摘 要:该文以上海市张华浜排水系统的张华浜合流泵站为例,对合流泵站改造的设计要点进行归纳,从而可供其他泵站改造项目的设计借鉴。
关键词:合流泵站;改造;设计;上海
0 引言
随着城市城市排水系统建设的不断完善、城市排水设计标准的提高,为提高和加强城市防汛能力,采取更有效的措施来保护水环境,对一些建设年代较久远且规划保留的合流泵站进行改造势在必行。本文以上海市张华浜排水系统的张华浜合流泵站为例,结合笔者的设计经验,对合流泵站改造的设计要点进行归纳,从而对其他泵站改造项目的设计提供一定的借鉴。
1 张华浜泵站现状及地区排水系统规划
1.1 张华浜泵站现状
现有的张华浜合流排水泵站地处上海市宝山区,位于蕴藻浜南岸、鹤岗路西侧,建于1983年,泵站设计流量为9.0m3/s,雨、污水均排入蕴藻浜。张华浜泵站占地面积880m2,泵站形状接近梯形,泵站内空间较狭小,泵站南侧围墙外为吴淞肉联加工厂。泵站东侧围墙侵入鹤岗路规划道路红线2~3m,泵站现有开向鹤岗路的两扇大门。泵站内设有直径15m沉井的泵房,配电间、控制室、值班室等建于沉井泵房上部。泵房内现状配有4台36ZLB-70(900ZLB-70)立式轴流泵,单泵铭牌流量2.3m3/s,水泵扬程6.85m,单泵电机功率180kW。泵站现状进水管管径Ø2460。
张华浜泵站现状见图1所示。
图1 张华浜泵站现状平面布置图
1.2 地区排水系统规划概况
地区排水规划是进行工程设计的基础资料和指导方针。根据地区排水规划,张华浜排水系统规划205hm2服务范围内雨、污水全部纳入张华浜泵站。规划对于张华浜泵站提出了利用现状张华浜泵房作为雨水提升泵房、另新增污水截留泵房的改造思路。目前,泵站外截留污水输水管道已建成,将泵站内截留污水输送至市政污水管路系统的条件已具备。根据张华浜系统规划雨水量,张华浜泵站进水总管规模需扩大。根据规划,在保留原有Ø2460排水总管基础上,远期需新增一根Ø1350雨水干管接入泵站。
2 张华浜泵站现状存在的主要问题
准确、全面地分析、评价泵站现状存在的问题是进行泵站改造设计的基础和前提,是确定泵站改造设计内容的关键,也是直接影响工程造价的重要因素。
经现场踏勘、与泵站运营管理单位了解情况、资料收集、基础数据分析核算,目前张华浜排水泵站存在的主要问题有:
(1) 雨水泵房规模需要扩容。根据规划,张华浜地区规划雨水量9.3m3/s(设计重现期1a,平均径流系数0.6),扣除初期雨水截流量后需雨水泵房提升的雨水量为9.1m3/s,根据《城市排水泵站设计规程(DGJ08-22-2003)》,应按雨水量120%配泵,则按规划雨水量,雨水泵房配泵规模应为10.90 m3/s。
(2) 需增设污水截流设施。该泵站现状将地区内雨、污水提升后直接排入蕴藻浜,加剧了水体污染的程度。目前,张华浜泵站外部的截流污水输送管道已建成,截流污水出路已经解决,具备了泵站截污改造的条件。需按规划在泵站内设置污水截流泵房和截流污水管,将旱流污水及初期雨水截流后纳入市政污水管道。
(3) 泵站未设置进、出水闸门及回笼水管,不仅给泵站日常检修带来不便,泵站试车污水直接放江对河道水环境也有影响。故须严格执行沪水务[2004]313号文的《上海市水务局关于规范本市雨水和合流泵站泵机试泵的通知》的要求,在泵站中设置回笼水相关设施。
(4) 泵站现状排放口需扩建。泵站现状排放尺寸为6.5m×2.2m,按现状配泵流量排放口出口流速为0.63m/s,按规划配泵流量排放出口流速将达到0.76m/s,以上流速均超过蕴藻浜对排放口出口流速V≤0.3m/s的要求,排放口需扩大改建。
(5) 泵站现状供电采用单电源,供电安全十分脆弱,如遇汛期停电,则将造成水泵无法运行,这样给该地区的防汛除涝安全也带来严重的隐患。需按规范要求采用双电源供电。
(6) 泵站现状采用人工格栅,泵站养护管理人员劳动强度大。需换成机械格栅。
(7) 泵站运行已达25a之久,机电设备老化需要更新。泵站需增设PLC自控系统。
(8) 泵站内格栅处臭气较重,工作环境较差,需考虑为泵站配置除臭装置。
3 张华浜泵站改造工程的必要性
3.1 张华浜泵站改造是确保地区防汛安全的需要
张华浜泵站担负着张华浜地区的防汛重任。该泵站现状配泵流量不满足规划配泵流量、泵站电气设备老化、未按规划实行两路电源供电。为确保地区安全防汛,需按相关规划及规范对泵站进行改造。
3.2 张华浜泵站改造有利于改善水环境
张华浜泵站现状无污水截流设施,现状地区雨、污水直接排放至蕴藻浜,严重污染水体。截流设施建成后,为避免泵站试车污水直接排放至河道,需为泵站增设回笼水设施。张华浜泵站增设截流设施及回笼水设施可避免污水直接排入河道,对蕴藻浜水环境的改善起到很大的促进作用,有着良好的环境效益。
3.3 改善工人的工作环境
采用机械格栅,提高泵站自动化管理水平,减少工人劳动强度。在泵站设置除臭装置,改善泵站的工作环境。
综上所述,张华浜泵站作为永久保留泵站,充分发挥其在排水系统中的功能,进行工程改造,是十分必要的。
4 张华浜泵站改造内容的确定
根据前述泵站现状存在问题及泵站改造必要性分析,确定张华浜泵站拟改造内容如下:
(1) 按规划雨水量对雨水泵房(即现状泵房)进行扩容改造;
(2) 新增污水截流泵房;
(3) 增设泵站回笼水设施;
(4) 改建出水箱涵及排放口;
(5)将现状人工格栅更换为机械格栅、增设雨水泵房通风设备、增设泵站除臭设备;
(6) 泵站用电按规范改造为双电源供电,新建配电间一座;更新老化电气设备;增设PLC自控系统。
根据以上泵站改造内容,对泵站总平面布置进行调整,确定泵站改造征地范围。
5 张华浜泵站改造设计要点
5.1 泵站平面布置
张华浜排水泵站位于蕴藻浜南岸、鹤岗路西侧,张华浜泵站现状占地面积880m2,泵站形状近似梯形,泵站内空间较狭小,泵站东侧围墙侵入鹤岗路规划道路红线2~3m。该泵站改造将泵站围墙退出道路红线,围墙线与道路红线重合设置,泵站退界面积约108m2。由于泵站内需新建污水截流泵房一座,新增配电间一座,同时泵站内道路布置需满足车辆通行要求,泵站需向南侧、西侧共计征地765m2,泵站所需征地基本位于泵站南侧的吴淞肉联加工厂内。泵站改造完成后,泵站平面近似为52m×30m的矩形,共计占地1544m2。
泵站现状地面标高约4.54m,泵站内新建道路宽4m,转弯半径6m,泵站内道路需与鹤岗路道路接顺。为满足泵站内车辆通行的要求以及便于雨水泵房内设备进出,泵站共设置大门两处,其北侧大门用于车辆进出,南侧大门用于泵房内设备的运输。
新建污水截流泵房布置在泵站西南角,新建配电间位于泵站东南角。
另外,因泵站现状进水管规模不能满足服务范围内规划雨水量,需按规划新增一根泵站雨水进水干管。
泵站改造后平面布置见图2所示。
图2 张华浜泵站改造后平面布置图(单位:m)
5.2 单体设计
5.2.1雨水泵房扩容改造设计
根据前述分析,张华浜泵房按规划雨水量雨水泵房配泵规模应为9.1×1.2=10.90(m3/s)。张华浜泵站现状配泵规模9.0m3/s,不满足规划配泵要求,需对其进行扩容改造。
设计方案拟利用张华浜泵房沉井土建本体,仅对水泵进行更换,按规划配泵流量,将泵房内4台水泵全部更换,单泵流量2.73m3/s。考虑到现状泵房土建结构是按立式轴流泵进行布置的,为尽量减少土建改动量,考虑更新的水泵仍采用同类型的立式轴流泵。在下阶段设计中,待水泵设备确定后,如选购的水泵泵筒直径与现状泵房内泵筒直径相同,则仅需更换水泵,水泵出水管路仍利用原有管路。如与现状泵筒尺寸不同,则需同时更换水泵出水管路,同时对水泵安装楼板及水泵出水管路穿墙处的洞口进行局部改造。
雨水泵房改造设计内容如下:
(1) 将现状4台水泵全部更新为单泵流量的立式轴流泵,水泵参数Q=2.73m3/s,设计H=6.7m,最高H=7.70m,P=250kW。
(2) 将现状两套人工格栅更换为两套钢丝绳式粗格栅,B=2200mm,b=70mm,.P=2.2kW,格栅上附密封罩,并配备除臭设备。
(3) 新增皮带输送机一套,B=500mm,有效长度L=5.5m,:P=2.2kW。
(4) 新增2300mm×2200mm电动出水闸门一套,P=3kW。
(5)在出水井侧壁开洞接出DNl500回笼水管。
(6) 泵房水泵间增设轴流风机两套及相应管路系统,以改善泵房内的通风条件。
雨水泵房改造见图3所示。
5.2.2雨水排放口改造设计
为尽量降低对泵房本体的影响,拟利用一段长约2m的2300mm×2200mm现状出水箱涵,对之后的箱涵进行放大改建,改建箱涵的断面净尺寸为8m×2.2m~18m×2.2m,雨水排放口内底标高与现状雨水排放口一致,为0.86m。改建后排放口出口流速为0.28m/s。
5.2.3新建污水截留泵房设计
根据规划,该污水截流泵房设计规模258L/s,配潜水离心泵三台,其中两台小泵流量70L/s,一台大泵流量140L/s。根据集水池及出水井设计液位,污水泵设计扬程5.60m,复核最高扬程7.00m。
新建污水截流泵房内净尺寸14m×4.15m,泵房内底标高-4.50m,顶板标高4.70m,泵房DN800进水管内底标高-2.90m,DN600出水管内底标高0.90m。
泵房另配B=l000回转式细格栅除污机一套;1000mm×1000mm电动进水闸门一套;压榨机一套。
污水泵房与雨水泵房共用一套离子除臭设备。
5.2.4电气设备改造
张华浜泵现状由一路10kV电源供电,采用线路变压器组结线形式,经二十多年的运行,电气设备日趋陈旧老化,存在诸多安全隐患,为此结合该泵站改造工程,电气设备将全部予以更新。
污水泵站为二级用电负荷,拟增加一路10kV电源,由两路10kV电源供电(二常用),高压侧采用线路变压器组结线形式,低压侧为单母线分段运行。设一座独立式变电所(新建)。
图3 雨水泵房改造图(单位:mm)
6 结论与建议
6.1 结论
经前述分析,张华浜泵站改造的主要内容为:(1)对雨水泵房扩容(包括泵站进水总管扩容、水泵扩容及雨水排放口扩建);(2)增设雨水泵房回笼水设施;(3)为泵站新征用地,新建污水截留泵房;(4)对泵站电气设备进行改造,并新建变配电间一座。
6.2 建议
(1) 泵站进水闸门井及雨水泵站改造时,需断水施工,建议在非汛期施工,施工时需得到泵站运行管理单位配合,做好施工期间临时排水,并应合理安排施工顺序,尽量缩短断水时间。
(2) 为确保该泵站改造工程顺利实施,尽快落实泵站征地是关键。
(3) 该工程为泵站改造工程,由于原有构筑物建成时间较长,原设计、施工所使用的标准规范等均已更新,在工程实施前需由专业机构对保留的构筑物的结构质量进行评估。
李 丹
(上海市政工程设计研究总院,上海200092) |