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泵站的設計,循環泵站的設計,泵站的設計案例

 循環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水泵站。
    （1）設計水量石灰燒制工段循環水系統的初期水量為153m3/h，終期水量為230m3/h；焙燒工段循環水系統的初期水量為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zui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冷水輸水管與管網總水頭損失zui大用水時為50kPa，冷水池zui低水位至石灰燒制工段zui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水系統為例）
    1．水池設計水位
    根據車間熱水自流排入熱水池確定熱水池zui高水位。   
    已知石灰燒制工段循環水量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zui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zui高水位設計為-2.5m。假定熱水池有效水深2.4m，則熱水池zui低水位為-4.90m，池底標高一5．0m。為方便循環泵房布置，冷水池的zui低水位、池底標高與熱水池相同，冷水池zui高水位為-0.50m。焙燒工段循環水系統的冷水池高水位也可設計為-0.50m，熱水池zui高水位為-2.50m，zui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石灰燒制工段循環冷水池zui低水位至設計zui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；
    石灰燒制循環冷水泵揚程：Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc+20=70+350+30+50+20=520kPa
    ②石灰燒制循環熱水池zui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
    石灰燒制循環熱水泵揚程：
    Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc=54.7+75+20+15.73=165.43kPa
    （焙燒工段循環水系統的計算略）
    3．初選水泵與電機
    循環水泵站的供水特點是供水壓力比較穩定，一般可選用同型號的水泵機組并聯工作。依據流量、揚程按水泵綜合性能圖選擇水泵型號，每套循環水系統初步選定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。各水泵能參數見表6—24。
    采用水泵廠家所的配套電機，其參數見表6—25。
    表6—24  水泵性能參數
編號   水泵型號 水泵類型  規    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
    石灰燒制工段循環水系統：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
    焙燒工段循環水系統：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
石灰燒制工段循環水系統：采用DNl50鋼管，則流速v=1.26m/s，i=0.194kPa/m
焙燒工段循環水系統：采用DN250鋼管，則流速v=1.89m/s，i=0.220kPa/m
    （3）橫向聯絡管與輸水管計算見表6—26。
    表6-26橫向聯絡管與輸水管管徑計算    。
    循環系
    統名稱     橫向聯絡管     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）
  石灰燒制循環熱（冷）水     153     200     1.39     0.161     230     250     1.29    0.106
    焙燒循環冷（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
    以石灰燒制循環水系統為例，取zui不利線路，從吸水口到輸水干管上切換閥為計算線路。
    （1）循環冷水系統zui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）循環熱水系統zui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系統，近似取冷水循環系統的吸水管路的水頭
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 阻力系數車 zui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
    因循環水泵站的供水流量與壓力比較穩定，水池水位基本恒定，為減少泵房埋深，水池在zui高水位時，水泵設計為自灌式工作，在zui低水位時，水泵為非自灌式工作。
    （1）熱水池zui高水位-2.5m，為保證熱水泵（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：循環冷水溫度為35℃時，實際飽和蒸汽壓hva=0.59m；ha=10.33m。
    水池的zui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?。?sum;hs=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顯示，高、低水位設聲光報警，zui低水位水泵停泵。
    水泵喇叭口上設格網，防止大顆粒物質進入泵站，格網網眼凈尺寸20mm，網絲直徑3.0mm，現場制作安裝。
    水池長度按吸水喇叭口安裝要求，并根據機組布置間距。
    11．附屬設備的選擇
    （1）起重設備根據zui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     規格   數量     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（燒制循環水）
標號 標準圖號 名稱 規格 數量 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 規格 數量 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 2具  
51 H44T-10 止回閥 DN50 1個  
52 D71X-10 蝶閥 DN50 1個  

該水泵新聞文章由原創。