污水处理厂水泵设备的选型、安装及运行维护

　　青岛某污水厂一期工程日处理污水5万t/d，竣工于2002年；二期工程日处理污水5万t/d，竣工于2008年；一、二期升级改造工程竣工于2011年。共有各类水泵85台，总容量为1038kW。通过从水泵设备的选型、安装、运行维护角度进行逐一探讨和分析，对于类似工程的建设和运行管理有着实质的意义和帮助。

　　二、水泵的选型

　　在污水处理厂中，水泵的主要用于进水提升、三级处理提升、污泥回流、剩余污泥排放等。根据通过介质的特点，大多使用专用的污水泵，如潜水排污泵和污泥螺杆泵。在具体的选型上应遵循以下原则：

　　1）泵应满足扬程和流量的技术要求，其运行工作点应在高效区的范围内。

　　2）水泵在长期运行中，多年平均扬程下的装置效率高，运行维护费用少。

　　1.泵稳定运行工况点的确定

　　水泵安装到特定管路系统中，实际工作扬程和流量不仅与泵本身的性能有关，还与管路的特性有关。管路的He-Qe曲线与泵的H-Q曲线的交点是泵的运行工况点（见图1），即m点对应的流量Qm和扬程Hm，就是泵最佳的流量和扬程；管路的NPSHa-Q曲线和泵的NPSHr-Q曲线的交点是输送系统的临界气蚀点，泵的工作流量必须小于Qd，否则会发生气蚀。

　　泵的特性曲线由泵实际测试得到，一般有由泵厂家提供。管路装置的特性曲线也应该由实际测得，但设计前无法实测，常由经验公式进行估算：H=K+BQ2。

 

 

2.流量Q的选定

　　对于流量变化不大的场合，水泵流量直接根据需要的流量选定。对于进水提升泵，流量具有不定性和时间周期性，即高点和低点的差异较大，此时，不能以最高点流量为选型值，因为这样会造成大部分的运行偏离高效区，增加运行费用和能量损失。一般可取Q=Qmax/1.2。

　　3.扬程H的确定

　　流量确定后，确定泵的进出口管径，完成整个管路的布置，确定扬程，在实际选择中，往往将管路的阻力系数取的偏大，另在选择泵的型号时，又增加了一个扬程余量，这样造成了实际运行的流量偏大，造成如下结果：

　　1）流量增大时，泵的轴功率增大，而电动机的效率不变，所以输入电动机的功率必然增大。过大的功率使电动机处于超负荷的运行状态，可能会造成发热甚至烧坏电动机。

　　2）如果流量大到超过Qd，会发生气蚀产生振动，严重影响泵的使用寿命。

　　因此，在选泵的扬程时不应过于保守，要尽量接近管路实际扬程，一般来说，不能超过管路实际扬程的1.1倍。

　　4.选择泵的型号

　　根据确定的Q和H，从泵的样品手册中选择合适的泵的型号。需要注意的是，实际选择中，原则上选择的应该是最接近泵的性能曲线和装置性能曲线交点的泵的型号，泵的最佳运行点尽量在泵的效率曲线的高效区。

　　三、水泵的安装

　　1.安装准备工作

　　根据设备厂家的设备安装图和设计施工图，安装说明书，设备明细等技术资料，制定施工方案，根据施工方案准备所需的工具、器具及材料；清理安装现场，复核预埋件尺寸。

　　2.基础准备及验收工作

　　设备基础是承载水泵的载荷和吸收震动的载体，其施工质量直接影响设备安装的质量和水泵的正常运行。水泵的基础验收应包括预压强度试验；外观尺寸、几何尺寸是否和图纸一致；预埋地脚螺栓的位置、标高和露出基础的长度是否超差；预留地脚螺栓孔的深度是否过浅等。对超差的基础进行修复和采取其他措施纠正。

　　基础放线，确定安装位置：根据建构筑物的基准轴线确定泵组的纵横中心线，以建构筑物的标高或预设的标高点确定设备的安装标高。核对设备有关尺寸，预留孔的相关位置及基准轴线的相关偏差。

　　基础表面处理：对设备表面进行处理，确保水泵的安装精度，清理预留孔内的杂物并保护洞口。

　　设置垫铁或垫板：保证每个地脚螺栓两侧都有一组反向放置的斜垫铁，用垫铁来保证标高。

　　3.水泵的安装

　　用起重设备将水泵底座或水泵整体吊装就位。水泵底座应对准地脚螺栓缓慢落下，直至落到预先放置的垫铁上，螺栓初拧后，卸去吊具。

　　水泵就位后，首先找正泵的水平位置，按照安装纵横中心线找正，然后用斜垫铁调整至设计高程并校核水平度，在中心线方向上使进出口法兰的垂直度调整好。

　　安装精度的复核：将地脚螺栓依次对称全部拧紧，再复测各个记录，如超过允许误差，应在研究数据后，松开地脚螺栓再调整至所有控制数据在地脚螺栓紧固的状态下完全符合标准。再按照要求拧紧地脚螺栓，将最终的数据记录。最后把斜垫铁、基础板焊接牢固。

　　4.电动机的安装

　　将电动机和基础板一起吊装对准地脚螺栓落下，放到斜垫铁上，电动机的水平位置和标高应服从于电动机轴和水泵轴同轴度的调整。

　　精确调整两轴之间的距离至允许范围内。把千分表固定到电动机轴上，拧紧电动机地脚螺栓，转动电动机，测量不同轴度，松开地脚螺栓，根据测量的数据，通过斜垫铁调整电动机的标高和水平位置，再拧紧地脚螺栓，再测量不同轴度，如此反复，直至同轴度控制在允许的范围内。

　　电动机调整好后，对称拧紧地脚螺栓，重新复核数据无误后，把基础板和斜垫铁焊接牢固。电动机空载试运行正常后，连接联轴器。

　　5.灌浆

　　机组安装完成后，清理安装中的油污和杂物，灌浆至安装标高。

　　四、水泵的运行管理

　　1.潜水泵的运行管理

　　（1）泵组的优化运行 根据水量和液位的变化，采用变频调速技术可以实现泵的节能，但是由于变频调速投资较高，不可能将所有水泵全部调速，所以通过水泵优化组合可以将不同台数，不同运行速度，不同流量大小的水泵并联运行来满足工况的变化。

　　污水厂进水泵房采用了2台100kW的飞力水泵，期中一台采用变频技术，一台工频运行；5台44kW的飞力水泵，期中一台采用变频技术，另4台工频运行。在设计水位条件和满足正常流量下，一般采取1台大变频泵、1台大工频泵、3台小工频泵运行的方案；或者采取1台大工频泵，4台小工频泵，1台小变频泵运行的模式。本机组运行10年来，一直稳定正常，没有出现因为进水量的变化而频繁开停泵的现象，节能效果也非常显著。

　　（2）液位的调节使水泵运行在最佳工况点 在设备选型后，水泵的特性曲线和装置的特性曲线的交叉点为最佳运行工况点，但是，随着水泵运行时间的增加，必然伴随着水泵效率的降低及过流部件的磨损，其中影响泵特性曲线最严重的参数为泵的叶轮磨损，叶轮磨损后，相当于泵的H-Q曲线下移，使得流量和扬程都有变小的趋势，为了保持原有处理水量，又不增加水泵数量，可以通过调整液池浮球，增高储水池液位，储水池液位增高后，装置的He-Qe曲线必然有右移的趋势，这时，两条曲线的交叉点的扬程变小，流量保持不变。这样可以保证水泵一直在最佳的工况点运行，既满足了工艺需要，又减小了设备损耗，有利于延长设备的经济使用寿命。

　　（3）潜水泵的日常检查及维护保养 值班人员应做到一听、二看、三摸、四记录。即听设备运行噪音是否合理，看报警单元是否有泄漏和过热报警信号，三摸导杆震动是否正常，四记录水泵运行的流量和电流。以上检查如有问题，需及时进行分析原因并上报。

　　维修人员定期检查潜水电缆松紧情况，钢丝绳或导链是否有磨损，是否固定好，是否有垃圾；定期检查水泵的三相相间电阻是否平衡，对地绝缘电阻是否低于1M欧；定期检查电气保护装置是否可靠，定期对接线端子进行紧固。

　　每半年检查一次油室油质，是否有泄漏，并强制进行更换；检查叶轮磨损情况，确定是否需要修补和更换。

　　每年进行一次全面的预防性检修，包括：更换所有O型密封圈；检查轴承磨损情况，并添加新的润滑脂；检查机械密封磨损状况，确定是否需要更换；检查叶轮的磨损情况，检查叶轮也泵体之间的密封环磨损状况，却是是否需要修补和更换；检查电动机定子绝缘情况，是否有扫膛损伤痕迹；检查泵底是否有积砂和污堵，检查池底是否有沉砂，是否需要停水清淤。

　　2.螺杆泵的运行管理

　　奈莫泵（单螺杆泵）是一种容积式泵，在污水厂输送含固体颗粒的污泥、化学药剂方面有着广泛的应用。其工作原理是：螺杆工作时，液体被吸入后进入转子与定子形成的密封空腔，由于转子的转动，液体跟随密封空腔沿着轴向由泵的吸入侧向排除侧运动，连续的吸入和排出实现了液体的输送功能。

　　（1）螺杆泵的变速运行 在污水厂中，螺杆泵一般与污泥脱水机配套使用，不管是输送需处理的污泥，还是输送絮凝剂，对输送介质的流量有严格的控制。螺杆泵的输送流量和输送压力无关，输送压力只与螺杆泵的级数有关系，而流量和转速有严格的正比例关系。所以需要控制输送流量时只需通过配备变频器调节电动机转速或者通过皮带无极调速实现。

　　（2）运行中的保护 在定子上一般安装了温度传感器，用来探测定子的温度，如果出现介质缺少而干运行的情况，定子和转子的磨损会非常大，而且温度伴随着摩擦而越来越高，进一步加大了磨损。所以目前基本所有螺杆泵厂家把干运行保护定为设备采购必备单元。

　　（3）螺杆泵正常运行对工艺前置处理单元的要求 螺杆泵的定子一般为橡胶材质，转子为不锈钢材质，如果输送介质中含有砂粒，会造成定子和转子的双重磨损，由于加工工艺和材料的要求，目前国内生产的替代品的质量还不过关，进口备件价格昂贵；而且在后续的污泥处理单元，离心式脱水机的过流部件对沙砾的敏感性更为强烈。所以应尽量减少输送介质中的沙砾。

　　螺杆泵运行前置工艺处理单元中曝气沉砂池的吸砂泵和砂水分离器设备是用来清除污水中的沙粒，一定要保证其正常运行，以减少污泥中的沙砾，延长螺杆泵的使用寿命。

　　五、现场使用中两种水泵故障分析及解决措施

　　1.叶轮腐蚀和磨损

　　由于污水含有强烈的腐蚀性，回流污泥中氧的浓度也比较大，增大了叶轮的腐蚀过程。而且，溶于水的盐对腐蚀也有很大的影响，因为它增加了水的导电性，同时也增加了电偶的腐蚀电流。所以污水厂的叶轮的腐蚀速度很大。

　　市政污水中还含有较多的沙砾，加大了对叶轮的磨损，在水泵的作用下以不同的角度冲击叶轮表面，金属首先在撞击点发生弹性变形，接触面的中心受应力最大，继而开始进入塑性流动状态。随着沙砾动能的消耗，沙砾的动能逐渐转化为金属的塑性变形功，速度减慢直至沙砾停止压入运动，且塑性变形区进一步扩大。此后，金属表面弹性变形部分将恢复，而塑性变形将继续保留，形成冲击凹坑，凹坑边缘还有挤出的金属堆积物。在沙砾的不断冲击下，这些金属堆积物因受新的挤压变形和位移而从金属表面脱落，同时，在较小的沙砾冲击下，凸起的堆积物受剪切折断，形成金属磨削，宏观上就表现为鱼鳞状的小坑和短程沟槽，并有蜂窝状麻点（见图2）。

 

　　图2 叶轮磨损照片

　　叶轮腐蚀和磨损后，改变泵的性能曲线，泵处于非正常工况点运行，同时，由于叶轮的磨损，造成了叶轮的动不平衡，产生振动，容易造成机封损坏、轴承损坏等其他故障，所以需采取措施对叶轮进行修补或更换。

　　叶轮的表面可通过喷丸、渗碳或热喷涂等方式进行修补，用高分子材料进行表面修复在实际使用中也取得了不错的效果（见图3）。需注意的是，叶轮修复后需重新做动平衡试验。

 

　　图3 贝尔左纳高分子材料修复后的叶轮

　　2.加药原液泵底阀被堵塞

　　在污水厂升级改造工艺中，用来提升三氯化铁原液的离心泵因底阀频繁被堵住卡死而造成泵打不上药的故障，原因是底阀极易被三氯化铁固化颗粒磨损和卡住而漏水，离心泵添加引水失效，造成离心泵无法使用。

　　分析现场实际情况后，设计了一种储液装置（见图4），而不用另行灌水，在使用中效果非常好。工作原理：泵启动后，缓慢代开出水阀门，罐内水位下降，罐内形成负压，在大气压的作用下，药液即沿吸入管流入罐内补充液位，这样泵既即可正常工作。需要注意的是，停泵后，不能马上关闭出水阀门，需经出水管内液体回流返回罐内将其充满后，再关闭出口阀门，这样下次启动时不必灌水，直接启动水泵再缓慢开出水阀门即可。

 

　　图4 不需灌泵的储液装置

　　六、结语

　　作为污水厂内占有很大规模的泵类设备的管理，需从选型、安装和运行维护的每个环节入手，加强学习，总结经验，才能把污水厂的设备管好，用好，使之切实有效的为污水厂的正常运行服务。