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精密數(shù)顯壓力表在大高差供水系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

發(fā)布時間:2019-09-02  發(fā)布作者:

摘 要:在大高差供水系統(tǒng)中,減壓是保證整個供水系統(tǒng)安全的重要措施。文章根據(jù)類似工程的減壓方案,重點比較了減壓閥和精密數(shù)顯壓力表兩種減法方案,論述了兩種減壓方式的優(yōu)缺點,并根據(jù)項目實際需求及兩種減壓方式特點確定在本項目設(shè)計中采用精密數(shù)顯壓力表作為供水系統(tǒng)的減壓方式;詳述了精密數(shù)顯壓力表中手動閥門、泄壓閥、電動閥門及液位閥的安裝、運行方式及控制原理,并結(jié)合實際運行中出現(xiàn)的問題優(yōu)化了相關(guān)參數(shù),希望對于類似項目的設(shè)計及調(diào)試運行有參考借鑒作用。
 
南方某縣城新建城鄉(xiāng)供水一體化供水水廠,水廠清水池出水標高約為 660m,水廠規(guī)模近期為 2×10 4 m 3 /d,遠期為8×10 4 m 3 /d。廠區(qū)水源為水庫水、重力自流至廠區(qū),水源水質(zhì)好,主要采用混凝沉淀 + 過濾 + 消毒處理工藝,供水范圍為中心城區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn),重力供水,近期實施配水管網(wǎng)敷設(shè),主要考慮現(xiàn)有道路并結(jié)合遠期配水管網(wǎng)規(guī)劃進行布置,大致為城區(qū)根據(jù)現(xiàn)有道路將配水管布置為大環(huán)管,后期根據(jù)規(guī)劃道路逐漸補充聯(lián)絡(luò)管,周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水從環(huán)管接出,布置為支管供水。
縣內(nèi)地貎主要特征以山地為主,四面環(huán)山,丘岡盆地相間。部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)與主城區(qū)地形高差大,在整個管網(wǎng)設(shè)計過程中,為保證城鄉(xiāng)一體化供水工程供水范圍,進行了局部加壓及減壓處理,加壓供水范圍一般僅涵蓋小高差供水區(qū)域,而減壓供水則涵蓋的供水范圍為地形高差30 ~ 300m。在此類大高差區(qū)域中為保證供水系統(tǒng)安全平穩(wěn),減壓措施成為解決此類問題的一個主要難點[1] ,如筆者此次設(shè)計的其中一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水,供水區(qū)域與主城區(qū)地形高差達 200m 以上,如何妥善運用減壓措施成為此城鎮(zhèn)供水安全的重點。減壓措施得當,供水量及供水保證率均能大幅提高,措施不當,則供水保證率將大打折扣,可能存在經(jīng)常停水維修的隱患。
 
1 工程設(shè)計參數(shù)
供水目標鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)地形標高在 400 ~ 420m,供水總?cè)丝诩s 3000 人,參考《室外給水設(shè)計規(guī)范》(GB 50013-2006)、《村鎮(zhèn)供水工程設(shè)計規(guī)范》(SL 687-2014)及《湖南省用水定額》(DB43T 388-2014)等相關(guān)規(guī)范及常用資料,本項目人均用水量近期取為 125L/d,遠期取為 150L/d,供水量近期約為 375m 3 /d,遠期約為 450m 3 /d,配水主管管徑按照遠期供水規(guī)模一次性敷設(shè)完成,采用DN200 球墨鑄鐵管。
 
2 不同減壓方式的原理及優(yōu)缺點
在大高差供水系統(tǒng)中,為消減沿線富裕水頭,保證系統(tǒng)平穩(wěn)安全運行,?紤]在管道中設(shè)置調(diào)壓井、減壓閥,或者將管段分為若干段,在每段管道末端設(shè)置精密數(shù)顯壓力表將池前管道壓力消除等措施[2-3] 。本項目配水管管徑較小,供水流量較小,幾何高差大,考慮調(diào)壓井常用于大流量以及輸水方式過渡處的調(diào)壓,本次設(shè)計重點考慮減壓閥及精密數(shù)顯壓力表兩種減壓方式,并根據(jù)優(yōu)缺點選擇較終減壓方式。
 
2.1 減壓閥減壓
減壓閥又分比例式減壓閥及可調(diào)式減壓閥,由于可調(diào)式減壓閥可保證末端壓力為設(shè)置數(shù)值,但一般用于水平方向的安裝,本項目允許閥后壓力波動,設(shè)計為比例式減壓閥。其比例式減壓閥的進口壓力和出口壓力始終保持一定的比值,如 2 ∶ 1、3 ∶ 1、3 ∶ 2 等。壓力比值是通過活塞式閥芯兩端直徑比值決定的。加工裝配好后其進出口壓力比值就已固定,無法更改。當減壓閥進口壓力上升或下降時,減壓閥出口壓力也會成比例上升或者下降,始終保持固定的比例值。其適用于對閥后壓力變化要求不嚴格的場合,常用于豎直方向上的減壓。減壓閥已大量運用于各種減壓場所,因其安裝方便、占地少、施工簡單,費用較低,供水不與空氣接觸,可盡量保證水質(zhì)安全等各種優(yōu)點,受到設(shè)計師及建設(shè)單位的青睞,尤其是在建筑物內(nèi)空間狹小的場所。
同時減壓閥因閥后仍保留有壓力,在需要減壓的數(shù)值保持一定時,需要設(shè)置的級數(shù)較多,且大高差區(qū)域,若減壓閥失效,靜壓傳導至閥后,則會導致閥后壓力劇增,進一步加重或者破壞后續(xù)減壓閥。在本項目這種大高差供水系統(tǒng)中,若減壓不徹底,損壞后對整個供水系統(tǒng)的影響極大,且后期維護工作量也會較大。這也是筆者在本項目中慎用減壓閥的原因。
減壓閥一般采用并聯(lián)安裝,便于檢修及維護,閥前后設(shè)置壓力表及其他必要配件。減壓閥安裝方式如圖 1所示。
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2.2 精密數(shù)顯壓力表減壓
精密數(shù)顯壓力表為敞開式水池,將一段完整配水管道以水池為節(jié)點分為幾段配水管,單個精密數(shù)顯壓力表將上游管道來水水頭完全泄壓,下游段管道靜壓力以精密數(shù)顯壓力表液位高度為準,以此往后推,較末端配水管較大靜壓力以較后一個水池較高液位為準。精密數(shù)顯壓力表的減壓方式較為徹底,整套配水管網(wǎng)系統(tǒng)壓力不會隨前端用水、設(shè)備損壞等外在因素而產(chǎn)生大的波動,可保證整個系統(tǒng)的安全性,后期維護較簡單。同時由于精密數(shù)顯壓力表為構(gòu)筑物,整體占地面積大、施工成本高、工程量大,且精密數(shù)顯壓力表泄壓后供水與空氣接觸,可能存在二次污染。精密數(shù)顯壓力表大致平面布置如圖 2 所示。
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3 精密數(shù)顯壓力表的設(shè)置
具體涉及工程案例時,可根據(jù)項目實際情況綜合考慮采用減壓閥或者精密數(shù)顯壓力表,亦或者兩種方式組合減壓,均可有效降低管道多余水頭,保證供水系統(tǒng)平穩(wěn)運行。本設(shè)計中重點考慮后期維護及整體系統(tǒng)的可靠性,充分與建設(shè)方及運營方探討,并結(jié)合相關(guān)工程案例,同時考慮本設(shè)計中此處供水管道較長,需要進行二次補氯等處理,決定采用精密數(shù)顯壓力表的減壓方式消除管道中富余水頭?紤]管道承壓、配套設(shè)備工作壓力、水錘等因素影響,具體設(shè)計為在標高 600m、550m、500m(可根據(jù)現(xiàn)場情況據(jù)此標高上下調(diào)5m均可,以便于場地選擇及施工)3 處設(shè)計精密數(shù)顯壓力表,并在 450m 標高處設(shè)置一調(diào)蓄水池(調(diào)蓄水池兼做調(diào)蓄、減壓、補氯用),精密數(shù)顯壓力表有效水深 2.5m,有效容積 20m 3 ,體積選擇主要參考高日高時30min 用水量的池體容積。調(diào)蓄水池有效水深 2.3m,有效容積 90m 3 ,體積參考高日用水量的 20%,出水管采用DN200 鋼管接球墨管,保證高日高時的配水,同時在調(diào)蓄水池出水口進行補氯,并根據(jù)設(shè)置在末端的余氯監(jiān)測儀及時調(diào)整補氯量。由于管道中水損基本等于水池之間的幾何高差,管道出水流量較大,綜合考慮造價及設(shè)計需求,本次設(shè)計在水池之間采用DN150的鋼管進行連接,配套同口徑的閥門配件等。
水池之間為重力輸水,雖設(shè)置精密數(shù)顯壓力表后,管道靜壓大為降低,但在運行期間,若管道中的閥門突然關(guān)閉,仍會產(chǎn)生水錘現(xiàn)象,當水錘壓力超過管道、設(shè)備允許承受的壓力時,管道及設(shè)備將會損壞。由于水錘產(chǎn)生的本質(zhì)仍是水流動量變化引起的,而水流動量變化又由管中流速變化引起,若通過延長關(guān)閥時間改變流速變化的快慢,則能有效降低水錘產(chǎn)生的壓力[4] ,在前后高差已定的情況下,閥門的開啟度也能有效匹配管道流量、流速對應(yīng)的管道水損,同時也可以降低水錘產(chǎn)生的壓力[5-6] 。
因此,本設(shè)計在進水管方向,依次安裝手動閘閥、泄壓閥、電動閘閥、液位控制閥、液位計等設(shè)備,出水方向設(shè)計檢修閘閥,并根據(jù)規(guī)范在精密數(shù)顯壓力表設(shè)置溢流、放空、消能等配套設(shè)施。其主要控制方式為利用液位計控制水池液位高低,控制前段電動閘閥在 30s 內(nèi)進行啟閉,可有效防止水錘的產(chǎn)生或降低水錘產(chǎn)生時的壓力,若電動閥門或者液位計失效,導致水池水位過高,液位控制閥在水位達到溢流水位時自動關(guān)閉進水管。液位閥的突然關(guān)閉將引起水錘的產(chǎn)生,為降低水錘的危害,在前端設(shè)置泄壓閥,并將泄壓閥泄壓壓力取較大靜壓力+0.2 ~ 0.3MPa,及時將管道中水錘壓力泄壓,保護管道及設(shè)備。同時調(diào)整較前端手動閘閥的開啟度,降低水錘壓力的同時增加管道阻力,使精密數(shù)顯壓力表的進出水量盡量平衡,可有效減少配套設(shè)備如電動閥門的頻繁啟閉。
 
4 結(jié)束語
通過綜合比較,本項目采用精密數(shù)顯壓力表方式更符合本項目特點,在實際運營中,精密數(shù)顯壓力表因減壓徹底,配套設(shè)施設(shè)備配置得當,整套供水系統(tǒng)均能正常平穩(wěn)運行,供水范圍內(nèi)用戶用水保證率高。但因供水區(qū)域為鄉(xiāng)鎮(zhèn),小時變化系數(shù)較大,水池前端設(shè)施的電動閥門啟閉仍較為頻繁,且電動閥門啟閉時間較長,在關(guān)閉過程中存在水池水位繼續(xù)上升導致液位閥關(guān)閉現(xiàn)象,建議在運營過程中通過較長時間用水數(shù)據(jù)的分析,調(diào)整前端手動閘閥的較優(yōu)開啟度,同時增大電動閥門關(guān)閉水位與液位閥關(guān)閉水位高差,避免液位閥關(guān)閉,可有效降低電動閥門啟閉頻率及水錘產(chǎn)生,有利于配水系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運行,可減少后期運營過程中人工現(xiàn)場控制及相關(guān)設(shè)備使用次數(shù),降低運營成本。

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