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浅论东雷抽黄加西泵站更新改造设计优化
浅论东雷抽黄加西泵站更新改造设计优化 泵站改造工程设计是对其整体构成,材料元件使用,技术应用再次优化,要 求对症施治,注重创新。本文结合实际,分析了东雷抽黄加西泵站改造设计方案, 重点介绍了在加西二级泵站总体布置不变,在维持原设计灌溉面积、流量、扬程 不变的基础上进行更新改造优化措施,可供同类工程设计参考。1.泵站概况 加西二级站位于大荔县范家镇。该泵站在总干渠35+497.21处引水,1979年 建成。其中本级灌溉面积7.71万亩。
加西二级站总设计扬程89.6m,净扬程84.44m,设计流量3.84m3/s,总装机功 率6000KW。安装20sh-6A离心式水泵6台,单泵设计流量0.64m3/s,配套TD型 1000kW电动机6台,额定功率1000KW;主机组一列式布置,进水采用单机单池进水, 出水采用双机单管出流;厂内设5t单梁桥式起重机1台;水泵出水侧配闸阀6台;设 35kV变电站一座,安装SJL-3200/35/6型主变压器1台SFL1-8000 35kV/6kV型变压 器1台,容量8000KVA。
泵站主体建筑物由进水扭面、进水闸、进水流道、前池、主副厂房、压力 管道、出水池、清水系统等部分组成。设置6孔进水闸1座,闸孔宽1.0m,配备5吨启 闭机6台;流道为矩形明渠,分水角为40°,进水前池6座,直径4.0m,设计水位341.71m。
主、副厂房为人字梁砖木结构,副厂房位于主厂房左侧,横向单列布。压力管道3 条,出水管直径800mm,3条管路沿管坡埋设,出水采用拍门断流。该站于1979年兴 建。1999年利用续建配套节水改造项目资金对加西二级站的6台水泵进行了更换, 大修电动机4台,更换电动机2台,更新励磁柜6面。
2.泵站改造设计原则 2.1.加西二级泵站总体布置不变,在维持原设计灌溉面积、流量、扬程不变 的基础上进行更新改造。
2.2.充分利用原有设施,根据加西二级泵站工程存在的不同病害和问题采 用不同的措施进行更新改造,以减少工程投资。
2.3.对老化失修、性能落后的机电及电气设备在重新计算复核的基础上进 行更新。2.4.积极采用新设备、新技术、新材料、新工艺,解决水泵过流部件磨蚀。
2.5.以实现加西二级泵站安全运行、节能高效为中心,依靠科技进步,提高泵 站运行的可靠性和装置效率。
2.6.充分利用非灌溉季节进行施工,确保灌溉施工两不误。
2.7.增设泵站微机保护、计算机监控系统和视频监视系统,改善和提高管理 科技化水平。
2.8.改善泵站运行条件,优化泵站运行环境,降噪、降温,使泵站管理工作达 到“规范化、科学化、制度化、现代化”。
3.泵站更新改造设计优化方案 3.1.主、副厂房 对主体建筑物部分进行更新改造拆除方案,因为加西二级泵站工程修建于 上世纪七十年代末,受当时经济、社会条件的限制,工程设计标准偏低,是一项典型 的“三边”工程。该工程经30年运行,设施老化失修、破损严重。泵站主副厂房、 进、出水池地基沉陷,多处裂缝;水泵过流部件磨蚀,出水量小、效率低;变压器及高、 低压配电设备均属国家明令淘汰产品,泵站能耗超标,工程效益逐年降低,影响泵 站的安全运行和效益发挥。为此泵站改造设计需满足以下条件: 3.1.1.满足机电设备布置安装、运行和检修的要求;
3.1.2.满足泵房结构布置的要求;
3.1.3.满足泵房通风、采暖和采光的要求,并符合防潮、防火、防噪声等技 术规定;
3.1.4.满足厂内外交通运输要求。
3.2.泵站主体改造可行性分析 加西二级泵站地貌类型主要属渭北黄土塬区,土层深厚,土质松散,无湿陷 性,站址地基承载力80~100kpa。考虑泵站运行已有三十多年,地基沉降应基本到位, 本次设计考虑安全起见,对新建厂房地基采用1.0m厚3:7灰土垫层处理。相比之下,由于当时设计标准低,厂房基础未加处理,又受湿陷性黄土及渗漏水影响,主、副厂 房地基不均匀沉降,使厂房墙体、屋面及砼结构受到严重的破坏,屋面、墙体出现 许多不规则裂缝。现有砖木结构房屋已成危房。所以对加西二级泵站主副厂房为 拆除重建,拆除原有主、副厂房606m2,重建主、副厂房660m2;拆除原砖木结构厂 房,在原址重建框架结构厂房。厂房及其附近区域整体稳定性好,无不良物理地质 现象。主副厂房抗震烈度按Ⅷ度设防。
根据水泵主机组的布置,吊运,检修等要求,确定主厂房尺寸(长×宽×高)为 42×10×9.2m,厂房为C30钢筋砼现浇框架,间隔墙、围护墙均为370mm厚砖墙;6台 水泵主机组呈“一”列式布置,主厂房地面高程342.97m,水泵安装高程340.54m。检 修间布置于主机组左侧;副厂房布置在主厂房右侧,室内地面高程为343.27m;主厂 房屋面梁为钢筋混凝土 “工”字型屋面梁,屋面板为预应力混凝土屋面板,副厂房 为C30现浇楼板,SBS防渗处理屋面;主厂房基础为钢筋砼箱式基础,副厂房基础为 砼独立基础,下部设3:7灰土,厚1.0m;电缆沟、排水沟、主机组基础均为C30砼现浇;
主厂房地面为水泥砂浆,副厂房地面为800×800mm地砖地面。改造排水沟与上下 交通台阶,对站区内边坡进行整修处理,底部边坡采用M7.5浆砌石砌护,设置排水 沟,对厂区局部进行绿化。
3.3.压力管道 拆除原输水管道及镇墩,重新敷设输水管道3道。平行布设。6台机组按双 机并管出流,压力管道采用钢管和预应力承插式钢筋砼管,钢管工作压力1.6MPa, 预应力钢筋砼管工作压力0.6 MPa,管径DN800mm,管轴线长223m,其中钢管123m, 预应力钢筋砼管100m。管内流速2m/s~3m/s之间;管道总长669m,钢管用镇静钢焊 接,管件之间采用法兰连接,预应力钢筋混凝土管采用承插式橡胶圈连接;钢管管 床C15混凝土,厚0.2m,底部设置450mm厚3:7灰土,预应力钢筋混凝土管采用M7.5 浆砌石管床,厚0.3m。根据计算和实际地形,镇墩沿轴线设10道,共15座镇墩,镇墩布 设间距一般控制在40~50m。全部采用C15毛石砼现浇,基础原土夯实后,300mm厚 3:7灰土垫层。
3.4.水泵电动机组 3.4.1.水泵存在的主要问题 水泵在运行中有气蚀、磨损的问题:泵站工程的水源为黄河水,黄河属多泥 沙河流,且砂粒粗、硬度高、多棱角。水泵长年在这种高含砂水流下运行,泵体内 腔磨损气蚀严重,出现很深的沟槽甚至穿孔,水泵泵腔几何形状改变,密封环磨损 严重,难以固定,轴承损坏频繁,机组振动加重。3.4.2.电动机存在的主要问题 (1)电动机绝缘老化、破损严重,致使安全性能下降,造成的电动机事故频发, 对运行人员人身安全造成重大隐患。
(2)泵站环境潮湿,电动机定子绕组受潮严重,绝缘下降,运行中多次出现绝 缘击穿事故。
3.4.3.优化措施 针对上述(1)、(2)所提问题优化设计方案为选用DFSS500-6 3.5.高低压配电设备 泵站原老化,淘汰的电气设备全部更新。泵站设8000kVA主变压器一台,选 用35/10kV级S11-M系列三相油浸自冷免维护式铜线电力变压器,为全国统一设计, 电气性能好,损耗低;站用变压器选用SCB10型干式电力变压器,型号为 SCB10-400-10/0.4,容量400kVA,10/0.4kV,数量1台。35kV侧另配S11-M-250-35/0.4 型直配变压器,容量250kVA,35/0.4kV,数量1台。以上变压器均具有安全、无污染、 免维护、安装简便、综合运行成本低等特点。
3.6.金属结构 加西泵站现有金属结构经多年运用,锈蚀破损,老化严重,全部需要更新改 造。更新桁车1台,进水闸门6扇,启闭机6台;更新出水侧闸阀,排水泵;增设清污机2 台;增设电磁流量计1台;更新辅助设备及管道等。
3.7.主要管护设施 加西二级泵站建成于1979年,站内管护设施建设标准低,经多年使用老化严 重,大多无法正常发挥功能,故对站内管护设施进行改造:拆除重建生产管理设施。
生产管理设施拆除重建220m2,维护机井1眼,重建水塔一座,硬化进站道路、硬化站 区地面,绿化管坡、戗台,拆除重建站区围墙。
3.8.计算机监控系统 3.8.1.计算监控系统设计原则及要求加西二级泵站按照“先进实用,高效可靠、稳定开放”的原则和“少人值班, 无人值守”的要求,结合当前泵站计算机监控系统的发展现状,加西二级泵站计算 机监控系统采用最新的计算机硬件、软件及网络技术,使其具备较好的先进性、 可靠性、稳定性、实用性和较长的生命周期,采用符合国际开放系统标准的分层 分布式结构,具有相互可操作性、可扩展性及可移植性,为系统技术更新、功能升 级留有余地。
3.8.2.计算机监控系统的全要素扩展 加西泵站改造根据灌区信息化建设要求,设计建设计算机监控系统拟建成 一个集中管理、分散控制、各部门相互独立,同时又具有整体统一性和连贯性的 集行政管理、远程和本地监控、经济指标考核、信息共享、远程通信等于一体的 技术先进、性能稳定、质量可靠、系统开放、扩展灵便和经济实用的管理、调度、 监控系统。整个泵站主要参数(泵站总流量、进出水池水位等)的监测、水泵机组 (单机流量、转速、水泵进出口压力、轴承温度等)和辅助设备(供水、排水、真空 泵、闸门、闸阀、捞草机等)的监控、主要电气设备(电动机、主变、厂用变、直 流电源、PT等)的微机保护、工程安全视频监视等将融为一体,整个系统能够实现 分层分布式独立运行。
加西二级站自动化监控系统以PLC系统为核心,根据不同设备的控制特点, 将需要监控的参数分别通过PLC系统I/O模块、微机保护装置、直流电源控制器 等智能设备采集并转换为数字信号后,汇总至PLC系统;PLC系统再通过通信系统, 将数据送至泵站网络层监控工作站;监控工作站通过监控组态软件,实时对泵站机 电设备进行监控。
按照加西二级站的规模,为达到安全可靠、先进实用、经济合理的目的,选 用分层分布式计算机监控系统结构,分为网络层、控制层和设备层。泵站网络层 与控制层之间采用PROFIBUS 网络通讯模式,通过100Mbps工业以太网进行连接。
加西二级泵站计算机监控系统兼顾计算机监控、视频监视两大功能,形成完整的 泵站主要参数监测、水泵机组和辅助设备监控、主要电气设备的微机保护、工程 安全视频监视等融为一体的系统,既可在泵站实现 4. 结语 泵站改造工程设计是其对整体构成、材料原件使用、技术应用再次优化, 运用现代新材料、新工艺、新技术、新设备完成泵站改造工程,达到功能齐全、技术先进、布局合理,是工程设计科学化、设备现代化、运行自动化;以现代化技 术标准实现计算机监控。自动化系统功能齐全,技术先进、安全可靠、经济合理、 管理方便。
