有调节容积供水的二次加压泵站的运行时间比较分析

有调节容积供水的二次加压泵站的运行时间比较分析

摘要：九龙片区是云南中部某城市高新技术产业园区的三大片区之一，由于园区地势西北高、东南低，规划范围内供水相差63m，有2.5km2区域市政供水管网无法直接供水，须加压提升至高位水池，再由高位水池重力供水。供水规模为2.5万m3/d。本文章就有调节容积的二次加压泵站的运行时间对输水管道管径、水泵扬程计算、水泵选型等的选择计算进行比较分析，为以后类似设计提供一定的参考。

关键词：运行时间，输水管水力计算，水泵扬程计算，水泵选型，比较分析

Abstract: the Kowloon area in central yunnan province is a city high-tech industrial park of one of the three major area, because the northwest high, low terrain southeast, planning area water supply differ 63 m, 2.5 km2 area municipal water supply network can’t direct water supply, must be up to high pressure pool, again by pool water supply high gravity. Water supply for 25000 m3 / d scale. This article has adjust volume of the secondary pump station running time of water pipe diameter, water pump head calculation, water pump type selection of the calculation of the selection, this paper analyzes the design for the future similar to provide certain reference.

Keywords: running time, delivery pipe hydraulic calculation and water pump head calculation, the water pump selection, comparative analysis

1.概述

该高新技术产业开发区云南省三个省级高新技术产业开发区之一，而九龙片区是该高新技术产业园区的三大片区之一，规划总面积7.04km2，规划期末（2020年）人口容量为3.5万人。由于园区地势西北高、东南低，规划供水范围高程1634～1697m，高差63m，市政供水管网无法对整个片区进行直接供水，经实测和计算，需二次加压供水的面积约2.5km2。由于九龙片区目前正进行大面积开发建设，而较高片区无自来水的供给，给片区的发展带来相当大的制约。市政府和高新区管委会高度重视九龙片区的供水问题，为此提出九龙片区的二次加压供水工程。经过对片区的调查和供水量计算，片区供水量为2.5万m3/d。为利用云南的山地优势，节约成本，降低电耗，经充分分析论证，采用高位水池（4000m3）调蓄重力供水，因此二次加压工程的流程为：市政管网水→二次加压泵站进水调节池（取水池）→二次加压泵站→输水管→高位水池→园区用户。

因有高位水池4000 m3容积的进行调节供水，故二次加压泵站可不需全天运行，应对泵站水泵运行时间进行科学的理论测算，以达到节约能耗，降低成本。因为二次泵站运行时间的长短，直接影响到水泵的流量大小设计、输水管道的管径大小确定、水泵的扬程计算、水泵运行电耗高低、输水管道工程投资等。因此，有调节容积的二次加压泵站的运行时间长短的确定对泵站的运行至关重要，是整个设计的关键，需认真计算比较分析。

2.比较分析

本二次泵站加压提升水量近期为12000m3/d，远期为25000m3/d。设计运行时间按24h，22h，20h，16h，12h五种情况进行计算分析。

（1）各运行时间对应的水泵流量

为达到某一提升水量规模，运行时间直接决定水泵的设计流量，表1为设计运行时间下所对应的水泵流量。

表1 各运行时间对应的水泵流量表

（2）各运行时间对应的输水管水力计算

管径的大小直接影响工程的输水管的投资和水泵的扬程高低，影响水泵站的运行成本，这也和泵站的运行时间确定息息相关。设计采用球磨铸铁管，管径以DN500和DN600两种管径进行计算比较，各种运行时间输水工况如表2所示。

根据表2的计算结果，在四种运行时间工况下，DN600管径管道流速偏小，建设投资偏高，而水泵选型时与采用DN500管径所需水泵扬程相差不大，因此选择DN500管道在流速和管道损失数据上更合理。

（3）各运行时间对应的扬程计算

根据已经确定二次加压泵站、高位水池的位置和高程（二次加压泵站高程1648m，高位水池高程1722m），以及输水管道的走向，得出已知条件：二次加压泵站和高位水池高差74m，管道长度1930m。据泵站布置，吸水管长度8.8m，吸水停泵水位与泵轴高差1.4m，泵轴与高位水池最高水位高差74.9m。

表2 各运行时间对应的输水管水力计算

注：局部水头损失按沿程水头损失的12%计。

根据《泵站设计规范》GB50265-2010、教材《水泵及水泵站》，本泵站水泵设计扬程计算为：

H=H1+H2+h1+h2+h3（m）

H—水泵扬程（m）；

H1—取水池最低水位（停泵水位）与水泵基准面的几何高度（m）；

H2—水泵基准面与高位水池最高水位的几何高度（m）；

h1—吸水管路的总水头损失（m）；

h2—输水管路的总水头损失（m）；

h3—出水富裕水头（m）；

说明：

①H1：可理解为水泵最大吸水高度，其值不得大于水泵的真空吸上高度，一般取0.9Hs，在高海拔地区应根据当地海拔高度进行核算修正。本工程为1.4m。

②H2：考虑高位水池最高水位时，水泵运行的最高扬程。本工程为74.9m。

③h1：吸水管路的沿程水头和局部水头损失之和。管道越长，管件或阀门等越多，水头损失越大。本工程取0.3m。

④h2：输水管路沿程水头和局部水头损失之和。管道长度一定的情况下，尽量选择经济流速（最佳管径）和减少管道弯头（水头损失计算结果见表2）。

⑤h3：出水富裕水头，不宜过大，一般取1～2m。本工程取1m。

根据以上已知条件，经相应计算公式，得各运行时间对应的水泵最大设计扬程，如表3所示。

表3 各运行时间对应的水泵最大设计扬程（管径为DN500）

（4）各运行时间对应的水泵选型表

根据上述水泵水量计算、扬程计算，进行水泵选型比较，如表4所示。

（5）结果比较分析

通过以上的计算数据和表格，泵站在运行时间为20-24 h，水泵的流量为500～625m3/h•台，流量变化小；同时，输水管道的流速较合理（近期0.71～0.85m/s，远期1.42～1.77 m/s），水头损失也小（近期3.09～4.32m，远期12.38～17.81m）；电耗较小（特别是近期运行20h/d电耗最小，4000kw•h/d，远期运行22h/d电耗8800kw•h/d），且运行水泵的规格型号一致。

如果运行时间为12～16h，流量变化大，水泵的流量为750～1050m3/h•台；输水管道的流速较大（远期达2.21～2.95m/s），水头损失也小（远期达27.85～4946m）。电耗高（如近期运行12h/d电耗为5400kw•h/d，远期运行12h/d电耗17040kw•h/d），且运行水泵的规格型号不一致。

表4 水泵选型比较表

因此，为便于加压泵站在运行中的管理、设备维护检修、控制等，近远期运行水泵的规格型号宜统一。根据表4水泵选型的比较表结果，在运行时间为20-24 h时水泵型号近远期是相同的，电耗低，经济合理。运行时间12～20h，水泵流量变幅较大，管道水头损失增加很快，水泵扬程增幅大，电机功率要求很大，电耗增加很多（近期相比，每天运行12h要比运行20h多耗电1400 kw•h，远期每天运行12h要比运行22h多耗电8240kw•h，几乎一倍），不经济，不节能，不环保，同时泵站的变配电也越复杂，工程投资会增加更多。

3.结论

通过计算、比较、分析，结果表明，二次泵站运行时间合理选择，是整个设计的关键，需认真多方案计算，比较分析。运行时间将直接影响到泵运行管理、电耗高低、工程投资等。本设计表明，二级加压泵站的设计运行时间在20～24h是经济合理的。水泵流量变化小，输水管道管径合理，水头损失小，扬程变化小，易于水泵选型，节能降耗，建成后的运营管理也方便。

参考资料：

[1] 北京市政设计总院主编《给水排水设计手册第3册—城镇给水》北京中国建工出版社 2004

[2] 李亚峰,李清雪,吴永强主编《水泵及水泵站》(21世纪高等教育给水排水

工程系列规划教材) 机械工业出版社 2009年7月

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。