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。焙燒工段循環水系統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。
采用水泵廠家所指定的配套電機，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 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，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 5A 2具
51 H44T-10 止回閥 DN50 1個
52 D71X-10 蝶閥 DN50 1個