气动阀门供气系统的设备选型

任奎东

提要：通过分析新建V型滤池在运行中出现的故障及解决办法，阐述了滤池气动阀门压缩空气供气系统设备选型工作中应注意的问题。

关键词：V型滤池，气动阀门，供气系统，干燥机

1工程概况

1.1概述

某市引黄供水工程是为解决该市水资源短缺而建设的一项大型水利基础设施。工程分两期建成，一期工程除澄清池和V型滤池按供水规模25万立方米/日施工外，其余部分均按供水规模50万立方米/日设计施工，2001年9月28日竣工通水。随着供水需求日渐增大，2017年3月，开工建设50万立方米/日完善配套工程，2019年3月投用。配套完善工程净水工艺仍然采用澄清池和V型滤池，设计处理能力为30万立方米/日。

1.2V型滤池

V型滤池是快滤池的一种形式，因为其进水槽形状呈V字形而得名，也叫均粒滤料滤池，常用的滤料有无烟煤滤料、石英砂滤料、鹅卵石滤料、锰砂滤料等。

过滤过程：待滤水由进水总渠经进水阀，溢过堰口再经侧孔进入被待滤水淹沿的V型槽，分别经槽底均匀的配水孔和V型槽堰进入滤池。被均质滤料滤层过滤的滤后水经长柄滤头流入底部空间，汇入气水分配渠，再经管廊中的水封井、出水堰、清水渠流入清水池。

反冲洗过程：关闭进水阀，但有一部分进水仍从两侧V型槽底的配水孔流入滤池，由V型槽一侧流向排水渠一侧，形成表面扫洗。而后开启排水阀将池面水从排水槽中排出直至滤池水面与V型槽顶相平。反冲洗过程常采用“气冲→气水同时反冲→水冲”三步。

气冲：打开进气阀，开启供气设备，空气经气水分配渠的上部小孔均匀进入滤池底部，由长柄滤头喷出，将滤料表面杂质擦洗下来并悬浮于水中，被表面扫洗水冲入排水槽。

气水同时反冲洗：在气冲的同时启动冲洗水泵，打开冲洗水阀，反冲洗水也进入气水分配渠，气、水分别经小孔和方孔流入滤池底部配水区，经长柄滤头均匀进入滤池，滤料得到进一步冲洗，表扫仍继续进行。

单独水冲：气冲停止，表扫仍继续，最后将水中杂质全部冲入排水槽。

1.3气动阀门

V型滤池每单池各配备六个气动阀门：（1）进水阀;（2）排水阀;（3）出水调节阀;（4）反冲水阀;（5）反冲气阀;（6）气、水分配渠放空阀。

气动阀门工况的好坏，主要决定因素包括两个方面：一是阀门的生产质量;二是其使用环境及供气气源的质量。对于前一个方面，很多供水企业在设备选型及安装时都比较重视，但对于后一个应考虑的因素，特别是气源质量方面则比较容易忽视。

2滤池运行存在的问题及解决方法

2.1存在的问题

2018年12月中旬，二期工程建设已初具规模，按计划进行试运行。在初运行的三天，各项参数正常，滤池出水水质也很好。从第四天开始，滤池出水调节阀频繁出现失控的情况：在没有任何操作的情况下阀门自动完全开启，导致滤池出水浊度偏高，并且没有规律。

2.2解决问题的方法

对现场进行查看分析，是出水调节阀的电—气位置控制器出现故障所致。更换新的电—气位置控制器后，问题解决。但是过了两天后，同样的现象又发生。经拆检电—气位置控制器，发现里面有生料带碎屑、细沙、水等，判定是管道施工中遗留的生料带碎屑、垃圾等没清理干净，以及环境温度低产生的冷凝水导致控制器故障。于是对所有压缩气路进行彻底吹扫，保证管道干净，并在各支气管上增加了自排水式过滤器，预防冷凝水，对所有的电—气位置控制器进行拆检清理。

经处理后，稳定运行了一周，出水调节阀又频繁出故障，主要是冷凝水的问题。

经现场观察，判定是二期滤池供气系统干燥环节有问题。我们暂停二期滤池供气系统，使用一期滤池供气系统同时给一、二期滤池气动阀门提供压缩空气。试运行一个月，滤池运行稳定。

2.3滤池供气系统简介

滤池供气系统布置：压缩机（油气分离）→储气罐→过滤节→干燥节→储气罐→后续管道。

一、二期滤池供气系统主要的区别是：一期干燥节采用的是无热再生式吸附干燥机，二期干燥节采用的冷冻式干燥机。

2.3.1吸附干燥机的工作原理：压缩空气交替流经两个吸附塔，当其中一个吸附塔在高分压的状态下，干燥剂（如氧化铝）吸收大量的水分，而另一吸附塔则由再生气管道通入干燥的低压气体，解析干燥剂吸收的水分进行干燥剂的再生。吸附剂经过吸附、再生、吸附循环使用，给生产提供源源不断的干燥压缩空气。

2.3.2冷冻式干燥机的工作原理：潮湿高温的压缩空气流入前置冷却器（高温型专用）散热后流入热交换器与从蒸发器排出来的冷空气进行热交换，使进入蒸发器的压缩空气的温度降低。

换热后的压缩空气流入蒸发器通过蒸发器的换热功能与制冷剂热交换，压缩空气中的热量被制冷剂带走，压缩空气迅速冷却，潮湿空气中的水份达到饱和温度迅速冷凝，冷凝后的水分经凝聚后形成水滴，经过独特气水分离器高速旋转，水分因离心力的作用与空气分离，分离后水经自动排水阀排出。经降温后的空气压力露点最低可达2℃。

降温后的冷空气流经空气热交换与入口的高温潮湿热空气进行热交换，经热交换的冷空气因吸收了入口空气的热量提升了温度，同时压缩空气还经过冷冻系统的二次冷凝器与高温的冷媒再次热交换使出口的温度得到充分的加热，确保出口空气管路不结露。同时充分利用了出口空气的冷源，保证了机台冷冻系统的冷凝效果，确保了机台出口空气的质量。

2.3.3冷冻式干燥机和吸附式干燥机的区别：

工作原理上的区别：冷干机是根据冷冻除湿原理，将来自上游的饱和压缩空气通过与冷媒的热交换冷却到一定的露点温度，凝析出大量的液态水，经气液分离器分离后自动排出机外，从而达到除水干燥的目的。吸干机则是根据变压吸附的原理，将来自上游的饱和压缩空气在一定的压力下经过与干燥剂的接触，将绝大部分的水份吸附在干燥剂里，干燥空气进入下游工作，从而达到深度干燥的目的。

除水效果上的区别：冷干机因为受到其原理的制约，如果温度太低的话会出现结冰现象，所以其露点温度通常在2～10℃，多用于对压缩空气要求不高的场合。吸附式干燥机是利用干燥剂吸附水分子的原理对压缩空气进行干燥吸附，其露点可达-70°C以下，多用于深度干燥，对压缩空气要求高的场合。

通过比较可以看出，在四季温度变化较大的北方，压缩空气干燥节采用吸附式干燥机效果更好。

我们用微热再生吸附式干燥机替换了原有冷冻式干燥机。改造后，濾池运行一直很稳定。

3结论

随着V型滤池滤水工艺的普及，气动阀门供气气源质量的高低、压缩空气供气系统工况的好坏逐渐受到各供水企业的重视。除了严把压缩空气供气系统的流程设计关之外，还需注意洁净空气制备设备的选型。只有这样、才能保证及优化气动阀门的供气气源质量，有效减少对气动设备的维护、维修工作量及维修费用。

参考文献

[1]Deppert W Stoll K，气动技术低成本综合自动化，李宝仁译，北京：机械工业出版社，1999.

[2]德]厄特延，《冷冻干燥（原著第二版）》，化学工业出版社，2005.