污水處理廠水泵設(shè)備的選型、安裝及運(yùn)行維護(hù)
污水處理廠水泵設(shè)備的選型、安裝及運(yùn)行維護(hù)
青島某污水廠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(jí)改造工程竣工于2011年。共有各類水泵85臺(tái)，總?cè)萘繛?038kW。通過(guò)從水泵設(shè)備的選型、安裝、運(yùn)行維護(hù)角度進(jìn)行逐一探討和分析，對(duì)于類似工程的建設(shè)和運(yùn)行管理有著實(shí)質(zhì)的意義和幫助。
二、水泵的選型
在污水處理廠中，水泵的主要用于進(jìn)水提升、三級(jí)處理提升、污泥回流、剩余污泥排放等。根據(jù)通過(guò)介質(zhì)的特點(diǎn)，大多使用專用的污水泵，如潛水排污泵和污泥螺桿泵。在具體的選型上應(yīng)遵循以下原則：
1）泵應(yīng)滿足揚(yáng)程和流量的技術(shù)要求，其運(yùn)行工作點(diǎn)應(yīng)在高效區(qū)的范圍內(nèi)。
2）水泵在長(zhǎng)期運(yùn)行中，多年平均揚(yáng)程下的裝置效率高，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用少。
1.泵穩(wěn)定運(yùn)行工況點(diǎn)的確定
水泵安裝到特定管路系統(tǒng)中，實(shí)際工作揚(yáng)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曲線與泵的H-Q曲線的交點(diǎn)是泵的運(yùn)行工況點(diǎn)（見(jiàn)圖1），即m點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量Qm和揚(yáng)程Hm，就是泵最佳的流量和揚(yáng)程；管路的NPSHa-Q曲線和泵的NPSHr-Q曲線的交點(diǎn)是輸送系統(tǒng)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。
泵的特性曲線由泵實(shí)際測(cè)試得到，一般有由泵廠家提供。管路裝置的特性曲線也應(yīng)該由實(shí)際測(cè)得，但設(shè)計(jì)前無(wú)法實(shí)測(cè)，常由經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：H=K+BQ2。
2.流量Q的選定
對(duì)于流量變化不大的場(chǎng)合，水泵流量直接根據(jù)需要的流量選定。對(duì)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?yàn)檫@樣會(huì)造成大部分的運(yùn)行偏離高效區(qū)，增加運(yùn)行費(fèi)用和能量損失。一般可取Q=Qmax/1.2。
3.揚(yáng)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(yáng)程，在實(shí)際選擇中，往往將管路的阻力系數(shù)取的偏大，另在選擇泵的型號(hào)時(shí)，又增加了一個(gè)揚(yáng)程余量，這樣造成了實(shí)際運(yùn)行的流量偏大，造成如下結(jié)果：
1）流量增大時(shí)，泵的軸功率增大，而電動(dòng)機(jī)的效率不變，所以輸入電動(dòng)機(jī)的功率必然增大。過(guò)大的功率使電動(dòng)機(jī)處于超負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，可能會(huì)造成發(fā)熱甚至燒壞電動(dòng)機(jī)。
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(yán)重影響泵的使用壽命。
因此，在選泵的揚(yáng)程時(shí)不應(yīng)過(guò)于保守，要盡量接近管路實(shí)際揚(yáng)程，一般來(lái)說(shuō)，不能超過(guò)管路實(shí)際揚(yáng)程的1.1倍。
4.選擇泵的型號(hào)
根據(jù)確定的Q和H，從泵的樣品手冊(cè)中選擇合適的泵的型號(hào)。需要注意的是，實(shí)際選擇中，原則上選擇的應(yīng)該是最接近泵的性能曲線和裝置性能曲線交點(diǎn)的泵的型號(hào)，泵的最佳運(yùn)行點(diǎn)盡量在泵的效率曲線的高效區(qū)。
三、水泵的安裝
1.安裝準(zhǔn)備工作
根據(jù)設(shè)備廠家的設(shè)備安裝圖和設(shè)計(jì)施工圖，安裝說(shuō)明書，設(shè)備明細(xì)等技術(shù)資料，制定施工方案，根據(jù)施工方案準(zhǔn)備所需的工具、器具及材料；清理安裝現(xiàn)場(chǎng)，復(fù)核預(yù)埋件尺寸。
2.基礎(chǔ)準(zhǔn)備及驗(yàn)收工作
設(shè)備基礎(chǔ)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(shè)備安裝的質(zhì)量和水泵的正常運(yùn)行。水泵的基礎(chǔ)驗(yàn)收應(yīng)包括預(yù)壓強(qiáng)度試驗(yàn)；外觀尺寸、幾何尺寸是否和圖紙一致；預(yù)埋地腳螺栓的位置、標(biāo)高和露出基礎(chǔ)的長(zhǎng)度是否超差；預(yù)留地腳螺栓孔的深度是否過(guò)淺等。對(duì)超差的基礎(chǔ)進(jìn)行修復(fù)和采取其他措施糾正。
基礎(chǔ)放線，確定安裝位置：根據(jù)建構(gòu)筑物的基準(zhǔn)軸線確定泵組的縱橫中心線，以建構(gòu)筑物的標(biāo)高或預(yù)設(shè)的標(biāo)高點(diǎn)確定設(shè)備的安裝標(biāo)高。核對(duì)設(shè)備有關(guān)尺寸，預(yù)留孔的相關(guān)位置及基準(zhǔn)軸線的相關(guān)偏差。
基礎(chǔ)表面處理：對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行處理，確保水泵的安裝精度，清理預(yù)留孔內(nèi)的雜物并保護(hù)洞口。
設(shè)置墊鐵或墊板：保證每個(gè)地腳螺栓兩側(cè)都有一組反向放置的斜墊鐵，用墊鐵來(lái)保證標(biāo)高。
3.水泵的安裝
用起重設(shè)備將水泵底座或水泵整體吊裝就位。水泵底座應(yīng)對(duì)準(zhǔn)地腳螺栓緩慢落下，直至落到預(yù)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找正，然后用斜墊鐵調(diào)整至設(shè)計(jì)高程并校核水平度，在中心線方向上使進(jìn)出口法蘭的垂直度調(diào)整好。
安裝精度的復(fù)核：將地腳螺栓依次對(duì)稱全部擰緊，再?gòu)?fù)測(cè)各個(gè)記錄，如超過(guò)允許誤差，應(yīng)在研究數(shù)據(jù)后，松開(kāi)地腳螺栓再調(diào)整至所有控制數(shù)據(jù)在地腳螺栓緊固的狀態(tài)下完全符合標(biāo)準(zhǔn)。再按照要求擰緊地腳螺栓，將最終的數(shù)據(jù)記錄。最后把斜墊鐵、基礎(chǔ)板焊接牢固。
4.電動(dòng)機(jī)的安裝
將電動(dòng)機(jī)和基礎(chǔ)板一起吊裝對(duì)準(zhǔn)地腳螺栓落下，放到斜墊鐵上，電動(dòng)機(jī)的水平位置和標(biāo)高應(yīng)服從于電動(dòng)機(jī)軸和水泵軸同軸度的調(diào)整。
精確調(diào)整兩軸之間的距離至允許范圍內(nèi)。把千分表固定到電動(dòng)機(jī)軸上，擰緊電動(dòng)機(jī)地腳螺栓，轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，測(cè)量不同軸度，松開(kāi)地腳螺栓，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，通過(guò)斜墊鐵調(diào)整電動(dòng)機(jī)的標(biāo)高和水平位置，再擰緊地腳螺栓，再測(cè)量不同軸度，如此反復(fù)，直至同軸度控制在允許的范圍內(nèi)。
電動(dòng)機(jī)調(diào)整好后，對(duì)稱擰緊地腳螺栓，重新復(fù)核數(shù)據(jù)無(wú)誤后，把基礎(chǔ)板和斜墊鐵焊接牢固。電動(dòng)機(jī)空載試運(yùn)行正常后，連接聯(lián)軸器。
5.灌漿
機(jī)組安裝完成后，清理安裝中的油污和雜物，灌漿至安裝標(biāo)高。
四、水泵的運(yùn)行管理
1.潛水泵的運(yùn)行管理
（1）泵組的優(yōu)化運(yùn)行 根據(jù)水量和液位的變化，采用變頻調(diào)速技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)泵的節(jié)能，但是由于變頻調(diào)速投資較高，不可能將所有水泵全部調(diào)速，所以通過(guò)水泵優(yōu)化組合可以將不同臺(tái)數(shù)，不同運(yùn)行速度，不同流量大小的水泵并聯(lián)運(yùn)行來(lái)滿足工況的變化。
污水廠進(jìn)水泵房采用了2臺(tái)100kW的飛力水泵，期中一臺(tái)采用變頻技術(shù)，一臺(tái)工頻運(yùn)行；5臺(tái)44kW的飛力水泵，期中一臺(tái)采用變頻技術(shù)，另4臺(tái)工頻運(yùn)行。在設(shè)計(jì)水位條件和滿足正常流量下，一般采取1臺(tái)大變頻泵、1臺(tái)大工頻泵、3臺(tái)小工頻泵運(yùn)行的方案；或者采取1臺(tái)大工頻泵，4臺(tái)小工頻泵，1臺(tái)小變頻泵運(yùn)行的模式。本機(jī)組運(yùn)行10年來(lái)，一直穩(wěn)定正常，沒(méi)有出現(xiàn)因?yàn)檫M(jìn)水量的變化而頻繁開(kāi)停泵的現(xiàn)象，節(jié)能效果也非常顯著。
?。?）液位的調(diào)節(jié)使水泵運(yùn)行在最佳工況點(diǎn) 在設(shè)備選型后，水泵的特性曲線和裝置的特性曲線的交叉點(diǎn)為最佳運(yùn)行工況點(diǎn)，但是，隨著水泵運(yùn)行時(shí)間的增加，必然伴隨著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最嚴(yán)重的參數(shù)為泵的葉輪磨損，葉輪磨損后，相當(dāng)于泵的H-Q曲線下移，使得流量和揚(yáng)程都有變小的趨勢(shì)，為了保持原有處理水量，又不增加水泵數(shù)量，可以通過(guò)調(diào)整液池浮球，增高儲(chǔ)水池液位，儲(chǔ)水池液位增高后，裝置的He-Qe曲線必然有右移的趨勢(shì)，這時(shí)，兩條曲線的交叉點(diǎn)的揚(yáng)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(yùn)行，既滿足了工藝需要，又減小了設(shè)備損耗，有利于延長(zhǎng)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)使用壽命。
（3）潛水泵的日常檢查及維護(hù)保養(yǎng) 值班人員應(yīng)做到一聽(tīng)、二看、三摸、四記錄。即聽(tīng)設(shè)備運(yùn)行噪音是否合理，看報(bào)警單元是否有泄漏和過(guò)熱報(bào)警信號(hào)，三摸導(dǎo)桿震動(dòng)是否正常，四記錄水泵運(yùn)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(bào)。
維修人員定期檢查潛水電纜松緊情況，鋼絲繩或?qū)ф準(zhǔn)欠裼心p，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(duì)地絕緣電阻是否低于1M歐；定期檢查電氣保護(hù)裝置是否可靠，定期對(duì)接線端子進(jìn)行緊固。
每半年檢查一次油室油質(zhì)，是否有泄漏，并強(qiáng)制進(jìn)行更換；檢查葉輪磨損情況，確定是否需要修補(bǔ)和更換。
每年進(jìn)行一次全面的預(yù)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(rùn)滑脂；檢查機(jī)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(bǔ)和更換；檢查電動(dòng)機(jī)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(yùn)行管理
奈莫泵（單螺桿泵）是一種容積式泵，在污水廠輸送含固體顆粒的污泥、化學(xué)藥劑方面有著廣泛的應(yīng)用。其工作原理是：螺桿工作時(shí)，液體被吸入后進(jìn)入轉(zhuǎn)子與定子形成的密封空腔，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，液體跟隨密封空腔沿著軸向由泵的吸入側(cè)向排除側(cè)運(yùn)動(dòng)，連續(xù)的吸入和排出實(shí)現(xiàn)了液體的輸送功能。
?。?）螺桿泵的變速運(yùn)行 在污水廠中，螺桿泵一般與污泥脫水機(jī)配套使用，不管是輸送需處理的污泥，還是輸送絮凝劑，對(duì)輸送介質(zhì)的流量有嚴(yán)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(jí)數(shù)有關(guān)系，而流量和轉(zhuǎn)速有嚴(yán)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(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或者通過(guò)皮帶無(wú)極調(diào)速實(shí)現(xiàn)。
?。?）運(yùn)行中的保護(hù) 在定子上一般安裝了溫度傳感器，用來(lái)探測(cè)定子的溫度，如果出現(xiàn)介質(zhì)缺少而干運(yùn)行的情況，定子和轉(zhuǎn)子的磨損會(huì)非常大，而且溫度伴隨著摩擦而越來(lái)越高，進(jìn)一步加大了磨損。所以目前基本所有螺桿泵廠家把干運(yùn)行保護(hù)定為設(shè)備采購(gòu)必備單元。
?。?）螺桿泵正常運(yùn)行對(duì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子的雙重磨損，由于加工工藝和材料的要求，目前國(guó)內(nèi)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(xù)的污泥處理單元，離心式脫水機(jī)的過(guò)流部件對(duì)沙礫的敏感性更為強(qiáng)烈。所以應(yīng)盡量減少輸送介質(zhì)中的沙礫。
螺桿泵運(yùn)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(shè)備是用來(lái)清除污水中的沙粒，一定要保證其正常運(yùn)行，以減少污泥中的沙礫，延長(zhǎng)螺桿泵的使用壽命。
五、現(xiàn)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(qiáng)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(duì)腐蝕也有很大的影響，因?yàn)樗黾恿怂膶?dǎo)電性，同時(shí)也增加了電偶的腐蝕電流。所以污水廠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(duì)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(yīng)力最大，繼而開(kāi)始進(jìn)入塑性流動(dòng)狀態(tài)。隨著沙礫動(dòng)能的消耗，沙礫的動(dòng)能逐漸轉(zhuǎn)化為金屬的塑性變形功，速度減慢直至沙礫停止壓入運(yùn)動(dòng)，且塑性變形區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大。此后，金屬表面彈性變形部分將恢復(fù)，而塑性變形將繼續(xù)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，宏觀上就表現(xiàn)為魚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，泵處于非正常工況點(diǎn)運(yùn)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(jī)封損壞、軸承損壞等其他故障，所以需采取措施對(duì)葉輪進(jìn)行修補(bǔ)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(bǔ)，用高分子材料進(jìn)行表面修復(fù)在實(shí)際使用中也取得了不錯(cuò)的效果（見(jiàn)圖3）。需注意的是，葉輪修復(fù)后需重新做動(dòng)平衡試驗(yàn)。
圖3 貝爾左納高分子材料修復(fù)后的葉輪
2.加藥原液泵底閥被堵塞
在污水廠升級(jí)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(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況后，設(shè)計(jì)了一種儲(chǔ)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，罐內(nèi)水位下降，罐內(nèi)形成負(fù)壓，在大氣壓的作用下，藥液即沿吸入管流入罐內(nèi)補(bǔ)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，需經(jīng)出水管內(nèi)液體回流返回罐內(nèi)將其充滿后，再關(guān)閉出口閥門，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)出水閥門即可。
圖4 不需灌泵的儲(chǔ)液裝置
六、結(jié)語(yǔ)
作為污水廠內(nèi)占有很大規(guī)模的泵類設(shè)備的管理，需從選型、安裝和運(yùn)行維護(hù)的每個(gè)環(huán)節(jié)入手，加強(qiáng)學(xué)習(xí)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能把污水廠的設(shè)備管好，用好，使之切實(shí)有效的為污水廠的正常運(yùn)行服務(wù)。
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