泵站的设计,循环泵站的设计,泵站的设计案例

 循环泵站的设计案例资料：山西某氧化铝厂的焙烧及石灰烧制工段循环水泵站。
    （1）设计水量石灰烧制工段循环水系统的初期水量为153m3/h，终期水量为230m3/h；焙烧工段循环水系统的初期水量为680m3/h，终期水量为l020m3/h。
    （2）供水压力  石灰烧制工段供水压力为350kPa；焙烧工段供水压力为400kPa。
    （3）循环泵泵房设计地点的地面相对高程为-0.150m，泵房±0.O0相当于高程436.45m，冷却塔Ⅷ±0.00相当于高程437.50m。
    （4）石灰烧制工段zui不利热水出水管到热水池之间距离L =400m，热水出水管起点管
底相对标高为-1.3m。
    （5）石灰烧制工段与焙烧工段循环冷水输水管与管网总水头损失zui大用水时为50kPa，冷水池zui低水位至石灰烧制工段zui不利用水点高差7.0m冷却塔进水口标高0.57m，进水口设计压力75kPa。
    （6）冷却塔进水温度45℃，出水温度35℃。
    （注：本例题计算主要以石灰烧制工段循环水系统为例）
    1．水池设计水位
    根据车间热水自流排入热水池确定热水池zui高水位。   
    已知石灰烧制工段循环水量230m3/h，查水力计算表，选定热水池管进水管为DN400铸铁管，v=0.93m/s，i=0.003，充满度h/D=0.55。
    石灰烧制工段zui不利热水出水管到热水池之间距离：L=400m
    管道坡降为：i×L=0.003×400=1.2m，热水出水管起点管底相对标高为-1.3m；
    热水池进水管底标高=-1.3-1.2=-2.5m
    则热水池的zui高水位设计为-2.5m。假定热水池有效水深2.4m，则热水池zui低水位为-4.90m，池底标高一5．0m。为方便循环泵房布置，冷水池的zui低水位、池底标高与热水池相同，冷水池zui高水位为-0.50m。焙烧工段循环水系统的冷水池高水位也可设计为-0.50m，热水池zui高水位为-2.50m，zui低水位均为-4.90m。
    2．设计流量的确定与设计扬程的估算
    （1）设计流量泵站设计流量见表6-23。
    表6-23  泵站设计流量
    工段名称     初期设计流量/（m3/h）     终期设计流量/（m3/h）
    石灰烧制
    焙烧     153
    680     230
    1020

（2）设计扬程
    ①石灰烧制工段循环冷水池zui低水位至设计zui不利用水点地面高差：Zc=7m=70kPa；石灰烧制工段用水设计压力：Hc=350kPa
    初估泵站内管路的水头损失：∑h=30kPa；
    输水与管网管路的总水头损失：∑hc=50kPa；
    考虑增加20kPa的安全水头；
    石灰烧制循环冷水泵扬程：Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc+20=70+350+30+50+20=520kPa
    ②石灰烧制循环热水池zui低水位至冷却塔设进水口高差：Zc=0.57+4.9=5.47m=54.7kPa；进水设计压力：Hc=75kPa；
    初估热水泵站内水头损失：∑h=20kPa；
    输水管的设计流量Q=230m3/h，选用DN250钢管，则流速v=1.29m/s，i=0.106kPa/m。输水管DN250直管长：L14-16=15.5m；4个DN250 90°弯头（ξ13-0.87），DN250×DN250三通1个（ξ15=1.50）
    沿程水头损失：15.5×0.106=1.64kPa
    局部水头损失：（4×0.87+1.5）×1.292/2g=0.423m=4.23kPa
    输水管DN250总水头损失：l.64+4.23=5.87kPa
    冷却塔的送水管设计流量：Q=230/2=115m3/h，选用DN200钢管，则流速v=2.08m/s，i=0.348kPa/m。DN200直管长：L17-20=9.87m；DN250×DN200渐缩l个（ξ17=0.17），2个DN200 90。弯头（ξ18=0.72），DN200蝶阀（ξ19=0.30），出口（ξ20=1.0）
沿程水头损失：9.87×0.348=3.43kPa
局部水头损失：（ξ17+2ξ18+ξ19+ξ20）×v2/2g
    =（0.17+2× 0.72+0.30+1.0）×2.082/2g=0.643m=6.43kPa
    冷却塔的送水管总水头损失：3.43+6.43=9.86kPa
    输水管与冷却塔的送水管总水头损失：∑hc=5.87+9.86=15.73kPa
    石灰烧制循环热水泵扬程：
    Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc=54.7+75+20+15.73=165.43kPa
    （焙烧工段循环水系统的计算略）
    3．初选水泵与电机
    循环水泵站的供水特点是供水压力比较稳定，一般可选用同型号的水泵机组并联工作。依据流量、扬程按水泵综合性能图选择水泵型号，每套循环水系统初步选定4台工作泵，近期3台，2台工作，l台备用，’远期增加1台同型号S型双吸离心泵，3台工作，1台备用。各水泵能参数见表6—24。
    采用水泵厂家所的配套电机，其参数见表6—25。
    表6—24  水泵性能参数
编号   水泵型号 水泵类型  规    格   转速/（r/min） 轴功率/kW 效率/％ 汽蚀余量NPS
（NPSH）s/m I 
IS100-80-125 热水泵 流量Q=60～100～120m3/h
 扬程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
  扬程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
  扬程H=55～50～45m 1450 48.6～67.2～74.2 74～81～76 3.O～3.8～4.5
Ⅳ IS200-150-315 热水泵 流量Q=240～400～460m3/h
扬程H=37～32～28.5m 1450 34.6～42.54～44.6 70～82～80 3.O～3.5～4.0

表6-25  电机配置
编号     清水离心泵水泵型号     轴功率/kW     电机型号   电机功率/kW     转速/（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、压水管计算
  压水管每台水泵有单独吸水管和压水管，采用海澄一威廉公式（C一100）计算吸水管和压水管管径。
    （1）吸水管
    石灰烧制工段循环水系统：设计流量Q1=230/3=77m3/h=21．39L/s
    采用DNl50钢管，则流速v=l.26m/s，i=0.194kPa/m
    焙烧工段循环水系统：设计流量Q1=1020/3=340m3/h=94.4L/s
    采用DN300钢管，则流速v=1.29m/s，i=0.087kPa/m
    （2）压水管
石灰烧制工段循环水系统：采用DNl50钢管，则流速v=1.26m/s，i=0.194kPa/m
焙烧工段循环水系统：采用DN250钢管，则流速v=1.89m/s，i=0.220kPa/m
    （3）横向联络管与输水管计算见表6—26。
    表6-26横向联络管与输水管管径计算    。
    循环系
    统名称     横向联络管     输水管
流量/（m3/h） 管径/mm 流速 /（m/s） Z/（kPa/m） 流量
/（m3/h） 管径
  /mm 流速
  /（m/s）   i
/（kPa/m）
  石灰烧制循环热（冷）水     153     200     1.39     0.161     230     250     1.29    0.106
    焙烧循环冷（热）水     680     400     1.46     0.078     1020     500     1.39    0.O55

  5．水泵机组和管道布置
    水泵采用单排顺列式布置。每台离心泵都单独设有吸水管，并设有检修阀门，即管径300mm以下采用D343X-10型蝶阀，300mm以上采用D97X-10电动蝶阀。压水管设有H44T-10型止回阀，管径300mm以下采用D343X-10型蝶阀，管径300mm以上采用D97X-10电动蝶阀；压力表。
    6．吸水管与压水管路中的水头损失计算
    以石灰烧制循环水系统为例，取zui不利线路，从吸水口到输水干管上切换阀为计算线路。
    （1）循环冷水系统zui不利线路。
①吸水管路水头损失为：
    ∑hs=∑hfs+∑hls
吸水管DNl50直管长L1+L2=2.5+1.6=4.1m，is=0.194kPa/m
吸水管的沿程水头损失：
    ∑hts=is（L1+L2）=0.194×4.1-0.80kPa
吸水管路的局部水头损失∑允l。的计算见表6—27。
    表6—27  吸水管路局部水头损失计算
    管道直径
    DN/mm     管件   阻力系数车   流量/（L/s） 流速v/（m/s）     V2/2g
    水头损失
    150   吸水喇叭口   ε1-0.56     21.39     1.26     0.08     0.045
    90°弯头   ε2-0.72     21.39     1.26     0.08     0.058
    蝶阀   ε3-0.30     21.39     1.26     0.O8     0．O06
    150×100 偏心渐缩管   ε4-0.17     21.39     2.78     0.39     0．O66
合计               ∑his=0.175
    （即1.75kPa）

 吸水管的水头损失：∑hs=∑hfs+∑hls=0.80+1.75—2.55kPa
    ②压水管路的水头损失为：
    ∑hd=∑hfd+∑hld
    压水管DNl 50直管长：L3=3.63m，idl=0.194kPa/m；DN200直管长：L4=2.1m， id2=0.161kPa/m；DN250直管长：L5=3.3m，L6=4.8m，/d3=0.108kPa/m
    压水管路的沿程水头损失：
    ∑hfd=L3 idl+L4 id2+（L5+L6）id3—3．63×0．194+2．1×0．161+（3．3+4．8）×0．108=1．92kPa
    压水管路的局部水头损失∑元ld的计算见表6—28。
    表6．28  压7k管路局部水头损失计算
    管道直径
  !DN/mm     管件   阻力系数e   流量/（L/s） 流速v/（m/s）    V2/2g 水头损失
 
    100×150     渐扩管   ε5=0.17     21.39     2.47     0.311     0.053
    150     止回阀   ε6=6.50     21.39     1.26     0.O8     0.520
    蝶阀   ε7=0.30     21.39     1.26     0.08     0.O24
    90°弯头   ε8=0.72     21.39     1.26     0.08     0.058
    150×200     渐放管   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     渐放管   ε11=0.06     42.78     1.39     0.100     0．O06
    250×150     2个三通    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个蝶阀   ε14=0.30     64.17     1.29     0.085     0.051
      流量计       64.17     1.29       1.000
  合计               ∑hid=2.293
  （即约22.93kPa）

 压水管路的水头损失：∑hd=∑hfa+∑hla=1.92+22.93=24.85kPa
泵站内管路的水头损失，即从水泵吸水口l到输水管上切换阀l4之间的总水头损失：
    ∑h=∑hs+Ehd=2.55+24.85=27.40kPa
因此，石灰烧制循环冷水泵的实际扬程：
    HD=Zc+Hc+∑h+∑hc+20=70+350+27.40+50+20—517.40kPa
由此可见，初选水泵机组符合要求。   
（2）循环热水系统zui不利线路如图6—47所示。
    ①吸水管路的水头损失基本同冷水循环系统，近似取冷水循环系统的吸水管路的水头
损失，即∑hs=2.55kPa
    ②压水管DNl50直管长：La=3.7m，idl=0.194kPa/m；DN200直管长：L4=2.1m，ia2=0.161kPa/m；DN250直管长：L5=2.7m，id3=0.106kPa/m
    压水管路的沿程水头损失：
    ∑hfd=L3idl+L4id2+L5id3=3.70×0.1 94+2.1×0.161+2.7×0.106=1.34kPa
    压水管路的局部水头损失∑Ald的计算见表6—29。
    压水管路的水头损失：∑hd=∑hfd+∑hid=1.34+12.18=13.52kPa
    泵站内管路的水头损失，从水泵吸水口1到输水管上切换阀之间的总水头损失：
    ∑h=∑hs+∑hd=2.55+13.52=16.07kPa
    输水管与冷却塔的送水管总水头损失为∑hs=15.73kPa
表6—29压水管路局部水头损失计算
管道直径
DN/ram 管  件 阻力系数车 zui大流量
/（L/s） 流速v/（m/s） V2/2g 水头损失e瓦V2/m
100×150 偏心渐扩管 ε5=0.17 21.39 2.47 0.311 0.O53
150 止回阀 ε6=6.50 21.39 1.26 0.08 0.520
蝶阀 ε7=0.30 21.39 1.26 0.O8 0.024
90°弯头 ε8=0.72 21.39 1.26 0.O8 0.O58
150×200 渐放管 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 渐放管 ε11=0.06 42.78 1.39 0.100 0.006
250×150 2个三通 ε12=1.68 64.17 1.29 0.085 0.286
250 90°弯头 ε13=0.87 64.17 1.29 0.085 0.O74
蝶阀 εl4=0.30 64.17 1.29 0.085 0.O26
合计           ∑h Ld=1.218
（即约l2.18kPa）

  因此，热水增压泵的实际扬程：Hp=Zc+Hc+∑h+∑hc=54.7+75+16.07+15.73=161.5kPa
    由此可见，初选水泵机组符合要求。
    7．机组基础
    磁力泵基础长度、宽度、和高度按水泵样本提供。
    8．各工艺标高设计
    因循环水泵站的供水流量与压力比较稳定，水池水位基本恒定，为减少泵房埋深，水池在zui高水位时，水泵设计为自灌式工作，在zui低水位时，水泵为非自灌式工作。
    （1）热水池zui高水位-2.5m，为保证热水泵（IS100-80-125）能自灌式工作，设计泵轴标为-3.575m。
    吸水管中心标高-泵轴标高+水泵进口直径/2-吸水管管径/2=-3．575+0.1/2-
0.1 5/2=-3．60m
    查水泵样本，泵轴至基础顶面高度H=0.25m
    基础顶面标高一泵轴标高一泵轴至基础顶面高度H=-3.575-0.25=-3.825m
    泵房地面标高一基础顶面标高-0.15=-3.825-0.15=-3.975m（取-4.00m）
    （2）泵房地面取平，冷水泵（IS100-65-200）基础顶面标高一泵房地面标高+0.15-
4.00+0.15=3.85m
    查水泵样本，泵轴至基础顶面高度H=0.29m
    泵轴标高一基础顶面标高+泵轴至基础顶面高度-3.85+0.29=3.56m
    吸水管中心标高一泵轴标高+水泵进口直径/2-吸水管管径/2-3.56+0.1/2-0.1 5/2=3．585m    o
    9．水泵汽蚀余量校核
    （I）冷水泵（IS100-65-200）汽蚀余量校核
    查表得：循环冷水温度为35℃时，实际饱和蒸汽压hva=0.59m；ha=10.33m。
    水池的zui低水位为-4．90m，已知冷水泵（IS100-65-200）安装高度：Hss=-3.585+4.90=1.315m
    水泵吸水管流量取单泵运行流量：Q=22.78L/s，流速V1=1.34m/s，is=0.218kPa/m，直管长为4．1m，则吸水管沿程水头损失：
    ∑hfs=isL=0.218×4.1=0.89kPa=0.089m
    水泵进口直径lOOmm，则流速V2=2.63m/s
    吸水管路局部水头损失：∑hs=（ε1+ε2+ε3）v21/2g+ε4v22/2g
    =（0.56+0.72+.30）×1.342/2+0．17×2.632/2g=0.205m
        吸水管路总水头损失：∑hs=∑hfs+∑his=0.205+0.089-O.294m
    冷水泵（IS100—65—200）实际汽蚀余量：
    Hsv=ha-hvas-∑hs-Hss=10.33-0.59-0.294-1.315-8.313m
    查水泵样本，冷水泵必要的汽蚀余量为3.79m，满足要求。
    （2）热水泵（ISl00-80-125）汽蚀余量校核
    查表得：循环热水温度为45℃时，实际饱和蒸汽压hva=1.Om；ha=10.33m。
    热水泵（IS100-80-125）泵轴标高为-3.575m，水泵安装高度：Hss=-3.575+4.9-1.325m
    吸水管道内的水头损失可近似取：∑hs=0.294m
    热水泵实际汽蚀余量：
    Hsv=ha-hva-∑hs-Hss=10.33-0.59-0.294-1.325=8.121m
    查水泵样本，热水泵必要的汽蚀余为4.74m，满足要求。
    10．吸水设计
    水泵直接从水池吸水，四个水池水位在集中控制室内连续显示，高、低水位设声光报警，zui低水位水泵停泵。
    水泵喇叭口上设格网，防止大颗粒物质进入泵站，格网网眼净尺寸20mm，网丝直径3.0mm，现场制作安装。
    水池长度按吸水喇叭口安装要求，并根据机组布置间距。
    11．附属设备的选择
    （1）起重设备根据zui重的设备选起重设备，具体见表6—30。
    表6—30主要设备
编号     型  号     名  称     规格   数量     重  量     备  注
1 IS、IR卧式单级单吸清水离心泵
IS100-80-125 热水泵 流量Q=60～120m3/h
扬程H=24～16.5m 4台 720kg     2用1备
    1台预留
2     Y160M1-2     电动机   电机功率N-11kW 4台   2用1备，1台预留
3 IS100-65-200   冷水泵 流量Q=60～120m3/h
  扬程H-54～47m 4台 960kg 2用1备，1台预留
4     Y180M-2     电动机   电机功率N-22kW   4台    2用1备，1台预留
5 IS200-150-400 冷水泵 流量Q-240～460m3/h
  扬程H=55～45m 4台 330kg 2用1备，1台预留
6     Y280M-4     电动机   电机功率N-90kW   4台    2用1备，1台预留
7 IS200-150-315   热水泵 流量Q-240～460m3/h
  扬程H-37～28.5m 
  4台 175kg 2用1备，1台预留
8     Y250M-4     电动机   电机功率N-50kW   4台     2用1备，1台预留
9     D97X-1O   电动蝶阀     DN500   8个    
10     D97X-10   电动蝶阀     DN300   12个    
11     HS1   手拉葫芦   Q=1.0t H=10m   1台    
12     SG-1 手动单轨小车 Q=1.Ot H=3～10m   1台    
13     HS2   手拉葫芦   Q=2.0t H=10m   1台    
14     SG-2 手动单轨小车 Q=2.0t H=3～10m   1台    
15 50QW10-10-0.75     潜污泵 Q=10m3/h N=0.75kW
    H=10m 2台    
16 GBN1-1 50 冷却塔     Q-150m3/h
    N=5.5kW 2台   自重2.2t运行
    重5.6t 2台同时工作
17   配套风机       1F-47TTTA
    N==45kW 3台     风机重0.7t
    电机重0.5t     2台同时工作，
    1台预留
18   147风机逆流
    式冷却塔   Q=400 800m3/h 3台     2台同时工作，
    1台预留
19 M102C   自动反清洗
    过滤器 Q=25m3/h 1台 28kg  
 
 20   182/480E2--
    1500×2400 全自动软水器 Q=70m3/h U=380V 1台 总重10.0t  
21 M1061P   自动反清
  洗过滤器 Q=180m3/h 1台     自重115kg
  运行重225kg  

    （2）排水设备采用电动水泵排水。沿泵房内壁设排水沟，将水汇集到集水坑内，然后用泵抽回到吸水间去。
  选用50QW10-10-0.75型潜污泵（Q-10m3/h，N-0．75kW，H-10m，n-2900r/min）两台，一台工作，一台备用。高水位-4.5m时启泵，低水位-5.30m时停泵。
    设积水坑两个，1.0m×1.2m×1.5m（^）。
    （3）计量设备  泵房热水泵，冷水泵输水总干管在室内分别设电磁流量计，测量范围为0-25000m3/h，压力范围0-0.9MPa。   
    压水管上设有Y一100压力表，测量范围0～1．2MPa；WTZ一280温度计，测量范围0～100℃。在控制室显示水压与温度。
    （4）其他  所有水泵既可集中控制又可手动控制。
    灭火器可悬挂在墙上，安装高度顶部距所在处地面l．4m。
    其他设备及选用材料见表6—30、表6—31。
    裘6．31  材料衷（烧制循环水）
标号 标准图号 名称 规格 数量 备注
1   镀锌钢管 DN32 2m  
2   镀锌钢管 DN50 9m  
3   焊接钢管 DN80 7m  
4   焊接钢管 DNl50 42m D159×6
5   焊接钢管 DN200 24m D219×6
6   焊接钢管 DN250 56m D273×6
7   焊接钢管 DN300 3m D325×6
8   焊接钢管 DN400 10m D426×6
9 D17X-10 蝶阀 DN80 1个  
10 D343X-10 蝶阀 DNl50 14个  
11 D343X-10 蝶阀 DN200 2个  
12 D343X-10 蝶阀 DN250 3个  
13 H44T-10 止回阀 DNl50 6个  
14 V100 压力表 0～1.2MPa 6个  
15 WTZ-280 温度计 0～100℃ 2个  
16 02S403-52 钢制异径管 DNl50×100 6个  
17 02S403-52 钢制异径管 DN200×150 2个  
18 02S403-52 钢制异径管 DN250×200 4个  
19 02S403-52 钢制异径管 DN250×200 4个  
20 02S403-52 钢制异径管 DN250×100 1个  

标号 标准图号 名称 规格 数量 备注
21 02S403-58 钢制偏心异径管 DNl50×100 6个  
22 02S403-110 吸水喇叭管 DNl50×6 8个  
23 02S403-113 吸水喇叭管支架 ZA2 8个 159×245
24 02S403-98 弯管型通气管 W-200 2个  
25 02S403-70 喇叭口 DN400 1个  
26 S161-55-53 管道支架 DN200 2个  
27 S161-55-53 管道支架 DN250 DN150 3个 2个  
28 S161-55-50 管道支架 DN400 1个  
29 02S404-5 柔性防水套管 DN50 1个  
30 02S404-5 柔性防水套管 DNl50 8个  
31 02S404-5 柔性防水套管 DN250 1个  
32 02S404-15 刚性防水套管 DN80 1个  
33 02S404-15 刚性防水套管 DN300 1个  
34 02S404-15 刚性防水套管 DN400 2个  
35 02S403-78 钢制法兰 DN80 DN50 2个 4个 PN1.0MPa
36 02S403-78 钢制法兰 DNl50 50个 PN1.0MPa
37 02S403-78 钢制法兰 DN200 6个 PN1.0MPa
38 02S403-78 钢制法兰 DN250 10个 PN1.0MPa
39 02S403-6 90°弯头 DN80 4个  
40 02S403-6 90°弯头 DNl50 9个  
41 02S403-6 90°弯头 DN200 4个  
42 02S403-6 90°弯头 DN250 9个  
43 02S403-6 90°弯头 DN400 1个  
44 02S403-36 三通 DN200×150 2个  
45 02S403-38 三通 DN250×150 4个  
46 02S403-48 三通 DN250×250 2个  
47 02S403-48 三通 DN300×300 1个  
48   法兰盲板 DNl50 4个  
49 MF2 干粉灭火器 5B 6具  
50 MF2 干粉灭火器 2具  
51 H44T-10 止回阀 DN50 1个  
52 D71X-10 蝶阀 DN50 1个  

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