無(wú)負(fù)壓變頻恒壓供水系統(tǒng)在供水改造中的應(yīng)用

杜春嶺 龔衛(wèi)榮 劉建立

（渤海石油水電服務(wù)公司 天津 300452）

1 無(wú)負(fù)壓變頻恒壓供水系統(tǒng)的組成及選用背景

目前無(wú)負(fù)壓變頻恒壓供水系統(tǒng)主要由水泵、變頻控制柜、穩(wěn)流補(bǔ)償器等基本構(gòu)件組成。對(duì)于成套的恒壓供水設(shè)備，其各個(gè)組成部分連接所使用的管道及管件應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)的304不銹鋼，以滿(mǎn)足供水的安全性。

目前市場(chǎng)上的無(wú)負(fù)壓恒壓供水設(shè)備多種多樣，通過(guò)不同的方式對(duì)供水進(jìn)行控制，以達(dá)到出水口端恒壓、進(jìn)水口端不形成負(fù)壓的目標(biāo)。本文主要介紹的是在原供水系統(tǒng)上進(jìn)行改造，通過(guò)供水模式的轉(zhuǎn)變帶來(lái)更加安全、節(jié)能的供水方式。在這里針對(duì)原小區(qū)利用水池蓄水的二次供水模式進(jìn)行改造，這種供水方式的流程為：“市政來(lái)水——調(diào)節(jié)構(gòu)筑物（水池）——泵房泵組——用戶(hù)”，這種供水模式是較為傳統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是供水非?？煽?，尤其是在城市供水系統(tǒng)相對(duì)不是很完善或是缺水地區(qū)供水能力受限制的情況下，采用水池蓄水供水可達(dá)到保證用戶(hù)端用水量需求的目標(biāo)，但是采用水池轉(zhuǎn)供所產(chǎn)生的弊端就是水池中的水會(huì)與室外環(huán)境通過(guò)水池的換氣孔接觸，這樣就無(wú)法避免對(duì)供水的水質(zhì)產(chǎn)生影響，而且水池的定期清理消毒與日常抽樣檢測(cè)也耗費(fèi)了一定的人力財(cái)力。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷增加，供水系統(tǒng)不斷完善，供水質(zhì)量不斷提高，使得許多原先處于管網(wǎng)末端用戶(hù)的供水能力得到了保證，在這樣的條件下選用無(wú)負(fù)壓變頻恒壓供水系統(tǒng)進(jìn)行供水就更為經(jīng)濟(jì)、安全。無(wú)負(fù)壓變頻恒壓供水的流程為：“市政來(lái)水——全密封不銹鋼罐——泵組——用戶(hù)?！?/p>

從原供水方式和無(wú)負(fù)壓變頻恒壓供水方式的流程對(duì)比來(lái)看，主要區(qū)別有三個(gè)方面，一是無(wú)負(fù)壓恒壓供水系統(tǒng)直接與市政管網(wǎng)相連，整個(gè)流程全密封，不與環(huán)境接觸，不會(huì)對(duì)供水產(chǎn)生二次污染。二是利用市政壓力進(jìn)行加壓供水，充分利用市政壓力，經(jīng)濟(jì)節(jié)能。三是無(wú)負(fù)壓恒壓供水系統(tǒng)對(duì)市政管線(xiàn)的壓力基本無(wú)擾動(dòng)。鑒于此，我們結(jié)合新村供水情況以及濱海新區(qū)供水模式特點(diǎn)，對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2 變頻恒壓供水系統(tǒng)的選型計(jì)算

2.1 流量

對(duì)于變頻恒壓供水系統(tǒng)的選型，首先應(yīng)對(duì)流量、揚(yáng)程參數(shù)進(jìn)行確定，因?yàn)槭菍?duì)原有小區(qū)進(jìn)行改造，在這里根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)推薦使用理論計(jì)算與統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法。

首先對(duì)所在住宅小區(qū)進(jìn)行的用水情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)小區(qū)住宅配置的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量、使用人數(shù)、用水定額、使用時(shí)數(shù)及小時(shí)變化系數(shù)按如下公式進(jìn)行計(jì)算出管網(wǎng)設(shè)計(jì)秒流量

管網(wǎng)設(shè)計(jì)秒流量：qg=0.2·U·Ng

計(jì)算管網(wǎng)設(shè)計(jì)秒流量后，根據(jù)給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)將未預(yù)見(jiàn)水量及管網(wǎng)漏失量、澆灑道路和綠地用水量、消防水量查表計(jì)算得出后與管網(wǎng)設(shè)計(jì)秒流量相加，計(jì)算出泵房所需設(shè)計(jì)流量。

2.1.1 設(shè)計(jì)流量的實(shí)際使用統(tǒng)計(jì)

由于是對(duì)原有供水泵房進(jìn)行改造，在設(shè)計(jì)選型時(shí)除了計(jì)算理論設(shè)計(jì)流量，還應(yīng)參考以往實(shí)際用水量情況，如果只按照理論計(jì)算進(jìn)行選型的話(huà)，會(huì)造成設(shè)備選型過(guò)大，造成浪費(fèi)。

根據(jù)實(shí)際工程案例經(jīng)驗(yàn)，可以選擇近3年內(nèi)小區(qū)中的6000戶(hù)居民用水量最高的一年中用水量最高的一個(gè)月為基礎(chǔ)分析數(shù)據(jù)，在這個(gè)月中以每天白天的早6點(diǎn)至晚23點(diǎn)為時(shí)段的橫坐標(biāo)，以該時(shí)段在這個(gè)月中用水量最高的一次數(shù)據(jù)為縱坐標(biāo)的用水量制作圖表，以確定實(shí)際用水量。

2.1.2 流量的確定

在本小區(qū)工程改造案例中，對(duì)原有泵房進(jìn)行恒壓供水改造，最終計(jì)算理論流量為262.31m3/t，實(shí)際統(tǒng)計(jì)流量見(jiàn)圖1

圖1

從表中可以看出，實(shí)際用量為200m3/h，在設(shè)備流量的配比上可以參考這兩個(gè)數(shù)據(jù)綜合考慮進(jìn)行確定。理論計(jì)算值相對(duì)較大，是因?yàn)槠渲邪讼浪?、綠化水量、澆灑道路水量等參數(shù)，所以單純依靠理論計(jì)算進(jìn)行設(shè)備選型會(huì)造成比較大的浪費(fèi)，但是考慮到供水的安全性，泵房的供水能力必須能達(dá)到理論數(shù)值，但日常的運(yùn)行供水可參考實(shí)際統(tǒng)計(jì)流量進(jìn)行選擇，如上述情況下，我們選擇的水泵為2臺(tái)100m3/h的單級(jí)立式離心泵作為恒壓供水系統(tǒng)的主供水設(shè)備，2臺(tái)水泵互為備用，交替使用。選擇1臺(tái)150m3/h的水泵（利用泵房?jī)?nèi)原有舊水泵）作為備用，在緊急情況下手動(dòng)啟動(dòng)。由于實(shí)際統(tǒng)計(jì)中所統(tǒng)計(jì)的流量為小時(shí)最高用水量，該套系統(tǒng)在改造后實(shí)際使用情況時(shí)，絕大多數(shù)時(shí)間是一臺(tái)泵低頻運(yùn)行就能滿(mǎn)足使用需求，所以此種選型方法雖符合用水量需求和設(shè)計(jì)要求，但在實(shí)際運(yùn)行中仍存在著一定的浪費(fèi)。

2.2 揚(yáng)程

在原有系統(tǒng)改造工程中，由于管線(xiàn)的使用情況和使用年限不同，內(nèi)部結(jié)垢情況也無(wú)法確定，故在揚(yáng)程選擇時(shí)應(yīng)盡量參照以往實(shí)際供水壓力。然后用供水揚(yáng)程的理論計(jì)算進(jìn)行復(fù)核，實(shí)際選用的供水壓力應(yīng)大于理論計(jì)算的壓力。對(duì)于揚(yáng)程的理論計(jì)算可選擇如下公式：

其中：H——建筑內(nèi)給水系統(tǒng)所需水壓，kPa；

H1——引入管起點(diǎn)至最不利配水點(diǎn)位置高度所要求的靜水壓，Kpa；

H2——引入管起點(diǎn)至最不利配水點(diǎn)的給水管路即計(jì)算管路的沿程與局部水頭只和，kpa；

H3——水流通過(guò)水表時(shí)的水頭損失，kPa；

H4——水最不利配水點(diǎn)所需的流出水頭，kPa；

式中對(duì)于H的計(jì)算可選擇供水范圍內(nèi)的一個(gè)或幾個(gè)最不利點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算后取其中最大值為理論計(jì)算揚(yáng)程。

因?yàn)楹銐汗┧到y(tǒng)是直接和市政供水系統(tǒng)相連，所以在計(jì)算供水揚(yáng)程時(shí)應(yīng)將市政壓力考慮進(jìn)去。在本案例中，根據(jù)近兩年供水公司對(duì)本小區(qū)的供水壓力采集分析，白天平均供水壓力在2.0Mpa左右。故在確定恒壓供水系統(tǒng)的揚(yáng)程時(shí)減去10m揚(yáng)程后的值作為該系統(tǒng)的工作揚(yáng)程。

3 穩(wěn)流補(bǔ)償器調(diào)節(jié)容積的計(jì)算

穩(wěn)流補(bǔ)償器是作為恒壓供水系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的組成部分，它選擇的合適與否直接影響到瞬時(shí)流量的調(diào)節(jié)以及市政管網(wǎng)端與供出管網(wǎng)端的壓力穩(wěn)定問(wèn)題。穩(wěn)流補(bǔ)償器的調(diào)節(jié)容積可根據(jù)下式計(jì)算：

式中Vt——穩(wěn)流補(bǔ)償器調(diào)節(jié)容積，m3

Qq——最大出水量，m3/h

Q——允許進(jìn)水量，m3/h

△T——用水高峰持續(xù)時(shí)間，h（其大小與用水設(shè)計(jì)規(guī)模、當(dāng)?shù)赜盟?xí)慣、用戶(hù)性質(zhì)和季節(jié)等因素有關(guān)，一般可取△T=3~15min）

4 變頻恒壓供水系統(tǒng)各部分選型配置

在對(duì)變頻恒壓供水系統(tǒng)中的各組成部分進(jìn)行選型時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)針對(duì)的用戶(hù)用水情況進(jìn)行選擇。在供應(yīng)生活用水時(shí)，對(duì)于穩(wěn)流補(bǔ)償罐、水泵的過(guò)流部件、穩(wěn)流補(bǔ)償器和水泵之間的連接管道、閥門(mén)、配件等應(yīng)盡可能選用食品級(jí)不銹鋼材質(zhì)。在選擇水泵時(shí)，應(yīng)考慮水量、揚(yáng)程對(duì)水泵進(jìn)行選擇，通常情況下，恒壓供水系統(tǒng)采用立式多級(jí)離心泵較多。

恒壓供水系統(tǒng)中，用戶(hù)的用水量是隨時(shí)間變化的，變頻系統(tǒng)會(huì)根據(jù)在管網(wǎng)上采集到的壓力信號(hào)做出反饋，調(diào)整變頻器輸出頻率以達(dá)到穩(wěn)壓作用，故在泵的配套電機(jī)選用時(shí)，宜采用帶有獨(dú)立風(fēng)扇的變頻電機(jī)。對(duì)于流量不斷變化，揚(yáng)程相對(duì)固定的情況下，宜選用H-Q（泵性能曲線(xiàn)）曲線(xiàn)平緩型的水泵，且應(yīng)盡量通過(guò)流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)使所選擇的泵在其高效區(qū)內(nèi)即設(shè)計(jì)（額定）工況點(diǎn)附近運(yùn)行。在本小區(qū)泵房改造時(shí)，對(duì)于高層用戶(hù)選用的水泵為不銹鋼立式多級(jí)離心泵，其單臺(tái)泵流量為25m3/h，揚(yáng)程為70m，運(yùn)行后效果良好。

變頻恒壓供水系統(tǒng)中的壓力信號(hào)采集裝置應(yīng)在穩(wěn)流補(bǔ)償器前進(jìn)水端及泵組總出水管端安裝，在實(shí)際工程中，由于需考慮到變頻恒壓系統(tǒng)后期的調(diào)試、參數(shù)的調(diào)整以及壓力信號(hào)的校準(zhǔn)與觀(guān)測(cè)，宜采用遠(yuǎn)傳壓力表或是帶有數(shù)字顯示的壓力傳感裝置。

5 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)石油新村小區(qū)三個(gè)主要供水泵站進(jìn)行恒壓供水改造后，均達(dá)到理想效果，實(shí)現(xiàn)了供水的自動(dòng)化管理并消除了供水二次污染問(wèn)題。節(jié)能效果突出，經(jīng)將近一年的運(yùn)行使用，經(jīng)無(wú)負(fù)壓恒壓供水系統(tǒng)改造后的兩個(gè)泵房，其用電量由原先的日平均100度電左右下降到30度電左右，節(jié)能效果均達(dá)到60%以上。且兩個(gè)泵房原有水池全部取消，節(jié)省了1600m3的水池清洗消毒費(fèi)用。經(jīng)改造后的泵房，供水已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，供水壓力可根據(jù)實(shí)際反饋壓力自動(dòng)調(diào)整，現(xiàn)在泵房已無(wú)人值守，節(jié)省了人工成本。綜上所述，在對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)負(fù)壓恒壓供水系統(tǒng)改造，有效降低了實(shí)際運(yùn)行成本，且提高了供水的安全性和可靠性。

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