方晨
上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司
摘要：以上海化工区水厂一期二阶段工程取水泵站系统设计为例，针对河道取水的取水泵站工艺设计的难点和关键技术进行重点论证
关键字：金汇港 取水口 引水管 取水泵站 水泵配置
1 概述
上海化工区水厂服务范围为化工区地块内工业用水，一期工程按40万m3/d规模规划。一期一阶段工程供水规模为20万m3/d，水源取自为龙泉港。随着化工区规模持续快速地发展，工业用水量正逐步增加，已逐渐突破20万m3/d，为有效应对化工区水量增长，需启动一期二阶段工程。
上海化工区一期二阶段工程原水取自金汇港，设计总规模20万m3/d，近期规模10万m3/d，近期事故日和远期事故日分别能满足21万m3/d和28万m3/d的输水要求。
化工区水厂是上海化工区内一座区域性集中水厂，一旦发生事故，将严重影响化工区内企业的安全供水。工程扩建后，原水供应形成双管输送，将使化工区供水安全性大为提高，同时也保证了化工区可持续发展的需要。
本文对上海化工区一期二阶段取水口及取水泵站设计的技术要点以及难点进行详细阐述，以期对今后的工程有所帮助。
2 取水口及引水管线设计
（1）取水口设计
为满足水厂的取水要求，设置岸边式取水口一座，总规模20万m3/d，近期工程一次建成。
取水口形式为岸边式取水口，利用现状金汇港驳岸挡墙底作为引水口底部，取水口平面净尺寸为L×B=12m（18m）×5m，现状金汇港挡墙底标高1.5m，取水口底板标高-2.5m，引水口处设置粗格栅，格栅间距100mm，在取水口前部设1处堰板，顶部与取水口相连，底部标高为0.50m，用于隔油。
取水口兼作为引水管线的接收井，待引水管线顶管施工完成后，再行取水口施工。
（2）引水管线设计
引水管线共2根DN1600管，单管长度约220m，按远期规模20万m3/d一次建成，近期管道流速为0.67m/s，i=0.22‰；采用钢管，壁厚16mm。引水管线采用顶管的施工方式，2根管道中心间距6.77m，管中心标高-0.90m。取水泵房兼做顶管工作井，取水口作为顶管接收井。
3 取水泵站工艺设计
（1）工艺流程
取水泵站主要由取水系统、加药系统、生活及消防给水系统、冷却水系统、污水处理系统、雨水系统和漏氯收集系统等组成。由于取水泵站的附近无自来水管网和污水管网，故需单独设一套净水处理系统和污水处理系统。取水泵站的工艺流程见下图所示：
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图1 取水泵站的工艺流程图
1）取水系统：金汇港原水经取水口的粗格栅和隔油设施后，经引水管接至取水泵房，分别经过取水泵房的细格栅和旋转滤网，再由立式斜流泵提升后接至DN1500原水输水管，由原水输水管输送至上海化工区水厂。
2）加药系统：为防止原水输水管内滋生水生物及贝类，考虑在取水泵站设加药间，药剂采用次氯酸钠溶液，设计最大投加量3mg/l，在金汇港原水发生变化时投加。另外生活用水净水系统需投加混凝剂PAC和次氯酸钠。
3）生活及消防给水系统：生活和消防给水系统原水采用斜流泵出水，消防可直接采用斜流泵出水，当斜流泵发生故障时，消防水可由清水箱接出。生活给水系统设置1座一体化净水处理装置和2套膜处理设备，斜流泵出水经一体化净水处理装置后，水质基本可达到优质杂用水标准，然后再经膜处理设备处理，出水可供饮用、洗浴等。
4）冷却水系统：斜流泵和电机采用水冷的方式，据测算，单台斜流泵的冷却需水量约为5m3/h，远期最不利工况时4台水泵全部运行，需水量为20m3/h，业主现有的一套20m3/h的净水处理装置可直接用于本取水泵站。
5）污水系统：主要处理办公人员的生活污水、净水装置的反冲洗废水以及排泥水等，考虑接至化粪池（4m3），由环卫部门定期抽取外运，目前中法水务公司已与环卫部门签订意向协议。
6）雨水系统：收集泵站内雨水、集水坑排水、污水处理后出水等，鉴于取水泵站周边距可排放点——新洋港较远，且沿途需穿越鱼塘，故考虑在雨水收集末端设置1座一体化雨水增压泵站，以压力流的方式排至新洋港。
7）漏氯收集系统：考虑到次氯酸钠为危险化学品，故在辅助用房内，单独设隔墙将储氯桶隔开，并在其四周设置集水坑，当次氯酸钠溶液泄漏时，可通过集水坑排放至室外的漏氯收集池，再对漏氯收集池中投加药剂处理。
（2）取水泵泵型选择
根据取水水位以及具体的工程条件，取水泵可用的水泵类型为卧式离心泵、潜水泵和立式斜流泵。拟就以上三种类型水泵进行比较，取水水泵的选用原则如下：
1）卧式离心泵方案
离心泵是给水工程中广泛采用的一种水泵，其特点是流量、扬程适用范围广，结构简单、体型轻便、效率较高，大型水泵的效率可达到85％以上，并且其使用寿命长、安装检修方便、维护工作量相对较小。缺点是泵房间与吸水井一般要分开，施工较复杂，土建投资较高，泵房占地面积较大。
采用4台卧式离心泵，泵房与吸水井分建，吸水井分为独立的2格，每格依次设平板格栅室、旋转滤网室与吸水室。其中吸水井平面尺寸13.5×14.6m，埋深7.55m。泵房平面尺寸28×12m，埋深7.55m。本方案工程费用约2382万元（仅含土建及工艺设备，下同）。
2）潜水泵方案
水泵直接安装在集水池内，不需要吸水管道，泵房占地面积较小。缺点是潜水泵效率略低，其工作扬程范围较为狭窄，在水位变幅较大的情况下，大流量的潜水泵不能适应扬程的变化，还易出现故障、检修不便；使用寿命相对较短；水下电缆需要密封，但存在一定的风险；由于潜水泵电机多为国外进口，因此设备安装、维护也较复杂。
采用4台潜水泵，泵房分为独立的2格，每格依次设细格栅室、旋转滤网室与吸水室；吸水室设潜水泵，上部设泵房建筑。泵房平面尺寸13.6×19.2m，埋深7.55m。本方案工程费用约1830万元。
3）立式斜流泵方案
与潜水泵房类似，水泵安装在集水池内，不需要吸水管道，泵房占地面积较小，电机设置于地面层，安全性较潜水泵提高。混流泵的性能与离心泵相同，能适应流量、扬程的变化，水泵效率较高，达到80％以上，但较离心泵的效率约低2～3％。立式混流泵需要较长的进水流道，设备安装的要求和难度高、检修时需拆除电机后抽轴，工作量较大。
采用4台立式斜流泵，泵房前部分为独立的2格，每格依次设细格栅室、旋转滤网室。吸水室分为独立的4格，吸水室下部为斜流泵，电机设于平台层，上部为泵房建筑。泵房下部平面尺寸14.60×20.2m，埋深7.55m。本方案工程费用约2067万元。
对以上方案详细比较如下：
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结合国内各类水泵的实际运行状况，参考已建龙泉港取水工程设计经验，通过上述分析比较，综合考虑工程造价、设备性能、维护管理等因素，考虑到立式斜流泵近几年使用广泛，它具有运行安全，安装及维修方便，占地较小的特点，因此推荐采用立式斜流泵。
（3）取水泵房
取水泵房由进水井、吸水井、泵房等组成。进水井分2格，每格又分2个通道，每个通道上设1台平板格栅；吸水井下部为斜流泵，电机设于平台层，上部为泵房建筑。泵房下部平面尺寸约16.5×20m，埋深7.55m，地上部分工字钢高度为8.29m。
泵房共设4台泵位，远期2用2备；近期安装3台水泵，2用1备。近期单泵流量均2300m3/h，扬程26m，远期单泵流量3208m3/h，扬程38.4m，配套电机电压为10kV，功率500kW；水泵全部采用变频潜水斜流泵，水泵出口设水泵控制阀和检修蝶阀。
进水井内设2套DN1600手动两用升杆闸门，1个DN1400手动蝶阀，2个5×5网眼旋转滤网；取水泵房设10吨电动桥式起重机（附电动葫芦）1套。
（4）辅助用房和门卫
辅助用房和门卫合建，其中辅助用房包括加药和净水。
加药：混凝剂采用液体聚合氯化铝（PAC），混凝剂最大投加量为25mg/l，平均投加量为10mg/l，加注点1个，加注于净水装置前DN80管道混合器。采用自动投加。投加浓度为10%。辅助用房内设1只1m3的储药罐，配套PAC加药泵；另设2只10m3的NaClO储罐，配套NaClO加药泵。消毒采用次氯酸钠溶液，加氯点2个，其中生活用水次氯酸钠投加量为2mg/l，原水季节性加氯为3mg/l。
净水：净水采用一体化净水装置，处理规模为20m3/h，平面尺寸为L×B=4.75×2m，生活用水膜处理采用纳滤膜，处理规模为1m3/h。
（5）总平面管线
1）生产管线：斜流泵出泵DN900管连通成DN1500管后，设置于泵站西侧，位于围墙与道路边线当中，并设置1只组合式空气阀，接出一路DN300支管后，设置1只电磁流量计，并在其前后各设置1只手动阀门，流量计前后直管段满足前5D后3D的要求。
2）生活及消防管线：DN1500总管接出DN300支管后，再由DN300支管接出一路DN200管供生活和消防用，DN200管分为一根DN150的消防管和一根DN100的生活用水原水管，消防管沿道路外侧敷设，距离道路边线0.5m，并与另一路斜流泵接出DN150消防管形成环路。DN100生活管进一体化净水装置和膜处理设备后，接出一路DN50管供门卫室生活和加氯、加药配药用。
3）冷却水系统：由水箱经增压泵提升后，以DN100口径的管道输送至斜流泵的泵体和电机。
4）污水系统：辅助用房的排泥水、反冲洗废水和门卫间的生活污水至室外后，经De225的污水管往西北收集至化粪池后，由环卫部门定期抽运。
5）雨水系统：分别由西南和东南两侧，敷设De400的雨水管沿道路中心敷设，至泵站的西北角后，设置1座一体化雨水提升泵站，泵站后出水De315管排至新洋港。
7 结语
上海化工区水厂一期二阶段工程目前已投入运营，取水泵站作为供水系统中一个重要的组成部分，关系到整个供水系统的安全运行。随着化工区规模持续快速地发展，工业用水量正逐步增加，上海化工区水厂的扩建可缓解工业用水紧张问题。本文针对化工区水厂取水泵站设计的相关经验进行了介绍和总结，以期对今后的工程有所帮助。