福州电厂桩基础渣土4.5公里远距离输送

福州电厂二期工程施工时,基础建设时排出的渣土用清水混合成泥浆,需要利用现有内径300mm的不锈钢管道排到4.5公里远的水库中,两地高差约46米。 仅仅凭这么少的参数进行设计,误差会很大。但用户也无法给出更多的数据,包括渣土数量都无法确认,只是希望泵越小越好、浓度越大越好、费用越低越好。这个工况设计的最大难点就是管路损耗的确认和沙泵扬程的选择,施工时最重要的就是防止堵管、堵泵。

 

按照正常设计:

1、确定流量:在尽可能降低流量的情况下,考虑到泥沙沉降速度,推荐流量400 m3/h。

2、确认排土量:按照渣土比重2.6,泥浆浓度30%(重度比)来考虑,浆体密度1226kg/m3,每小时可排渣土147吨。

3、排水高度:46米。

4、管路损耗:内径300mm的直钢管,流量400 m3/h时管道内流速是1.57m/s,排清水时100米长的管路损耗是0.77米,4500米长时管路损失约35米,按照泥浆浓度30%(重度比)来考虑,管路损耗加倍后应该是70米。

5、扬程备量:20米

计算后,需要的扬程为136米,推荐2台 KL200-70×2 200kW矿用立泵并联。

需要说明的是,这个方案扬程备量很大,主要是考虑当出现堵管的现象时,沙泵必须有足够的扬程备量将管道通开,否则一旦堵实了,4.5公里的排水管半年都清理不通,会影响工程进度。此方案中,流量是按照额定扬程选取的,实际工作扬程会小很多,所以流量会更大,考虑到大流量、高流速排沙效果好,所以这样选择。

设计结果发给用户,用户嫌功率太大, 200kW的电泵对配套电器要求较高,整个方案的费用太高,仅仅是工程短期使用,希望能用小功率沙泵,可以降低浆体浓度、延长作业时间。

应用户要求,进行二次优化设计。上一方案中,管路损耗是按照上偏差估算的,应该留有余量,同时还有足够的扬程备量,因此可以适当减小扬程。考虑到固体成分为泥土,含沙石较少,搅拌成浆体后有一定粘度,浓度降低后泥浆沉降问题应该有改善,可适当降低流速,降低流量。

 

二次优化设计:

1、确定流量:将流量先降低到300 m3/h。

2、确认排土量:按照渣土比重2.6,泥浆浓度20%(重度比)来考虑,浆体密度1140kg/m3,每小时可排渣土68吨。

3、排水高度:46米。

4、管路损耗:内径300mm的直钢管,流量300 m3/h时管道内流速是1.18m/s,排清水时100米长的管路损耗是0.43米,4500米长时管路损失约19米,按照泥浆浓度20%(重度比)来考虑,管路损耗加倍后应该是38米。

5、扬程备量:20米

计算后,需要的扬程为104米。考虑到泥浆的管路损耗没法确认,扬程不能降太多。考虑到流量减少、流速下降太多时,容易堵管堵泵。因此推荐3台 KL100-63×2 90kW矿用立泵并联。

 

该方案的特点如下:

1、采用单机功率为90kW的矿用立泵,可以大幅降低供电系统的费用;

2、该规格产品额定扬程125米,最高扬程(关死点扬程)150米,可在管道有堵管现象发生时,有足够的压力通开管道;

3、该规格产品在100米时流量的可达到120m3/h,在100米扬程工作时3台泵并联后流量应该在350~400 m3/h之间,流速会提高些。

4、假如实际排水时堵管现象较严重,该方案可随时再增加1台泵,变成4台泵并联提高流量,增大流速,恢复到初始设计方案,改善堵管现象。此外,由于有足够的扬程备量,因此不用担心改成4台并联后扬程不够。

 

提供方案的同时,给用户重点说明了防止堵泵、堵管的相关措施:

1、要求严格按照矿用立泵的典型安装方法安装;

2、要求加大吸水滤网管,改善吸水状况;

3、要求设专人监控出水管的压力表值和监控水泵出水状况;

4、安装冲水闸阀和冲水胶管,需要时可打开阀门检查水泵是否正常出水,判断是否堵泵。

5、4.5公里管径300mm的管路容量是320立方米,3台泵同时开也要1个小时才能灌满管道。所以,首次开泵时应先抽清水在1小时以上,等压力表稳定后测量清水状态下的工作压力值。然后再逐步往水池中加渣土,用高压水搅拌,形成泥浆后用泵排出,重点检查记录排泥浆时的工作压力。工作压力会随着浆体浓度增大而上升,要求该压力值不超过1.1MPa,超过时,暂停倒渣土,加大清水洗管洗泵。确认最佳工作方案,形成记录照此执行。停泵前,同样需要抽清水冲洗管路,洗一遍也要1个多小时以上,等工作压力下降到清水状态的压力值时再停泵。

6、每次开泵时均需关闭出水闸阀启动,先抽清水,此时压力表显示的就是水泵的最大扬程,也叫关死点扬程。该泵抽清水时的关死点扬程为1.5MPa,该压力值会因为长期使用,随着叶轮磨损而下降,当该压力值降为1.25MPa时,建议更换易损件叶轮。

 

用户最终接受了这个方案,实际使用的情况如下:

1、现场只用了2台泵工作,留1台备用;

2、初始抽清水时压力表值为0.7MPa,也就是清水状态下的工作扬程为70米,

该规格产品在70米扬程时流量是160 m3/h,2台320 m3/ h流量的管路损耗24米,与设计值20米差不太多;

3、实际抽泥浆时压力表值为0.8~0.9MPa,也就是正常工作时扬程为80~90米,

该规格产品在此扬程时流量是150 m3/h,2台300m3/h流量的管路损耗34~44米之间,与设计值38米也基本相当;

4、工作期间也确实发生过压力表值超过1MPa的情况,按照事先安排,停止倾倒渣土,加大清水冲洗,等压力值恢复到0.7MPa时继续排沙工作;

5、现场每天排土量达到30车(大型工程车),渣土总量大约600~1000吨,平均浆体浓度在20%以上,短期最高浓度可达40%;

6、对于矿用立泵而言,高扬程的叶轮在低扬程使用时不如低扬程的叶轮效率高,而且扬程越高寿命越短。考虑到实际扬程备量很多,经过核算,在其使用一个月以后更换配件时,更换为KL120-55×2 的加厚叶轮,使得工作扬程时的流量由现有的150 m3/h增加到170 m3/h,关死点扬程由1.5MPa降为1.3MPa,在不影响使用的情况下,工作效率提高了13%,叶轮寿命增加了一倍。

 

最终,该工程圆满结束。


 

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