罩式取水頭部進(jìn)行設(shè)計(jì)改良，用圓鋼焊接而成的柵條代替了開孔套筒，減少了加工難度，取水頭部示意圖如下：　

　　為保證豐水期也可以取到河水上層的清水，減少吸入砂石的量，增加設(shè)置一個鋼筋骨架過濾器，過濾器外用級配石及砂形成反濾層，滲透水經(jīng)反濾層過濾后進(jìn)入吸水井，提高了取水的水質(zhì)。使取水多了一道保險(xiǎn)。

　　由取水頭部到進(jìn)水池的引水管通常可采用自流管方式或虹吸管方式。由于該工程引水管鋪設(shè)需跨過河岸邊的一個小山包，施工條件差，采用自流管形式施工難度和開挖土方工程量大，對河堤影響較大。采用虹吸進(jìn)水管，堤岸開挖深度比自流管減少約4m，可減少開挖土石方量，有利于在枯水期順利完成施工，尤其是對河堤修復(fù)工程量及安全性的考慮，該工程采用虹吸進(jìn)水管。

　　按照規(guī)范，引水虹吸管的設(shè)計(jì)管內(nèi)流速一般采用1.0~1.5m/s，最小不宜小于0.6m/s�？偤缥�高度可采用小于4~6m，最高不應(yīng)大于7m。虹吸管一般不得少于兩根，宜采用鋼管。該工程為小型水廠，從管道數(shù)量以及投資較少方面考慮，采用2條DN300虹吸引水管，一條運(yùn)行，一條備用。

　　取水量Q＝6050m3/d＝252.08m3/h＝0.07m3/s，采用2條DN300虹吸管取水，經(jīng)計(jì)算，每條虹吸管V1＝Q1/S＝0.99m/s，符合規(guī)范要求。

　　2.2取水泵組選型

　　水泵臺數(shù)的確定應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)模及供水系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度要求、泵站的性質(zhì)及規(guī)模、近遠(yuǎn)期結(jié)合方式等作綜合考慮，并對各種工況進(jìn)行分析后確定；同一個泵站應(yīng)盡量選用同一種型號的水泵，互為備用；

　　對于小型泵房，一般來說，泵組臺數(shù)不宜太多。水泵臺數(shù)少，安裝維修工作量少，占地面積小，機(jī)電與土建相對投資少。但運(yùn)行時(shí)不如泵組臺數(shù)多的靈活。根據(jù)該工程的實(shí)際情況，取水泵站為晝夜均勻工作，充分考慮投資、運(yùn)行管理、平面布置、維修、用地面積和經(jīng)濟(jì)方面考慮，為減少投資，方便設(shè)備維護(hù)管理，該工程設(shè)計(jì)采用3臺水泵，每臺水泵流量為：Q≈130m3/h。日常工作時(shí)2臺運(yùn)行，1臺備用。

　　水泵是泵站中最主要的設(shè)備。水泵選型和配套是否合理，將直接影響水泵站效率，影響工程投資。水泵選擇的基本原則，首先應(yīng)滿足運(yùn)行工況需要，即水泵的性能和水泵的組合能滿足泵站在所有正常運(yùn)行工況下對流量和揚(yáng)程的要求；所選水泵特性曲線的高效率范圍應(yīng)盡量平緩，以適應(yīng)各種工況的流量和揚(yáng)程要求；所選泵型符合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)際操作都可行的原則；具有良好的水力特性；不易產(chǎn)生氣蝕。所選泵型成熟，經(jīng)過實(shí)際工程的驗(yàn)證；有多家廠商具備生產(chǎn)制造的能力，供貨周期能滿足泵站的工期要求。同時(shí)還需要考慮泵房可使用面積、泵房布置等因素決定泵型選擇。

　　用于取水的水泵一般采用葉片式水泵，葉片式水泵有3基本泵型，即離心泵、混流泵、軸流泵。離心泵、混流泵、軸流泵均可分為臥式和立式安裝。

　　確定葉片式水泵性能的一個重要參數(shù)為比轉(zhuǎn)數(shù)ns。比轉(zhuǎn)數(shù)ns<300，屬于離心泵高效范圍；比轉(zhuǎn)數(shù)300<ns<500，屬于混流泵高效范圍；比轉(zhuǎn)數(shù)ns>500，屬于軸流泵高效范圍。

　　按取水量6050m3/d計(jì)算取水泵組流量及揚(yáng)程：

　　水泵流量：取水量Q＝6050m3/d＝252.08m3/h

　　采用2臺泵組運(yùn)行，每臺泵Q1＝Q/2＝126m3/h，取Q＝130m3/h

　　經(jīng)計(jì)算，取水泵站至水廠受水點(diǎn)的揚(yáng)程H最大＝48.62m

　　由于在取水泵站至水廠約3.69km處，有一個高點(diǎn)（最不利點(diǎn)），該處鋪設(shè)管道的管頂標(biāo)高約為62.30m。經(jīng)計(jì)算，H最不利點(diǎn)=56.41m

　　取最不利條件下值作為水泵的揚(yáng)程，即H＝56.41m

　　按公式計(jì)算取水泵組比轉(zhuǎn)數(shù)：

　　其中：Q——水泵流量（m3/s），采用雙吸泵時(shí)，以計(jì)；

　　H——水泵揚(yáng)程（m），取56.41；

　　n——水泵轉(zhuǎn)數(shù)（r/min），采用高速電機(jī)，取2980轉(zhuǎn)/分

　　采用離心泵=71

　　采用軸流泵（混流泵）=100

　　從以上計(jì)算可見，取水泵組比轉(zhuǎn)數(shù)在離心泵高效范圍內(nèi)，選用離心泵最合適。而且離心泵在運(yùn)行管理、維修保養(yǎng)等方面相比混（斜）流泵有一定的優(yōu)勢，該工程選用臥式中開式離心泵。

　　根據(jù)以上計(jì)算值，選出型號為6SAP-8的單級雙吸水平中開式離心泵，該泵的流量和揚(yáng)程等參數(shù)如下表：

　　由上表可知，水泵可滿足本工程的需要，效率比較高。

　　2.3泵房布置

　　泵組布置形式有縱向排列、橫向排列及交錯雙列等。一般在用地條件許可，泵組臺數(shù)不是太多的情況下，采用橫向排列使泵房布置簡潔，舒暢，泵房跨度小；管路配件簡單，水力條件好，設(shè)備運(yùn)行管理和檢修有更大優(yōu)越性。該工程泵組采用了橫向排列布置形式，安裝3臺泵組。

　　該工程水泵采用自灌式充水啟動，水泵安裝高度滿足水泵外殼頂點(diǎn)低于吸水井內(nèi)的最低水位。考慮泵頂排氣閥等的安裝。

　　取水泵房與進(jìn)水池采取合建方式，這種方式比分建式具有吸水管路短，設(shè)備布置緊湊，總建筑面積小，維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。

　　2.4泵站附屬設(shè)備

　　泵站內(nèi)設(shè)置了排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、起重設(shè)備和泵組進(jìn)出水管上的閥門等。該泵房深度約10米，屬于地下式泵房，除了考慮機(jī)組運(yùn)行正常排水、停泵檢修時(shí)的檢修排水、還要考慮裂管事故等特殊情況下的大量泄水的事故排水。在取水泵房設(shè)置2臺高效無堵塞液下泵作為排水用，一運(yùn)一備。

　　地下式泵房需要考慮較好的通風(fēng)散熱方式。泵房采用機(jī)械通風(fēng)形式，設(shè)置2臺屋頂式軸流通風(fēng)機(jī)作為室內(nèi)通風(fēng)，所選軸流通風(fēng)機(jī)風(fēng)量滿足泵房內(nèi)每小時(shí)換氣8-12次的要求。

　　泵房內(nèi)設(shè)置電動葫蘆1臺，起重量Q=1噸。起重量可滿足吊起泵房內(nèi)最大重量的設(shè)備。

　　泵組進(jìn)水管采用手動蝶閥作檢修閥門；出水管閥門采用止回閥和電動檢修蝶閥。

　　3結(jié)語

　　本工程竣工后，運(yùn)行使用至今，效果良好。

　　在取水工程的設(shè)計(jì)中，除了需遵循設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，還需總結(jié)吸收以往類工程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，根據(jù)不同的條件，大膽創(chuàng)新，做出適合要求的設(shè)計(jì)。

　　參考文獻(xiàn)

　　《給水排水設(shè)計(jì)手冊第3冊城鎮(zhèn)給水》上海市政工程設(shè)計(jì)研究院

　　《水泵及水泵站》姜乃昌

　　《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50013-2006上海市建設(shè)和交通委員會

　　《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50265-97