一體化排水泵站的研究與應用

方甲寶

（中鐵四局集團第一工程有限公司 安徽合肥 230041）

0 引言

隨著國家基礎設施建設和城鎮化進程的加快，傳統混凝土泵站也日益暴露出它自身難以克服的缺點如混凝土池壁容易腐蝕滲漏，造成環境污染；泵坑雜質沉積，減小了泵站容積，還導致毒性惡臭氣體揮發，帶來安全隱患；水泵長期在惡劣環境下工作，磨損和故障率增加，縮短水泵壽命。一體化預制泵站，是一種新型集成式污水、雨水自動化收集與提升的一體化泵站，較好的解決了上述問題。一體化預制泵站的主體，采用高強度纖維玻璃鋼制造預制筒體，各種設備部件一體化置于這一可移動預制筒體之內。該預制筒體豎立式埋入地下，能大幅度抵御撕裂、腐蝕及其他破壞力。由于該泵站高度集成化，泵體土建工程為傳統混凝土結構的1/10，總造價只有傳統混凝土結構的1/3～2/3；采用智能型全自動控制，水體排放根據儲水量大小進行高效自動調節，無需人工值班操作；預制筒體采用密封裝置，整體埋于地下深處，無異味溢出。因此，采用一體化預制泵站施工工法較傳統混凝土泵，施工工法有了較大的革新；下面將進行具體分析。

1 一體化排水泵站與傳統混凝土排水泵站的對比分析

一體化排水泵站與傳統的排水泵站相比，傳統混凝土泵站：①占地面積大；②建設周期長：鋼混凝土結構，泵站底板、池壁、板頂分布施工，澆注和養護需要2-3個月，現場施工相比產品工廠化生產精度差；③造價成本較高：基本是預制泵站的造價1.5～2倍以上，需要考慮的土地、建設、安裝、維護等綜合因素非常復雜；④無法處理腐蝕問題：要是排水為污水時，污水長期浸泡混凝土結構，將嚴重影響壽命，因為混凝土為多孔材料，可與土壤中的氣體和酸性物質發生反應，易腐蝕泄露；⑤后期維護費用較大：有泵房需要人值守管理，一系列的問題和費用就會衍生出來；⑥淤泥沉積問題嚴重：傳統泵站結構導致始終無法解決淤泥沉積的問題（到時候會堵塞水泵，導致系統崩潰；會有毒害氣體聚集，危害人身安全；清理起來會非常麻煩，不僅費用較大，而且必須上游停止排水，影響生產生活）；⑦選址要求非常高：拆遷是個大問題，還要考慮是否影響周圍環境，由于必須有前池，水的聚集會有大量臭氣會影響居民生活；⑧地基一旦沉降，將導致泵站無法運行。一體化排水泵站：①占地面積更小，節省土地資源，只有傳統泵站的10%；體積更小，但是可用有效容積優良；②堅固耐用。筒體采用纏繞玻璃鋼制成，堅固持久耐用，不會因為地質結構的變化導致撕裂。超強耐腐蝕；③不堵塞，免清淤。泵坑采用CFD（流體動力學）分析和設計，具有流態好、無堵塞，自清潔淤泥沉積，免除了清淤的麻煩；④工程周期短。該產品為成品供貨，廠內完成各部件的安裝調試，貨到現場只需要整體定位、掩埋，所需安裝調試時間比傳統泵站大大縮短。貨期一個月，施工10d；⑤自動化程度高。可實現異地監控與管理，還可以實現手機監控與故障報警，無需專人值守，后期管理成本大幅度降低；⑥更加安全：其合理的設計大大減少了劇毒及惡臭氣體的產生，減小人員安全風險；⑦維修方便：機泵設備和格柵設備都可以沿著導軌吊進吊出，方便維護；⑧使用壽命更長：合理的底座設計和光滑的內壁保證長期使用且無需保養；泵、格柵、管路均采用防腐材料制成，使用壽命長；可以使用50年以上；⑨費用更低：一次性投入，長期運行成本低，節能效果明顯，且在遇到拆遷或被占地的情況下可以吊裝起來進行二次填埋再次利用；⑩無噪音污染。高品質的污水泵對環境幾乎沒有影響，即使是在居民區；11○選址更方便。可以放置在很多地方，甚至是非機動車道和人行道路上；12○外觀美觀：地埋式的構造與周圍環境融為一體，美觀大方；居民甚至都不會注意到它的存在。

2 一體化排水泵站現狀分析

一體化預制泵站在歐洲有50年的使用歷史，占泵站總數的比重達70%以上。中國于2010年引進一體化預制泵站，由于其具有占地面積小，施工速度快，操作維修簡便，對于周邊環境影響小等特點，目前在國內也在廣泛應用，特別在國內南方城市有較多的案列，并且運行良好，在內地內蒙新疆等地也開始使用。一體化預制泵站的筒體大多采用采用先進的無堿強化玻璃鋼（GRP）纏繞而成，泵站主體由GRP井筒、污水潛水泵、管道、閥門、傳感器、控制系統和通風系統等部件組成，進水可根據要求設置粉碎性格柵。泵站筒體以無堿玻璃纖維無捻粗紗及其制品為增強材料，熱固性樹脂為高標號頂級樹脂，采用計算機控制整體纏繞工藝制成，確保厚度均勻并達到設計要求，結構層厚度由結構設計確定，筒體內壁光滑，不允許在內部額外加其他任何材料的支撐。筒體巴氏硬度達到40HBa以上，抗壓強度達到120MPa，環向拉伸強度達到150MPa，軸向拉伸強度達到60MPa。出廠前進行100%防滲漏實驗。確保無泄漏，保證使用壽命不低于50年。經CFD（計算機流體動力學Computational Fluid Dynamics）特殊設計的預制泵站智能化底部采用下凹式結構，可抵抗地下水的壓力而不變形，同時只允許少量的污水停留在泵坑，泵站底部采用優化自清潔設計，縮小底部面積，增大底部流速，避免沉積，實現每次啟動水泵都可以清潔泵站底部的效果，免除了人工清淤。抗浮自潔底部設計，既抗浮起又防止水泵堵塞。上部防護格柵和檢修平臺，格柵和服務平臺材料由GRP和不銹鋼304制成，不得采用鍍鋅鋼材質，防腐蝕，內置服務平臺；所以內部管路、導桿系統、提升鏈條、支架、通風管及所有緊固件材質均不得低于SUS304材質；泵站入口格柵系統根據實際環境需要設置，設置時一般采用帶有導桿系統的粉碎型格柵，人無需下井，對污物進行粉碎至12mm以下通過潛污泵泵出輸送；配套性能優越的知名品牌污水泵。

圖1 一體式泵站效果

3 一體化排水泵站的創新應用

目前一體化預制泵站單個泵井直徑最大直徑4.2m，由于交通運輸等條件的限制，筒體內空間有限，僅能安裝流量小于1.0m3/s的潛水泵，因此基本用于流量在25萬t/d以下的，超過5萬t/d的可以創新采用串聯多井筒方案，所以一體化預制泵站與傳統泵站相比較的一個劣勢在于超大流量的大于25萬t/d的雨水泵站只能做傳統泵站。

邳州市臨港產業園規劃道路下穿邳州港鐵路專用線立交工程，原初步設計排水工程是設計傳統的混凝土沉井泵站，后來考慮工期壓力、成本指標控制以及征地指標受限制等多種原因，最終考慮一體式排水預制泵站，但是又考慮到此一體化雨水提升泵站設計流量為4000m3/h，揚程H=11m，流量達到9.6萬t/d，現有常用的一體化泵站大多單筒式泵站，不能滿足我們現有泵站規模設計要求，最終優化設計定型為：泵站采用雙井筒并聯設計，單筒體規格：直徑3800mm，高度11600mm；潛污泵型號：ZUGOC250C45/4AW，單泵參數：Q=800m3/h，H=11m，N=45kW，五用一備。泵站進水口端配套一個一體化預制粉碎格柵井，直徑3800mm，高度9000mm；粉碎格柵規格型號：HDS1400/1000，N=5kW。一體化預制泵站用電負荷按二級負荷設計，因此，在排水泵站附近設置一座500kVA箱式變電站，作為泵站動力主用，另外新設一座550kW戶外靜音型柴油發電機組作為泵站動力的備用電源。一體化泵站控制柜為304不銹鋼戶外型，防雨防盜，自帶PLC裝置，雙開門，可通過人機界面進行操作.本泵站可選配手機短信報警系統和SCADA遠程監控系統，通過GPRS/GSM無線通訊實現泵站的自動報警及遠程控制功能。該系統由泵站生產商配套提供，并負責調試及培訓使用單位管理人員，動力電源就近引入控制柜。本項目一體化排水泵站與混凝土沉井泵站相比具有以下優勢：①設計先進，采用國際CFO流場計算，使得盡可能把淤泥等固體顆粒排出設備；②工控設計：采用施耐德電氣，觸摸屏設計，含通訊RS485接口。泵站應具備手動控制、自動控制和遠程檢測功能，不同控制方式之間應可以自由切換；③新型材質：泵站筒體結構由纖維纏繞玻璃鋼（GRP）制成，采用意大利VEM公司設備，全自動化控制連續纏繞成型，確保厚度均勻并達到設計的剛度，質呈穩定優良；④高度集成：泵站作為一體化設備；⑤成套提供：泵站筒體、壓力管道、檢修平臺、檢修爬梯、格柵過濾裝置、耦合系統、泵提升系統、通風裝置、防滑井蓋、照明系統等；⑥外形美觀：泵站全部埋于地下，地面只留有檢修孔和控制箱，也可選配景觀式管理房置于地上，與周圍環境相協調；⑦成本節約：泵站為成套供應，所有內部安裝調試工作在工廠內完成，現場只需將泵站整體安裝，極大地減少了土建施工周期和工程成本，降低了業主的整體投資；⑧使用壽命：泵站筒體材質為玻璃鋼材質，內部配件使用SUS304和熱鍍鋅等防腐材質，無需維護保養，正常使用壽命可達50年以上，如圖2、圖3所示。

圖2 一體式泵站平面

圖3 一體式泵站立面

由于現階段我們所使用的一體化排水泵站，在制造過程中使用了先進的科學技術。因此一體化排水泵站有很多創新應用，大大改善了我們對排水的處理效率，這些創新應用主要體現在以下幾個方面，首先是對于控制系統而言，由于一體化排水泵站與傳統的排水泵站相比，增加了遠程監測系統，一體化排水泵站的創新應用體現在了對互聯網和信息技術的應用上，也體現了能夠遠程監控的系統上，不僅有效的節省了排水泵站在運行過程中的人力，也降低了在運行過程中故障導致的損失。同時一體化排水泵站在創新方面的應用還體現在了生產材料上，當前我國的一體化排水泵站的設計原材料主要為玻璃鋼，玻璃鋼不僅在實際的應用過程中有較好的抗腐蝕性，還能夠具備很好的堅固性，保證不會因為后期污水處理壓力的增大，而導致泵站出現破裂的問題。最后是由于一體化排水泵站所使用的設計方案相對比較先進合理，因此在排水泵站進行一體化的建造過程中，各個配件的配合度也相對比較高。為了有效的降低排水泵站的體積，并且保證排水泵站中的處理系統能夠增加集成化，因此各個配件在實際的采購過程中也選定了相應的型號，而且使用性能較為優良的原材料來安裝一體化排水泵站，這樣可以保證一體化排水泵站在后期使用過程中，不會因為各個元器件的安裝不合理，而影響了一體化排水泵站的處理排水效率。

4 結束語

通過上文的研究分析，可以發現，一體式排水泵站相比于傳統排水泵站具有多方面的優勢，而且具有占地面積小，施工速度快，操作維修簡便等特點，在我國各個方面的應用越來越廣泛。而且一體化排水泵站的其他應用也十分廣闊，希望通過本文的研究分析，提高我國相關行業和科技的發展，為建設美好新中國添上一份力。