中石化中原石油工程设计有限公司河南郑州450018
摘要：针对为满足中原职工生活、精神需求的前提下，新建、改扩建了大量的洗车、绿化、景观、河道等基础和素质设施，其相应用水大幅上升，综合用水量逐年增加，各类水资源呈危机态势。文章从技术着眼于平稳运行多年的北环污水处理厂，目前出水水质指标大部分满足国家各类中水回用标准的有利契机。拟对污水处理厂流程合理改造，建造提升泵房和供水管网，即可实现中水再利用，实现水资源的绿色、环保、可持续的应用和循环发展。
关键词：中水；加压；水锤；变频；
一、项目背景
油田经济高速发展，生活水平不断提高，人民出行的代步工具逐渐从走路到自行车，从自行车改摩托车，进而到目前几乎每家都有一辆小轿车，相应洗车用水也伴随着大幅上升；再加上为满足油田职工精神需求的提高，新建、改扩建的活动场所、绿化场所、景观、河道等也不断增加和功能提高，从而导致综合用水量逐年增加；加之部分企业开发利用不合理和肆意污染，水资源呈危机态势。如何寻找水资源，如何保护地下水资源，成为有关人员头疼和头等大事。
“办法总比困难多”。技术人员想群众之所想，急群众之所急，研讨了其所能涉及到的各种可能性，最后大家的眼光慢慢都聚焦在北环污水处理厂上。该污水厂运行多年平稳，期间，流程经过几次升级改造，出水水质满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》标准，且大部分指标满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》GB/T18920-2002、《城市污水再生利用景观环境用水水质》GB/T18921-2002等中水回用标准。结合“十九大”提出的建设绿色生产、科学生产的节能环保型社会的重要精神，为充分利用各类水资源，控制开采地下水，我们通过科学、全面、合理的分析和研究，认为污水处理厂在现有流程基础上，进行合理改造，即可实现中水再利用，实现绿色、环保、可持续的循环发展。
二、设计原则
1、满足现行国家标准，符合油田总体规划，近、远期结合，为未来发展留有适当余地；
2、在满足甲方合理要求的前提下，积极采用稳妥、成熟工艺和设备，力争建成工艺成熟、安全可靠、管理方便、运行经济的优质工程。
3、确保供水安全前提下，采用节能设备，降低成本，提高经济效益。
4、优化方案，合理确定自动化控制水平，方便管理。
三、设计方案
1、增压泵站
根据濮阳市规划局、中原石油勘探局和中原油田供水公司提供的各类规划蓝图和方案的总体思路和计划安排，通过现场勘查和各级领导的层层审查和审批，中水回用提升泵站拟选址在北环污水处理厂内的东南侧。
2、泵站工艺
在确保处理后的中水能提升到位的情况下，率先考虑全系统中的重中之重——加压泵和中水管网，其中的中水管网已经在《中原油田中水回用管材选择》和《中原污水厂中水回用线路方案优选》中详细进行了阐述，因此本文的重点就是提升设备——离心泵，结合多年的经验和运行实际，应优选效率高、耗能少的设备。根据泵站流量及扬程，水泵选用中开双吸泵；为保证水泵启停平稳和安全，采用变频技术而非降压启动，同时考虑到整个系统的安全稳定和泵站满足不同水量的运行工况、运转的灵活性，泵台数采用2用1备，泵房内配置起重设备和检修平台，便于水泵检修；泵站出水总管设水锤消除装置。
（1）、进水闸门井：
从污水厂的出水总渠，合理埋设d500玻璃钢（球墨铸铁）进水管到增压泵房，在进入泵房前须设1座矩形钢筋混凝土闸板井（L×B×H＝3.5m×2m×4.5m），内设1套电、手两用的闸板和启闭设施。
（2）、调节水池
为更好地保证整个中水供水系统输水水量的稳定，设计团队综合分析后，拟在提升泵房前设置有效容积400m3（L×B×H＝21.8m×3m×8m）的钢筋混凝土水量调节池（有效停留时间20min.），与泵房合建。
调节水池采用潜污泵排污。
（3）、增压泵房
根据甲方提供的有关技术资料，最大小时供水量：Q＝830m3/h。供水线路全长约5.2公里，经综合计算，总扬程约45m。
增压泵拟选用3台（2用1备）中开式双吸泵，单泵：Q＝439m3/h，H＝47m，变频控制。每台泵出水管径DN200，其上设电动蝶阀、多功能水泵控制阀、手动蝶阀，出水干管1根，管径为DN500，上装电磁流量计。进口管径DN250，上设手动闸阀。
采用与调节水池合建的钢筋混凝土结构的半地下式泵房（L×B×H＝15m×6.3m×12m），自灌式母管进水。
增压泵站直接利用污水处理厂出水管、溢流管作为溢流通道，方便快捷、经济合理，减少投资。
（4）、水锤防护措施
系统水锤是系统在突然停电或者其他不可预知事故发生时，由于管道中某一截面流速发生了改变，管道瞬间产生的一种压力波，可能立即改变正常流量或流量堵塞，从而使该处压力产生一个突然的跃升或下跌，这瞬变压力波称为水锤；它是加压输水系统中十分普遍的现象，但破坏力惊人，对管网安全平稳运行十分有害，容易造成爆管和设备损坏等。
根据产生原因，水锤可分为：停电水锤、启停泵水锤和关开阀水锤。若依据管内水流状态可分为：正常水锤（不出现水柱中断）与非常水锤（出现水柱中断）。
结合本工程的实际情况，经建模和严格的模拟、计算及借鉴其他工程经验，采用了以下防护措施：
A、控制流速
采用水力控制阀，安装于水泵出口，该阀利用机泵出口与管网的压力差实现自动启闭，阀门上一般装有活塞缸或膜片室控制阀板启闭速度，通过缓闭来减小停泵水锤冲击，从而有效消除水锤。
B、水锤消除撬
其安装在泵出口管道附近或者出站管路上，利用管道本身压力为动力实现自动动作，即当管道水压小于设定值时，撬上中储水罐的水会自动流入管道系统内，弥补拉断水流，以平衡局部管道压力，防止水锤对设备或管道的冲击。当管道压力高大于设定值时，管道系统内的水会自动流入撬上的储水罐，水锤波能量被部分吸收，减少管道内压力上升，起到消减水锤的作用，防止水锤对设备或管道的冲击。
主要功能是避免停电和停泵水锤。
C、恒压控制技术
对机泵采用PLC，进行变频调速控制，对整个供水泵房系统实行自动控制。
泵工频运行时常出现超压或低压，输水管网压力随工况变化而不断变化，易发生水锤，破坏管道和设备。而采用PLC控制系统检测管网压力，反馈控制启停泵和调节转速，合理控制流量，从而使系统工作压力维持所需状态，保持恒压供水，避免压力大幅度波动，减小水锤发生概率。
四、结论
本工程在满足现行国家标准，符合总体规划，充分考虑近远期目标，适当为将来发展留有余地的前提下，经过全方位、多角度的对比、分析，在确保供水安全前提下，优选工艺成熟、安全可靠、管理方便的中开泵+变频+水锤防护撬的节能工艺技术，降低成本，自动化控制水平高、运行经济，且把节能、环保、利民的项目落实到实处。
同时，有效利用污水厂中水，供给城市景观和喷洒道路、洗车等用水，减少开采、有限节约地下水资源，还居民一个温馨的生活环境，有利于促进地方经济和城市建设的可持续发展，社会效益和环境效益显著，是一个功在当代，利在千秋的工程。
作者简介：
任重海（1976-），男，山东郓城、中石化中原石油工程设计有限公司、高级工程师、学士学位，主要从事给排水、消防和国际EPCC项目研究