管网叠压无负压供水设备综述.doc

资源描述

管网叠压无负压供水设备综述摘要论述了城镇二次加压供水方式的发展历程、蓄水池是二次加压供水方式存在的问题、管网叠压无负压供水方式产生的社会背景、分类、代表产品系统组成及工作原理，并对电子防负压式与机械防负压式管网叠压无负压供水设备的结构、性能及效果进行了列表比较，认为管网叠压无负压供水方式将全面取代蓄水池式二次加压供水方式成为二次加压供水方式的主流而被广泛应用，而电子防负压式管网叠压无负压供水设备以其先进的控制原理、技术、卓越的性能和低成本优势将取代机械防负压式设备成为管网叠压无负压供水设备的主流产品，使管网叠压无负压供水设备进入电子防负压新时代。关键词：二次加压、管网叠压、无负压供水设备、电子防负压、稳流罐、稳流补偿器、真空抑制器。一、城镇二次加压供水方式的发展历程长期以来，城镇市政管网供水压力都是以满足普通低层建筑供水来设定其水厂供水压力，因此，城镇多数建筑都必须采用二次加压供水方式满足建筑物的供水需求。我国城镇二次加压供水方式经历了从“蓄水池 + 加压泵 + 水塔供水方式”、“蓄水池 + 加压泵 + 高位水箱供水方式”、“蓄水池 + 加压泵 + 气压罐供水方式”和“蓄水池或蓄水箱 + 变频调速加压机组供水方式”四个发展阶段，目前已进入“管网叠压无负压供水加压机组供水方式”新时期。目前，在国内城镇二次供水领域，除“蓄水池 + 加压泵 + 水塔供水方式”以基本绝迹外，其它三种二次加压供水方式都有使用，但以“蓄水池或蓄水箱 + 变频调速加压机组供水方式”为主，而管网叠压无负压供水方式则刚刚起步，正在逐步取代其他供水方式而成为城镇二次加压供水系统的主流。除“管网叠压无负压供水方式”外，其它四种供水方式有一个共同特征，就是二次加压供水系统中都有蓄水池或蓄水箱。为了便于叙述，本文以下内容中将其统称为蓄水池式供水方式。在此类供水方式中，工作时先将市政管网的有压水泄放入水池中，再由加压设备从水池中抽水加压送入用户用水管网。虽然上述供水方式能够满足用水的压力需求，但存在着难以解决的水源二次污染和能源浪费问题。随着社会的发展，能源供应日趋紧张，建立节能型社会的呼声日渐高涨；另一方面，居民生活水平持续提高，对饮用水水质的要求也不断提高；此外，水资源短缺已威胁到城镇居民的饮水问题，水价不断提高；城镇建设用土地日渐紧张，土地价格不断攀升。由于上述原因及原有供水方式自身的不足，目前供水方式存在的问题也越来越突出，已经不能满足社会生活的需要。社会对节能、节水、卫生、安全、无污染的新型供水方式的要求越来越迫切。在此背景下，管网叠压无负压供水方式应运而生。二、蓄水池式二次加压供水方式存在的问题首先，使用蓄水池的供水方式能源浪费严重。使用蓄水池的供水方式必须将市政管网的剩余压力完全放掉，使原本带压力的水变成零压力，然后再从零加压。在此过程中，市政管网的剩余压力全部白白放掉，造成能源的浪费。举例来讲，一座七层住宅，市政管网压力到用户处有25米左右，能够满足五层楼的用水要求，六层压力不足。在解决这种供水不足问题时，采用蓄水池式供水方式时的供水系统是建一个蓄水池或蓄水箱，加一套变频调速加压供水设备。其工作过程是：由变频加压供水设备从蓄水池取水，加压后向用户用水管网供水。采用上述方式，最终的供水压力为31米，仅比原市政管网压力增加了6米。同样的情况，如果采用管网叠压无负压供水方式，则只需选用扬程6米的水泵即可圆满解决问题。为了增加6米压力却用了31米扬程的水泵加压，浪费达80.65%，而这些损失最终要由用户来承担！其次，采用蓄水池式的供水方式存在水池的二次污染，无法保证水质的卫生要求，造成居民饮用水的卫生隐患。市政管网供应的饮用水经过多级处理，基本上能够满足生活用水的水质要求，但经过蓄水池的存储后，水质已经污染。调查显示，使用蓄水池式的二次供水系统，大部分水质不合格，部分余氯为零，各种有害菌严重超标。更为严重的是，蓄水池无法避免老鼠及其他杂物等的进入，使水池、水箱成为疾病传染的根源。在广东等地，水池内红虫的危害尤其严重，严重影响了用户的用水安全。第三，使用水池容易造成跑、冒、滴、漏、蒸发等现象的发生，造成用户用水成本加大，取消蓄水池、蓄水箱可以节水，在淡水资源日益紧张的今天，节约用水已经是一个严肃、紧迫的要求。第四，采用蓄水池的供水方式在供水系统中存在开放环节，给饮用水水源投毒犯罪提供了方便条件，事实上饮用水蓄水池投毒案件也屡见不鲜，造成了饮用水源安全隐患。第五，占地多，成本高。使用蓄水池（水箱），占地面积大、施工复杂、建设周期长，使建筑供水系统的成本增加40～60%。尤其对于改造工程来讲，在老城区再建设蓄水池相当困难，这也是造成很多用水难问题的根源。最后，上述供水方式环节多，浮球阀、水泵底阀、水位控制器等都是易出故障环节，使设备运行稳定性差，故障率高，设备维护工作量大，寿命短，管理困难。此外，该类设备运行噪音大，存在环境污染。总之，使用蓄水池式二次加压供水方式已经不能满足社会的需求，无论从节能、节水、节地、卫生还是从环境污染的角度，已经不能满足用户的需求，取消蓄水池已经成为社会的共识，势在必行！三、管网叠压无负压供水方式产生的社会背景从历史角度看，蓄水池式供水方式是在生产力落后，社会资源贫乏的计划经济时代的产物。当时城市自来水是福利性公用资源，受政府财力限制，一般城市自来水资源配置较低，市政管网供水能力不能满足各单位最大用水量时的需求，只能采取各用水单位另加调节环节——增加一个调节蓄水池，用水低谷期市政管网向用户蓄水池补水，以弥补用水高峰期市政管网供水能力的不足，保证各用水用户可以24小时连续供水。在此情况下，如果允许用户直接在市政管网上接泵取水，势必造成高峰期相邻用户供水压力过低，无水可用，影响供水管网平稳安全运行。因此国务院1994年的供水条例中规定“严禁用户在供水管网上直接安装水泵抽水”。当初条例规定禁止在城市公共供水管道上直接装泵抽水的主要目的是在供水量不足的情况下，防止用水高峰期不采取任何预防措施的用水泵直接抽取公共管网的水引起附近管网的水压太低影响其他用户用水，破坏供水管网的稳定运行，这在当时是正确的。改革开放30年，我国经济得到了长足的发展，其中，城镇供水已从公用事业改为商业运作，各城市供水公司大力进行水源建设和管网建设，城市供水能力大幅度提高，已能满足用户高峰期用水量的要求。只是由于高峰期用水量大，管网内水的流速增大导致管网沿程能量损失相应增加，管网末端供水压力降低，出现高层无水或压力不足的现象，而非供水量不足所致。此外，30多年来科学技术飞速发展，供水技术也不例外，当初许多不能解决的难题今天已可以轻而易举的得到解决，原来水泵直接从公共管网抽水时无法防止附近管网压力过低的问题在管网叠压供水技术中已得到圆满解决。通过采取适当措施，保证与公共供水管网直接联接的管网叠压无负压供水设备在任何工作条件下都不影响附近用户用水，确保市政管网供水安全。由上述可见，无论从技术方面还是社会需求方面，二次加压供水机组直接与市政管网连接串联叠压供水的条件已经成熟，先进的管网叠压无负压供水方式取代落后的蓄水池式供水方式是历史的必然。在此背景下，我国第一台无负压供水设备1997年应运而生，掀开了管网叠压无负压供水方式应用的序幕，我国城镇二次加压供水进入了管网叠压无负压供水设备新阶段。四、管网叠压无负压供水设备分类所谓管网叠压无负压供水设备是一种加压供水机组直接与市政供水管网联接、在市政管网剩余压力基础上串联叠压供水而确保市政管网压力不小于设定保护压力（可以是相对压力的0压力，小于0压力时称为负压）的二次加压供水设备。管网叠压无负压供水设备的核心是在二次加压供水系统运行过程中如何防止负压产生，消除机组运行对市政管网的影响，在保证不影响附近用户用水的前提下实现安全、可靠、平稳、持续供水。根据管网叠压无负压供水设备的发负压设施结构和防止负压产生的原理等不同，可将无负压供水设备分类如下： 1、按防负压设施结构分类：按防负压设施结构不同，管网叠压无负压供水设备可分为机械防负压式和电子防负压式无负压供水设备两类。 ① 机械防负压式机械防负压式管网叠压无负压供水设备的特点是：为了防止负压产生，在市政管网出水管与加压泵组进水管之间，设置了一个缓冲调节装置，该装置有的是“稳流罐 + 真空抑制器 + 浮球水位控制器或液位控制器）”，有的是“流量调节罐 + 真空消除器 + 浮球水位控制器或液位控制器）”，有的是“稳流补偿器 + 真空抑制器 + 浮球水位控制器或液位控制器）”等。其中“稳流罐 + 真空抑制器 + 浮球水位控制器或液位控制器）”结构为主流。 ② 电子防负压式与机械防负压式设备不同，电子防负压式管网叠压无负压供水设备是一种新型无负压供水设备，其特点是由信号传感设备和智能电子控制装置完成防止负压产生和消除功能，确保设备运行过程中不产生负压，使系统在确保不影响市政管网运行的情况下控制无负压供水系统可靠运行，保证用户用水。该类产品是无负压供水设备的最新产品。 2、按防负压工作原理分类根据无负压供水设备的防负压原理不同，无负压供水设备可分为负压产生后消除负压式和预防负压产生类两种。 ① 负压产生后消除负压类前述机械防负压式管网叠压无负压供水设备属于负压产生后消除负压类产品，该类产品的控制理念是：当用户用水量增加使市政管网供水压力低于相对0压力时，稳流罐内产生负压，稳流罐上的真空抑制器进气阀门打开，大气进入稳流罐中，罐中压力恢复0压力，真空被消除，稳流罐中出现并保持自由液面状态，此时稳流罐相对于一个开口水箱，设备继续运行，水位将下降，水位降低到设定保护值时，水位控制器发出控制器信号，停止加压机组运行，停止向用户供水。当市政管网恢复供水能力时，系统自动恢复正常供水。 ② 预防负压产生类电子防负压式管网叠压无负压供水设备的控制压力与上述截然不同，她着眼于防止负压的产生，而不是产生负压后消除负压。其控制原理是，运用现代信息传感技术，实时监测市政管网进水压力，当用户用水量增加导致市政管网供水压力降低到设定的保护压力时，智能电子防负压运行控制器控制加压机组改变其工作状况，稍微减少供水量，以换取市政管网进水压力不再下降，不产生负压而继续供水，当用户用水量小于市政供水流量时，自动恢复正常供水。五、管网叠压无负压供水设备简介 1、机械防负压式无负压供水设备机械防负压式无负压供水设备以稳流罐式为代表，以下论述以该类设备为代表。 ⑴ 稳流罐式无负压供水设备组成整套设备由稳流罐、真空抑制器、变频调速水泵机组、压力传感器、变频控制柜、倒流防止器（可选）、消毒装置（可选）、小流量保压罐（可选）等组成。从市政管网引来的进水管直接连接到稳流罐的进水口，稳流罐的出水口通过消毒装置后连接到加压泵组的进水管，加压机组的出水管与用户用水管连接，直接向用户管网供水。 ⑵ 稳流罐式无负压供水设备工作原理稳流罐式无负压供水设备与市政管网直接联接，在市政管网剩余压力的基础上串联叠压供水。 ① 变频恒压供水：当市政管网供水量大于用户用水量时，稳流罐式无负压供水设备变频恒压供水，此时稳流罐中存储一定量的承压水； ② 消除负压：当用户用水量增加导致市政管网与稳流罐连接处压力下降，当压力降低到相对压力0以下时，在稳流罐中形成负压，真空抑制器的进气阀门打开，大气进入稳流罐。此时，稳流罐相当于一个具有自由液面的开口水箱，压力与大气相同，负压被消除。水位下降到设定值时，液位控制器将控制信号传递给变频控制柜中的控制系统，控制加压机组停止工作，用户停水；当用户用水量减小时，稳流罐中水位上升，气体从真空抑制器排气阀门排除，压力恢复正常后，加压机组重新自动启动，恢复正常供水。 ③ 停水停机功能：当市政管网停水时，加压机组在液位控制器控制下自动停止运行，市政管网供水恢复后，自动启动重新恢复正常供水。 ④ 小流量睡眠功能：用户不用水或用水量很小时设备自动进入睡眠状态（停机）并保持供水压力，用户恢复用水时系统自动唤醒，恢复正常供水。 ⑤ 停电继续供水：当小区停电时，由市政管网继续向低区用户供水，停电不停水。设备恢复供电后，自动启动，恢复正常供水。 2、电子防负压式管网叠压无负压供水设备与稳流罐式管网叠压无负压供水设备采用机械式防负压装置原理不同，电子防负压式管网叠压无负压供水设备另辟蹊径，采用信息技术与电子技术相结合的技术路线，运用反馈闭环控制方式，以防止负压产生、保持市政管网和用户管网平稳运行为目标，以程序控制无级调节技术为手段，彻底克服了稳流罐式管网叠压无负压供水设备的缺点，形成了与稳流罐式机械控制技术完全不同的电子防负压式管网叠压无负压供水设备。 ⑴ 电子防负压式管网叠压无负压供水设备组成电子防负压式管网叠压无负压供水设备整套设备由进水压力传感器、加压水泵机组、出口压力传感器、小流量保压罐、无负压智能运行控制器、无负压变频控制柜组成。 ⑵ 电子防负压式管网叠压无负压供水设备工作原理 ① 变频恒压供水：当市政管网供水量大于用户用水量时，设备启动后，水泵投入运行，从启动频率开始加速，供水压力升到设定压力后恒压供水。此后，随用水量变化，系统自动调整水泵工作转速使供水压力始终保持恒压。 ② 防止负压产生：当市政管网供水量小于用户用水量时加压机组进水压力下降，当其下降到稍小于设定的保护压力时，加压机组由无负压智能运行控制器自动稍微调低用户设定工作压力，控制变频器调整加压机组运行状态，减少供水量，使加压机组进水压力始终大于等于市政管网保护压力，从而实现无负压(大于保护压力)供水，任何情况下都不会产生负压，实现真正的无负压供水，彻底避免了对周围用户用水的影响。市政管网供水量满足用户用水量后，在无负压智能运行控制器控制下，自动恢复原设定的供水压力，恢复正常供水。 ③ 停水停机功能：当市政管网停水时，加压机组自动停止运行，供水恢复后，自动启动重新恢复正常供水。 ④ 小流量睡眠功能：用户不用水或用水量很小时设备自动进入睡眠状态（停机）并保持供水压力，用户恢复用水时系统自动唤醒，恢复正常供水。 ⑤ 停电继续供水：当小区停电时，由市政管网继续向低区用户供水，停电不停水。设备恢复供电后，自动启动，恢复正常供水。 ⑥ 全封闭运行无二次污染：设备运行过程中没有任何进气、排气环节，实现了真正的与空气隔离的全封闭运行，彻底解决了二次污染问题。 3、两种管网叠压无负压供水设备性能比较为了更深入清晰的了解稳流罐式管网叠压无负压供水设备与电子防负压式管网叠压无负压供水设备的性能和优缺点，现对两种设备的结构、性能及效果列表比较如下：设备性能比较一览表：序号比较内容电子防负压式机械防负压式优胜者 1 蓄水池或水箱不用不用相同 2 稳流罐/稳流补偿器/流量调节罐没有有电子式 3 真空抑制器没有有电子式 4 与市政管网联接方式直联直联相同 5 系统组成简单复杂电子式 6 系统封闭程度全封闭真空抑制器进、排气阀可与空气连通电子式 7 防负压原理预防负压产生产生负压后消除电子式 8 进水压力低于保护压力时处理方式调节系统运行状态，继续供水稳流罐补气、停止供水电子式 9 市政管网停水时自动停止工作自动停止工作相同 10 市政管网来水时自动启动自动启动相同 11 小流量休眠保压有有相同 12 市政管网供水量不足时对用户用水影响小大电子式 13 市政管网压力≥用户设定压力时自动停止运行由市政管网直接供水自动停止运行由市政管网直接供水相同 14 防负压效果好差电式 15 设备停电时设备停机、市政管网继续直接供水设备停机、市政管网继续直接供水相同 16 设备恢复供电时设备自动启动设备自动启动相同 17 稳流罐流量补偿功能没有瞬时有机械式 18 节电效果明显明显相当 19 占地空间小大电子式 20 设备成本低高电子式 21 故障率低高电子式 22 系统维护工作量小大电子式 23 设备寿命长短电子式 24 二次污染没有有电子式 25 供水质量高低电子式 26 噪音污染小大电子式 27 供水安全性高稍差电子式 28 节水效果明显明显相当 29 综合性价比高低电子式 29项主要对比指标中，电子防负压式管网直联无负压供水设备18项性能指标优于机械防负压式管网叠压无负压供水设备，10项指标二者相当，一项指标机械式略优于电子式。六、发展趋势目前，管网叠压无负压供水设备以其突出的优点和性价比正被管理者、设计者、用户及相关各界所接受，市场迅速扩大，竞争日趋激烈，各生产厂家也竞相投入资金和人力进行新产品开发和研制，这些新产品主要集中在对现有无负压供水设备的主要缺陷之一——非全封闭结构的二次污染方面，主要是对稳流补偿器和真空抑制器结构的改进以及整套机组结构形式上的改进，如气囊式、隔膜式稳流补偿器、分室（腔）密闭式真空抑制器、真空抑制器外接储能器式等，此外整套箱式设备、多水源无负压供水设备等新结构产品也有一定发展。但是，对无负压控制技术的另一核心问题——无负压控制原理这一直接影响无负压供水设备负压控制效果自由问题还没有足够认识，因此，尽管做了大量改进，但设备的原有缺陷并没有根本改观，主要原因是这些缺陷是原理上的，无法通过结构修改彻底解决。这好比冷兵器和火枪的差距，冷兵器时代的刀枪剑戟经过数千年结构、材料、工艺等方面的改进，可谓技术成熟，但无论如何好的冷兵器都无法与最初期的火枪武器相比，为什么？根本差别在工作原理上，而不在结构和工艺技术上。电子防负压式管网叠压无负压供水方式从控制原理上进行了根本改进，具有先进的控制理念和工作原理。因此，该种技术具有明显的优点，一经推出，立即受到关注，并通过逐步宣传和推广应用，正在被越来越多的管理、设计、使用者接受，受到广泛欢迎。她代表了管网叠压无负压供水设备的发展方向，可以预言，3～5年内，电子防负压式无负压供水设备以其先进的控制原理和控制技术、卓越的性能和低成本必将取代机械防负压式设备而成为管网叠压无负压供水设备的主流产品，并使无负压供水设备失去其神秘的面纱，成为技术更先进、性能更优良、性价比更合理的高新技术型普通产品，使管网叠压无负压供水设备进入电子防负压新时代。七、结束语尽管管网叠压无负压供水设备在我国只有短短十年，但她与社会需求相一致，故得到了迅速发展，经过广大科研人员，生产厂家、设计人员、管理人员及政府的积极努力，技术定会更先进，产品更成熟，性能更优良、价格更合理。定会取代蓄水池式供水方式成为二次加压供水方式的主流而被广泛应用；电子防负压式无负压供水设备以其先进的控制原理和控制技术、卓越的性能和低成本必将取代机械防负压式设备而成为管网叠压无负压供水设备的主流产品，使城镇二次加压供水进入电子防负压式管网叠压无负压供水新时代。主要参考文献：

展开阅读全文