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4.3 工艺设计


Ⅰ 工艺平面布置

4.3.1 一体化预制泵站工艺平面布局应根据一体化预制泵站类型、进出水条件、工艺条件等合理布置,应保证一体化预制泵站整体流态良好,并宜采用计算机模型对一体化预制泵站整体的流态进行分析。

4.3.2 一体化预制泵站井筒内的工艺平面布置应满足主要设备和管路的安装、运行操作和起吊维护的要求,可不设置维修空间。干式一体化预制泵站应考虑散热,并应在井筒底部设置集水坑和排水泵。

Ⅱ 集水池

4.3.3 一体化预制泵站集水池水位设计应符合下列规定:

    1 对于采用轴流泵、混流泵或潜水离心泵的湿式一体化预制泵站,一体化预制泵站集水池最低水位应满足配套水泵所需最小淹没深度的要求。当无法满足要求时,应进行针对性设计,消除气蚀和水泵干转风险,并可采用计算流体动力学(CFD)模拟等方法辅助设计。

    2 对于采用卧式或立式离心泵的干式一体化预制泵站,一体化预制泵站前端集水池的最低水位应满足水泵自灌的要求。当无法满足要求时,应设置真空引水系统,最大排气时间不宜大于5min。

    3 雨水一体化预制泵站和合流一体化预制泵站集水池的设计最高水位,应与进水管管顶相平。当设计进水管道为压力管时,集水池的设计最高水位可高于进水管管顶,但不得造成管道上游地面冒水。污水一体化预制泵站集水池的设计最高水位,应按进水管充满度计算。

    4 多井筒设计的并联一体化预制泵站所有井筒之间应连通。

4.3.4 给水一体化预制泵站的集水池有效容积应根据一体化预制泵站前端供水曲线和后端用水曲线及所需的消防、事故用水量综合确定,同时应满足配套水泵的启停次数的要求和水质的预处理要求。

4.3.5 排水一体化预制泵站集水池的有效容积应根据水泵设计流量和每小时最大启停次数确定,并应按下式计算:

    式中:
    VEff——一体化预制泵站集水池有效容积 (m³);

    Qp——一体化预制泵站最大一台泵的设计流量(m³/h);

    Zmax——水泵每小时最大启停次数 (h-1)。

4.3.6 当一体化预制泵站主体集水池有效容积不能满足计算集水池容积时,应另设分离式集水池。

Ⅲ 水泵和格栅

4.3.7 水泵的选型应符合下列规定:

    1 水泵宜选用相同型号;

    2 当流量和扬程变化较大时,宜采用变频调速装置;

    3 水泵设计工况点应在水泵最高效率区内,在最大与最小流量时,水泵应能高效、安全、稳定运行。

4.3.8 一体化预制泵站配备的水泵应符合下列规定:

    1 水泵在设计负荷范围内应无振动和气蚀现象;

    2 一体化预制泵站配备的潜水泵应符合现行国家标准《污水污物潜水电泵》GB/T 24674的有关规定;

    3 一体化预制泵站配套的干式离心泵应符合现行国家标准《离心泵技术条件(Ⅲ类)》GB/T 5657的有关规定。

4.3.9 潜水电机应符合下列规定:

    1 绝缘等级不应低于F级,温升不应低于B级;

    2 防护等级不应低于IP68。

4.3.10 干式电机应符合下列规定:

    1 绝缘等级不应低于F级,温升不应低于B级;

    2 防护等级不应低于IP54。

4.3.11 当潜水自耦安装的潜水离心泵和自耦底座采用金属对金属的连接时,宜采用橡胶圈密封。

4.3.12 当进水含有的固体杂质可能堵塞水泵和后继管路时,应设置格栅。格栅的选型应符合下列规定:

    1 格栅设计流量不应小于一体化预制泵站设计流量,过栅水头损失不宜大于0.5m;

    2 当一体化预制泵站进水杂质较少时,宜设置提篮式格栅;

    3 当一体化预制泵站进水杂质较多时,宜设置粉碎式格栅。

4.3.13 提篮式格栅的设计应符合下列规定:

    1 格栅应耦合在进水管法兰面上,并应配套导杆和提升链;

    2 格栅和挡水板等消能装置应分开设置;

    3 格栅间距不宜小于40mm,且不宜大于后继水泵过流通径;

    4 格栅应能手动提升,倾倒栅渣;

    5 提篮式格栅的材质应采用不锈钢304系列及以上材质。

4.3.14 粉碎式格栅的设计应符合下列规定:

    1 格栅可耦合在进水管法兰面或安装在预制格栅井内,格栅井应满足格栅安装和后继水泵配水要求;

    2 应设置备用粉碎式格栅;

    3 当进水管道可能出现雍水时,可采用配套的溢流格栅,并应增加检修孔、配套导杆、提升链、进水渠和支撑附件;

    4 格栅支撑框架的强度应满足机械和液压负荷要求;

    5 湿式安装的粉碎式格栅应配套防护等级IP68的潜水电机,并应具备防缠绕、防越流功能。

4.3.15 设置于污水一体化预制泵站的粉碎式格栅,应具备连续运行的能力。设置于雨水一体化预制泵站的粉碎式格栅,宜采用液位计控制启停。

Ⅳ 管路系统

4.3.16 一体化预制泵站管路系统管材、管件和阀门的选型和连接方式,应根据输送介质和使用环境确定。

4.3.17 一体化预制泵站的进出水管道和外部管道,应采用柔性连接。

4.3.18 干式安装的水泵进水管应配置检修阀,宜配置压力真空表。检修阀可安装在一体化预制泵站内部或一体化预制泵站外的阀门井内。

4.3.19 离心泵的出水管应配置止回阀和检修阀,宜配置压力表。止回阀和检修阀可安装在一体化预制泵站内部或一体化预制泵站外的阀门井内。

4.3.20 给水系统的管道增压一体化预制泵站,水泵进水管应设置检修阀,进水主管上应安装压力传感器和双向排气阀。

4.3.21 向高地输水或长距离输水一体化预制泵站,当水泵设有止回阀或底阀时,应进行启停泵水锤和弥合水锤压力计算。当计算所得的水锤压力值超过管道试验压力值时,应采取消除水锤的措施。

Ⅴ 其他附属设施

4.3.22 一体化预制泵站主体顶盖应留有检修盖板,检修盖板应具备限位安全锁、防坠落和防盗的功能,并应留有设备检修孔,检修孔的尺寸、个数和位置应根据一体化预制泵站的提升设备确定,检修孔直径不宜小于800mm。

4.3.23 井筒外部应根据使用条件和起吊能力设置吊耳,且玻璃钢材质一体化预制泵站吊耳不应少于4个,高强度聚乙烯一体化预制泵站吊耳不应少于2个,其强度应满足一体化预制泵站吊装的需要。

4.3.24 水泵的提升装置应符合下列规定:

    1 湿式一体化预制泵站应采用不锈钢304系列及以上材质的导杆、提升链等提升装置,且最大允许提升重量不应小于单台设备最大提升重量的1.5倍;

    2 干式一体化预制泵站可不设置提升装置,但一体化预制泵站操作平台和检修孔开孔尺寸应确保一体化预制泵站外提升设备能顺利完成提升作业。

4.3.25 湿式一体化预制泵站主体配套操作平台宜采用不锈钢、热镀锌碳钢、铝合金或玻璃钢材料,操作平台应进行承载力测试,最大设计载荷应大于2kN/㎡,并应能承载一体化预制泵站主体最重设备重量的1.5倍。干式一体化预制泵站可不设置操作平台。

4.3.26 一体化预制泵站操作平台的设置应满足人员操作、检修和设备吊装的要求,并应符合下列规定:

    1 湿式一体化预制泵站操作平台宜设置于检修阀以下0.5m~1.0m,并应位于进水管管顶和最高水位以上;

    2 干式一体化预制泵站可根据管路布置、阀门设置、水泵排布等按实际需要设置操作平台。

4.3.27 爬梯的材质宜采用铝合金。当一体化预制泵站内环境腐蚀性较强时,宜采用玻璃钢等防腐蚀材质。爬梯应符合现行国家标准《梯子 第2部分:要求、试验和标志》GB/T 17889.2的有关规定。


条文说明
工艺平面布置
4.3.1  一体化预制泵站应使进出水管水流顺畅,水泵运行稳定,站内泥沙及杂物沉积少,必要时应结合计算流体动力学(CFD)等方法模拟运行工况,使一体化预制泵站高效运行。例如,用CFD进行管路的水力优化设计,防止产生进水段配水不均、出水段出水不畅等不利流态:用FD进行井筒内部的空气流体力学模拟,评估通风散热系统的工作状态和效果,使通风设计满足井筒内的电机、控制柜等正常工作要求。
4.3.2  干式一体化预制泵站井筒底部设置集水坑和排水泵是用于排除管路和水泵拆装维修过程中可能产生的积水。
 集水池
4.3.3
    4  多井筒并联的泵房,所有井筒之间应连通,使得运行时每个井筒内的水位保持一致。但每个井筒的水泵,可采用不同的启停液位,轮值运行,逐台启动或逐台停运。
4.3.5  排水一体化预制泵站集水池的最高液位和最低液位之间体积为集水池的有效容积。当集水池有效容积过小,会导致电机频繁启停而过载:当有效容积过大,水泵运行周期过长,增加了沉淀和堵塞的风险。因此合理确定集水池有效容积是池型优化设计的关键。
    在我国现行泵站设计相关规范中规定:污水泵站集水池的容积不应小于最大一台水泵5min的出水量,如水泵机组为自动控制时,每小时开动水泵不得超过6次:雨水(合流污水)泵站集水池的容积,不应小于最大一台水泵30s的出水量。这些规定是为了保护较大功率的常规水泵的电机。但随着水泵性能不断提高,对于一体化预制泵站,考虑到其集成度高、占地小的特点,需尽量减少集水池的容积,因此,采用自控水平高(包括远程控制、水泵自动轮值和水泵故障自动切换以及定期一体化预制泵站排空等功能)的水泵控制系统,配备启停次数高的水泵电机。目前,国内外一体化预制泵站配备水泵的最大允许启停次数一般为10次~30次。
    在欧洲现行的泵站设计相关规范DSEN752-6“Drain and sewer systems outside buildings-Part6:Pumping installations"第七章“Design of pumping stations”7.2条“Wet well design”中规定,湿井的尺寸和详细设计需基于最大和最小流量需求确定。启泵和停泵液位之间的有效容积应根据设备制造厂商推荐的启停次数确定。启动水位需考虑水泵运行条件。根据此规范,一体化预制泵站的有效容积主要与配套水泵的启停次数和一体化预制泵站的设计流量相关。
         推导过程如图3、图4所示。
       水泵运行周期
图3    水泵运行周期  T
水泵最小运行周期和流量的关系
图4     水泵最小运行周期和流量的关系
1   
    式中: 
    Ts一水泵待机时间(h);
    Tp一水泵运行时间(h)。
2   
    由图4可知,当Qww/Qp=0.5时,Tp=Ts,此时启停次数达到最大值,周期最短。代入下式,得:
3-7
     将(2)代入(7),就得到公式(4.3.5)。
   式中:
    Tmin——水泵最小运行周期(h);
    Qww——一体化预制泵站入流流量(m3/h)。
   此外,《给水排水设计手册(第2版)第5册城镇排水》
3.1.6  “集水池”第4条“集水池有效容积”中规定:在液位控制水泵自动开停的泵站,可以用集水池的来水和每台水泵抽水之间的规律推算出有效容积的基本公式为:
8
    式中:
    Vmin——集水池最小有效容积(m3);
    Tmin——水泵最小工作周期(s);
    Q——水泵流量(m3/s)。
    因此,集水池的最小有效容积与水泵的出水量和允许的最小工作周期成正比。只有单台泵工作时,所选水泵的流量为来水量的2倍,则泵的工作周期最短。其中Tmin=1/Zmax,上述公式(8)与公式(4.3.5)是一致的。
4.3.6  分离式集水池指在一体化预制泵站主体之外单独设置井筒或其他构筑物,其有效容积与主体内集水池有效容积之和应大于或等于本标准公式(4.3.5)的计算值。
      水泵和格栅
4.3.7  相同型号的水泵便于维护管理和轮值。
4.3.11  为防止输送介质中杂质对水泵和自耦底座连接处的腐蚀,其连接处宜采用橡胶圈密封。
4.3.12  提篮式格栅过水面积应不小于进水管截面积,格栅的栅格间距应根据水泵的通径和进水杂质的尺寸综合确定。
4.3.13  格栅及固定件设计强度应能承受进水端静压力及最大流量的冲击力,同时格栅和挡水板等消能装置采用分体设计,防止格栅受力过大或疲劳破坏。提篮式格栅宜采用防堵塞的设计,防止少量垃圾堵死过流空间导致清淤过频。由于常规污水泵的过流通径大于等于50mm,提篮式格栅的栅格间距不宜小于40mm。通过提篮式格栅的杂质不能对后继的水泵和管路造成堵塞,同时也不应由于间距过小或设计不合理造成提篮式格栅每天提升次数超过1次。
4.3.14
     1 当一体化预制泵站流量较大时,粉碎式格栅可单独安装在预制进水格栅井内。
     2 备用格栅主要在工作格栅维修时临时使用,可采用与工作格栅相同型号的设备;也可以采用人工格栅,在粉碎式格栅主机检修时放置在粉碎式格栅的主机位置上,防止进水杂质进入一体化预制泵站。
      管路系统
4.3.17  柔性连接可防止外部管道的应力和不均匀沉降对一体化预制泵站的破坏。
4.3.20  给水系统的管道增压一体化预制泵站,水泵进口应设置检修阀,进水主管上应安装压力传感器和双向排气阀,防止进口压力过低和积气、窝气的产生。
   其他附属设施
4.3.22  为防止将操作人员反锁于一体化预制泵站内,检修盖板应具备限位安全锁功能,宜设置气动弹簧和机械限位装置,气动弹簧的强度应根据盖板的重量和尺寸、盖板和顶盖的支撑位置确定,应确保一个操作人员可顺利开启。应采用机械限位装置将检修盖板在开启后固定在一个开启度,不会自动闭合,防止应力超过气动弹簧允许应力或气动弹簧发生故障,以保证下井人员的安全。
    对于安全级别要求比较高的一体化预制泵站,检修盖板宜设置防盗报警装置,防止非操作人员打开盖板,造成人身安全或生产事故。
4.3.23  吊耳为安装在侧壁井筒之上用于提升的吊点结构,一体化预制泵站井筒外侧应均布设置至少2个吊耳,防止单边吊耳受力过大或受力不平衡。
4.3.25  应根据一体化预制泵站环境和输送介质选择满足防腐要求的材料,应对操作平台进行承载力测试,确保在极端情况下将单台水泵放置于操作平台上时,操作平台不产生瞬时的应力破坏,保证工作人员的安全,并满足防腐和维修要求
4.3.26  当湿式一体化预制泵站的操作平台无法满足本条第1款的规定时,宜取消操作平台,并将阀门等需要人员操作的设备放入一体化预制泵站外部,避免发生人身安全事故。

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一体化预制泵站工程技术标准 CJJ/T285-2018
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