污水站增建汛期泵房

王晨

摘 要：陜西延長石油集團橡膠有限公司污廢水處理站建成投入運行兩年多的時間內，集水間每逢大到暴雨必然被淹，導致電機、控制柜內電器線路短路燒毀，給公司帶來多次經濟損失。在公司級領導指派下，筆者經過現場調查、測量、理論計算，為本次增建設計提供了可靠依據；根據實情設計出汛期泵房。驗收后配合原泵使用效果甚佳，解決了原集水間每逢大到暴雨必淹的問題。

關鍵詞：現行規范 汛期 水泵機組 流體力學

中圖分類號：X703.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（a）-0074-03

陜延油橡膠有限公司污水站項目2012年1月竣工，同年2月投運；至2014年8月站內員工確認，每逢大到暴雨，集水間內2臺原裝固定式及3臺移動式潛水泵同時抽水無法阻止該間內設備電控柜多次被淹、幾經報廢更換的惡果，讓公司經濟受損、此站運行不暢。故公司領導決定工程部實施集水間防汛項目，筆者作為此領域專技人員，擔此項目設計工作。

1 集水間被淹原因推測與概算證明

1.1 原因推測

據集水間每逢降雨量大時被淹的線索，首要任務查閱設計院廠區排水圖后，確認雨水與污、廢水是相對獨立的兩套排水系統，這符合我國現行《室外排水設計規范》。此時部分人不禁推測建廠早期，雨水可能誤接入污廢水系統，但負責前期公共設備安裝、也是這次項目的領導確認此情況未發生，并向筆者說出他定性不定量的想法——污、廢水井蓋孔的收水量不容忽視。

1.2 理論依據與概算證明

按井蓋孔匯流這一想法，筆者排查并測量全廠已有的250口污、208口廢水井蓋，發現污、廢水井蓋各107、91套，如圖1所示，當支座頂所在平面超出井蓋頂所在平面；當道路施工忽略細節，使支座周圍路面超出支座頂所在平面，均致井蓋上方積水較厚，積水在勢能下經井蓋孔泄入此井內。應用CAD繪圖筆者確定井蓋孔過流斷面面積約520mm2，以井蓋上方超出的積水為控制體，取井蓋孔和超出部分的自由液面為控制斷面，用流體力學恒定總流連續性和恒定總流動量方程求得污、廢水井蓋孔總匯合流量在0.455～0.733m3/s之間（此結果忽略井蓋孔局部阻力、風力及雨點下落對控制體自由液面的擾動、井蓋孔形狀在非滿流過流時利于抽吸排水），從計算結果可知因前期施工材料自身缺陷和施工方式不當造成的積水匯合量不容忽視。

2 設備選型及方案確定

2.1 方案初定及設備選型

當時任務急，加上筆者外出培訓，議會上領導們在道路修整、井蓋更換與增建泵房兩個方案中選了易于施工、施工中影響范圍小、省時省資的后者，且我方領導隨后直接讓水泵廠家依其經驗估選了自吸泵的型號，這泵優點：首次使用向腔內注滿水后，下次開機時，因吸水口處自帶止回板，防止泵內水回流，靠甩出腔內余水形成真空、抽升水體，免去了吸水管安有底閥非自灌離心泵每次啟動向泵內注水的缺點。自吸泵主要參數見表1。

2.2 方案確定

項目負責領導帶筆者查看現場時確定此泵房緊貼集水間東墻布置；因未來可能會逢更大暴雨，為防集水間再次被淹，終定兩用一預留的三泵方案。為使設計、布置更合理，筆者馬不停蹄查閱污水站全部有關設計藍圖，且現場拍照備忘。

3 工程設計與防患措施

3.1 室外防患與管道對接

集水間側剖立面和室外埋地管線工藝圖顯示原壓水總管埋深和走向，既為機具挖土提供基礎保障，避免在原總管上方盲目開挖可能導致的惡果；又為3D制圖避免新、原壓水管沖突和確定兩者總管于室外的最佳焊接處提供直觀依據。

3.2 室內機組排布，間距、標高確定及防護措施設置

（1）為提高運行管理效率，防止集水間水位過高淹沒設備和水位過低吸氣空轉，在集水池設置低、高及警戒水位聲光報警及機組聯動系統，當聯動系統故障，值班員仍可在室內遠程啟停機組。

（2）污水站總平面布置圖顯示集水間東側附近有預留二期將完工的建筑，在兩建筑物間加蓋一座泵房，須盡量保證足夠消防間距這一必備前提，故依《室外給水設計規范》中6.5等條，各平面布置尺寸被迫取下限來節省占地，電機功率22kW機組單行縱向排列，相鄰機組及機組至墻壁凈間距可設計為大于1.0m，但這里只能取1.0m，這使泵房總面積最小，室內各吸水管段最短。

（3）集水間側剖立面（見圖2）、平面布置及實拍圖（見圖3b）顯示：①此前，集水間東側管路已被改造的既混亂又占位。②集水間操作平臺東中部、鋼梯下方800mm×800mm人孔及垂直爬梯原為清淤和檢修所設，此處不可占用。③集水池東南角有為二期加一臺固定潛水泵的預留地，此空位及正上方空間不可占用。④操作平臺及最高、最低水位標高。⑤圖2中a原設計凈距為1350mm。⑥原潛水泵壓水管凈間距約480mm。

上述因素①～③使筆者見縫插針且須豎向排列地布設各泵吸水管（見圖3）。①～④使筆者確定新泵房整體排水方式為圖3中坑體排水所示，泵房地面坡向DN100焊接閥內徑下沿，設置于小坑內是便于焊工施焊；焊接閥常開，當泵房水泛，經此閥排入原集水池內，當集水間被淹，警戒水位計報警予值班員，及時關閉此閥防止水灌入泵房。依④筆者先定吸水口標高均為-7.300m；并考慮施工者在平臺上蹲下時，須易于安裝吸水及排水管，寄此先定坑體排水管標高，再首次反算出各泵吸水管穿墻標高。依單泵額定流量按當年《室外給水設計規范》6.3建議的流速范圍，算出單泵吸、壓水及總壓水管徑分別為250mm、200mm、300mm，為滿足管道安裝及更換所需的最小凈距10㎝要求，圖2中a最小距離應1407mm，實測距離1396mm，故⑤使3根DN250鋼管無法排布，勉強用Φ219×8無縫鋼管，同時⑥滿足原、新管間最小凈距要求。依吸水管各處標高和排布走向，算出管長及管件尺寸，選擇舍維列夫經驗、沿程及局部水頭損失公式，代入流速等數值，經幾次迭算（這說明先定泵參數會給后續設計帶來不利），直至各泵吸水管阻力損失小于自吸高度，終定各泵吸水口中心標高（m），由北向南為-2.650m、-2.600m、-2.550m。在壓水管出水閘閥前設對夾止回閥，防止泵意外停轉后污水倒灌對泵體止回板瞬間施壓過大造成斷裂；在吸、壓水管上設可曲撓橡膠接頭，既防止泵振動過大對管路造成損害，又防止污水倒灌使壓水管振蕩對泵造成損害。

用不同型號方鋼、C型鋼搭建質輕牢固的板房鋼結構，再將兩層間填充適當厚度玻璃巖棉的彩鋼板固牢于鋼結構上，可防雨防凍防火。

3.3 輔助設施

據單泵重量推得配套電機重量必≤0.5t，查《給水排水設計手冊》中“起重設備”章節，依各型號手動單軌小車性能表，用單根凈長5.44m20a#H型鋼做吊梁可承受吊運時所有動靜荷載；據起吊高度及吊起后易于人員搬運，支撐吊梁的鋼柱同為20a#H型鋼2根×單凈長2.00m，另用10#槽鋼4根×單凈長0.80m，斜撐鋼柱。

4 結語

非自灌泵站的吸水方式多，此泵房選用自吸泵，水位與機組聯動，運行管理方便；經理論核算，在汛期配合原泵抽水，效果甚佳，達成了防止集水間暴雨時被淹和其他電器設備遭水浸報廢的初心。

參考文獻

[1] 上海市建設和交通委員會.GB 50013-2006，室外給水設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2006：26-28.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB 50141-2008，給水排水構筑物工程施工及驗收規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2008：120-123.

[3] 上海市建設和交通委員會.GB 50014-2006（2011年版）室外排水設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2011.