低含沙量海水泵房設計經（jīng）驗

時間：2012-3-28 9:53:29來源：http://www.mvnso.com作者：国产大片91精品免费看3泵閥

泥沙淤積對於海水泵房而言（yán），是一個比較難的課題，需要在設計中認真研究，掌握規律，逐步（bù）解決。本（běn）文通（tōng）過探討泥沙淤積的客觀規律，並總結設汁中的（de）一些經驗教訓，提出在設計中應注意的要點：資料收集（jí），科研試驗，係統設計，設備設汁，泵房布（bù）置(包括設備布置、泥沙處理措（cuò）施、流速控製、流（liú）道形式、配水、管道等部分)，泥沙監測，泥沙清淤。希望通過以下（xià）描述分析能為（wéi）今（jīn）後類似工程的設計（jì）提供參考.

在設（shè）計取用低含沙量海水作為冷卻水的泵房時，由（yóu）於有泥沙這一（yī）特（tè）殊介質，則必然存在與一般清水泵房設計的不同之處。工程上有過由於（yú）對泥沙問題考慮不周而導致的（de）教訓。例如某電廠取（qǔ）水部分，在準備（bèi）正式投入使用時發現，泥沙已將取水部（bù）分全（quán）部掩埋，無法取水。終隻有修改取水方案，向外海延伸取水頭部數十米才解決廠取水問題。再如另一電廠的取水（shuǐ）泵房，也是由於考慮泥沙問題不（bú）周，造成如（rú）果按照原設計的運行模式，泥沙淤（yū）積會對係統正常運行產（chǎn）生威脅。終采用增加運行設備，改變原運行工況才解決了（le）此問題。以上問題的解（jiě）決都是以犧牲經濟（jì）利益為前提的（de），而產生問題的（de）根本原因正是對（duì）泥沙淤積缺（quē）乏正確的認（rèn）識（shí）和考慮不周所致。就（jiù）此提出（chū）一些在（zài）設計類似工程時所（suǒ）需注意的（de）設計要（yào）點，供大家參考。

1 海水泵房

在海（hǎi）水泵房中，為（wéi）整個係統（tǒng）的安全運行，一般需設（shè）置檢修（xiū），海水處理、過濾、分配（pèi）及提升等部分。當然，還需設置設備運輸和組裝等場地。

檢修部分是（shì）檢修閘板。可以在需要時隔離相關部分進行必要的維修。

海（hǎi）水處理部分是在海水中投加藥液(如次氯（lǜ）酸鈉溶液)，抑製和殺除海生物從而保護後續設備不會受（shòu）到海生物滋生的影響。

海水過濾部分由格柵和格柵除汙機以及濾網(板（bǎn）框或鼓形濾網)組成。前者（zhě）去除海水中較大汙物；後者去除海水中較小汙物（wù）。這些措施同樣是為了保護後續（xù）設備安（ān）全運行而設置的。

海水分配部分是為（wéi）水（shuǐ）泵和過濾設備設置的，起配水的功（gōng）能。

海水（shuǐ）提升部分（fèn）是水泵。

同時還有必須的管線和閥門。

泵（bèng）房實際上是對海水進行提升（shēng）的構築物。其（qí）餘的附（fù）屬設備（bèi）和構築物（wù）則（zé）是為（wéi）了確保係統（tǒng）後續設備的（de）安全運行（háng）而設置的（de）。圖1是某海水泵房的工藝平麵布置圖.

2有關泥沙的幾（jǐ）個概念

2．1 泥沙

泥（ní）沙（shā）是指在水流中存在的可以（yǐ）隨水流運動的固體（tǐ）顆粒。

2．2泥沙粒徑和含沙量

水中的泥沙粒徑級（jí）配和含沙量包括泥沙粒度分布、密度、中值粒徑、平均含沙量和大含沙量。

2．3粗顆粒泥沙

按照我國水文工（gōng）程界分（fèn）類．粒徑在2 mm以上的泥沙統稱為粗顆粒泥沙2～0．05 mm的泥沙（shā）稱之為沙粒。本文從沉降機理上將0.05 mm以上的（de）泥沙稱為（wéi）粗顆粒泥沙粗顆粒泥沙的沉降主要是重力（lì）作用。

2．4細顆粒（lì）泥沙

按照我（wǒ）國水文工程（chéng）界分類，粒徑在0．05～0．005 ml-n的泥沙為粉沙，小（xiǎo）於0．005 mm的泥沙（shā）為粘粒。本文從沉降機理上將0．05 mm以下的泥沙統稱（chēng）為細顆粒泥沙。

細顆粒泥沙的沉降要複（fù）雜得多，其中一個重（chóng）要（yào）的因素（sù）是絮凝沉降.

2．5 絮凝（níng）現象

絮凝現象是細（xì）顆粒泥沙的主要特（tè）性。細顆粒泥沙（shā）受重力的影響較小，而表麵的物理化學作用占主導。

一般把0.01 mm的沙粒作（zuò）為有無絮凝現象的泥沙粒徑界限。0．01至0．03 mm的泥沙也有絮凝現象，但不明顯，屬於過渡段。

顆粒表麵一般帶負電荷。海水中存在電解質。水有極性，可以受到靜電引力。帶負電荷的顆粒吸引一部分水分子在其周（zhōu）圍整齊排列（liè），形成吸附水膜。水（shuǐ）膜中的水（shuǐ）分子部分或全部失去自由活動的能力。同時還會有一些離子由於靜電的吸引而存在於吸附（fù）

水膜中和散布在四周。

在兩顆粒相互靠近時，會形成（chéng）公共的吸附水膜將顆（kē）粒緊緊地結合在（zài）一起。公共吸附水膜中（zhōng）的（de）離（lí）子會加劇吸附作用。此種現象稱為絮凝（níng）。

細顆粒經進（jìn）一（yī）步絮（xù）凝後，會形成絮團。絮（xù）團的沉降速（sù）度會增大。據研究，絮團的平（píng）均沉速為0.15～0，6 mm／s。

2．6壓密過程

絮團初期（qī）沉降（jiàng）至底部時，其結構是高度蜂窩狀（zhuàng），含水率高，密度低。在自重和

水壓的作用下（xià），絮團變形，絮團間的空隙將會逐漸消失。含水率降低，密度增（zēng）大，粘結性增強。粗顆粒（lì）泥（ní）沙的（de）壓密現象更加突（tū）出。在某種（zhǒng）程（chéng）度上，可稱之為“板土".

2．7 水流（liú）紊動

水流平穩與否的一個重要指標是雷諾數(RP)。在渠道中：

Re=vR/u

式中u—水流速度，m／s；

R—水力半徑（jìng）(w／x)m；

w—過水斷（duàn）麵麵積，m2；

x一濕（shī）周，m；

v—流體的運動粘（zhān）性係數，cm2／s。

2．8混合沙的沉降

在粗（cū）顆粒泥沙和（hé）細顆粒泥沙共存的情況下，沉降是粗顆粒泥沙的重力沉降和細（xì）顆粒泥沙的絮凝沉降共同作用。在體積比含沙量為0．35％～2．25％時，可以認為粗顆粒泥沙不受細顆粒泥沙絮凝沉降的影響。

3 設計要點

3．1 資料收集

在進行設汁時，首先要收集相（xiàng）關資料。

以（yǐ）下是重（chóng）要的設計輸入資料：水文資料(包括設汁水溫、設計水位、波（bō）浪等)；取水水質資料；取水泥（ní）沙級配和含沙量；取水泥沙的啟動流速；取水泥沙的不淤流速；取水汙物的（de）來源（yuán）；水泵的（de）NPSHb 。

上述資料（liào）是在（zài）設計的（de）不同階（jiē）段獲得的。設計（jì）水溫、設計水位、波浪和取水水質在可（kě）研（yán）階段委（wěi）托相關的科研單（dān）位調研、計算、分析獲得。取水汙物可以通（tōng）過調研、分析（xī），在可研階段或方案（àn）設計階段獲得。水泵的NPSH是在初步設計階（jiē）段由設計方經過水力計算向水泵生產廠家提（tí）出。泥沙資料是在初步設計階段才能（néng）終確定。

在泥沙出現壓密現（xiàn）象後，使泥沙重新回到水體中的流速是啟（qǐ）動流速。使泥沙懸浮：於水中不發生沉積的流速是不淤流速。啟動流（liú）速應大於不淤流速。不淤流速需要在（zài）試（shì）驗或調研中（zhōng）獲得。

從本文第2節的內容可以看出，泥沙級配和含沙量是分析泥沙沉降規律的必（bì）要資（zī）料（liào），也是（shì）確定工藝布置形式的（de）依據（jù）。泥沙的啟動和不淤流速是進行

泵房工藝流道和管（guǎn）線計算、布置的（de）控製參數。在設計中應時刻重視對這兩個參數的使用。如果這類參數沒有取得或（huò）使用有誤，則會使工藝流道和管道的計算（suàn）存在一定的盲目性，有可（kě）能在取得數據後要對藝尺寸進（jìn）行較大的調整。工藝（yì）布（bù）置的確定是各工種開始工作的前提，是輸入（rù）條件。一般情況下，海水（shuǐ）泵房（fáng）屬於一個大的項目，設（shè）汁周期較長。如：果工藝尺發生較大的變動，勢必影響設計周期（qī），導致一定（dìng）的人員和資源的浪費，甚至造成工程延期的不良後果。

3．2 科研（yán）試驗

在根據搜集的資料和本（běn）身（shēn）工（gōng）藝要求進行泵房布置後，委托相關科研單位利用數（shù）模和物模試驗分析在各種設計（jì）工況（kuàng）下泥沙運動的規律是很有必要的。數模試驗在流態簡（jiǎn）單、邊界條件容易確定的部分精確度較高。有些工程，利用數模試驗（yàn）可以清楚地分析出泥沙的運動規律。大多數工程，數模（mó）試（shì）驗在可研階段實施，目的是對泥沙運（yùn）動規律下定性的結論，同時作：為下一步物模試驗的基礎。物模試驗適用於各種情況。可以是大（dà）範圍的，包括整個泵房；也（yě）可以是局部的，對某些有疑問的區域（yù）進行試驗；還（hái）可（kě）以（yǐ）先進行大範圍的，然後有針對性的作局部試驗。通過試驗，可以比較準確地了解泥沙沉積形態，從（cóng）試驗報告中還可以得到一些非（fēi）常有價值的數據和建議。根據得到的結果對設（shè）計進行修正，使之更加合理。

有的工程在進行物模試驗（yàn）之後，根據試驗結（jié）果對沒計方案要進行大的調整（zhěng）。而這些工（gōng）作的進行，有（yǒu）利（lì）於將問題解決在設計（jì）階段，避免在工（gōng）程運行後采取（qǔ）被動的（de）解決（jué）方案，而此時的解決方案（àn）局（jú）限性很大。

圖2是一個方案設計階段泵房的工藝布置示意。其經過科研（yán）試驗後進行了較大的（de）修改。終布局形式見圖1相關部分。

在試驗中發現，由於水泵運（yùn）行（háng）工（gōng）況比較複雜，進水前池（chí）水流的流態並（bìng）非如（rú）圖2中箭頭所示，而是在前池出現了許多漩渦（wō）和死區。這些區域泥沙的Re將下降，導致淤積的產生。試驗（yàn）結果表明這些淤積將會影（yǐng）響工藝的安全運行。設計依據試驗結果和建議作大的修改。

3．3 係統設計

係統設計是（shì）確定設備參數和構築物（wù）形式（shì）、規模的基礎。在係統設計中主要應確（què）定以下內容：係統的流程，係統參數，係統中所需（xū）的設（shè）備，係（xì）統運行工況，水量、水質要求，水位。

係統流程的確定除了工藝上（shàng）的要求外，布置也是其中一項製約因素。在確定係統流程時，應充分考慮泥沙淤積對係統可能造成的影響。

係統運行工況對采用何種（zhǒng）工藝布置（zhì）方案至（zhì）關重要。運行工況簡單，取水的流量在各處變化不大，解決泥沙（shā）淤（yū）積問題（tí）要相對簡單得多。如果運行工況複雜，勢必造（zào）成泵房內各處的（de）流體流態複雜，工藝尺寸要適應（yīng）各種運行工況比較（jiào）困難。在前言中所舉的（de）例子就是由於工藝尺（chǐ）寸不適應各種工況（kuàng）所（suǒ）致。3．2節的例子（zǐ）也是此類問題的體現。

3．4 設備設計

根據係（xì）統的設計要求，對（duì）相關的主要設備進行優化比較。這包括對所有關（guān）鍵設備的優化組合。對影響整個（gè）泵房（fáng）布置和大小的設備尤（yóu）其要（yào）認真分析，從中確定佳的設備形式。如過濾設備可以選擇鼓形濾網和（hé）板框濾網，鼓形濾網也有網內進水網外出水和網外進水網內出水等形式（shì）。水泵可以選擇渦殼泵、斜流（liú）泵、臥式離心（xīn）泵、立式離心泵等。

一般（bān）而言，過濾設備(指鼓形濾網（wǎng）和板框濾網)處的水流速度比（bǐ）較慢，過（guò）水斷麵隨外（wài）海潮位的變化而變化，很容易出現低於不（bú）淤流速的情況。在設計時，應充分考慮此處可能出現的泥沙沉降和壓密現想（xiǎng），圖3是解決這類（lèi）問顥的一種方法示例，、

圖3的方法是在鼓形濾網間的底部作一（yī）個（gè）弧（hú）形流道，利（lì）用出水管水流的抽吸作用和泥沙在重力作用下的自然（rán）下滑（huá）使泥沙不致淤積。

水泵設計應注意的因素之一是泥沙的磨蝕作用。如（rú）果水力模（mó）型和內部結構忽視了這一點，會使水泵葉輪衝刷嚴重，下（xià）口環部分（fèn）磨損（sǔn）加劇，水泵的使用壽命（mìng）會大幅度下降，甚至會威脅到係統（tǒng）的正常使用，進而影響電廠的順利運（yùn）行。某工程（chéng）的水泵（bèng）由（yóu）於泥（ní）沙問題導致（zhì）葉（yè）輪磨損嚴重和下口環出現（xiàn）坑麵（miàn）正是這（zhè）種問題的佐證。因素之二是水（shuǐ）泵的NPSH。如果設計中（zhōng）的NPSH值不妥，將導致氣（qì）蝕，進而迅速破壞水泵。這（zhè）是在水泵工藝設計中必須慎重考慮

的。

對於閘板設計應當慎重選擇。由（yóu）於海水水（shuǐ）位在不停地發生變化（huà），每天都會有高低潮位交替出現，且變（biàn）化的速率很慢。如（rú）果（guǒ）選擇一般的下遊止水式（shì）閘門(從水流方向講，閘門的密封麵在下遊)，閘門落（luò）下後，在閘門和大海之間實際上形成（chéng）了連（lián）通管。漲潮時水（shuǐ）流流向（xiàng）閘門間，泥沙也（yě）隨（suí）之帶入，部分泥（ní）沙將沉積（jī）在（zài）連通管內。落潮時水流流向大海，此時流（liú）出（chū）海水的含沙量將降低，此種現象稱為“呼吸"現象（xiàng）。隨著（zhe）時間的延長，壓密現象會逐步增強，泥沙淤積的厚度、泥（ní）沙的粘性、泥沙的密度都會增大。如果淤積到很嚴重的程度，係統啟動時會麵臨泥沙濃度劇增、磨損加劇，甚至（zhì）有水泵（bèng）氣蝕的（de）威脅存在(水泵的NPSH與阻力損失成正比)。但此種閘門簡單，不需增加（jiā）動力設備，故障率低。如果選擇上遊止水式閘門，“呼吸”現象可以避免，且大大延長取水部分泥沙淤積的時間（jiān）。但此種閘門需要增加動力設（shè）備，以（yǐ）抵抗水的壓力，且由於機械部件增加，故障率也（yě）隨之上升（shēng）。

在優化設備設計結束（shù）後，應根據選定的設備（bèi）形式和參數編製主（zhǔ）要設備的技術規格書，供設備談判、采購、製造和技術服務之用。

3．5 泵房布置

3．5．1 設備布置

經過優化選擇設備後，對泵（bèng）房進行合理布置。

設備布置與設備（bèi）設計是相輔相成的。兩者必（bì）須緊密配（pèi）合才（cái）能使設（shè）計合理化。

3．5．2泥沙處理措旅

在（zài）考慮泥沙淤積解決措施的過程中，必須清醒地認識到，泥沙（shā）淤積是客（kè）觀規律。解決泥沙淤（yū）積問題，並不是理想地做到泥沙（shā）進出平（píng）衡，而是在（zài）可能的範圍內控（kòng）製泥沙的沉積形態。重要的是能夠做到預計（jì）泥沙的沉積（jī）形態（tài）和規律，使泥沙沉積處於受控狀態，從而可以采取各種措施消除泥沙淤積對係統運行的（de）危害。

3．5．2．1 流速控製

控製泥沙運動重要的參數是（shì）雷諾數（shù）(Re)。Re是衡量水流紊動性大小的一個指（zhǐ）標。Re越大（dà），水流帶走泥沙的能力就越大。在Re大到一定程度時，水流的紊動加劇，已沉降的泥沙會由於擾動的力度被重新帶回到（dào）水中（zhōng）。同理，一定的水流紊動會使水中的（de）泥沙處於懸浮狀態，不致沉積。從2．7節中可以（yǐ）看出，融實際（jì）上的（de）控製參數（shù）是（shì）流速，其餘的參數在環境一定、布置確（què）定的情況下基本上屬於常數。

不同（tóng）的（de）取水高程可能會（huì）導致啟動流速和（hé）不淤（yū）流速的不（bú）同。

在進行泵（bèng）房布置時，應利用流（liú）道的流速設計盡量使泥沙的（de）沉積處於可以預測的狀態。同時，應重點分析係統的各種運行工況對流道的適應性，以盡量避免由於工況的複雜（zá）性（xìng）所導致的流速（sù）不足的（de）問題出（chū）現。

3．5．2．2 流道形式（shì）

在設計流（liú）道的過程中，應盡量消除流道溝的死角。避免由（yóu）丁二（èr）水流渦旋消耗泥沙顆粒（lì）的能量而使泥沙在（zài）死角處沉積。圖4是一個避免此類問題出現的（de）

示例。

3．5．2．3 凸出水部分

在（zài）配水（shuǐ）部分水（shuǐ）流變向、水（shuǐ）流渦旋、結構死角出（chū）現的機會大，泥沙的沉（chén）積現象比較普遍。

配（pèi）水部分應考慮（lǜ）係統的運行工況，這將決定水流的分布狀（zhuàng）況。在複雜的情況下，可以借助於泥（ní）沙的物模試驗，對設計的合理性進行驗證並可以根據（jù）

試驗結果修正設（shè）計(參見（jiàn）3．2節)。

3．5．2．4 管道（dào）部分

管（guǎn）道部分應引起高度重視的（de）是水中泥沙的擴散作用。應盡量避免管道長期（qī）處於停運狀態而引起的泥沙累積效應。

3．6泥沙監測

對於存在泥沙（shā）淤積的區（qū）域(一般是在配水部（bù）分)，為更好地了解泥沙的淤積形態，掌（zhǎng）握量化的（de）數據，在有條件時，可以增加泥沙淤積厚度監測儀。

監測儀一般采用超聲（shēng）波型式。利（lì）用超聲波發射和反射的時間差，計算出泥沙淤積的厚（hòu）度。超聲波發射接收裝置應（yīng）浸沒在水中，不允許露出水麵。由（yóu）於超聲波存在發射角，應（yīng）避免在測量區域內有障礙物，否則會影響測量的（de）準確性。

3.7 泥沙清淤

在掌握了泥沙淤積形態的基礎上，可以設置泥沙清淤設備。定期清淤，保證係統的正常運行。清淤設（shè）備可以使用類似（sì）於水處理沉（chén）砂池中的移動式泥漿泵、氣力（lì）泵或人工等手段。

下一條（tiáo）：管道泵的安裝方法及注（zhù）意事項

上（shàng）一條：海水泵的幾（jǐ）種材料的比較

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