恒壓供水系統(tǒng)常見故障與處理方法

孫 銳，覃盈斯，李承剛

（海南紅塔卷煙有限責(zé)任公司，海南?？?571137）

0 引言

恒壓供水技術(shù)在水利系統(tǒng)和水廠中得到廣泛應(yīng)用，在恒壓供水系統(tǒng)運(yùn)行過程中，管網(wǎng)壓力會(huì)隨著負(fù)荷的變化而變化，這種變化控制著水泵運(yùn)轉(zhuǎn)供水。恒壓供水系統(tǒng)中水泵會(huì)配備水泵變頻器，來保證供水系統(tǒng)正常平穩(wěn)的運(yùn)行，供水系統(tǒng)的故障頻次直接到影響下游用水單位的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 恒壓供水系統(tǒng)運(yùn)行原理和維護(hù)意義

當(dāng)前市場(chǎng)上大部分恒壓供水設(shè)備采用的是氣壓式供水，整個(gè)供水系統(tǒng)利用密封罐體、罐內(nèi)高壓氣水壓力達(dá)到供水目的。變頻恒壓供水系統(tǒng)工作順序是，由水泵將水通過逆止閥壓入罐體，使罐內(nèi)氣體受到壓縮，壓力逐漸增大，當(dāng)壓力達(dá)到指定上限時(shí)電接點(diǎn)壓力表通過控制柜使泵機(jī)自動(dòng)停止；系統(tǒng)設(shè)備中的水壓高于外界管網(wǎng)壓力時(shí)，自動(dòng)送水至供水管網(wǎng)；當(dāng)罐體內(nèi)水位下降，罐內(nèi)氣體膨脹壓力減小到指定的下限位置時(shí)，電接點(diǎn)壓力表通過控制柜使水泵重新啟動(dòng)；罐內(nèi)氣體不足時(shí)，補(bǔ)氣閥可以自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)氣。按照上述流程如此反復(fù)，使恒壓供水設(shè)備供水不停（圖1）。

圖1 恒壓供水系統(tǒng)

與傳統(tǒng)供水技術(shù)相比計(jì)，配備變頻器的恒壓供水系統(tǒng)能夠24 h 維持恒定壓力，保障供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。不過，任何設(shè)備在工作運(yùn)行過程中會(huì)或多或少產(chǎn)生故障。恒壓供水系統(tǒng)的故障會(huì)影響人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量：①系統(tǒng)故障會(huì)對(duì)聯(lián)合工房工藝用水、鍋爐用水、循壞水系統(tǒng)補(bǔ)水、冷卻塔的用水穩(wěn)定造成長(zhǎng)期影響；②系統(tǒng)頻繁故障會(huì)對(duì)供水設(shè)備及管路造成損害影響正常的供水運(yùn)行；③給企業(yè)造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，影響供水企業(yè)的效益。對(duì)于用水者而言，用水體驗(yàn)滿意度下降，直接影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，處理恒壓供水系統(tǒng)故障，降低設(shè)備故障頻次具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

（1）節(jié)能省水。變頻恒壓供水系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)就是節(jié)約電能，從水泵的節(jié)能效果來看，流量越小節(jié)能效果越明顯。

（2）穩(wěn)定供水。用水流量具有不穩(wěn)定性，可以在大范圍內(nèi)連續(xù)變化，處理供水系統(tǒng)的故障可以確保用水者的用水壓力維持在穩(wěn)定水平，避免出現(xiàn)用水高峰不能正常用水的情況。

（3）用水安全。及時(shí)進(jìn)行供水系統(tǒng)故障處理，可以最大限度保障用水質(zhì)量。

（4）延長(zhǎng)供水設(shè)備使用壽命。恒壓供水系統(tǒng)需要定期進(jìn)行故障排查，使水泵改變長(zhǎng)期維持額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行狀態(tài)，可以減少供水設(shè)備磨損、降低故障率，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

（5）維持穩(wěn)定發(fā)展。供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行影響著人們生活、企業(yè)效益和社會(huì)發(fā)展的方方面面，只有積極處理故障、努力控制供水系統(tǒng)的故障發(fā)生頻次，才能效益最大化、保證生產(chǎn)質(zhì)量[1]。

2 恒壓供水系統(tǒng)常見故障與處理方法

2.1 供水系統(tǒng)常見故障及原因

恒壓供水系統(tǒng)設(shè)備、管道眾多，包括氣壓罐、水泵等設(shè)備以及供電電路及其控制電路等供電開關(guān)設(shè)備，壓力檢測(cè)系統(tǒng)等，其常見故障有如下7 個(gè)。

（1）水壓參數(shù)設(shè)定不當(dāng)。正常供水系統(tǒng)工作水壓按照《建筑給水排水標(biāo)準(zhǔn)》和《工廠給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)試：0.40 MPa＜水壓＜0.65 MPa。為確定恒壓供水系統(tǒng)的故障是否為水壓參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，可以通過軟件進(jìn)行觀測(cè)。

（2）水管堵塞。恒壓供水系統(tǒng)管路堵塞，會(huì)導(dǎo)致水路循環(huán)不通暢，影響用水?？梢酝ㄟ^軟件進(jìn)行觀測(cè)，確認(rèn)流速是否穩(wěn)定，若檢測(cè)結(jié)果無異常才能排除其是供水系統(tǒng)故障的原因。

（3）管道破損。管道破損會(huì)造成水管漏水，嚴(yán)重時(shí)在供水過程中造成水管斷裂、水壓波動(dòng)。可以通過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)恒壓供水系統(tǒng)管道及其供水流量進(jìn)行考察確認(rèn)，如果主供水流量正常、供水管道完好，則無供水系統(tǒng)滴漏破損情況。

（4）閥門損壞。目前常用于生活供水及工業(yè)給水系統(tǒng)中的閥門是給排水閥門，一旦閥門出現(xiàn)不嚴(yán)密、損壞、開度不合理等，就會(huì)造成供水系統(tǒng)水壓波動(dòng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象?？梢袁F(xiàn)場(chǎng)對(duì)恒壓供水系統(tǒng)各個(gè)閥門進(jìn)行操作試驗(yàn)，確認(rèn)供水管道閥門是否正常、完好。

（5）儀表誤差。恒壓供水系統(tǒng)儀表如果誤差過大，將錯(cuò)誤信息傳回控制系統(tǒng)，會(huì)造成控制系統(tǒng)誤判，使系統(tǒng)過早或過晚開啟水泵，從而造成供水系統(tǒng)壓力波動(dòng)?？梢酝ㄟ^檢查壓力表、儀表是否具有檢測(cè)合格記錄等方式判斷儀表有無損壞狀況、是否存在誤差，一般情況下每半年進(jìn)行1 次儀表檢測(cè)。

（6）系統(tǒng)電壓不穩(wěn)。系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定不僅會(huì)造成水泵供水能力的下降，還會(huì)造成系統(tǒng)水壓波動(dòng)。可以通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行多時(shí)段檢測(cè)，檢查穩(wěn)壓電源、開關(guān)電源設(shè)備運(yùn)行是否完好。

（7）水泵啟動(dòng)方式不合理。通過對(duì)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、測(cè)量，確認(rèn)水泵啟動(dòng)方式是否符合系統(tǒng)運(yùn)行情況。當(dāng)水泵處于打開狀態(tài)時(shí)，動(dòng)作的繼電器啟動(dòng)方式由全工頻啟動(dòng)取代變頻器控制啟動(dòng)，導(dǎo)致此時(shí)全壓供水加大了供水壓力。當(dāng)多水泵控制時(shí)，原水泵由變頻切換成工頻控制，其他水泵由全工頻啟動(dòng)再經(jīng)過變頻控制，造成水壓異常波動(dòng)。由系統(tǒng)底層程序、變頻器控制面板及其接觸器控制反應(yīng)狀態(tài)等多方面因素可知，恒壓供水系統(tǒng)水壓波動(dòng)大最主要的原因是水泵啟動(dòng)方式不合理[2]。

2.2 針對(duì)故障要因制定對(duì)策

通過分析，可以確認(rèn)造成恒壓供水系統(tǒng)波動(dòng)大、出現(xiàn)故障的末端因素是水泵啟動(dòng)方式不合理，針對(duì)這一要因可以考慮通過以下3 個(gè)方案進(jìn)行解決。

（1）縮短新加水泵的PID 控制的延時(shí)時(shí)間。工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID 調(diào)節(jié)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要技術(shù)之一。通過這種技術(shù)調(diào)節(jié)新加水泵的延時(shí)時(shí)間，優(yōu)點(diǎn)是其對(duì)恒壓供水系統(tǒng)檢測(cè)控制的反應(yīng)更加迅速、可以改變電氣PLC 控制等，缺點(diǎn)是PID 控制技術(shù)難度較大，無法保證其更改后的供水效果。

（2）添加變頻器控制。變頻器可以通過改變電路中的電流頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制。在水利系統(tǒng)中，常用變頻器對(duì)水泵進(jìn)行控制，現(xiàn)代的變頻器都有可編程的輸出觸點(diǎn)，例如使其在變頻器的頻率大于設(shè)定值時(shí)閉合，此信號(hào)相當(dāng)于電接點(diǎn)壓力表的壓力過高信號(hào)，然后將信號(hào)傳遞給PLC，控制一臺(tái)工頻運(yùn)行的水泵。當(dāng)用水流量減少，變頻泵的轉(zhuǎn)速下降到水泵不出水的臨界值時(shí)，變頻器的另一個(gè)可編程輸出觸點(diǎn)閉合，此信號(hào)相當(dāng)于電接點(diǎn)壓力表的壓力過低信號(hào)，可以將信號(hào)傳遞給PLC，控制一臺(tái)工頻運(yùn)行的水泵自動(dòng)退出。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以直接有效提高恒壓供水系統(tǒng)的水壓穩(wěn)定性、施工時(shí)間短，缺點(diǎn)是變頻器投資成本較高，多個(gè)變頻器的高次諧波高，影響電源和電機(jī)壽命。

（3）添加軟起動(dòng)控制器。為了實(shí)現(xiàn)增加供水系統(tǒng)升壓降壓的時(shí)間，以達(dá)到緩和升降壓的目標(biāo)，可以在恒壓供水系統(tǒng)中添加軟啟動(dòng)控制器，具體措施是選擇軟啟動(dòng)器裝置、現(xiàn)場(chǎng)加裝軟啟動(dòng)器裝置，在不改變?cè)O(shè)備軟件的情況下，減少恒壓供水系統(tǒng)的水壓波動(dòng)。這種方式是通過改變恒壓供水系統(tǒng)的電氣原理，讓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，在一定程度上降低啟動(dòng)電流，避免過流啟動(dòng)從而造成水壓波動(dòng)。添加軟啟動(dòng)控制器降低恒壓供水系統(tǒng)故障頻次的優(yōu)點(diǎn)是：①具有有效性，恒壓供水系統(tǒng)更改能夠?qū)λ畨嚎刂聘泳_，降低水壓波動(dòng)，有效性強(qiáng)；②具有可實(shí)施性，需要對(duì)原設(shè)備做進(jìn)行部分改動(dòng)，有一定技術(shù)難度，但是相對(duì)于其他方案，實(shí)施性更強(qiáng)；③具有可靠性，如果由車間專門的技術(shù)人員進(jìn)行整改加裝，可靠性可以大大提高；④具有經(jīng)濟(jì)性，添加軟啟動(dòng)控制器投入費(fèi)用不大，可有效降低供水系統(tǒng)的水壓波動(dòng)，提高生產(chǎn)效率。這一方法的缺點(diǎn)是，施工電路更加復(fù)雜、可靠性降低，同時(shí)提高了供水系統(tǒng)的維修難度。

2.3 實(shí)施系統(tǒng)故障處理對(duì)策

根據(jù)恒壓供水系統(tǒng)的常見故障，水泵啟動(dòng)方式不合理這一要因，在上述方案中選擇一個(gè)最合適的來實(shí)施以處理故障。對(duì)上述方案的有效性、實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和時(shí)間性進(jìn)行綜合評(píng)分、可行性進(jìn)行分析，縮短新加水泵的PID 控制的延時(shí)時(shí)間技術(shù)難大且成本高，添加變頻器控制技術(shù)容易但是成本高，添加軟啟動(dòng)控制器技術(shù)容易且相對(duì)經(jīng)濟(jì)。因此，最終選擇添加軟啟動(dòng)控制器的方案。

軟啟動(dòng)器是目前市場(chǎng)上一種新型的電機(jī)啟動(dòng)設(shè)備，與傳統(tǒng)啟動(dòng)設(shè)備相比，它可以有效降低電力對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命且不需要加裝額外的保護(hù)元件，使供水系統(tǒng)控制設(shè)備簡(jiǎn)潔化、方便化。通常情況下，軟啟動(dòng)裝置的起動(dòng)方式有斜坡恒流軟啟動(dòng)、斜坡升壓軟啟動(dòng)、突跳加電壓斜坡啟動(dòng)（圖2～圖4）[3]。

圖2 斜坡恒流啟動(dòng)

圖3 斜坡升壓?jiǎn)?dòng)

圖4 突跳加電壓斜波啟動(dòng)

該改進(jìn)措施的具體操作流程為：根據(jù)恒壓供水系統(tǒng)提供的水泵技術(shù)參數(shù)，購買相應(yīng)的型號(hào)的軟啟動(dòng)裝置→軟啟動(dòng)器需要按照修改后的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行接線，協(xié)助技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)安裝軟啟動(dòng)裝置→連通軟啟動(dòng)后，調(diào)整數(shù)據(jù)參數(shù)，設(shè)定軟啟動(dòng)方式。

2.4 系統(tǒng)故障處理效果檢查

除了要嚴(yán)格執(zhí)行實(shí)際解決措施，還應(yīng)關(guān)注措施的實(shí)際效果。在增加軟啟動(dòng)裝置一段時(shí)間之后，應(yīng)觀察故障是否完全解決、故障發(fā)生頻次是否降低，確認(rèn)供水系統(tǒng)的供水能力是否增強(qiáng)。如果在恒壓供水系統(tǒng)中添加軟啟動(dòng)控制器對(duì)故障解決起到積極作用，可以進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，分析成功技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，整理、記錄并保存，為恒壓供水系統(tǒng)管理提供參考。

3 結(jié)論

綜上所述，為了降低恒壓供水系統(tǒng)故障頻次、解決用水問題，首先應(yīng)了解恒壓供水系統(tǒng)的運(yùn)行原理，詳細(xì)分析故障原因并制定針對(duì)性處理方法，然后實(shí)施對(duì)策，最后進(jìn)行處理效果檢查，鞏固、完善恒壓供水系統(tǒng)故障的處理對(duì)策。