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高含沙水深井泵站的积沙治理措施 |
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摘 要：针对高含沙水深井泵站在运行中出现的取水口积沙、井筒内积沙、深井泵寿命短、引水阀关不严等问题，提出了相应的解决方案并进行了综合治理和改进，取得了良好效果。
关键词：高含沙水；深井泵站；综合治理
攀枝花新钢钒公司动力厂的深井泵站位于金沙江畔，在洪水期担负着全公司的生产取水任务，其设施布置见图1。
由4根DN1200的引水管将江水引入两个直径为18m、深为30m的井筒内，在每个井筒中安装10台30JD-19*3型长轴式深井泵(Q为1440m3/h、H为800kPa)，以将高含沙水打入水处理厂。金沙江水在洪水期的含沙量最高可达24kg/m3，其中粒径为0.1mm以上的粗颗粒沙达30%以上，同时上游渣场的大量矿渣也顺流而下到达深井泵站的取水口，使深井泵站在投产一个月后即因积沙而陷入瘫痪状态，严重威胁着攀钢二期工程的投产。
1、对取水口积沙(渣)的处理
在深井泵站投运后的第一个洪水期，取水口在几天内即发生淤死现象，经分析发现这是由于上游凸嘴和该处河道的形状使取水口正好处于淤积区。解决措施如下：
①炸掉上游凸嘴和部分礁石并削去左边的一处边坡，其主要目的是让上游来水不绕流凸嘴和暗礁而偏向于取水口所在的左岸，加快取水口处的流速以减轻该处的沙淤积；
②对取水口附近的河床进行清淤以使河床形状与河流流态、流速相吻合，尽可能地减少淤积，同时清淤后的河床与取水口具有一定的高差，做到“门前清”；
③在取水口的对岸建一座下挑丁坝，其轴线与右岸的夹角为60°，坝顶高程为995m(取水口高程为990m)，坝长近80m，丁坝的强制阻水使河流主流移向取水口所在的左岸。
方案实施后，取水口附近的河床再也没有发生过严重的淤积事故，基本做到了不淤不冲。
2、对井筒内积沙的处理
江水从引水管进入井筒后，因流速大大降低而使粗颗粒沙和矿渣很快就沉积下来并造成井筒被淤死，只能靠人工挖沙来维持生产。对此采取了如下措施：
①增加中水位取水口
在洪水期，当江水水位上涨时上层水中的含沙(渣)量较大，而当其稳定流动和水位回落时则下层水的含沙(渣)量增加，故在上游井筒高程为994m、下游井筒高程为995m处增加中水位取水口并于取水口外安装一个孔径＜14mm的钢板滤罩以防止粒径＞14mm的渣进入井筒。
②增设特制的排沙器
为排除引水间和吸水间死角位置的沙，根据气、水、沙(气相、液相、固相)三相混合后密度降低和受压的空气减压后体积膨胀的原理制成了一种压气排沙器(见图2)，只要将水位提高并保持一定的淹没比(排沙高度和水位高度之比)，即使是粒径为30mm左右的矿渣也能被排走。在每个井筒的死角和易积沙区加装5～6个压气排沙器，同时配建一个空压站及相应的压气管路、排沙管路和沟渠等。
③在井底增加反冲沙系统
在易积沙区和泵头下部加装管路并设置一定数量、不同角度的喷嘴，当积沙达到一定程度后(通过测沙位而获得)即在管路中通入高压水，喷嘴喷出来的水搅动泥沙，泥沙可以通过下述方法排出：
a、深井泵抽走；
b、将井筒内水位提高到一定的程度(外部灌入)后突然打开引水阀，使井筒的水和泥沙在压力作用下顺引水管反冲入江中；
c、特制的排沙器排走。
3、对部分设备的改造
由于泥沙的磨损和堵塞，还造成了深井泵运行寿命短(平均运行寿命仅为3000h左右)、DN1200引水蝶阀关闭不严等问题。
①深井泵
经分析，沿传动轴的径向橡胶轴承(8个)易被损坏是造成深井泵寿命短的根本原因。
径向橡胶轴承的损坏有两个方面的原因：a.轴承冷却水管经常被震断，因在水下又不易被发现，故高压冷却水不能进入橡胶轴承，这不但使发热的轴承得不到冷却，而且含大量泥沙的江水还会进入轴承从而加快轴承的磨损；b.橡胶轴承的耐磨性能有待提高。
因橡胶轴承的冷却水管均采用刚性连接，故其应力集中部位就会因疲劳而断裂，为此将水管都换为高压橡胶软管。另外为保证径向轴承的耐磨性能，将其改造成两种材质的复合体(与轴承接触的内圈采用填充聚四氟乙烯制作，外圈采用橡胶制作)，这样既保证了径向轴承的韧性也保证了其耐磨性，还降低了成本。改进后泵的寿命达到了10000h左右。
②引水蝶阀
在引水管上安装了4台DN1200引水蝶阀。蝶阀的橡胶密封圈易脱落且因阀门装于水下而无法更换，另外其阀板易被水中杂物和渣石卡住而出现关闭不严的问题。为此以闸阀替代蝶阀作引水阀，考虑到阀门只需具有有效关闭的功能即可，故在阀板正下方的阀体上开一200mm×960mm的方孔并均分成四格，以使沙(渣)通过此孔掉入井内而不会沉积于此，此外在阀体的中部引入一高压水管(也可通入压缩空气)冲洗此孔，以冲走沉积物且不会影响阀门的关闭。
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