泵站改造工程設計是對其整體構成,材料元件使用,技術應用再次優化,要求對症施治,注重創新。本文結合實際,分析了東雷抽黃加西泵站改造設計方案,重點介紹了在加西二級泵站總體布置不變,在維持原設計灌溉面積、流量、揚程不變的基礎上進行更新改造優化措施,可供同類工程設計參考。
1.泵站概況
加西二級站位於大荔縣范家鎮。該泵站在總乾渠35+497.21處引水,1979年建成。其中本級灌溉面積7.71萬畝。
加西二級站總設計揚程89.6m,凈揚程84.44m,設計流量3.84m3/s,總裝機功率6000KW。安裝20sh-6A離心式水泵6台,單泵設計流量0.64m3/s,配套TD型1000kW電動機6台,額定功率1000KW;主機組一列式布置,進水採用單機單池進水,出水採用雙機單管出流;廠內設5t單梁橋式起重機1台;水泵出水側配閘閥6台;設35kV變電站一座,安裝SJL-3200/35/6型主變壓器1台SFL1-8000 35kV/6kV型變壓器1台,容量8000KVA。
泵站主體建築物由進水扭面、進水閘、進水流道、前池、主副廠房、壓力管道、出水池、清水系統等部分組成。設置6孔進水閘1座,閘孔寬1.0m,配備5噸啟閉機6台;流道為矩形明渠,分水角為40°,進水前池6座,直徑4.0m,設計水位341.71m。主、副廠房為人字梁磚木結構,副廠房位於主廠房左側,橫向單列布。壓力管道3條,出水管直徑800mm,3條管路沿管坡埋設,出水採用拍門斷流。該站於1979年興建。1999年利用續建配套節水改造項目資金對加西二級站的6台水泵進行了更換,大修電動機4台,更換電動機2台,更新勵磁櫃6面。
2.泵站改造設計原則
2.1.加西二級泵站總體布置不變,在維持原設計灌溉面積、流量、揚程不變的基礎上進行更新改造。
2.2.充分利用原有設施,根據加西二級泵站工程存在的不同病害和問題採用不同的措施進行更新改造,以減少工程投資。
2.3.對老化失修、性能落後的機電及電氣設備在重新計算覆核的基礎上進行更新。
2.4.積極採用新設備、新技術、新材料、新工藝,解決水泵過流部件磨蝕。
2.5.以實現加西二級泵站安全運行、節能高效為中心,依靠科技進步,提高泵站運行的可靠性和裝置效率。
2.6.充分利用非灌溉季節進行施工,確保灌溉施工兩不誤。
2.7.增設泵站微機保護、計算機監控系統和視頻監視系統,改善和提高管理科技化水平。
2.8.改善泵站運行條件,優化泵站運行環境,降噪、降溫,使泵站管理工作達到「規範化、科學化、制度化、現代化」。
3.泵站更新改造設計優化方案
3.1.主、副廠房
對主體建築物部分進行更新改造拆除方案,因為加西二級泵站工程修建於上世紀七十年代末,受當時經濟、社會條件的限制,工程設計標準偏低,是一項典型的「三邊」工程。該工程經30年運行,設施老化失修、破損嚴重。泵站主副廠房、進、出水池地基沉陷,多處裂縫;水泵過流部件磨蝕,出水量小、效率低;變壓器及高、低壓配電設備均屬國家明令淘汰產品,泵站能耗超標,工程效益逐年降低,影響泵站的安全運行和效益發揮。為此泵站改造設計需滿足以下條件:
3.1.1.滿足機電設備布置安裝、運行和檢修的要求;
3.1.2.滿足泵房結構布置的要求;
3.1.3.滿足泵房通風、採暖和採光的要求,並符合防潮、防火、防噪聲等技術規定;
3.1.4.滿足廠內外交通運輸要求。
3.2.泵站主體改造可行性分析
加西二級泵站地貌類型主要屬渭北黃土塬區,土層深厚,土質鬆散,無濕陷性,站址地基承載力80~100kpa。考慮泵站運行已有三十多年,地基沉降應基本到位,本次設計考慮安全起見,對新建廠房地基採用1.0m厚3:7灰土墊層處理。相比之下,由於當時設計標準低,廠房基礎未加處理,又受濕陷性黃土及滲漏水影響,主、副廠房地基不均勻沉降,使廠房牆體、屋面及砼結構受到嚴重的破壞,屋面、牆體出現許多不規則裂縫。現有磚木結構房屋已成危房。所以對加西二級泵站主副廠房為拆除重建,拆除原有主、副廠房606m2,重建主、副廠房660m2;拆除原磚木結構廠房,在原址重建框架結構廠房。廠房及其附近區域整體穩定性好,無不良物理地質現象。主副廠房抗震烈度按Ⅷ度設防。
根據水泵主機組的布置,吊運,檢修等要求,確定主廠房尺寸(長×寬×高)為42×10×9.2m,廠房為C30鋼筋砼現澆框架,間隔牆、圍護牆均為370mm厚磚牆;6台水泵主機組呈「一」列式布置,主廠房地面高程342.97m,水泵安裝高程340.54m。檢修間布置於主機組左側;副廠房布置在主廠房右側,室內地面高程為343.27m;主廠房屋面梁為鋼筋混凝土 「工」字型屋面梁,屋面板為預應力混凝土屋面板,副廠房為C30現澆樓板,SBS防滲處理屋面;主廠房基礎為鋼筋砼箱式基礎,副廠房基礎為砼獨立基礎,下部設3:7灰土,厚1.0m;電纜溝、排水溝、主機組基礎均為C30砼現澆;主廠房地面為水泥砂漿,副廠房地面為800×800mm地磚地面。改造排水溝與上下交通台階,對站區內邊坡進行整修處理,底部邊坡採用M7.5漿砌石砌護,設置排水溝,對廠區局部>:請記住我站域名/<進行綠化。>
3.3.壓力管道
拆除原輸水管道及鎮墩,重新敷設輸水管道3道。平行布設。6台機組按雙機並管出流,壓力管道採用鋼管和預應力承插式鋼筋砼管,鋼管工作壓力1.6MPa,預應力鋼筋砼管工作壓力0.6 MPa,管徑DN800mm,管軸線長223m,其中鋼管123m,預應力鋼筋砼管100m。管內流速2m/s~3m/s之間;管道總長669m,鋼管用鎮靜鋼焊接,管件之間採用法蘭連接,預應力鋼筋混凝土管採用承插式橡膠圈連接;鋼管管床C15混凝土,厚0.2m,底部設置450mm厚3:7灰土,預應力鋼筋混凝土管採用M7.5漿砌石管床,厚0.3m。根據計算和實際地形,鎮墩沿軸線設10道,共15座鎮墩,鎮墩布設間距一般控制在40~50m。全部採用C15毛石砼現澆,基礎原土夯實後,300mm厚3:7灰土墊層。
3.4.水泵電動機組
3.4.1.水泵存在的主要問題
水泵在運行中有氣蝕、磨損的問題:泵站工程的水源為黃河水,黃河屬多泥沙河流,且砂粒粗、硬度高、多稜角。水泵長年在這種高含砂水流下運行,泵體內腔磨損氣蝕嚴重,出現很深的溝槽甚至穿孔,水泵泵腔幾何形狀改變,密封環磨損嚴重,難以固定,軸承損壞頻繁,機組振動加重。
3.4.2.電動機存在的主要問題
(1)電動機絕緣老化、破損嚴重,致使安全性能下降,造成的電動機事故頻發,對運行人員人身安全造成重大隱患。
(2)泵站環境潮濕,電動機定子繞組受潮嚴重,絕緣下降,運行中多次出現絕緣擊穿事故。
3.4.3.優化措施
針對上述(1)、(2)所提問題優化設計方案為選用DFSS500-6/6型臥式離心泵6台,配套T1000-6-10kv型電機,單機抽水流量0.66m3/s,功率1000kw,泵站總抽水量3.96 m3/s,泵站總裝機功率6000kW,進行裝配改造。
3.5.高低壓配電設備
泵站原老化,淘汰的電氣設備全部更新。泵站設8000kVA主變壓器一台,選用35/10kV級S11-M系列三相油浸自冷免維護式銅線
電力變壓器,為全國統一設計,電氣性能好,損耗低;站用變壓器選用SCB10型乾式電力變壓器,型號為SCB10-400-10/0.4,容量400kVA,10/0.4kV,數量1台。35kV側另配S11-M-250-35/0.4型直配變壓器,容量250kVA,35/0.4kV,數量1台。以上變壓器均具有安全、無污染、免維護、安裝簡便、綜合運行成本低等特點。
3.6.金屬結構
加西泵站現有金屬結構經多年運用,鏽蝕破損,老化嚴重,全部需要更新改造。更新桁車1台,進水閘門6扇,啟閉機6台;更新出水側閘閥,排水泵;增設清污機2台;增設電磁流量計1台;更新輔助設備及管道等。
3.7.主要管護設施
加西二級泵站建成於1979年,站內管護設施建設標準低,經多年使用老化嚴重,大多無法正常發揮功能,故對站內管護設施進行改造:拆除重建生產管理設施。生產管理設施拆除重建220m2,維護機井1眼,重建水塔一座,硬化進站道路、硬化站區地面,綠化管坡、戧台,拆除重建站區圍牆。
3.8.計算機監控系統
3.8.1.計算監控系統設計原則及要求
加西二級泵站按照「先進實用,高效可靠、穩定開放」的原則和「少人值班,無人值守」的要求,結合當前泵站計算機監控系統的發展現狀,加西二級泵站計算機監控系統採用最新的計算機硬體、軟體及網絡技術,使其具備較好的先進性、可靠性、穩定性、實用性和較長的生命周期,採用符合國際開放系統標準的分層分布式結構,具有相互可操作性、可擴展性及可移植性,為系統技術更新、功能升級留有餘地。
3.8.2.計算機監控系統的全要素擴展
加西泵站改造根據灌區信息化建設要求,設計建設計算機監控系統擬建成一個集中管理、分散控制、各部門相互獨立,同時又具有整體統一性和連貫性的集行政管理、遠程和本地監控、經濟指標考核、信息共享、遠程通信等於一體的技術先進、性能穩定、質量可靠、系統開放、擴展靈便和經濟實用的管理、調度、監控系統。整個泵站主要參數(泵站總流量、進出水池水位等)的監測、水泵機組(單機流量、轉速、水泵進出口壓力、軸承溫度等)和輔助設備(供水、排水、真空泵、閘門、閘閥、撈草機等)的監控、主要電氣設備(電動機、主變、廠用變、直流電源、PT等)的微機保護、工程安全視頻監視等將融為一體,整個系統能夠實現分層分布式獨立運行。
加西二級站自動化監控系統以PLC系統為核心,根據不同設備的控制特點,將需要監控的參數分別通過PLC系統I/O模塊、微機保護裝置、直流電源控制器等智能設備採集並轉換為數位訊號後,匯總至PLC系統;PLC系統再通過通信系統,將數據送至泵站網絡層監控工作站;監控工作站通過監控組態軟體,實時對泵站機電設備進行監控。
按照加西二級站的規模,為達到安全可靠、先進實用、經濟合理的目的,選用分層分布式計算機監控系統結構,分為網絡層、控制層和設備層。泵站網絡層與控制層之間採用PROFIBUS 網絡通訊模式,通過100Mbps工業乙太網進行連接。加西二級泵站計算機監控系統兼顧計算機監控、視頻監視兩大功能,形成完整的泵站主要參數監測、水泵機組和輔助設備監控、主要電氣設備的微機保護、工程安全視頻監視等融為一體的系統,既可在泵站實現集中站控和現地監控,又可在管理局中心、管理總站分中心實現遠程遙控。使更新改造後泵站實現微機自動控制。
4. 結語
泵站改造工程設計是其對整體構成、材料原件使用、技術應用再次優化,運用現代新材料、新工藝、新技術、新設備完成泵站改造工程,達到功能齊全、技術先進、布局合理,是工程設計科學化、設備現代化、運行自動化;以現代化技術標準實現計算機監控。自動化系統功能齊全,技術先進、安全可靠、經濟合理、管理方便。
1.泵站概況
加西二級站位於大荔縣范家鎮。該泵站在總乾渠35+497.21處引水,1979年建成。其中本級灌溉面積7.71萬畝。
加西二級站總設計揚程89.6m,凈揚程84.44m,設計流量3.84m3/s,總裝機功率6000KW。安裝20sh-6A離心式水泵6台,單泵設計流量0.64m3/s,配套TD型1000kW電動機6台,額定功率1000KW;主機組一列式布置,進水採用單機單池進水,出水採用雙機單管出流;廠內設5t單梁橋式起重機1台;水泵出水側配閘閥6台;設35kV變電站一座,安裝SJL-3200/35/6型主變壓器1台SFL1-8000 35kV/6kV型變壓器1台,容量8000KVA。
泵站主體建築物由進水扭面、進水閘、進水流道、前池、主副廠房、壓力管道、出水池、清水系統等部分組成。設置6孔進水閘1座,閘孔寬1.0m,配備5噸啟閉機6台;流道為矩形明渠,分水角為40°,進水前池6座,直徑4.0m,設計水位341.71m。主、副廠房為人字梁磚木結構,副廠房位於主廠房左側,橫向單列布。壓力管道3條,出水管直徑800mm,3條管路沿管坡埋設,出水採用拍門斷流。該站於1979年興建。1999年利用續建配套節水改造項目資金對加西二級站的6台水泵進行了更換,大修電動機4台,更換電動機2台,更新勵磁櫃6面。
2.泵站改造設計原則
2.1.加西二級泵站總體布置不變,在維持原設計灌溉面積、流量、揚程不變的基礎上進行更新改造。
2.2.充分利用原有設施,根據加西二級泵站工程存在的不同病害和問題採用不同的措施進行更新改造,以減少工程投資。
2.3.對老化失修、性能落後的機電及電氣設備在重新計算覆核的基礎上進行更新。
2.4.積極採用新設備、新技術、新材料、新工藝,解決水泵過流部件磨蝕。
2.5.以實現加西二級泵站安全運行、節能高效為中心,依靠科技進步,提高泵站運行的可靠性和裝置效率。
2.6.充分利用非灌溉季節進行施工,確保灌溉施工兩不誤。
2.7.增設泵站微機保護、計算機監控系統和視頻監視系統,改善和提高管理科技化水平。
2.8.改善泵站運行條件,優化泵站運行環境,降噪、降溫,使泵站管理工作達到「規範化、科學化、制度化、現代化」。
3.泵站更新改造設計優化方案
3.1.主、副廠房
對主體建築物部分進行更新改造拆除方案,因為加西二級泵站工程修建於上世紀七十年代末,受當時經濟、社會條件的限制,工程設計標準偏低,是一項典型的「三邊」工程。該工程經30年運行,設施老化失修、破損嚴重。泵站主副廠房、進、出水池地基沉陷,多處裂縫;水泵過流部件磨蝕,出水量小、效率低;變壓器及高、低壓配電設備均屬國家明令淘汰產品,泵站能耗超標,工程效益逐年降低,影響泵站的安全運行和效益發揮。為此泵站改造設計需滿足以下條件:
3.1.1.滿足機電設備布置安裝、運行和檢修的要求;
3.1.2.滿足泵房結構布置的要求;
3.1.3.滿足泵房通風、採暖和採光的要求,並符合防潮、防火、防噪聲等技術規定;
3.1.4.滿足廠內外交通運輸要求。
3.2.泵站主體改造可行性分析
加西二級泵站地貌類型主要屬渭北黃土塬區,土層深厚,土質鬆散,無濕陷性,站址地基承載力80~100kpa。考慮泵站運行已有三十多年,地基沉降應基本到位,本次設計考慮安全起見,對新建廠房地基採用1.0m厚3:7灰土墊層處理。相比之下,由於當時設計標準低,廠房基礎未加處理,又受濕陷性黃土及滲漏水影響,主、副廠房地基不均勻沉降,使廠房牆體、屋面及砼結構受到嚴重的破壞,屋面、牆體出現許多不規則裂縫。現有磚木結構房屋已成危房。所以對加西二級泵站主副廠房為拆除重建,拆除原有主、副廠房606m2,重建主、副廠房660m2;拆除原磚木結構廠房,在原址重建框架結構廠房。廠房及其附近區域整體穩定性好,無不良物理地質現象。主副廠房抗震烈度按Ⅷ度設防。
根據水泵主機組的布置,吊運,檢修等要求,確定主廠房尺寸(長×寬×高)為42×10×9.2m,廠房為C30鋼筋砼現澆框架,間隔牆、圍護牆均為370mm厚磚牆;6台水泵主機組呈「一」列式布置,主廠房地面高程342.97m,水泵安裝高程340.54m。檢修間布置於主機組左側;副廠房布置在主廠房右側,室內地面高程為343.27m;主廠房屋面梁為鋼筋混凝土 「工」字型屋面梁,屋面板為預應力混凝土屋面板,副廠房為C30現澆樓板,SBS防滲處理屋面;主廠房基礎為鋼筋砼箱式基礎,副廠房基礎為砼獨立基礎,下部設3:7灰土,厚1.0m;電纜溝、排水溝、主機組基礎均為C30砼現澆;主廠房地面為水泥砂漿,副廠房地面為800×800mm地磚地面。改造排水溝與上下交通台階,對站區內邊坡進行整修處理,底部邊坡採用M7.5漿砌石砌護,設置排水溝,對廠區局部>:請記住我站域名/<進行綠化。>
3.3.壓力管道
拆除原輸水管道及鎮墩,重新敷設輸水管道3道。平行布設。6台機組按雙機並管出流,壓力管道採用鋼管和預應力承插式鋼筋砼管,鋼管工作壓力1.6MPa,預應力鋼筋砼管工作壓力0.6 MPa,管徑DN800mm,管軸線長223m,其中鋼管123m,預應力鋼筋砼管100m。管內流速2m/s~3m/s之間;管道總長669m,鋼管用鎮靜鋼焊接,管件之間採用法蘭連接,預應力鋼筋混凝土管採用承插式橡膠圈連接;鋼管管床C15混凝土,厚0.2m,底部設置450mm厚3:7灰土,預應力鋼筋混凝土管採用M7.5漿砌石管床,厚0.3m。根據計算和實際地形,鎮墩沿軸線設10道,共15座鎮墩,鎮墩布設間距一般控制在40~50m。全部採用C15毛石砼現澆,基礎原土夯實後,300mm厚3:7灰土墊層。
3.4.水泵電動機組
3.4.1.水泵存在的主要問題
水泵在運行中有氣蝕、磨損的問題:泵站工程的水源為黃河水,黃河屬多泥沙河流,且砂粒粗、硬度高、多稜角。水泵長年在這種高含砂水流下運行,泵體內腔磨損氣蝕嚴重,出現很深的溝槽甚至穿孔,水泵泵腔幾何形狀改變,密封環磨損嚴重,難以固定,軸承損壞頻繁,機組振動加重。
3.4.2.電動機存在的主要問題
(1)電動機絕緣老化、破損嚴重,致使安全性能下降,造成的電動機事故頻發,對運行人員人身安全造成重大隱患。
(2)泵站環境潮濕,電動機定子繞組受潮嚴重,絕緣下降,運行中多次出現絕緣擊穿事故。
3.4.3.優化措施
針對上述(1)、(2)所提問題優化設計方案為選用DFSS500-6/6型臥式離心泵6台,配套T1000-6-10kv型電機,單機抽水流量0.66m3/s,功率1000kw,泵站總抽水量3.96 m3/s,泵站總裝機功率6000kW,進行裝配改造。
3.5.高低壓配電設備
泵站原老化,淘汰的電氣設備全部更新。泵站設8000kVA主變壓器一台,選用35/10kV級S11-M系列三相油浸自冷免維護式銅線
電力變壓器,為全國統一設計,電氣性能好,損耗低;站用變壓器選用SCB10型乾式電力變壓器,型號為SCB10-400-10/0.4,容量400kVA,10/0.4kV,數量1台。35kV側另配S11-M-250-35/0.4型直配變壓器,容量250kVA,35/0.4kV,數量1台。以上變壓器均具有安全、無污染、免維護、安裝簡便、綜合運行成本低等特點。
3.6.金屬結構
加西泵站現有金屬結構經多年運用,鏽蝕破損,老化嚴重,全部需要更新改造。更新桁車1台,進水閘門6扇,啟閉機6台;更新出水側閘閥,排水泵;增設清污機2台;增設電磁流量計1台;更新輔助設備及管道等。
3.7.主要管護設施
加西二級泵站建成於1979年,站內管護設施建設標準低,經多年使用老化嚴重,大多無法正常發揮功能,故對站內管護設施進行改造:拆除重建生產管理設施。生產管理設施拆除重建220m2,維護機井1眼,重建水塔一座,硬化進站道路、硬化站區地面,綠化管坡、戧台,拆除重建站區圍牆。
3.8.計算機監控系統
3.8.1.計算監控系統設計原則及要求
加西二級泵站按照「先進實用,高效可靠、穩定開放」的原則和「少人值班,無人值守」的要求,結合當前泵站計算機監控系統的發展現狀,加西二級泵站計算機監控系統採用最新的計算機硬體、軟體及網絡技術,使其具備較好的先進性、可靠性、穩定性、實用性和較長的生命周期,採用符合國際開放系統標準的分層分布式結構,具有相互可操作性、可擴展性及可移植性,為系統技術更新、功能升級留有餘地。
3.8.2.計算機監控系統的全要素擴展
加西泵站改造根據灌區信息化建設要求,設計建設計算機監控系統擬建成一個集中管理、分散控制、各部門相互獨立,同時又具有整體統一性和連貫性的集行政管理、遠程和本地監控、經濟指標考核、信息共享、遠程通信等於一體的技術先進、性能穩定、質量可靠、系統開放、擴展靈便和經濟實用的管理、調度、監控系統。整個泵站主要參數(泵站總流量、進出水池水位等)的監測、水泵機組(單機流量、轉速、水泵進出口壓力、軸承溫度等)和輔助設備(供水、排水、真空泵、閘門、閘閥、撈草機等)的監控、主要電氣設備(電動機、主變、廠用變、直流電源、PT等)的微機保護、工程安全視頻監視等將融為一體,整個系統能夠實現分層分布式獨立運行。
加西二級站自動化監控系統以PLC系統為核心,根據不同設備的控制特點,將需要監控的參數分別通過PLC系統I/O模塊、微機保護裝置、直流電源控制器等智能設備採集並轉換為數位訊號後,匯總至PLC系統;PLC系統再通過通信系統,將數據送至泵站網絡層監控工作站;監控工作站通過監控組態軟體,實時對泵站機電設備進行監控。
按照加西二級站的規模,為達到安全可靠、先進實用、經濟合理的目的,選用分層分布式計算機監控系統結構,分為網絡層、控制層和設備層。泵站網絡層與控制層之間採用PROFIBUS 網絡通訊模式,通過100Mbps工業乙太網進行連接。加西二級泵站計算機監控系統兼顧計算機監控、視頻監視兩大功能,形成完整的泵站主要參數監測、水泵機組和輔助設備監控、主要電氣設備的微機保護、工程安全視頻監視等融為一體的系統,既可在泵站實現集中站控和現地監控,又可在管理局中心、管理總站分中心實現遠程遙控。使更新改造後泵站實現微機自動控制。
4. 結語
泵站改造工程設計是其對整體構成、材料原件使用、技術應用再次優化,運用現代新材料、新工藝、新技術、新設備完成泵站改造工程,達到功能齊全、技術先進、布局合理,是工程設計科學化、設備現代化、運行自動化;以現代化技術標準實現計算機監控。自動化系統功能齊全,技術先進、安全可靠、經濟合理、管理方便。
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