泵站的智慧化设计研究

泵站的智慧化设计研究

尹斌

云南大红山管道有限公司  云南省昆明市 650300

摘要：近些年，在我国社会高速发展下，带动了我国科学技术水平的进步。现阶段，随着信息技术的发展，智慧水利应运而生。BIM技术凭借其可视化、高协调性、可仿真性、可出图性等诸多优势，成为现代水利设计工程师的利器。重点研究了泵站工程中BIM技术应用的要点：工程信息建立、协同设计、模型建立和渲染输出等，借助统一数据库，云平台、大数据和全新的数字交付模式等新兴的互联网技术，对项目的进度进行实时监控，大大提升了泵站工程设计的效益和效率。

关键词：智慧化；泵站；BIM；设计

引言

在我国的西部偏远山区，存在着大量尚未开发的矿山资源，这些矿山资源处在崇山峻岭中，交通条件极其恶劣。出于对自然环境的保护，这些矿山资源一般不允许就地加工冶炼，而是需要运输到已建成的冶炼厂来加工处理。冶炼厂一般距离矿山遥远。如何经济、高效地将矿山资源进行运输至冶炼厂处理，最大程度上减少对自热环境的污染，是开发矿山资源都会遇到的世界性难题。采用管道加压长距离输送矿浆的方式应运而生。采用管道长距离输送矿浆有明显的优势，输送能力大，管道埋在地下不会过多的涉及征地的问题，输送过程不受天气条件的影响，比汽车运输投资低等。由于矿浆输送管道埋在地下，且敷设在野外，因此不可能采用人工监测维护。如何保证整个长距离矿浆管道输送系统安全、高效的运行，自动控制有着不可替代的作用，自动控制实现隔膜泵的自动启停及变频调速，以及工艺过程的一系列操作。

1泵站设计现状

传统的泵站设计基本基于纸质和电子文档交付，耗费大量的人力物力，且没有统一的数据来源，经常会由于信息的不对称造成设计、施工各方的信息滞后、信息失真甚至信息灭失，引发各种问题无从可查。随着工程中涉及的数据量增加，采用传统的数据统计方法，不仅数据传输速度慢，链条长，并且在传输过程中数据也存在很大的失真风险。近年来，随着三维设计和计算机信息集成技术的兴起和发展，基于三维虚拟空间的BIM技术作为1项基于统一数据库和空间几何信息的信息管理技术应运而生。BIM技术具有可视化、高协调性、可仿真性、可出图性等诸多优点，通过统一数据库，利用云平台、大数据等新兴的互联网技术，实现从业主、设计单位、施工单位及监理单位的在建筑物全生命周期内的协同，通过信息的唯一性避免信息不对称，通过数据自动整理归并系统避免信息灭失，通过可视化减少沟通障碍，通过智能化数据分析功能达到项目动态管理，从而使得PLM（ProductLifecycleManagement，产品生命周期管理）得以实现。虽然BIM作为1项新兴的，且正在快速发展的技术，但它的商业价值已经得以体现。据斯坦福大学的调研表明，BIM技术可以减少设计变更40%，提高施工现场劳动率20%～30%。

2智慧化泵站设计研究

2.1管道压力试验的目的及分类

管道试压的目的是验证管道整体强度，检验其是否可承受日后管道的运行压力，为日后提高管道压力、增加管道输送能力提供有力的试验依据。管道试压过程能暴露和消除管道中的缺陷，以保证管道的运行安全。按照试压介质的不同，管道压力试验可分为水压试验和气压试验。试验压力越高，暴露出的管道缺陷就越多，管体内留存的缺陷也就越小。用水进行管道分段强度试压，当管道存在缺陷而在试压中出现泄漏或破裂时，水具有不可压缩的特性，且其在管道内的减压速度大于管道的开裂延伸速度，故管道能迅速止裂，不会造成管道的大面积破裂和严重的次生灾害，所以水是国内外长输管道试压的首选介质。

2.2隔膜泵的优化控制

在长距离矿浆管道输送系统中，通常采用隔膜泵输送矿浆。隔膜泵的优化控制是整个管道输送系统中的重点和难点。隔膜泵的控制功能设计一般由隔膜泵厂家和变频器供货商实现，主要包括变频器的控制和隔膜泵的本体控制。通过PLC控制柜控制变频器，从而来控制的隔膜泵的启动及变频调速。当有多台隔膜泵并列运行时，变频器还需实现对隔膜泵运行的相位控制。由于隔膜泵输出的矿浆是脉冲式的，当多台隔膜泵同时运行时，必须控制好各台隔膜泵的启动间隔，使得各台隔膜泵输出的矿浆流波峰与波谷叠加，从而让矿浆总管输出的矿浆流是一条平滑的直线。如果没有做好隔膜泵的相位控制，当各台隔膜泵输出的矿浆流波峰与波峰叠加时，矿浆总管便会输出更不均匀的脉冲流，压力极不稳定，甚至会因为瞬间压力过高使得矿浆管道破裂。隔膜泵本体上需要监测轴承振动，油压油温等一些仪表参量，只有当PLC控制系统监测到这些参量在正常范围之类，隔膜泵才允许启动，当运行过程中，只要发生振动过大，油压油温过高或过低，PLC控制系统将自动让隔膜泵停机或禁止启动。

2.3设计中存在的问题及改进措施

终端水锤消除孔板布置于消能站管道最后边，生产中噪声较大，对现场工作人员及环境影响较大，经研究在水锤消除孔板后面增加了消音孔板(孔径较大的孔板)后，其噪声已大大减小。以后的设计中亦可将水锤消除孔板布置于消能站最前端也是可行的。旁路设计时为了节省投资没有设置消能孔板，如正路出现问题，使用旁路时，管道系统内将会产生加速流，虽然其时间短暂，但仍会增加管道磨损及带来不确定性，以后设计中亦需在旁路设置消能孔板，使管道系统更加安全可靠。

2.4自控仪表选型

自控仪表是工业控制系统的眼睛，生产过程中的任何工艺控制功能都离不开自控仪表。在长距离矿浆管道输送系统中需要设置一定数量的自控仪表来监测工艺过程参量，由于矿浆是坚硬的固体颗粒与水的混合物，要求各类自控仪表需具有很强的耐磨性能；而隔膜泵的出口压力高达10MPa，要求自控仪表需具有很强的耐高压力性能。在矿浆搅拌器设置一台雷达液位计，用来监测矿浆搅拌器的液位，选用德国科隆测量仪器公司的雷达液位计，型号为OPTIWAVE6300C，要求：两线制，喇叭型天线，法兰连接，仪表外壳：不锈钢。在喂料泵的出口、隔膜泵的进出口、压力监测站及终端消能阀门站进口设置多台压力变送器，选用ABB公司生产的264系列压力变速器，要求：两线制，填充液：硅油，安装法兰口径为DN50，外壳材质为不锈钢，在气温-25.4℃时能正常工作，且具有良好的防震性能。在喂料泵出口总管与终端消能阀门站进口各设置一台矿浆浓度计，用以监测矿浆浓度是否满足输送要求，由于矿浆浓度高，需采用核辐射浓度计才能达到较高的精度，选用美国热电公司生产的型号为DensityPRO的矿浆浓度计，要求：电源为220VAC，放射源为Cs137，且具有良好的密闭性。结语综上所述，1个大型泵站建设从规划、设计、招标、施工乃至运营维护，每个阶段都牵涉到了大量的专业分工和交叉设计，各专业之间的互动之复杂，交换信息量至繁复均超过了个人协调的能力，借助BIM技术优势，可确保信息在各阶段传递和分享过程中保持其完整性和有效性。该项目开发应用的BIM技术，不仅适用于泵站、水闸等设计，也充分考虑了水利行业共性问题，完全可以推广普及水利水电勘测设计的其他领域。

参考文献

［1］顿晓晗，王源楠，肖文，等.基于数字孪生技术的智慧水利应用研究［A］.中国水利学会2021学术年会论文集［C］. 2021.

［2］张绿原，胡露骞，沈启航，等.水利工程数字孪生技术研究与探索［J］.中国农村水利水电，2021,（11）: 58-62.