泵站的設計,循環(huán)泵站的設計,泵站的設計案例

循環(huán)泵站的設計案例資料：山西某氧化鋁廠的焙燒及石灰燒制工段循環(huán)水泵站。
(1)設計水量石灰燒制工段循環(huán)水系統(tǒng)的初期水量為153m3/h，終期水量為230m3/h；焙燒工段循環(huán)水系統(tǒng)的初期水量為680m3/h，終期水量為l020m3/h。
(2)供水壓力 石灰燒制工段供水壓力為350kPa；焙燒工段供水壓力為400kPa。
(3)循環(huán)泵泵房設計地點的地面相對高程為-0.150m，泵房±0.O0相當于_高程436.45m，冷卻塔Ⅷ±0.00相當于_高程437.50m。
(4)石灰燒制工段不利熱水出水管到熱水池之間距離L =400m，熱水出水管起點管
底相對標高為-1.3m。
(5)石灰燒制工段與焙燒工段循環(huán)冷水輸水管與管網(wǎng)總水頭損失大用水時為50kPa，冷水池低水位至石灰燒制工段不利用水點高差7.0m冷卻塔進水口標高0.57m，進水口設計壓力75kPa。
(6)冷卻塔進水溫度45℃，出水溫度35℃。
(注：本例題計算主要以石灰燒制工段循環(huán)水系統(tǒng)為例)
1．水池設計水位
根據(jù)車間熱水自流排入熱水池確定熱水池高水位。
已知石灰燒制工段循環(huán)水量230m3/h，查水力計算表，選定熱水池管進水管為DN400鑄鐵管，v=0.93m/s，i=0.003，充滿度h/D=0.55。
石灰燒制工段不利熱水出水管到熱水池之間距離：L=400m
管道坡降為：i×L=0.003×400=1.2m，熱水出水管起點管底相對標高為-1.3m；
熱水池進水管底標高=-1.3-1.2=-2.5m
則熱水池的高水位設計為-2.5m。假定熱水池有效水深2.4m，則熱水池低水位為-4.90m，池底標高一5．0m。為方便循環(huán)泵房布置，冷水池的低水位、池底標高與熱水池相同，冷水池高水位為-0.50m。焙燒工段循環(huán)水系統(tǒng)的冷水池高水位也可設計為-0.50m，熱水池高水位為-2.50m，低水位均為-4.90m。
2．設計流量的確定與設計揚程的估算
(1)設計流量泵站設計流量見表6-23。
表6-23 泵站設計流量
工段名稱 初期設計流量/(m3/h) 終期設計流量/(m3/h)
石灰燒制
焙燒 153
680 230
1020

(2)設計揚程
①石灰燒制工段循環(huán)冷水池低水位至設計不利用水點地面高差：Zc=7m=70kPa；石灰燒制工段用水設計壓力：Hc=350kPa
初估泵站內管路的水頭損失：∑h=30kPa；
輸水與管網(wǎng)管路的總水頭損失：∑hc=50kPa；
考慮增加20kPa的安全水頭；
石灰燒制循環(huán)冷水泵揚程：Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc+20=70+350+30+50+20=520kPa
②石灰燒制循環(huán)熱水池低水位至冷卻塔設進水口高差：Zc=0.57+4.9=5.47m=54.7kPa；進水設計壓力：Hc=75kPa；
初估熱水泵站內水頭損失：∑h=20kPa；
輸水管的設計流量Q=230m3/h，選用DN250鋼管，則流速v=1.29m/s，i=0.106kPa/m。輸水管DN250直管長：L14-16=15.5m；4個DN250 90°彎頭(ξ13-0.87)，DN250×DN250三通1個(ξ15=1.50)
沿程水頭損失：15.5×0.106=1.64kPa
局部水頭損失：(4×0.87+1.5)×1.292/2g=0.423m=4.23kPa
輸水管DN250總水頭損失：l.64+4.23=5.87kPa
冷卻塔的送水管設計流量：Q=230/2=115m3/h，選用DN200鋼管，則流速v=2.08m/s，i=0.348kPa/m。DN200直管長：L17-20=9.87m；DN250×DN200漸縮l個(ξ17=0.17)，2個DN200 90。彎頭(ξ18=0.72)，DN200蝶閥(ξ19=0.30)，出口(ξ20=1.0)
沿程水頭損失：9.87×0.348=3.43kPa
局部水頭損失：(ξ17+2ξ18+ξ19+ξ20)×v2/2g
=(0.17+2× 0.72+0.30+1.0)×2.082/2g=0.643m=6.43kPa
冷卻塔的送水管總水頭損失：3.43+6.43=9.86kPa
輸水管與冷卻塔的送水管總水頭損失：∑hc=5.87+9.86=15.73kPa
石灰燒制循環(huán)熱水泵揚程：
Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc=54.7+75+20+15.73=165.43kPa
(焙燒工段循環(huán)水系統(tǒng)的計算略)
3．初選水泵與電機
循環(huán)水泵站的供水特點是供水壓力比較穩(wěn)定，一般可選用同型號的水泵機組并聯(lián)工作。依據(jù)流量、揚程按水泵綜合性能圖選擇水泵型號，每套循環(huán)水系統(tǒng)初步選定4臺工作泵，近期3臺，2臺工作，l臺備用，’遠期增加1臺同型號S型雙吸離心泵，3臺工作，1臺備用。各水泵能參數(shù)見表6—24。
采用水泵廠家所指定的配套電機，其參數(shù)見表6—25。
表6—24 水泵性能參數(shù)
編號 水泵型號 水泵類型 規(guī) 格 轉速/(r/min) 軸功率/kW 效率/％ 汽蝕余量NPS
(NPSH)s/m I
IS100-80-125 熱水泵 流量Q=60～100～120m3/h
揚程H=24～20～16.5m 2900 5.86～7.0～
7.28 67～78～74 4.0～4.5～5.0
Ⅱ IS100-65-200 冷水泵 流量Q=60～100 120m3/h
揚程H-54～50--47m 2900 13.6～17.9～
19.9 65～76～77 3.0～3.6～4.8
Ⅲ
IS200-150-400

冷水泵
流量Q=240～400～460m3/h
揚程H=55～50～45m 1450 48.6～67.2～74.2 74～81～76 3.O～3.8～4.5
Ⅳ IS200-150-315 熱水泵 流量Q=240～400～460m3/h
揚程H=37～32～28.5m 1450 34.6～42.54～44.6 70～82～80 3.O～3.5～4.0

表6-25 電機配置
編號 清水離心泵水泵型號 軸功率/kW 電機型號 電機功率/kW 轉速/(r/min)
I Ⅱ Ⅲ Ⅳ IS100-80-125
IS100-65-200
IS200-150-400
IS200-150-315 5.86～7.0～7.28
13.6～17.9～19.9
48.6～67.2～74.2
34.6～42.54～44.6 Y160M1-2
Y180M-2
Y280M-4
Y250M-4 11
22
90
55 2930
2950
1480
1480

4．吸水管、壓水管計算
壓水管每臺水泵有單獨吸水管和壓水管，采用海澄一威廉公式(C一100)計算吸水管和壓水管管徑。
(1)吸水管
石灰燒制工段循環(huán)水系統(tǒng)：設計流量Q1=230/3=77m3/h=21．39L/s
采用DNl50鋼管，則流速v=l.26m/s，i=0.194kPa/m
焙燒工段循環(huán)水系統(tǒng)：設計流量Q1=1020/3=340m3/h=94.4L/s
采用DN300鋼管，則流速v=1.29m/s，i=0.087kPa/m
(2)壓水管
石灰燒制工段循環(huán)水系統(tǒng)：采用DNl50鋼管，則流速v=1.26m/s，i=0.194kPa/m
焙燒工段循環(huán)水系統(tǒng)：采用DN250鋼管，則流速v=1.89m/s，i=0.220kPa/m
(3)橫向聯(lián)絡管與輸水管計算見表6—26。
表6-26橫向聯(lián)絡管與輸水管管徑計算 。
循環(huán)系
統(tǒng)名稱 橫向聯(lián)絡管 輸水管
流量/(m3/h) 管徑/mm 流速 /(m/s) Z/(kPa/m) 流量
/(m3/h) 管徑
/mm 流速
/(m/s) i
/(kPa/m)
石灰燒制循環(huán)熱(冷)水 153 200 1.39 0.161 230 250 1.29 0.106
焙燒循環(huán)冷(熱)水 680 400 1.46 0.078 1020 500 1.39 0.O55

5．水泵機組和管道布置
水泵采用單排順列式布置。每臺離心泵都單獨設有吸水管，并設有檢修閥門，即管徑300mm以下采用D343X-10型蝶閥，300mm以上采用D97X-10電動蝶閥。壓水管設有H44T-10型止回閥，管徑300mm以下采用D343X-10型蝶閥，管徑300mm以上采用D97X-10電動蝶閥；壓力表。
6．吸水管與壓水管路中的水頭損失計算
以石灰燒制循環(huán)水系統(tǒng)為例，取不利線路，從吸水口到輸水干管上切換閥為計算線路。
(1)循環(huán)冷水系統(tǒng)不利線路。
①吸水管路水頭損失為：
∑hs=∑hfs+∑hls
吸水管DNl50直管長L1+L2=2.5+1.6=4.1m，is=0.194kPa/m
吸水管的沿程水頭損失：
∑hts=is(L1+L2)=0.194×4.1-0.80kPa
吸水管路的局部水頭損失∑允l。的計算見表6—27。
表6—27 吸水管路局部水頭損失計算
管道直徑
DN/mm 管件 阻力系數(shù)車 流量/(L/s) 流速v/(m/s) V2/2g
水頭損失
150 吸水喇叭口 ε1-0.56 21.39 1.26 0.08 0.045
90°彎頭 ε2-0.72 21.39 1.26 0.08 0.058
蝶閥 ε3-0.30 21.39 1.26 0.O8 0．O06
150×100 偏心漸縮管 ε4-0.17 21.39 2.78 0.39 0．O66
合計 ∑his=0.175
(即1.75kPa)

吸水管的水頭損失：∑hs=∑hfs+∑hls=0.80+1.75—2.55kPa
②壓水管路的水頭損失為：
∑hd=∑hfd+∑hld
壓水管DNl 50直管長：L3=3.63m，idl=0.194kPa/m；DN200直管長：L4=2.1m， id2=0.161kPa/m；DN250直管長：L5=3.3m，L6=4.8m，/d3=0.108kPa/m
壓水管路的沿程水頭損失：
∑hfd=L3 idl+L4 id2+(L5+L6)id3—3．63×0．194+2．1×0．161+(3．3+4．8)×0．108=1．92kPa
壓水管路的局部水頭損失∑元ld的計算見表6—28。
表6．28 壓7k管路局部水頭損失計算
管道直徑
!DN/mm 管件 阻力系數(shù)e 流量/(L/s) 流速v/(m/s) V2/2g 水頭損失

100×150 漸擴管 ε5=0.17 21.39 2.47 0.311 0.053
150 止回閥 ε6=6.50 21.39 1.26 0.O8 0.520
蝶閥 ε7=0.30 21.39 1.26 0.08 0.O24
90°彎頭 ε8=0.72 21.39 1.26 0.08 0.058
150×200 漸放管 ε9=0.06 21.39 1.26 0．O8 0.O05
150×200 三通 ε10=1.62 42.78 1.39 0.100 0.162
200×250 漸放管 ε11=0.06 42.78 1.39 0.100 0．O06
250×150 2個三通 ε12=1.68 64.17 1.29 0.085 0.286
250 三通 ε13=1.50 64.17 1.29 0.085 0.128
250 2個蝶閥 ε14=0.30 64.17 1.29 0.085 0.051
流量計 64.17 1.29 1.000
合計 ∑hid=2.293
(即約22.93kPa)

壓水管路的水頭損失：∑hd=∑hfa+∑hla=1.92+22.93=24.85kPa
泵站內管路的水頭損失，即從水泵吸水口l到輸水管上切換閥l4之間的總水頭損失：
∑h=∑hs+Ehd=2.55+24.85=27.40kPa
因此，石灰燒制循環(huán)冷水泵的實際揚程：
HD=Zc+Hc+∑h+∑hc+20=70+350+27.40+50+20—517.40kPa
由此可見，初選水泵機組符合要求。
(2)循環(huán)熱水系統(tǒng)不利線路如圖6—47所示。
①吸水管路的水頭損失基本同冷水循環(huán)系統(tǒng)，近似取冷水循環(huán)系統(tǒng)的吸水管路的水頭
損失，即∑hs=2.55kPa
②壓水管DNl50直管長：La=3.7m，idl=0.194kPa/m；DN200直管長：L4=2.1m，ia2=0.161kPa/m；DN250直管長：L5=2.7m，id3=0.106kPa/m
壓水管路的沿程水頭損失：
∑hfd=L3idl+L4id2+L5id3=3.70×0.1 94+2.1×0.161+2.7×0.106=1.34kPa
壓水管路的局部水頭損失∑Ald的計算見表6—29。
壓水管路的水頭損失：∑hd=∑hfd+∑hid=1.34+12.18=13.52kPa
泵站內管路的水頭損失，從水泵吸水口1到輸水管上切換閥之間的總水頭損失：
∑h=∑hs+∑hd=2.55+13.52=16.07kPa
輸水管與冷卻塔的送水管總水頭損失為∑hs=15.73kPa
表6—29壓水管路局部水頭損失計算
管道直徑
DN/ram 管 件 阻力系數(shù)車 大流量
/(L/s) 流速v/(m/s) V2/2g 水頭損失e瓦V2/m
100×150 偏心漸擴管 ε5=0.17 21.39 2.47 0.311 0.O53
150 止回閥 ε6=6.50 21.39 1.26 0.08 0.520
蝶閥 ε7=0.30 21.39 1.26 0.O8 0.024
90°彎頭 ε8=0.72 21.39 1.26 0.O8 0.O58
150×200 漸放管 ε9=0.06 21.39 1.74 0.154 0.O09
150×200 三通 ε10=1.62 42.78 1.39 0.100 0.162
200×250 漸放管 ε11=0.06 42.78 1.39 0.100 0.006
250×150 2個三通 ε12=1.68 64.17 1.29 0.085 0.286
250 90°彎頭 ε13=0.87 64.17 1.29 0.085 0.O74
蝶閥 εl4=0.30 64.17 1.29 0.085 0.O26
合計 ∑h Ld=1.218
(即約l2.18kPa)

因此，熱水增壓泵的實際揚程：Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc=54.7+75+16.07+15.73=161.5kPa
由此可見，初選水泵機組符合要求。
7．機組基礎
磁力泵基礎長度、寬度、和高度按水泵樣本提供。
8．各工藝標高設計
因循環(huán)水泵站的供水流量與壓力比較穩(wěn)定，水池水位基本恒定，為減少泵房埋深，水池在高水位時，水泵設計為自灌式工作，在低水位時，水泵為非自灌式工作。
(1)熱水池高水位-2.5m，為_熱水泵(IS100-80-125)能自灌式工作，設計泵軸標為-3.575m。
吸水管中心標高-泵軸標高+水泵進口直徑/2-吸水管管徑/2=-3．575+0.1/2-
0.1 5/2=-3．60m
查水泵樣本，泵軸至基礎頂面高度H=0.25m
基礎頂面標高一泵軸標高一泵軸至基礎頂面高度H=-3.575-0.25=-3.825m
泵房地面標高一基礎頂面標高-0.15=-3.825-0.15=-3.975m(取-4.00m)
(2)泵房地面取平，冷水泵(IS100-65-200)基礎頂面標高一泵房地面標高+0.15-
4.00+0.15=3.85m
查水泵樣本，泵軸至基礎頂面高度H=0.29m
泵軸標高一基礎頂面標高+泵軸至基礎頂面高度-3.85+0.29=3.56m
吸水管中心標高一泵軸標高+水泵進口直徑/2-吸水管管徑/2-3.56+0.1/2-0.1 5/2=3．585m o
9．水泵汽蝕余量校核
(I)冷水泵(IS100-65-200)汽蝕余量校核
查表得：循環(huán)冷水溫度為35℃時，實際飽和蒸汽壓hva=0.59m；ha=10.33m。
水池的低水位為-4．90m，已知冷水泵(IS100-65-200)安裝高度：Hss=-3.585+4.90=1.315m
水泵吸水管流量取單泵運行流量：Q=22.78L/s，流速V1=1.34m/s，is=0.218kPa/m，直管長為4．1m，則吸水管沿程水頭損失：
∑hfs=isL=0.218×4.1=0.89kPa=0.089m
水泵進口直徑lOOmm，則流速V2=2.63m/s
吸水管路局部水頭損失：∑hs=(ε1+ε2+ε3)v21/2g+ε4v22/2g
=(0.56+0.72+.30)×1.342/2+0．17×2.632/2g=0.205m
吸水管路總水頭損失：∑hs=∑hfs+∑his=0.205+0.089-O.294m
冷水泵(IS100—65—200)實際汽蝕余量：
Hsv=ha-hvas-∑hs-Hss=10.33-0.59-0.294-1.315-8.313m
查水泵樣本，冷水泵必要的汽蝕余量為3.79m，滿足要求。
(2)熱水泵(ISl00-80-125)汽蝕余量校核
查表得：循環(huán)熱水溫度為45℃時，實際飽和蒸汽壓hva=1.Om；ha=10.33m。
熱水泵(IS100-80-125)泵軸標高為-3.575m，水泵安裝高度：Hss=-3.575+4.9-1.325m
吸水管道內的水頭損失可近似?。骸苃s=0.294m
熱水泵實際汽蝕余量：
Hsv=ha-hva-∑hs-Hss=10.33-0.59-0.294-1.325=8.121m
查水泵樣本，熱水泵必要的汽蝕余為4.74m，滿足要求。
10．吸水設計
水泵直接從水池吸水，四個水池水位在集中控制室內連續(xù)顯示，高、低水位設聲光報警，低水位水泵停泵。
水泵喇叭口上設格網(wǎng)，防止大顆粒物質進入泵站，格網(wǎng)網(wǎng)眼凈尺寸20mm，網(wǎng)絲直徑3.0mm，現(xiàn)場制作安裝。
水池長度按吸水喇叭口安裝要求，并根據(jù)機組布置間距。
11．附屬設備的選擇
(1)起重設備根據(jù)重的設備選起重設備，具體見表6—30。
表6—30主要設備
編號 型 號 名 稱 規(guī)格 數(shù)量 重 量 備 注
1 IS、IR臥式單級單吸清水離心泵
IS100-80-125 熱水泵 流量Q=60～120m3/h
揚程H=24～16.5m 4臺 720kg 2用1備
1臺預留
2 Y160M1-2 電動機 電機功率N-11kW 4臺 2用1備，1臺預留
3 IS100-65-200 冷水泵 流量Q=60～120m3/h
揚程H-54～47m 4臺 960kg 2用1備，1臺預留
4 Y180M-2 電動機 電機功率N-22kW 4臺 2用1備，1臺預留
5 IS200-150-400 冷水泵 流量Q-240～460m3/h
揚程H=55～45m 4臺 330kg 2用1備，1臺預留
6 Y280M-4 電動機 電機功率N-90kW 4臺 2用1備，1臺預留
7 IS200-150-315 熱水泵 流量Q-240～460m3/h
揚程H-37～28.5m
4臺 175kg 2用1備，1臺預留
8 Y250M-4 電動機 電機功率N-50kW 4臺 2用1備，1臺預留
9 D97X-1O 電動蝶閥 DN500 8個
10 D97X-10 電動蝶閥 DN300 12個
11 HS1 手拉葫蘆 Q=1.0t H=10m 1臺
12 SG-1 手動單軌小車 Q=1.Ot H=3～10m 1臺
13 HS2 手拉葫蘆 Q=2.0t H=10m 1臺
14 SG-2 手動單軌小車 Q=2.0t H=3～10m 1臺
15 50QW10-10-0.75 潛污泵 Q=10m3/h N=0.75kW
H=10m 2臺
16 GBN1-1 50 冷卻塔 Q-150m3/h
N=5.5kW 2臺 自重2.2t運行
重5.6t 2臺同時工作
17 配套風機 1F-47TTTA
N==45kW 3臺 風機重0.7t
電機重0.5t 2臺同時工作，
1臺預留
18 147風機逆流
式冷卻塔 Q=400 800m3/h 3臺 2臺同時工作，
1臺預留
19 M102C 自動反清洗
過濾器 Q=25m3/h 1臺 28kg

20 182/480E2--
1500×2400 全自動軟水器 Q=70m3/h U=380V 1臺 總重10.0t
21 M1061P 自動反清
洗過濾器 Q=180m3/h 1臺 自重115kg
運行重225kg

(2)排水設備采用電動水泵排水。沿泵房內壁設排水溝，將水匯集到集水坑內，然后用泵抽回到吸水間去。
選用50QW10-10-0.75型潛污泵(Q-10m3/h，N-0．75kW，H-10m，n-2900r/min)兩臺，一臺工作，一臺備用。高水位-4.5m時啟泵，低水位-5.30m時停泵。
設積水坑兩個，1.0m×1.2m×1.5m(^)。
(3)計量設備 泵房熱水泵，冷水泵輸水總干管在室內分別設電磁流量計，測量范圍為0-25000m3/h，壓力范圍0-0.9MPa。
壓水管上設有Y一100壓力表，測量范圍0～1．2MPa；WTZ一280溫度計，測量范圍0～100℃。在控制室顯示水壓與溫度。
(4)其他 所有水泵既可集中控制又可手動控制。
滅火器可懸掛在墻上，安裝高度頂部距所在處地面l．4m。
其他設備及選用材料見表6—30、表6—31。
裘6．31 材料衷(燒制循環(huán)水)
標號 標準圖號 名稱 規(guī)格 數(shù)量 備注
1 鍍鋅鋼管 DN32 2m
2 鍍鋅鋼管 DN50 9m
3 焊接鋼管 DN80 7m
4 焊接鋼管 DNl50 42m D159×6
5 焊接鋼管 DN200 24m D219×6
6 焊接鋼管 DN250 56m D273×6
7 焊接鋼管 DN300 3m D325×6
8 焊接鋼管 DN400 10m D426×6
9 D17X-10 蝶閥 DN80 1個
10 D343X-10 蝶閥 DNl50 14個
11 D343X-10 蝶閥 DN200 2個
12 D343X-10 蝶閥 DN250 3個
13 H44T-10 止回閥 DNl50 6個
14 V100 壓力表 0～1.2MPa 6個
15 WTZ-280 溫度計 0～100℃ 2個
16 02S403-52 鋼制異徑管 DNl50×100 6個
17 02S403-52 鋼制異徑管 DN200×150 2個
18 02S403-52 鋼制異徑管 DN250×200 4個
19 02S403-52 鋼制異徑管 DN250×200 4個
20 02S403-52 鋼制異徑管 DN250×100 1個

標號 標準圖號 名稱 規(guī)格 數(shù)量 備注
21 02S403-58 鋼制偏心異徑管 DNl50×100 6個
22 02S403-110 吸水喇叭管 DNl50×6 8個
23 02S403-113 吸水喇叭管支架 ZA2 8個 159×245
24 02S403-98 彎管型通氣管 W-200 2個
25 02S403-70 喇叭口 DN400 1個
26 S161-55-53 管道支架 DN200 2個
27 S161-55-53 管道支架 DN250 DN150 3個 2個
28 S161-55-50 管道支架 DN400 1個
29 02S404-5 柔性防水套管 DN50 1個
30 02S404-5 柔性防水套管 DNl50 8個
31 02S404-5 柔性防水套管 DN250 1個
32 02S404-15 剛性防水套管 DN80 1個
33 02S404-15 剛性防水套管 DN300 1個
34 02S404-15 剛性防水套管 DN400 2個
35 02S403-78 鋼制法蘭 DN80 DN50 2個 4個 PN1.0MPa
36 02S403-78 鋼制法蘭 DNl50 50個 PN1.0MPa
37 02S403-78 鋼制法蘭 DN200 6個 PN1.0MPa
38 02S403-78 鋼制法蘭 DN250 10個 PN1.0MPa
39 02S403-6 90°彎頭 DN80 4個
40 02S403-6 90°彎頭 DNl50 9個
41 02S403-6 90°彎頭 DN200 4個
42 02S403-6 90°彎頭 DN250 9個
43 02S403-6 90°彎頭 DN400 1個
44 02S403-36 三通 DN200×150 2個
45 02S403-38 三通 DN250×150 4個
46 02S403-48 三通 DN250×250 2個
47 02S403-48 三通 DN300×300 1個
48 法蘭盲板 DNl50 4個
49 MF2 干粉滅火器 5B 6具
50 MF2 干粉滅火器 5A 2具
51 H44T-10 止回閥 DN50 1個
52 D71X-10 蝶閥 DN50 1個