“无负压给水设备”准用管网的技术条件分析.pdf

第2 期 ( 4 - 第 1 3 2 期 ) No _2( S UM No 1 3 2) 机 械 管 理 开 发 ME CHANI C AL MANAGEME NT AND D EVEL OP ME NT 2 0 1 3 年 4月 Ap r 2 01 3 “ 无负压给水设备” 准用管网的技术条件分析 郭加 强 ， 张 国钧 ( 1 吕梁市供水服务中心。 山西离石0 3 3 0 0 0 ； 2 太原理工大学 信息工程学院， 山西太原0 3 0 0 2 4 ) 摘要： 分析 了无负压给水设备的产生背景特点、 “瞬变流” 对管网的冲击以及饮用水卫生安全方面的技术条件 ， 并阐述了无负压供水设备的技术特性和重要性， 建议尽早建立完善的市场准入制度及统一的行业标准， 以规范发展 无 负压供 水设备 的市场。 关键词 ： 无 负压给 水 ； 准用； 直接 供水 ； 管网能力 中图分类号： T V1 3 4 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 3 7 7 3 X( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 2 9 0 3 1 基本概念 1 ) 无负压( 管网叠压) 给水设备是指： 管网直接串 联水泵增压供水系统所采用的设备 。在城镇公用管网 上直接装泵抽水一直是供水系统禁区的主要原因： 在 管网供应能力不足时管网形成负压 ， 对管网损坏极大 ， 个体用户 的超量取水会使管 网节点或管段压力下降 ， 从 而影 响用 户的用水安定性 。2 ) 无负压给水设备在 管网直接增压供水具有节能 、 节水 、 省地 、 省材的优点 ， 能有减少或根除水体二次污染 、 保 障水质卫生安全的 特点， 推广直供水技术和无负压给水设备很适合城镇 供水 系统 。然而 ， 管网准用条件是该技术成果推广应 用的决定性 因素 ； 如何结合城市和供水系统的具体情 况 ， 制定 出合理规范 、 便 于操作的“ 准用条件 ” 应是深 入研究的课题。 2 管网供水能力和取水流量的相关条件 2 1 管网能力的限制条件 为了限制无负压给水设备超过管 网能力取水导致 管 网压力下降 ， 有些城 市在“ 试用 ” 、 “ 准用 ” 、 “ 技术要 求” 等文件 中， 提 出了相关限制条件u ， 例如 ： 1 ) 市政管 网管径为 3 0 0 mm时吸水管管径不大于 1 0 0 m m( 管径 限制 ) 。2 ) 直接加压设 备吸水 管流速大于 1 5 m s ( 流 速限制 ) 。3 ) 单套设备的额定供水量不得大于3 2 m d ( 装机容量 限制 ) 。4 ) 供水小 区总建筑面积不得大于 2 0 万 ( 建筑 面积 限制 ) 。5 ) 利用管 网压力不得大于 0 1 2 MP a ( 取水管路压 降限制 ) 。6 )水泵吸人 口压力 低于 0 2 MP a 时 自动停泵( 水泵吸水 口压力限制 ) 。7 ) 管 网压 力应大 于或 等于 0 2 2 MP a ( 管 网压力 限制 ) 。 8 ) 使用该设备对 自来水管网串接处产生的压降应小 于0 O l 0 0 2 MP a ( 管网压降限制) 。 2 2 管 网能力的分析 宏观地讲 ， 管网供水能力取决于水泵站送水能力 、 管网配水能力与送水量是否配套 ， 以及管网运行调度的 动态供水能力是否满足用户最大需求水量的要求口 。具 体地讲 ， 管 网供水能力 问题实际上就是管网能否满足 个体用户需求的问题。例如： 某用户申请供水 ， 其居住 小 区有普通 类住宅 5 0 0 户 ， 依建筑给水设计规范 的 设计流量为 1 3 L s ( 4 7 m h ) ， 在某管段 D N 3 0 0管上接 出取水管 ， 该管段是否有能力满足需要 ?这类管 网水 力计算题 目， 可以通过测压、 测流、 试验等工作获取数 据 ， 并使管 网管理工作逐步地完善起来 。当水力计算 结果认为该管段取水 能够满足用户需求 时 ， 则可批准 该用户的取水流量 ， 并依照国家标准设计 出经济合理 的居住小区的进水管路图 ， 其示例 ， 见 图 1 。 图 1 小 区进水 管路 图 r I 72 H=( +2 + +2 L ， ，- +1 ) ( 1 ) 5 式中： 日为管网接口水压； 为出水管长度； d 为出水管径； 、 、 为局部J fj 势系数， 为取水管摩擦损失系数。 Q ( 2 ) 式中： 9为 自由出水流量 ； V 为管 内流速。 依据式( 1 ) 、 式( 2 ) 可算出该小区进水管路的自由出 水流量 ： 管路向开口容器( 水池) 送水的流量 q =- 1 1 4 m3 h 。 如果在 出水管端连接水泵抽水 ， 此流量 O就是应 限制 的负压抽水 的临界点 ， 只要可控制水泵 的出水 流量小 于限制流量 p， 则不会 出现负压吸水现象 。水泵增压 力而不增流量， 自然不会 因为增压而影 响管 网压力安 定。只要控制住水泵在任何工况下都不会超过限量抽 水 ； 即将“ 水 泵应在管 网限定流量下运转不得超量取 水” 列为管网直接加压供水设备的准用条件。 2 3 无 负压给水设备 实现“ 不超量取水” 的原理和 方 法 无负压给水设备可分两类： 负压消除型， 无负压生 收稿 日期 ： 2 0 1 2 一 作者简介： 郭加强( 1 9 6 0 一 ) ， 男， 山西离石人， 工程师， 大专， 主要从事电气及设备技术和管理工作。 2 9 第2 期( 总第1 3 2 期) 机 械 管 理 开 发 2 0 1 3 年4 月 成 型。图2中的进水管从水罐上部注水人罐 ， 罐顶装 有一个注排气阀， 在满水时关闭； 在罐 内产生负压或水 位下降时， 打开阀门补人大气， 称为“ 真空消除器” 、 “ 真 空补偿器” 等。当水罐注满水时此阀闭紧， 此时水罐为 承压的密闭容器 ， 可视为管路上增加 了一个有突然放 大和突然缩小的局部阻力损失的异径管 ； 罐底连接至 水泵进水 口， 并建立水泵出水 口的静水头。这种设备 运行有三种工况 ： 图2无负压给水设 备示例 图 1 ) 管流静止状态( 水泵停转时) Ql ：Q2 ：0 ( 3 ) P1 =Po =P 2 ( 4 ) 式中： 为进水管流量； 为出水管流量； 1 9 , 为自来水 管网压力 ； 1 9 o 为进水 口压力( P 0 水罐 内压力 ) ； 为出 水管压力。 2 ) 管流为连续流状态( 水罐满水时) Q =Q =用户使用流量 ( 5 ) P o =J F ) l S Q1 。 ( 6 ) P z =P o + H ( 7 ) 式 中： 5 为进水管路阻力特性系数 ； 为水泵作功扬 程 。此时管流可视为连续性非恒定流。水泵依据用水 流量的变化而变速运转 ， 自动改变扬程 P 和流量 满 足用水需求。进水管流符合不可压缩流体稳定流动的 连续性方程式特征， 故 = ； 进水 口压力 可叠加 到水泵扬程上利用 。其叠压力是随流量而变的变量 ， 不等于管网上的压力 。进行叠压节能计算和设计选 泵时 ， 应考虑此种数学关系I 。 3 ) 管流分离状态( 水罐接通大气时) p I ， 此 时， 由于水罐补水 一 ， 使罐内水位下降， 导致管 流拉断 ， 破坏 了连续性流态便会产生负压。若罐顶上 的注气阀在负压生成后、 可及时打开补人大气， 则使水 罐变为了开V I 容器。这时的进水流量 为管网压力 和管路阻力特性决定 的最大能力流量 ， 是负压吸水 的临界流量。此时水泵工况属于既无吸程也无叠压的 水 池取水方式 ， 出水则是以设定的恒压控制线控制水 泵转数的传统变频供水方式 ； 形成 了出水管流与进水 3 O 管流不相关的连续性流态， 可向用户正常供水。 上述分析表明， 由于设备在负压生成后可消除， 故 从管网取水流量不会大于 自由流出流量( 即负压吸水 之临界流量 ) 。如果认为该流量是管网准用最大流量 ， 则设备并未超此限量 。然而令管网方顾虑 的是 ， 进气 阀可靠性难以把握； 一旦进气阀不能打开， 而水泵出水 又 出现大流量的工况时 ， 在负压下就会超量取水 ， 因 此 ， 还应要求进水 口有停泵压力的控制。 3 不可忽视“ 瞬变流” 对管网的冲击问题 对“ 无负压给水” 尚无规范和准确的定义， 若以“ 无 负压” 即“ 无吸程” 来解释， 是指水泵或设备不会在负压 下抽水 ， 即该套设备不会比管网取水管向水池放水的 流量大 。五花八门的设备与管网直接连接后 ， 会对管 网安全产生不 良影响， 例如“ 瞬变流” 会对管网的冲击。 在密闭 的压力输配液体的长距离管路中 ， 瞬间产 生负压的现象是常见或不可避免 的。例如 ： 流量 ( 流 速 ) 瞬变 ， 旋涡流中心 、 十字连接管流量分配突变 、 T型 连接时水射器原理 、 文丘里管效应 、 虹吸或高差跌落 、 管网流速图上流束尖峰等环境下 ， 都会有“ 负压” 生成 ， 其中因瞬变流产生的拉断弥合水锤是危害管网安 全的大敌。 “ 水锤” 可产生的超常压力， 以及由于负压 、 气囊 、 气阻 、 振荡 、 冲刷管壁等现象， 不仅会影响管网安 全运行 ， 而且会产生影响水质的“ 赤水” 、 “ 混水” 出现。 所以， 对于管龄长 、 无内防腐衬里 的陈旧管路 ， 还是应 该慎用直接抽水的设备 。 4 涉及饮用水卫生安全方面的限制条件 准用的给水设备应符合 国家和地方生活饮用水卫 生监督管理和涉水产品安全卫生的有关规定 。对于 “ 无负压给水设备” 还应包括 ， 防止倒流污染和防止水 泵停机时间过长而产生“ 死水” 污染等要求。 5 结束语 直接供水系统是指从水厂一管网一增压一用户的 连续 流程 ， 构建这个 系统也是一项复杂的系统工程 。 直接供水方式是对传统供水体系的变革， 不仅有大量 的技术课题需要面对 ， 而且还有涉及法律 、 行政管理 、 各方利益等诸多矛盾需要解决 。目前 ， 有些城市已经 开始 了对这些课题的研究 ， 并取得 了一定 的成果和经 验， 这更加有利于今后的城市供水。 参考文献 1 】 姚宏， 田盛二次加压泵站运行现状及节能改造措施浅析 【 J 】 |节能技术， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 3 2 3 3 2 】 杨虹压供水方式在供水管网中的应用 J 】 安徽建筑工 业学院学报， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 9 5 9 8 3 】 马戍环无负压给水设备及管网准用的技术条件【 J 1 给 水排水， 2 0 0 5 ( 7 ) ： 8 1 8 4 【 4 】 李刚 无负压管网增压设备应用控讨 J 1 给水排水 ， 2 0 0 4 ( 4) ： 8 9 - 9 1 ( 下转第3 2页) 第 2 期 ( 总第 1 3 2 期) 机 械 管 理 开 发 2 0 1 3 年 4 月 期搁置， 必须交替使用 ， 这样才能保护所有水泵的使用 寿命。 2 2视 频监控 系统 的改造 按照无人值守 的自动化监控标准 ， 对污水泵站的 所有监控系统进行排查和改造 ， 要保证视频监控系统 能够对现场生产过程 图像信息进行实时传送 ， 并可通 过远程控制系统来监控各组设备的运行情况。对监控 设备、 传感器或变送器进行重新调试或接人， 对已经损 坏的设备及时更换 ； 同时增加所需要的信号。采用先 进的视频信号采集设备， 并通过光缆来进行信号的传 输。尽量增加系统控制中心的硬盘录像时间， 同时设 置上 自动报警系统 ， 在夜间要设定移动侦测报警系统。 2 3电 气设 备 的改造 对提升泵控制箱进行 改造时 ， 可在控制箱内增加 格栅过电流 、 过力矩保护和报警的功能 ； 为了保证同组 粗 、 细格栅中的粗格栅或者细格栅 出现故 障时， 另外的 格栅正常运行 ， 需要对粗细格栅进行独立控制； 对提升 泵的漏水 、 过电流保护和报警功能以及电动 阀门过力 矩进的保护和报警功能行完善 ； 对于运行电流过大的 泵控电机可在其主回路中增设线路的电流检测仪器， 以 便进行过流和堵转的保证 ； 在低压运行线柜中加设上带 有通信接口的智能电力监测装置， 采用串行方式连入到 服务器网络中， 用来监测泵站低压侧的主要电量。 2 4 线路 的改造 对整个泵站控制 系统 的控制 回路进行检测 和整 理 ， 对存在问题的地方进行维修和改正 。增加对设备 的集中控制能力 ， 对没有集控功能的设备进行控制改 造； 排查原有走线， 对主回路、 控制回路和信号回路的 走线进行分开设置 ， 避免线 间的电磁干扰影响线路传 输质量 ； 将连接智能仪表的导线改换成屏蔽导线。 2 5 中央控制 系统 的改 造 中央控制系统包括软件和硬件两大部分 ： 软件是 指操作系统 、 数据处理系统及 图文处理系统等 ； 硬件包 括主控电脑、 网络设备和显示器等。对于软件的改造 应该进行相应系统 的版本更新 、 扩大数据库存的存储 量以及相应 的软件开发及升级等 ； 对于硬件系统的改 造 ， 主要考虑对电脑主机、 处理器 、 显示器 、 存储器等硬 件设备进行更换和检修 ， 以相关的硬件设备都能够满 足污水泵站 自动控制系统运行要求为标准 。 3 结束 语 改造之后的污水泵站 自动控制系统 ， 具有对各泵 站信息的自动采集、 传输和控制功能。具有强大的信 息管理 、 信息分析和处理功能 ； 同时还应该具有以图形 和图表为显示形式的系统运动状态显示功能。通过对 污水泵站控制系统进行全面改造 ， 能够使现代污水泵 站的运行 、 调试和业务管理与现代信息化和 自动化技 术接轨 ， 进而保证污水泵站 的污水处理能力能够满足 城市发展的要求。 参考文献 【 1 】 王明军 基于P L C 的污水泵站 自动控制系统 自动化技术 与应用 ， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 5 ) ： 1 1 5 1 1 6 【 2 】 王涛， 周琦 污水提升泵站无人值守的改造【 J J 中国给水排 水 ， 2 0 1 0 ， 2 6 ( 1 O ) ： 1 3 7 1 3 8 【 3 1 攀石， 赵群 ， 刘如有控制技术在污水泵站中的应用 J 1 数控 技术 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 1 3 1 6 Th e Tr a n s f o r ma t i o n o f t h e S e wa g e P u mp i n g S t a t i o n Au t o ma t i c Co n t r o l S y s t e m YANG Xi a o l i n g ZENG Ya n z h a n g ( G u i l i n D r a i n a g e E n g i n e e r i n g Ma n a g e m e n t a t t h e P u mp i n g S t a t i o n Ma n a g e me n t ， G u i l i n 5 4 1 0 0 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e s p e c i fi c s t u d y o f t h e s e w a g e p u mp i n g s t a t i o n a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m a n d r e t r o fi t me a s u r e s ， t h r o u g h t h e a n a l y s i s o f t h e s e w a g e p u mp i n g s t a t i o n e q u i p me n t c o n t r o l p r o c e s s a n d t h e p r o b l e m p r o p o s e d i mp r o v e me n t s i n e q u i p me n t a n d mo n i t o r i n g a u t o ma t i c c o n t r o l o f t h e e f f i e i e n c y o f t h e c o n t r o l s y s t e m o f t h e s e w a g e p u mp i n g s t a t i o n e n h a n c e t h e p r a c t i c a l s i g n i fi c a n c e Ke y wo r d s ： s e wa g e p u mp i n g s t a t i o n ； a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m； t r a n s f o r ma t i o n r e s e a r c h ( 上接第 3 0页) On t he“ No n-ne g a t i v e Pr e s s ur e W a t e r S uppl y Eq ui p m e nt wi t h t he Ne t wo r k”Te c hn i c a l Co ndi t i o ns G UO J i a - q i a n g ， Z HAN G Gu o - j a n ( 1 L v l i a n g C i t y Wa t e r S u p p l y S e r v i c e C e n t e r ， L i s h i 0 3 3 0 0 0 ， C h i n a ； 2 C o l l e g e o f I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ， T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ma i n l y a i ms t o a n a l y z e t h e b a c k g r o u n d a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e a p p e a r e a n e e o f n o n - n e g a t i v e p r e s s u r e wa t e r s u p p l y e q u i p me n t ， t h e i mp a c t t o t h e n e t w o r k t h a t c o me s f r o m t r a n s i e n t fl o w a n d t h e c o n s t r a i n s o f d rin k i n g w a t e r s e c u r i t y t h e n o n n e g a t i v e p r e s s u r e w a t e r s u p p l y e q u i p me n t h a s i t s o w n p a r t i c u l a ri t y a n d i mp o rt a n c e ， t h e s u g g e s t i o n i s t o e s t a b l i s h p e r f e c t ma r k e t a c c e s s s y s t e m a n d a g r e e d i n d u s t r y s t a n d a r d a nd n or m a s s o o n a s p o s s i b l e t o ma ke t he de v e l o pme n t o f n o nn e g a t i v e pr e s s u r e wa t e r s u up pl y e q ui p me n t i s we l l e n o ug h Ke y wo r d s ： n o n - n e g a t i v e p r e s s u r e wa t e r s u p p l y ， p e r mi t ， d i r e c t wa t e r s u p p l y ， n e t wo r k c a p a c i t y 3 2