廣州市某中途加壓泵站改造工程設(shè)計

李易

（廣東省建筑設(shè)計研究院 廣東廣州 510010）

0 引言

本工程加壓站位于廣州市黃埔區(qū)。其20世紀(jì)80年代建成通水，后于2002年改造成為桶裝水生產(chǎn)灌裝場所，不再進行供水加壓。原泵房被被改建為生產(chǎn)車間，取消原水泵機組硬件及其相應(yīng)基礎(chǔ)等設(shè)施，原地坑以及電纜溝被填平。而隨著城市日益增長的供水需求，為充分利用水源水廠的富余產(chǎn)能，有效解決廣州市中心城區(qū)東部管網(wǎng)散水能力不足的問題，保障中心城區(qū)用水量增長需求。本次工程其建設(shè)內(nèi)容即原有加壓站進行改造，以達到24萬m3/d，最大加壓水頭為20m的供水規(guī)模。

1 加壓方式確定

加壓泵站的加壓方式形式有傳統(tǒng)的清水池+水泵、水泵直接從管網(wǎng)吸水、無負(fù)壓加壓三種形式。

1.1 傳統(tǒng)清水池+水泵加壓形式

本工程若采用此加壓模式進行供水，當(dāng)事故時清水池有一定的調(diào)節(jié)余地，供水安全可靠性將得到大大提高；此外增設(shè)清水廠將保證泵房來水壓力恒定，水泵工況點較穩(wěn)定，可保證供水水量。經(jīng)過實地踏勘，本廠區(qū)存在一座清水池，但由于停運已久，需重新改建修繕，增加成本費用；此外由于清水池停留時間長，加壓供水時須重新消毒，將增設(shè)消毒設(shè)備；與此同時為防止清水池泄漏，將增加諸多管配件，將加壓系統(tǒng)復(fù)雜化，而加壓站本身來水0.11～0.17MPa的水頭余量也將因增設(shè)清水池而被浪費。

1.2 無負(fù)壓泵站簡述

本工程若采用無負(fù)壓供水的加壓模式，由于其本身的密封系統(tǒng)，供水水質(zhì)將不會受到二次污染，無需再消毒，無需設(shè)置清水池、消毒間，只需設(shè)置無負(fù)壓供水設(shè)備，相對于傳統(tǒng)清水池工藝節(jié)省用地空間；全自動化控制，管路、設(shè)備簡單，設(shè)計安裝簡便。但當(dāng)進水管道出現(xiàn)緊急事故時，管網(wǎng)極易形成負(fù)壓，造成停泵，供水安全性較低；此外水泵運行工況受進水水頭變化影響較大，對加壓設(shè)備有一定損耗；當(dāng)來水量降低時，由于沒有調(diào)節(jié)水量，需要降低供水量，對社會生活生產(chǎn)都將產(chǎn)生一定的影響。

1.3 直接吸水加壓方式

鑒于本工程進水壓力在0.11～0.17MPa，存在加大水頭余量，且最高日平均時供水量達10000m3/h，來水水量充足，具備采用管道直抽加壓方式的條件。若本工程采用管道直抽的吸水加壓方式，將無需改建清水池，無額外用地空間；此外整個系統(tǒng)過程在管道內(nèi)完成，不存在二次污染的情況，無需額外設(shè)置消毒裝置；如通過管道直抽的方式也充分利用了來水水頭，節(jié)省能耗。但由于沒有調(diào)節(jié)水量裝置，當(dāng)來水情況出現(xiàn)異常，停水或水質(zhì)突變時，只能停止泵站的運行，對下游地區(qū)的生活生產(chǎn)都將產(chǎn)生一定的影響。

加壓形式確定：

綜合上述各加壓方式優(yōu)缺點，當(dāng)采用管道直抽的方式時，泵站可利用管網(wǎng)來水壓力，減少運行動力費用，在供水水質(zhì)，節(jié)能、管配件安裝，后期運行維護等方均表現(xiàn)突出。應(yīng)對突發(fā)情況時停止加壓供水即可保證用戶用水安全，待上游水廠、泵站正常運行后，恢復(fù)啟動即可。因此本項目加壓形式采用管道吸水直抽的加壓方式。

2 泵房改造形式確定

水泵房的改造形式是本次設(shè)計關(guān)鍵節(jié)點之一，滿足機電設(shè)備布置、安裝、運行和檢修要求外，還需滿足結(jié)構(gòu)布置要求[1]。由于原有的地坑，電纜溝，排水溝，水泵基礎(chǔ)均不復(fù)存在，需要重新設(shè)計建造。本次設(shè)計選擇了三個改造形式進行參照比選，具體如下：

方案一：地面式水泵房形式。

本方案即在現(xiàn)有的泵房地面上布置水泵、連接管道及附屬管配件。其優(yōu)點在于充分利用泵房現(xiàn)有條件，無需對泵房進行開挖下潛，減少該造價。缺點：①根據(jù)現(xiàn)有加壓站供水加壓需求，所需水泵泵體及電機重量較大，現(xiàn)有牛角以房高將無法滿足起重機的最小起吊高度，需對泵房部分向上延伸，增加結(jié)構(gòu)、建筑設(shè)計難度；②水泵房進出水管將直接穿越泵房墻體，裸露至地面，影響加壓站改造的整體建筑美觀；③由于進出水管道及管配件高度交大，直接放置與地面，對后期的維修運行管理較為不便。

方案二：全地下式水泵房形式。

方案二即將現(xiàn)有地面下沉4m，整個水泵的工作運行，檢修維護均在地下完成。優(yōu)點：①水泵機組沉于地下4m處，無需改變泵房高度，利用現(xiàn)用牛角加固即可保證水泵的正常起吊維護；②管道及附屬構(gòu)件均位于地下部分，后期檢查維修方便；③室內(nèi)增加泵房的立體空間，室外進出管線埋設(shè)與地下，泵房內(nèi)外美觀整潔，體現(xiàn)現(xiàn)代泵房的設(shè)計感。但由于泵房建設(shè)時代久遠，基礎(chǔ)埋深較淺，如下挖4m的深度將影響到整個水泵房的基礎(chǔ)，恐有傾倒的危險隱患，故該方案不可行。

方案三：半地下式水泵房形式。

結(jié)合結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計的要求，水泵房下挖深度為1.8m。根據(jù)前兩個方案的限制條件，該方案可將水泵大部分機組及管配件置于地面以下，無需增加泵房高度，便于水泵起吊以及后期水泵及管配件的檢修維護；此外下挖1.8m，一方面保證了水泵房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，另一方面使進出水管埋設(shè)于地下，保證了現(xiàn)代泵房的建筑美觀。

圖1 水泵房改造方案三

表1 泵房形式方案比選

結(jié)合上述方案比選可知，方案二與方案三在各方面均表現(xiàn)突出，但由于方案二開挖過深，影響泵房整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)條件將無法滿足該方案的實施，綜合考慮本工程選擇方案三的泵房布置形式，在土建開挖量、管配件安全維護、泵房設(shè)計美觀程度、投資建設(shè)費用以及結(jié)構(gòu)限制條件等方面均表現(xiàn)突出，因此本工程泵房形式采用半地下式的改造方案。

3 泵組布置形式確定

水泵機組的布置應(yīng)滿足設(shè)備的運行、維護、安裝和檢修要求[2]。本工程選擇直線單排的平面布置方案，具體布置情況如圖2所示。

4 水泵選型、配置及運行方式

結(jié)合本工程實際情況，本次加壓站水泵選用單級雙吸臥式離心泵。而水泵臺數(shù)的確定應(yīng)考慮以下原則：一、水泵臺數(shù)的確定應(yīng)根據(jù)設(shè)計規(guī)模及供水系統(tǒng)的運行調(diào)度要求、泵站的性質(zhì)及規(guī)模、近遠期結(jié)合方式等作綜合考慮，并對各種工況進行分析后確定；二、同一個泵站應(yīng)盡量選用同一種型號的水泵；對于中型及大型泵房，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，機電與土建相對投資少。但運行時不如泵組臺數(shù)多的靈活，水泵備用容量也較大。如果單泵容量過大，會增加機電設(shè)備投資。根據(jù)本工程水量和揚程的關(guān)系，并充分考慮泵組配置需要、供水方向的不同，投資、運行管理、平面布置、維修以及目前國內(nèi)外水泵制造發(fā)展?fàn)顩r等因素。

結(jié)合上述原則以及本工程實際情況，配置4臺水泵較3臺水泵對工況變化時更容易調(diào)節(jié)，適應(yīng)性更強；且泵房位置足夠放下多臺水泵。因此推薦安裝直抽泵組4臺，3用1備，預(yù)留2臺泵組安裝位置，待以后根據(jù)供水量變化需求安裝。每臺水泵設(shè)計水量為4000m3/h，設(shè)計揚程20m。

圖2 泵房平面不足布置

5 結(jié)語

（1）加壓站改造工程改造后，平均時運行規(guī)模10000m3/h，揚程15m，最高時運行規(guī)模12000m3/h，揚程20m。

（2）經(jīng)方案比選討論，本次改造水泵型式采用半地下式，下挖1.8m，保證水泵安全起吊維修的同時，保證進出水管埋于地下，使泵房的室內(nèi)室外布置均整潔美觀。

（3）本次加壓站改造工程秉承改造原則，不新建擴建建筑面積，采用變頻啟動的無法提供足夠場地，因此采用高壓直接啟動的方式運行水泵。