一體化預制泵站在城市排水處理中的施工應用

衛鋒

(山西建筑工程集團有限公司，山西 太原 030006)

針對無自流條件下的供水、排管以及水資源調配問題，通常利用泵站予以解決。隨著城市基礎設施建設進程的推進以及經濟的發展，傳統混凝土泵站的不適性開始顯現，作為集成化水平較高的一體化預制泵站成為重要的取代形式。為提高一體化預制泵站的應用水平，需要探討此類泵站的特點，把握應用方法，下文圍繞相關內容做具體的分析。

1 SPS智能型一體化預制泵的結構與優勢

1.1 一體化預制泵站的結構

泵站集潛污泵、井筒、管道、液位傳感器、閥門、控制系統等于一體，是一種集成度較高、性能穩定可靠、經濟效益突出的泵站設備。泵站內配置的潛水排污泵以WQ、WQJ等系列居多，聯合應用控制系統，為用戶提供精準的遠程控制功能。相較于傳統混凝土泵站，一體化預制泵站的集成化特性突出，泵站整體占用的空間減小，性能穩定可靠。SPS智能一體化預制泵站是污水廢水收集和排放的重要裝置，常用于工廠、住宅小區等場景中，可根據現場作業條件采取室內或室外地下的安裝方法。

1.2 一體化預制泵站的優勢

1)筒體以強化玻璃鋼機械纏繞的方式制作成型，耐腐蝕特性突出，或選用其它性能穩定的材料，可保證筒體的長久使用。筒體體積小，有效容積較大，即便現場空間狹窄也依然能夠高效安裝到位。

2)泵坑采用流體學設計，順暢無堵塞。①潛水排污泵的性能可靠，聯合高精度的傳感器，用于及時獲取水泵運行參數，在數據的指導下主動進行檢維修，減輕工作量并降低成本；②自動化和集成化水平高，提供的遠程監控功能可減輕管理人員的勞動強度，自動生成運行報表，便于管理人員及時掌握泵站運行狀況，采取針對性的管控策略；③運行安全可靠，有效減少惡臭氣體的產生量，對周邊的生態環境和居民的日常工作、生活均較為友好，具有突出的生態環境效益優勢；④靈活性較強，可根據工程條件的不同進行針對性的定制，例如進出水管的高度和直徑均可進行調整，確保即便在特殊的環境中一體化預制泵站依然可高效使用[1]。

2 一體化預制泵站的常見型式

2.1 濕井式泵站

排污泵與管道間自動耦合，適配地面電機控制系統和內部維修服務平臺，便于對設備采取管控措施；有毒有害氣體監測儀器、液位傳感器均具有較高的靈敏度，監測信息富有參考價值。出廠前完成安裝和測試，在縮短現場安裝時間的同時有效保證濕井式泵站的質量。

2.2 集成式泵站

水泵以固定式干式安裝的方法設置，配套高效潛水排污泵，干井與濕井集中布置在井筒內，空間利用率較高；井筒內的干井區規劃集水坑和排水泵，空間布置合理，環境干燥、清潔。控制系統包含有毒氣體檢測儀、除臭裝置等，對提升安全性和改善生態環境均有重要作用。出廠前安排安裝和測試，在源頭上發現問題并處理，使布置到位的泵站穩定可靠。集成式泵站，如圖1所示。

圖1 集成式泵站示意圖

2.3 完全定制型泵站

以客戶需求為導向，結合現場作業條件，以完全定制的方式設計一體化預制泵站，突出特點在于具有靈活性，例如進出水管的直徑和高度可調，以便滿足特定場景下的作業要求[2]。完全定制型泵站，如圖2所示。

圖2 定制泵站示意圖

3 一體化預制泵站在城市排水處理中的應用

3.1 工程概況

某城市排水處理廠項目，進水提升泵房采用一體化預制泵站，全埋地式安裝，進水流量設計為2萬m3/d，筒體采用立式貯罐，高度11250mm、內徑3800mm，筒體壁厚25mm，材料為具有耐腐蝕特性的玻璃纖維纏繞增強熱固性樹脂，筒體內設3臺耦合式潛水泵，基本參數為H=15.5m、N=45kW、Q=621m3/h。

3.2 施工技術要點

3.2.1 筒體的安裝

筒體材料根據耐腐蝕的要求進行選擇，以熱固體樹脂為基體，利用纏繞工藝加工，并通過結構厚度、剛度等方面的校核。實測結果顯示，筒體的巴氏硬度超40HBa，環向、軸線拉伸強度分別為150MPa、60MPa，抗拉強度120MPa。出廠前做全面的防滲漏試驗，保證無任何滲漏現象。泵站頂蓋采用GRP外保護層加抗紫外線材料，具有突出的防護作用，避免材料由于太陽照射而異常老化。人孔蓋以鋁合金為原材料制作成型，考慮到開啟的便捷性要求，配套氣壓彈簧裝置，并增設防盜安全鎖和防盜報警裝置，提升安全防護效果。

筒體安裝采用兩臺吊車協同作業的方式，首先將筒體由臥式調整為立式，同步吊起兩個吊鉤，待筒體與地面的距離達到10cm后，暫時停止吊裝，檢查吊點、配套吊裝設施是否穩定可靠，筒體底側維持合適的高度懸空，筒蓋持續向上升起直至筒體達到垂直狀態，此時底平面恰好著地；在前述吊裝的基礎上，將筒體進一步吊至設備基礎上方，若位置無誤則擰緊地腳螺栓，經由預先開設的灌漿孔向筒內灌注C20細石混凝土，筒體周圍澆筑高度不少于50cm的混凝土。

3.2.2 基坑回填

基坑空間有限，在一體化預制泵站施工中可能存在基坑回填土沉降的問題，導致泵站出水法蘭破裂。為此，加強基坑回填，保證回填部位有足夠的密實性與平穩性。回填材料選擇沙子或鵝卵石，最大尺寸不大于32mm，回填作業在冬季進行時，分層有序填筑，高度誤差不大于50cm，逐層采取質量控制措施。基坑回填后，填料需保持密實的狀態。同時，基坑回填期間加強防護，以免由于回填作業的進行而導致管路、電纜等設施受損。

3.2.3 泵站配電柜的安裝

控制柜的安裝位置規劃在地面或頂蓋上，必要時也可置于井筒內。為提高控制柜的運行性能，采用的是水泵控制系統，泵站內部安裝液位浮球及其它的元件，用于采集泵站內液位連鎖信號并上傳至控制柜，根據信號揭示的現場情況生成指令，連鎖啟停潛水排污泵。控制柜的運行采用PLC控制機制，水泵或粉碎型格柵堵塞時，及時感知異常狀況并報警，以便快速處理；具備斷電自動恢復的功能，有效保證裝置運行的穩定性，也可減輕人員的勞動強度。各信號接入中央可控制系統，聯合應用遠程控制系統，提升控制的便捷性。在中央柜中安裝專用控制器，與數據采集系統及監控系統聯合應用。為便于對泵站設施做遠程監管，配置泵站無人管理模塊、GPRS通信接口模塊等，無需安排人員頻繁在現場進行檢查，若泵站某處存在異常，將隨即發出警報，盡快告知工作人員[3]。

3.2.4 水泵安裝及泵站配管

一體化預制泵站流量大、揚程低，水泵采用的是自耦式潛水泵。以設計要求為準，提前在加工廠加工成型，將出水管座、不銹鋼導軌、自耦底座、提升吊鏈配置到位。考慮到長距離運輸的特殊性，水泵需單獨在現場安裝。

耦合式潛水泵安裝細節多，需加強控制，例如泵體法蘭面與出水管座需保持緊密貼合的狀態，配置的潛水泵與導桿能夠實現順暢的滑動。筒體外接污水管道，于基坑內布置出水管道，為管道配置橡膠軟接頭和管道支架，維持管道的穩定性。

3.3 一體化預制泵站調試

泵站安裝到位后，進入調試階段，檢驗泵站各裝置的運行穩定性以及各項功能的可實現性。調試包含水泵試運轉、液位聯動控制系統調試、PLC控制柜聯動等，要求水泵的自動啟停、手動啟停、遠程控制各項功能均可正常實現；并安排空載和帶負載兩種工況下的調試，檢驗泵站在不同工況下的運行狀態。

一體化預制泵站調試階段需要著重做好如下幾項檢查工作：1)筒體內部是否保持干凈，水泵是否有堵塞的情況；2)檢查進出口的閥門開啟狀態，不可憋泵、缺水；檢查配電柜的電器運行狀況；檢查浮球在液位管內的狀態，要求裝置穩定而不受到其它因素的影響，浮球液位計的數據顯示準確，用于反映筒體內的液位。

4 一體化預制泵站設備的散熱措施

4.1 控制柜的散熱

電器元件運行時發熱，釋放的熱量無法快速外排時，熱量的聚集將導致電器元件的運行狀態發生異常，伴隨運行穩定性變差、元件受損等問題。控制柜中的環境溫度在45℃以上時，電路板的發熱元器件將由于熱島效應的存在而異常升溫(通常在55℃以上)，嚴重影響元器件的運行穩定性和耐久性，甚至在溫度異常偏高時有燒毀的可能。可見，提高控制柜的散熱水平至關重要。

針對前述提及的電器柜發熱問題，提出如下散熱措施。

1)控制柜設計和生產階段便要充分關注到元器件的發熱量，以保證元器件溫度合理為基本前提，協調元器件的布設位置。條件允許時適當增加上下排的間距，提供充足的散熱空間，使元器件的溫度穩定在合理的區間內。

2)于控制柜的背板內部安裝導軌，于導軌上安裝元器件，導軌與背板間留有空隙，可供控制柜內部空氣的高效流通，起到散熱的效果。

3)優化控制柜的結構，憑借結構的合理性提高散熱水平，例如采用雙層結構的控制柜，兩層之間留出充足的空間，以便散熱的高效進行；為內層控制柜的背板適配散熱片，加快熱量的散發，為增加散熱面積，采用網眼結構的散熱片。

4)梳理控制柜內的電纜和二次接線，有條不紊地布置線路，確保無繞線、纏繞的情況，二次接線的方式需合理。在合理布線和規范接線后，減少電磁熱，提高散熱水平。

5)在控制柜內層側板的下部、上部分別設置進氣孔、出氣孔，通過兩孔的作用，建立冷空氣下降、熱空氣上升的空氣流動路徑，發揮出自然散熱的作用。在頂部配置散熱風扇，借助此裝置加快散熱，維持控制柜內部溫度的合理性。散熱風扇的運行機制為：預設特定的溫度值，待控制柜內部的溫度升高并達到該值后，隨即啟用散熱風扇，加快空氣對流，促進溫度的下降，直至溫度降低至許可范圍內為止。

4.2 預制泵站的散熱

預制泵站散熱的關鍵前提在于鎖定散熱源，進而采取針對性的散熱措施，其中潛污泵運行釋放熱量以及夏季太陽直射至地面的熱輻射是兩大關鍵的熱源。為此，在預制泵站內布置軸流風機，配套通風排氣管。為實現對軸流風機啟停的自動控制，配置熱敏探頭并預設程序，根據現場溫度自動啟停軸流風機，加快通風散熱。電機運行過程中有發熱現象，采用泵站內部的污水做冷卻處理，在滿足散熱要求的同時提高污水的利用水平，同時污水根據液位自動排放，大量的熱量將隨著污水的排放而散失，提高散熱效率。

4.3 設備防腐措施

1)筒體內襯成型，具體包含內襯層和過渡層兩部分，通過兩層結構的設置，提高防腐防滲水平。內襯的制作采用鋼制模具，以設計要求為準，控制內襯的尺寸，由專員用維納斯噴槍噴射成型，要求結構完整、尺寸合理、穩定可靠。為保證內襯有足夠的防腐防滲性能，從材料質量控制的角度著手，將內襯樹脂含量增加至80%～90%；過渡層制作時依然考慮到防腐防滲的要求，按照68%～78%的用量控制樹脂含量。

2)泵站控制柜以304不銹鋼為原材料制作成型，考慮日曬、雨淋等戶外因素對泵站的影響，強化設計，確保建設成型的泵站不會由于外部因素的影響而出現異常，并提高控制柜的承受能力，在一定程度的外力作用下不出現變形現象。配套管路材料均采用304不銹鋼材質，加工時對材料做酸洗鈍化處理。為提高不銹鋼的抗腐蝕性能，在表面設置一層厚度約為1nm的致密鈍化膜，用于防護不銹鋼材料，避免腐蝕介質直接侵蝕材料。酸洗的關鍵作用在于便于鈍化，在材料表面產生致密的鈍化膜。在采取酸洗的材料處理方法后，腐蝕不銹鋼表面約10μm的表層，缺陷部位的溶解率較之于表面更高，在酸液的作用下使表面趨于均衡狀態，原本易造成腐蝕的隱患將由于酸洗而被清理，有效改善材料的表觀質量。同時，在酸洗鈍化的過程中，鐵與鐵的氧化物優先溶解，可清理貧鉻層，不銹鋼表面富集大量鉻，成型的富鉻鈍化膜的電位約為+1.0V(SCE)，能夠取得較好的抗腐蝕效果。

在采取多種防腐措施后，有效減小外部因素對SPS一體化預制泵站的不良影響，保證泵站的穩定運行和功能的正常實現，泵站各裝置的耐久性良好，整體使用壽命可達30年，滿足要求。

5 結語

綜上所述，一體化預制泵站因具有集成度高、穩定可靠、適應能力強、土地占用面積小等優勢而取得廣泛的應用。為提高一體化預制泵站的應用水平，需要選擇合適的泵站型式，做好材料的選擇、結構形式的優化、散熱、防腐等相關工作，保證建設成型的一體化預制泵站可穩定運行，各項功能正常實現，取得良好的社會效益和生態環境效益。