排水泵站改造可行性研究

閆學鵬

（天津市排水管理事務中心機修所，天津 300070）

隨著城市建設的不斷加快，越來越多的雨水泵站和污水泵站老化問題日益嚴重，影響到它們汛期的使用。加快泵站改造步伐，使之適應社會發展需要是亟需解決的重要問題。在已改造泵站中，包括部分大型泵站在內，由于沒有認真進行科學論證和可行性分析或論證方法不夠正確，致使改造后的泵站沒有達到預期經濟和安全目的。甚至有的泵站改造后不久，又再次提出改造申請，給國家和地方經濟造成很大損失。因此，認真總結泵站改造的經驗教訓，杜絕此類現象的再次發生，也是今后泵站改造需要注意的重要問題。

1 泵站改造的分析論證

1.1 泵站改造的分析

由于泵站自然老化嚴重，泵站能耗逐年升高，加上運行排水標準不斷提高，泵站流量和可靠性無法得到滿足。大量的調查研究和現場測試資料表明，泵站的實際技術性經濟指標距離規范標準普遍甚遠，導致泵站的安全事故隱患增多和效益面積逐年衰減。排水管理部門已經開始意識到泵站技術改造的重要性和急迫性，為了使泵站技術改造更加健康穩固發展，認真總結泵站改造的經驗教訓特別是泵站技術改造的主要經驗和存在問題是十分必要的。泵站改造應遵循經濟合理、安全可靠、技術先進、管理方便、美觀實用的原則，綜合考慮當前的條件和將來的經濟發展，避免出現重復改造，充分利用原有設施并保證新老設施配合良好，科學處理工程施工與正常排水運用之間的矛盾，并在汛期之前完工。改造后的泵站應達到設計的功能及目標，處理好節約能源、適當增加流量、安全運行等之間的關系。水泵、電機、傳動、管道、進出水池等任何一方面的參數改變都會引起其他參數的改變，進而影響泵站效率。如，泵站流量的增大可以提高排水標準，擴大收益范圍，但流量的增加會增加管路損失，降低裝置效率，增加能源消耗，增加運行成本。

1.2 泵站改造的論證

泵站作為排水的重要設施，在社會和經濟發展中扮演著重要角色。國民經濟和現代科學技術的發展特別是計算機和通信技術的發展，為提高泵站的現代化水平打下了堅實基礎。但是，由于以往對使用性考慮不夠，沒有充分發揮其節能和保護的監控作用。隨著時間的增加，泥沙淤積、水位變化、水質污染等問題給泵站改造帶來了較大難度。因此，認真研究各種條件的變化，協調各方面利益和借鑒相應技術措施是非常必要的。審查泵站是否需要技術改造以及如何進行改造時，首先要根據泵站建成以來的實際運行情況和今后發展的要求，對泵站的進水池水位、揚程、流量、裝置以及重要技術經濟指標等進行復核，在取得充分資料的基礎上論證泵站技術改造方案。

1.3 影響泵站改造的具體因素

對于計劃改造的泵站，應首先對機組選型、傳動方式、管道及管線布置是否合理進行分析復核，主要從以下幾個方面進行考察：①水泵的設計揚程與泵站實際需要揚程；②水泵實際運行性能與水泵的樣本提供的性能；③水泵汽蝕性能與水泵實際安裝高度；④水泵性能指標與目前產品先進指標的差距；⑤水泵與動力機配套是否合理；⑥傳動設備是否完善。

由于設備制造和安裝質量的差異以及各泵站水流狀態對裝置工作性能的影響，根據通用資料分析確定的水泵工作點參數與實際運行情況會存在一定差別。為了準確掌握泵站的技術狀態，改造前應現場測定水泵揚程、流量、功率、轉數、效率以及振動等有關參數，以便正確研究和制定泵站改造方案和技術措施。泵站改造后，應通過驗收來考察泵站的監測和監控、故障分析和處理、優化調度和運行情況，以達到經濟、安全、節能、高效的目的。

另外，為了總結泵站設計經驗、提高設計水平，需對泵站進行現場測試。泵站功率通常包括水泵軸功率和電動機輸入功率，水泵軸功率可以在泵軸上測出扭距和轉數后求得，也可通過測量電動機輸入功率得到。功率測量法很多，水泵軸功率測量的常用方法有損耗分析法、扭距儀表法等。

2 泵站改造的可行性

2.1 泵站改造的技術性

泵站技術改造和其他工程項目一樣，只有在技術上合理和經濟上可行時才能實施。其中，技術上的合理性屬于專業知識和技術問題的研究范疇，經濟上的可行性需要根據該工程項目在一定時期內的經濟效益進行評價分析。

對泵站技術改造而言，主要是根據泵站的具體情況和建設單位的實際需要，制定不同的改造方案。隨后，分析各方案的投資和效益，在規定的年限內獲得的效益大于投資，說明經濟上是可行的。對于目標相同的各種改造方案來說，則是分析比較并選擇相對的最優方案。需要說明的是，用經濟比較的方法選擇最優方案，僅僅是從經濟角度考慮的，沒有涉及工程的可靠性、先進性等問題。

隨著社會經濟的發展，一個地區通常都有增大泵站流量的要求，以達到提高排水標準或擴大受益范圍的目的。增大水泵流量的方法很多，如增大水泵葉輪直徑、增加水泵轉速、加大葉片安裝的角度、擴大管路直徑、減少管路損失。但是，如果僅僅增大水泵流量而進出水管道或過水斷面無法增大時，管道或流道內流速將會隨之增大，不僅會增加管路損失，降低管路效率，還有可能在管道或流道內產生旋渦，引起水泵機組振動，影響泵站的可靠性。改造泵站首先應做好規劃，論證其在地區規劃中的必要性和可行性。泵站改造前，應收集與整理其運行資料和實際狀況，對泵站樞紐土建工程、抽水裝置、輸變電系統及其配套設備等進行全面分析研究并做出評價，對泵站拍門、閘門、啟閉機、進出水管道等老化狀況及完好程度做出鑒定，對泵房、閘門、進水池和出水池等根據觀測資料分析評估因地質情況造成的沉陷、裂縫、老化等問題，對泵站主電動機及配套設備根據技術資料、歷年預防性試驗記錄分析確定設備的完好程度，按水泵的要求校核電動機功率是否合理。

2.2 泵站改造的安全性

泵站安全是泵站效益得到充分發揮的重要保障。泵站經過多年運行，機電設備和建筑物都有不同程度的老化和損害，將會影響泵站的正常運行，輕則停機檢修更換零件，給運行管理帶來麻煩，重則可能造成水泵、電機等重要設備損壞，甚至造成人員傷亡。長時間被迫停機，影響受益范圍內的生產，造成地區性的經濟損失。因此，泵站技術改造不僅要解決節約能源和降低運行成本的問題，還要把提高泵站安全可靠性作為改造的主要內容。只有在泵站安全運行得到保障的前提下，才能提高泵站效率，減少能量消耗，降低水費成本，提高經濟效益。由于老化失修，電氣設備經常出現故障，迫使水泵停止運行，從而影響泵站效益發揮，出現人身傷亡事故的幾率更大。一旦事故發生，需要及時修復或更換，也會增加水泵的開支。水泵的安全最終反映在效益降低和費用增加方面，實際上也是一個經濟問題。因此，對于安全無保障的泵站進行安全改造是十分必要的。

泵站管理包括維護管理和運行管理。其中，維護管理包括日常維護和大修理等，做好日常維護和大修工作，可以避免機組及電器設備出現重大事故，確保泵站安全生產；運行管理主要任務是在運行期間監視機組的運行參數并將參數調整到最優運行狀態，減少水泵運行成本，因此泵站管理與經濟和安全是密切相關的。

2.3 泵站改造的經濟性

泵站運行成本包括電費、維修費、行政管理費。其中，電費所占比例最大，大致范圍為50%～80%，因此降低泵站的能耗是減少運行費用、降低泵站水費成本的重要措施。對于一般的排水泵站而言，在改造前后泵站流量和凈揚程不變的情況下，降低泵站能耗的主要措施是提高泵站效率。但是，若改造前后泵站流量揚程發生了變化，則降低泵站能耗不僅需要提高泵站效率，還要減少單位水量的能耗才能真正達到減少電費的目的。提高泵站效率必須根據現場測試數據，具體分析泵站各部分能量損失，找出主要矛盾，采取技術措施進行技術改造。如果水泵性能或泵站揚程發生變化，那么水泵流量揚程、軸功率和效率均會發生變化。而軸功率的變化又會引起傳動裝置功率和電動機負荷技術的變化，從而引起電動機效率變化。另外，水泵揚程的變化也會引起管路效率和進出水池效率變化。因此，在對電動機、傳動裝置、水泵、管路和進出水池等任何單項進行技術改造時，都必須考慮其對相關效率的影響。

泵站改造的經濟目標包括擴大經濟效益和降低經濟成本，根據社會經濟發展的需要，通過泵站技術改造，增加泵站流量，擴大排水范圍，提高排水標準，促進地區經濟進一步發展。擴大受益范圍的主要途徑是增加泵站流量，提高排水標準的主要途徑是提高泵站揚程。泵站電費是泵站水費成本的主要部分，因此節約用電是降低泵站水費成本的主要途徑。對于流量、揚程不變的泵站而言，提高泵站效益是降低能源消耗的主要措施。因此，為了節約能源，常常需要對能源消耗大的泵站進行改造。反映泵站能耗大小的指標主要有泵站裝置效益、能源單耗和單位水量耗電量等。

3 結語

對已經改造好的泵站，必須全面檢查已完工程的施工和安裝質量是否符合設計要求、能否投入運行以及管理單位是否做好工程交接工作。改造工程與原有保留工程設備結合部位的施工和安裝質量對泵站安全運行關系重大，因此在工程驗收時應列出專項或專題進行審查評定。在今后的防汛工作中，泵站的工作效率直接影響到城市的發展，所以合理的泵站改造能夠保障泵站可持續發展，提升城市人民的安全感和幸福感，使社會效益和經濟效益最大化。