浅谈无负压供水设备的运行机制及在高校供水中的应用

2015-12-28李勇，张勇，郭忠

科学中国人 2015年26期

关键词：变频负压管网

李勇，张勇，郭忠

山东泰安泰山医学院

浅谈无负压供水设备的运行机制及在高校供水中的应用

李勇，张勇，郭忠

山东泰安泰山医学院

无负压供水是指直接在市政自来水供水管网上开口取水，采用泵组连续增压、全过程密闭的供水方式，与使用蓄水池二次加压供水相比，其有水源直取，在自来水一次水压基础上进行二次加压（压力叠加），全程正压密闭，防止水质污染，优势明显。在高校应用中，由于高校使用特点突出：高峰用水时间集中、瞬时用水量较大，所以根据各学校不同情况合理进行设备的选型及设置供水应急预案具有重要意义。

无负压供水；运行机制；高校；应用

在我国社会发展的现阶段，随着城市化发展进程的加快，规模不等的居住小区、商圈、市场的相继建立，而随着人们生活水平的进步，生活质量的不断提升，对供水的要求也不断提高，供水要及时、压力要平稳、水质要洁净等等的要求，无不为市政供水能力提出了新的挑战。水塔供水、蓄水池二次加压供水、囊式压力罐调压供水等方式不断出现，怎样能够做到既能做到保证供水质量、减少初投资及运行费用、还能保障市政自来水管网的安全，无负压供水方式的出现，有效地解决了以上问题。

一、无负压供水设备的运行机制

无负压供水是指市政自来水直接供水水压无法满足某个区域的用水水压要求，直接在市政自来水供水管网上开口取水，充分利用自来水自有水压，在全过程密闭的条件下进行二次加压，提供给终端用户的供水方式。此设备常采用自动控制加压设备的变频调速来用水终端的压力恒定，主要组成设备为：稳流补偿器、真空抑制器、加压设备（泵组）、变频控制器、侦测控制仪表和用水管网等组成。无负压供水形式与蓄水池二次加压供水相比有如下优点：首先节能效果好，直接用无负压供水设备与终端用水管网连接在一起，充分利用了供水管网中的一次水压，在一定程度上不会产生负压，有利于市政管网的安全运行和供水平衡，能够有效节省能源。而且由于设备全过程密闭的条件下进行二次加压，无蓄水池、开式水箱这样的开放式储水容器，保证了外界杂物不会进人全密闭系统之中，而且不再采用额外的二氧化氯发生器等消毒设备，因而更符合人们安全用水的需要。其次无负压供水系统安装简单，占地面积相对较小，运行成本较低。

目前常见的无负压供水工作形式有两种：罐式无负压供水形式和箱式无负压供水形式。罐式无负压供水形式（见图一）调节能力较低，适用于市政自来水管网一次供水压力相对较高、供水量相对较大的情况；箱式无负压供水形式的调节能力较高，适用于市政自来水管网一次供水压力相对较低、供水量相对较小的情况。根据罐式无负压供水形式工作原理图，对于市政自来水供水压力分别高于和低于用户系统设定压力两种情况说明无负压设备是如何工作的。

在市政自来水供水压力高于用户系统设定压力时，无负压供水设备将不再承担其主要动力，压力传感器传送信号至变频控制柜，泵组停止运行，水源由旁路直接输送至用户管网，这种情况是理想状况。

在市政自来水供水压力低于用户系统设定压力时，无负压供水设备将进行其常规作业：电接点压力表感受压差变化，将压力信号传导至变频控制柜，继而启动泵组，首先根据系统设置，第一台泵降压启动至工频状态，如第一台泵工频状态无法满足需要，第二台泵继续降压启动至工频状态，在侦测到压力传感器传导的系统压力达到或超过设定压力时，以先入先出的原则递次退出，直至在变频状态下能够满足系统供水需要。与此同时真空抑制器便会使稳流补偿器与外界相连通，侦测稳流补偿器内的真空度和液位，将产生的信号传输到变频控制柜中，变频控制柜内的PLC控制真空抑制器运行，能够抑制负压的产生，使供水设备既能保证正常的供水品质，又不会对市政自来水供水管网产生影响。在用水压力、用水量持续居高不下时，稳流补偿罐内的真空度和液位最终会低于系统设定的保护数值，变频控制柜将控制泵组停止运行，待稳流补偿罐内真空度和液位高于设定的开机压力和液位时，系统又将自动启动，对系统进行供水。

二、无负压供水设备在某高校的实际应用

以泰安市某高校为例，该高校有师生员工2万余人，建筑规模50余万平方米，还有20余万平方米的建设规划，整个校区采用一套无负压变频设备供水，市政管网供水压力0.2MPa，校区需用供水压力0.45MPa，系统设定保护压力为0.08 MPa。根据高校用水特点，明显存在三个用水高峰：早5:30—7:30、中10:30—12:00、晚5:30—9:00，此三个时间段用水量占全天用水量的65%以上。

通过十余年的运行，在正常状况下，市政管网供水压力较为恒定，约为0.2MPa，无负压供水设备密闭的连续接力增压供水方式，可以有效地降低泵的耗电量。单台水泵功率37KW，流量160M3，在用水高峰时段两台泵都接近工频运行，白天非用水高峰时段一台工频，一台变频，夜间用水低峰时，一台泵变频运行即可达到使用要求。考虑寒暑假放假因素，每年用电量为(37X7X2+ 37X0.5X7.5+37X1.2X9.5)X320+37X0.4X24X45=361120KWH，每年电费361120X0.55=198616元，根据公式计算，管网连续接力增压供水相对于普通变频供水节能率为0.3165，每年节约电费198616÷（1-0.3165）-198616=91970.7元，11年节约电费91970.7 X11=1011677.7元。

三、无负压供水设备应用中的优点及局限性

通过该校十余年的运行实践，在正常情况下，无负压供水设备密闭的连续增压供水方式，确实具有节约能源、在水源输送过程中不存在二次污染，泵房设置灵活、占地面积小的优点，系统保护压力的设定，也能够保护市政自来水供水管网不受损害、区域流量平衡所受影响较小。但是，无负压供水设备调节能力相对较小，对于市政自来水管网的一次供水压力不能太低，在用水高峰期，市政自来水管网供水能力接近极限的情况下，设备的供水压力和供水量无法得到有效满足。该校多年的使用总结出针对此情况的应急预案：设备在自动模式存在启停过于频繁的情况，对设备及控制系统带来不利影响，将该套系统切换至手动模式，手动控制泵组向系统供水。虽能解决部分问题，但增加了人力成本，供水压力和流量均难以保障，尤其是对于2万余学生规模的高校来讲，隐患更加突出。另外系统的旁通管是在市政管网水压高于系统设定压力及停电时水泵机组不运行的情况下，通过旁通管的开启，将自来水直接供给用户。在正常供水状况下，旁通管不开启，此管段自来水易变质，再好采用不定期手动泄水来排空此管段存水。