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污水處理廠(chǎng)水泵設備的選型、安裝及運行維護

　　青島某污水廠(chǎng)一期工程日處理污水5萬(wàn)t/d，竣工于2002年；二期工程日處理污水5萬(wàn)t/d，竣工于2008年；一、二期升級改造工程竣工于2011年。共有各類(lèi)水泵85臺，總容量為1038kW。通過(guò)從水泵設備的選型、安裝、運行維護角度進(jìn)行逐一探討和分析，對于類(lèi)似工程的建設和運行管理有著(zhù)實(shí)質(zhì)的意義和幫助。

　　二、水泵的選型

　　在污水處理廠(chǎng)中，水泵的主要用于進(jìn)水提升、三級處理提升、污泥回流、剩余污泥排放等。根據通過(guò)介質(zhì)的特點(diǎn)，大多使用專(zhuān)用的污水泵，如潛水排污泵和污泥螺桿泵。在具體的選型上應遵循以下原則：

　　1）泵應滿(mǎn)足揚程和流量的技術(shù)要求，其運行工作點(diǎn)應在高效區的范圍內。

　　2）水泵在長(cháng)期運行中，多年平均揚程下的裝置效率高，運行維護費用少。

　　1.泵穩定運行工況點(diǎn)的確定

　　水泵安裝到特定管路系統中，實(shí)際工作揚程和流量不僅與泵本身的性能有關(guān)，還與管路的特性有關(guān)。管路的He-Qe曲線(xiàn)與泵的H-Q曲線(xiàn)的交點(diǎn)是泵的運行工況點(diǎn)（見(jiàn)圖1），即m點(diǎn)對應的流量Qm和揚程Hm，就是泵最佳的流量和揚程；管路的NPSHa-Q曲線(xiàn)和泵的NPSHr-Q曲線(xiàn)的交點(diǎn)是輸送系統的臨界氣蝕點(diǎn)，泵的工作流量必須小于Qd，否則會(huì )發(fā)生氣蝕。

　　泵的特性曲線(xiàn)由泵實(shí)際測試得到，一般有由泵廠(chǎng)家提供。管路裝置的特性曲線(xiàn)也應該由實(shí)際測得，但設計前無(wú)法實(shí)測，常由經(jīng)驗公式進(jìn)行估算：H=K+BQ2。

 

 

2.流量Q的選定

　　對于流量變化不大的場(chǎng)合，水泵流量直接根據需要的流量選定。對于進(jìn)水提升泵，流量具有不定性和時(shí)間周期性，即高點(diǎn)和低點(diǎn)的差異較大，此時(shí)，不能以最高點(diǎn)流量為選型值，因為這樣會(huì )造成大部分的運行偏離高效區，增加運行費用和能量損失。一般可取Q=Qmax/1.2。

　　3.揚程H的確定

　　流量確定后，確定泵的進(jìn)出口管徑，完成整個(gè)管路的布置，確定揚程，在實(shí)際選擇中，往往將管路的阻力系數取的偏大，另在選擇泵的型號時(shí)，又增加了一個(gè)揚程余量，這樣造成了實(shí)際運行的流量偏大，造成如下結果：

　　1）流量增大時(shí)，泵的軸功率增大，而電動(dòng)機的效率不變，所以輸入電動(dòng)機的功率必然增大。過(guò)大的功率使電動(dòng)機處于超負荷的運行狀態(tài)，可能會(huì )造成發(fā)熱甚至燒壞電動(dòng)機。

　　2）如果流量大到超過(guò)Qd，會(huì )發(fā)生氣蝕產(chǎn)生振動(dòng)，嚴重影響泵的使用壽命。

　　因此，在選泵的揚程時(shí)不應過(guò)于保守，要盡量接近管路實(shí)際揚程，一般來(lái)說(shuō)，不能超過(guò)管路實(shí)際揚程的1.1倍。

　　4.選擇泵的型號

　　根據確定的Q和H，從泵的樣品手冊中選擇合適的泵的型號。需要注意的是，實(shí)際選擇中，原則上選擇的應該是最接近泵的性能曲線(xiàn)和裝置性能曲線(xiàn)交點(diǎn)的泵的型號，泵的最佳運行點(diǎn)盡量在泵的效率曲線(xiàn)的高效區。

　　三、水泵的安裝

　　1.安裝準備工作

　　根據設備廠(chǎng)家的設備安裝圖和設計施工圖，安裝說(shuō)明書(shū)，設備明細等技術(shù)資料，制定施工方案，根據施工方案準備所需的工具、器具及材料；清理安裝現場(chǎng)，復核預埋件尺寸。

　　2.基礎準備及驗收工作

　　設備基礎是承載水泵的載荷和吸收震動(dòng)的載體，其施工質(zhì)量直接影響設備安裝的質(zhì)量和水泵的正常運行。水泵的基礎驗收應包括預壓強度試驗；外觀(guān)尺寸、幾何尺寸是否和圖紙一致；預埋地腳螺栓的位置、標高和露出基礎的長(cháng)度是否超差；預留地腳螺栓孔的深度是否過(guò)淺等。對超差的基礎進(jìn)行修復和采取其他措施糾正。

　　基礎放線(xiàn)，確定安裝位置：根據建構筑物的基準軸線(xiàn)確定泵組的縱橫中心線(xiàn)，以建構筑物的標高或預設的標高點(diǎn)確定設備的安裝標高。核對設備有關(guān)尺寸，預留孔的相關(guān)位置及基準軸線(xiàn)的相關(guān)偏差。

　　基礎表面處理：對設備表面進(jìn)行處理，確保水泵的安裝精度，清理預留孔內的雜物并保護洞口。

　　設置墊鐵或墊板：保證每個(gè)地腳螺栓兩側都有一組反向放置的斜墊鐵，用墊鐵來(lái)保證標高。

　　3.水泵的安裝

　　用起重設備將水泵底座或水泵整體吊裝就位。水泵底座應對準地腳螺栓緩慢落下，直至落到預先放置的墊鐵上，螺栓初擰后，卸去吊具。

　　水泵就位后，首先找正泵的水平位置，按照安裝縱橫中心線(xiàn)找正，然后用斜墊鐵調整至設計高程并校核水平度，在中心線(xiàn)方向上使進(jìn)出口法蘭的垂直度調整好。

　　安裝精度的復核：將地腳螺栓依次對稱(chēng)全部擰緊，再復測各個(gè)記錄，如超過(guò)允許誤差，應在研究數據后，松開(kāi)地腳螺栓再調整至所有控制數據在地腳螺栓緊固的狀態(tài)下完全符合標準。再按照要求擰緊地腳螺栓，將最終的數據記錄。最后把斜墊鐵、基礎板焊接牢固。

　　4.電動(dòng)機的安裝

　　將電動(dòng)機和基礎板一起吊裝對準地腳螺栓落下，放到斜墊鐵上，電動(dòng)機的水平位置和標高應服從于電動(dòng)機軸和水泵軸同軸度的調整。

　　精確調整兩軸之間的距離至允許范圍內。把千分表固定到電動(dòng)機軸上，擰緊電動(dòng)機地腳螺栓，轉動(dòng)電動(dòng)機，測量不同軸度，松開(kāi)地腳螺栓，根據測量的數據，通過(guò)斜墊鐵調整電動(dòng)機的標高和水平位置，再擰緊地腳螺栓，再測量不同軸度，如此反復，直至同軸度控制在允許的范圍內。

　　電動(dòng)機調整好后，對稱(chēng)擰緊地腳螺栓，重新復核數據無(wú)誤后，把基礎板和斜墊鐵焊接牢固。電動(dòng)機空載試運行正常后，連接聯(lián)軸器。

　　5.灌漿

　　機組安裝完成后，清理安裝中的油污和雜物，灌漿至安裝標高。

　　四、水泵的運行管理

　　1.潛水泵的運行管理

　　（1）泵組的優(yōu)化運行 根據水量和液位的變化，采用變頻調速技術(shù)可以實(shí)現泵的節能，但是由于變頻調速投資較高，不可能將所有水泵全部調速，所以通過(guò)水泵優(yōu)化組合可以將不同臺數，不同運行速度，不同流量大小的水泵并聯(lián)運行來(lái)滿(mǎn)足工況的變化。

　　污水廠(chǎng)進(jìn)水泵房采用了2臺100kW的飛力水泵，期中一臺采用變頻技術(shù)，一臺工頻運行；5臺44kW的飛力水泵，期中一臺采用變頻技術(shù)，另4臺工頻運行。在設計水位條件和滿(mǎn)足正常流量下，一般采取1臺大變頻泵、1臺大工頻泵、3臺小工頻泵運行的方案；或者采取1臺大工頻泵，4臺小工頻泵，1臺小變頻泵運行的模式。本機組運行10年來(lái)，一直穩定正常，沒(méi)有出現因為進(jìn)水量的變化而頻繁開(kāi)停泵的現象，節能效果也非常顯著(zhù)。

　　（2）液位的調節使水泵運行在最佳工況點(diǎn) 在設備選型后，水泵的特性曲線(xiàn)和裝置的特性曲線(xiàn)的交叉點(diǎn)為最佳運行工況點(diǎn)，但是，隨著(zhù)水泵運行時(shí)間的增加，必然伴隨著(zhù)水泵效率的降低及過(guò)流部件的磨損，其中影響泵特性曲線(xiàn)最嚴重的參數為泵的葉輪磨損，葉輪磨損后，相當于泵的H-Q曲線(xiàn)下移，使得流量和揚程都有變小的趨勢，為了保持原有處理水量，又不增加水泵數量，可以通過(guò)調整液池浮球，增高儲水池液位，儲水池液位增高后，裝置的He-Qe曲線(xiàn)必然有右移的趨勢，這時(shí)，兩條曲線(xiàn)的交叉點(diǎn)的揚程變小，流量保持不變。這樣可以保證水泵一直在最佳的工況點(diǎn)運行，既滿(mǎn)足了工藝需要，又減小了設備損耗，有利于延長(cháng)設備的經(jīng)濟使用壽命。

　　（3）潛水泵的日常檢查及維護保養 值班人員應做到一聽(tīng)、二看、三摸、四記錄。即聽(tīng)設備運行噪音是否合理，看報警單元是否有泄漏和過(guò)熱報警信號，三摸導桿震動(dòng)是否正常，四記錄水泵運行的流量和電流。以上檢查如有問(wèn)題，需及時(shí)進(jìn)行分析原因并上報。

　　維修人員定期檢查潛水電纜松緊情況，鋼絲繩或導鏈是否有磨損，是否固定好，是否有垃圾；定期檢查水泵的三相相間電阻是否平衡，對地絕緣電阻是否低于1M歐；定期檢查電氣保護裝置是否可靠，定期對接線(xiàn)端子進(jìn)行緊固。

　　每半年檢查一次油室油質(zhì)，是否有泄漏，并強制進(jìn)行更換；檢查葉輪磨損情況，確定是否需要修補和更換。

　　每年進(jìn)行一次全面的預防性檢修，包括：更換所有O型密封圈；檢查軸承磨損情況，并添加新的潤滑脂；檢查機械密封磨損狀況，確定是否需要更換；檢查葉輪的磨損情況，檢查葉輪也泵體之間的密封環(huán)磨損狀況，卻是是否需要修補和更換；檢查電動(dòng)機定子絕緣情況，是否有掃膛損傷痕跡；檢查泵底是否有積砂和污堵，檢查池底是否有沉砂，是否需要停水清淤。

　　2.螺桿泵的運行管理

　　奈莫泵（單螺桿泵）是一種容積式泵，在污水廠(chǎng)輸送含固體顆粒的污泥、化學(xué)藥劑方面有著(zhù)廣泛的應用。其工作原理是：螺桿工作時(shí)，液體被吸入后進(jìn)入轉子與定子形成的密封空腔，由于轉子的轉動(dòng)，液體跟隨密封空腔沿著(zhù)軸向由泵的吸入側向排除側運動(dòng)，連續的吸入和排出實(shí)現了液體的輸送功能。

　　（1）螺桿泵的變速運行 在污水廠(chǎng)中，螺桿泵一般與污泥脫水機配套使用，不管是輸送需處理的污泥，還是輸送絮凝劑，對輸送介質(zhì)的流量有嚴格的控制。螺桿泵的輸送流量和輸送壓力無(wú)關(guān)，輸送壓力只與螺桿泵的級數有關(guān)系，而流量和轉速有嚴格的正比例關(guān)系。所以需要控制輸送流量時(shí)只需通過(guò)配備變頻器調節電動(dòng)機轉速或者通過(guò)皮帶無(wú)極調速實(shí)現。

　　（2）運行中的保護 在定子上一般安裝了溫度傳感器，用來(lái)探測定子的溫度，如果出現介質(zhì)缺少而干運行的情況，定子和轉子的磨損會(huì )非常大，而且溫度伴隨著(zhù)摩擦而越來(lái)越高，進(jìn)一步加大了磨損。所以目前基本所有螺桿泵廠(chǎng)家把干運行保護定為設備采購必備單元。

　　（3）螺桿泵正常運行對工藝前置處理單元的要求 螺桿泵的定子一般為橡膠材質(zhì)，轉子為不銹鋼材質(zhì)，如果輸送介質(zhì)中含有砂粒，會(huì )造成定子和轉子的雙重磨損，由于加工工藝和材料的要求，目前國內生產(chǎn)的替代品的質(zhì)量還不過(guò)關(guān)，進(jìn)口備件價(jià)格昂貴；而且在后續的污泥處理單元，離心式脫水機的過(guò)流部件對沙礫的敏感性更為強烈。所以應盡量減少輸送介質(zhì)中的沙礫。

　　螺桿泵運行前置工藝處理單元中曝氣沉砂池的吸砂泵和砂水分離器設備是用來(lái)清除污水中的沙粒，一定要保證其正常運行，以減少污泥中的沙礫，延長(cháng)螺桿泵的使用壽命。

　　五、現場(chǎng)使用中兩種水泵故障分析及解決措施

　　1.葉輪腐蝕和磨損

　　由于污水含有強烈的腐蝕性，回流污泥中氧的濃度也比較大，增大了葉輪的腐蝕過(guò)程。而且，溶于水的鹽對腐蝕也有很大的影響，因為它增加了水的導電性，同時(shí)也增加了電偶的腐蝕電流。所以污水廠(chǎng)的葉輪的腐蝕速度很大。

　　市政污水中還含有較多的沙礫，加大了對葉輪的磨損，在水泵的作用下以不同的角度沖擊葉輪表面，金屬首先在撞擊點(diǎn)發(fā)生彈性變形，接觸面的中心受應力最大，繼而開(kāi)始進(jìn)入塑性流動(dòng)狀態(tài)。隨著(zhù)沙礫動(dòng)能的消耗，沙礫的動(dòng)能逐漸轉化為金屬的塑性變形功，速度減慢直至沙礫停止壓入運動(dòng)，且塑性變形區進(jìn)一步擴大。此后，金屬表面彈性變形部分將恢復，而塑性變形將繼續保留，形成沖擊凹坑，凹坑邊緣還有擠出的金屬堆積物。在沙礫的不斷沖擊下，這些金屬堆積物因受新的擠壓變形和位移而從金屬表面脫落，同時(shí)，在較小的沙礫沖擊下，凸起的堆積物受剪切折斷，形成金屬磨削，宏觀(guān)上就表現為魚(yú)鱗狀的小坑和短程溝槽，并有蜂窩狀麻點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。

 

　　圖2 葉輪磨損照片

　　葉輪腐蝕和磨損后，改變泵的性能曲線(xiàn)，泵處于非正常工況點(diǎn)運行，同時(shí)，由于葉輪的磨損，造成了葉輪的動(dòng)不平衡，產(chǎn)生振動(dòng)，容易造成機封損壞、軸承損壞等其他故障，所以需采取措施對葉輪進(jìn)行修補或更換。

　　葉輪的表面可通過(guò)噴丸、滲碳或熱噴涂等方式進(jìn)行修補，用高分子材料進(jìn)行表面修復在實(shí)際使用中也取得了不錯的效果（見(jiàn)圖3）。需注意的是，葉輪修復后需重新做動(dòng)平衡試驗。

 

　　圖3 貝爾左納高分子材料修復后的葉輪

　　2.加藥原液泵底閥被堵塞

　　在污水廠(chǎng)升級改造工藝中，用來(lái)提升三氯化鐵原液的離心泵因底閥頻繁被堵住卡死而造成泵打不上藥的故障，原因是底閥極易被三氯化鐵固化顆粒磨損和卡住而漏水，離心泵添加引水失效，造成離心泵無(wú)法使用。

　　分析現場(chǎng)實(shí)際情況后，設計了一種儲液裝置（見(jiàn)圖4），而不用另行灌水，在使用中效果非常好。工作原理：泵啟動(dòng)后，緩慢代開(kāi)出水閥門(mén)，罐內水位下降，罐內形成負壓，在大氣壓的作用下，藥液即沿吸入管流入罐內補充液位，這樣泵既即可正常工作。需要注意的是，停泵后，不能馬上關(guān)閉出水閥門(mén)，需經(jīng)出水管內液體回流返回罐內將其充滿(mǎn)后，再關(guān)閉出口閥門(mén)，這樣下次啟動(dòng)時(shí)不必灌水，直接啟動(dòng)水泵再緩慢開(kāi)出水閥門(mén)即可。

 

　　圖4 不需灌泵的儲液裝置

　　六、結語(yǔ)

　　作為污水廠(chǎng)內占有很大規模的泵類(lèi)設備的管理，需從選型、安裝和運行維護的每個(gè)環(huán)節入手，加強學(xué)習，總結經(jīng)驗，才能把污水廠(chǎng)的設備管好，用好，使之切實(shí)有效的為污水廠(chǎng)的正常運行服務(wù)。