阀门调节在管网优化运行中的应用

刘 海

（北京檀州自来水有限责任公司，北京 101500）

1.供水运行现状概述

截止到2020 年，该公司承担着城区面积30 平方公里，常住人口26 万人口的生产生活供水任务，建有地下水厂2 座，日供水能力5.4 万立方米。2 座水厂位于城区西侧，共用一个水源地，采用第四纪地下水作为供水水源，制水工艺采用地下水水源经清水池初沉、调蓄，加氯消毒，通过配水提升泵加压后输入城市供水管网。配水管网DN200 ～DN800 全长约140 公里，形成一个八横十纵的供水网络。供水管网上共分布压力监测点12 个，根据供水最不利点的压力情况，设定出厂水供水压力，实现对全城供水管网的恒压供水。

由于城区的快速发展、管网建设的滞后、以及受水厂所处位置和输配水管网的制约。夏季高峰用水阶段，局地水量不足、水压偏低现象日益凸显。

2.局地水量不足、水压偏低原因分析

2.1 城区地形的影响

城区地形为东高西低，北高南低，南北高差接近17 米，东西高差为10 米。高程差异较大，城区中心（鼓楼地区）和城区东北部为全城供水的最不利点。城区西南部河南寨工业开发区为管网压力最高点。通过压力监测显示，管网压力差为0.16MPa。

2.2 水厂位置的影响

两座水厂全部建在城区西北部，西水东送。受地形高差影响，分水厂出厂压力约0.5Mpa，出厂水压力约0.3 ～0.35MPa。为满足局地供水需求，夏季高峰供水期间只能采取高压供水，能耗增加的同时，管网漏损、爆管几率都大大增加。

2.3 配水管网布局和管网配置的影响

城区东西向主要由两路DN600 管线供水，两路管线分别位于城区南北两侧，由于城区中心没有大口径管网配置，分水厂供水只能由南侧DN600 管网反供城区用水，同时南北向管线也存在管线铺设不到位、管径不合理的情况。详见城区供水管网图。

图1 全城供水管网图

3.阀门调解方案简述

局地水量不足、水压偏低情况最初是通过提高出厂压力来解决，造成了供水耗电的增加和管网漏失的增大。通过对管网分析，同时借鉴供水行业管理经验，结合管网布局、设备设施布设现状，决定通过阀门调节方式合理分配供水管网区域流量，解决上述地区水压不足、水微问题。

3.1 全城管网重要节点流量和流向测量

使用便携式超声比流量计对配水管网重要节点进行流量和流向测量，对数据进行整理和分析，找出管网存在的不合理点。部分重点管段数据见表1。

表1 管段流量测量数据统计表

3.2 管网数据分析

通过对全城管网分析完成13 条主要道路，共37 个点在不同时段流量、流速、流向测量工作。流向和流量基本正常的点共29 个，占比78%；流量、流向不合理的点共8 个，占比22%。其主要问题如下：

部分管线未能发挥西水东输作用，存在回流现象，起到了反向泄压作用。如：大风车DN300 过河管，密虹公园DN150 过河管。

部分管网区域流量分配不合理，造成局地水压低、水量不足。同时局地有水压过高，存在浪费现象。如：檀西路（新北路）往南DN300 受地形影响，往南流量较多，往北流量偏少。

通过以上数据分析，开展阀门调节工作具有十分的必要性。

3.3 制定阀门调节方案

详见表2。

通过阀门调节期望达到的目的：

通过部分阀门的关止来改变管网水流方向，确保管网发挥西水东输作用，如关闭人保西侧DN200，二中西侧DN250。

通过部分阀门开启度的调节，合理分配区域流量和压力。如：将顺密路（水源路南）DN300 关闭1/2，降低往南的流量和压力；将檀西路（新北路往南）DN300 关闭1/2，增大往北的流量和压力等。

3.4 开展阀门调节工作

2020 年6 月8 日～6 月10 日，由工作领导小组统一指挥进行阀门调节。涉及小区及市政管网压力监测、阀门状态检查、阀门检修、阀门调节等工作。

在调节阀门的过程中，不同调节状态下，依次测量各点的流量流向（表3）；在调节阀门期间，随时观测并记录全城所有12 处压力点的变化，尤其是城区中心（鼓楼地区）和城区东北部（沙河）（表4）。

表4 全城管网压力变化测量表

通过对檀西路两处DN300 阀门，果园西路一处DN300 阀门，密关路一处DN400阀门，密顺路一处DN300 阀门，新南路一处DN300 阀门六处阀门进行不同开启度的调节，更加合理分配了管网流量，有效解决了城区东北部檀营城区、久润地区水压偏低、水量不足问题。

表5 调节前后数据对比表

表6 调节前后供水单耗数据对比表 （kW·h/m3）

4.节能效果分析

阀门调节优化管网运行后，在满足全城供水需求的前提下，增加了由西向东、由低向高的过河水量，避免回流造成的资源浪费，从而降低了出厂水水压，达到节能降耗的目的。通过供水单耗统计数据分析，3 至10 月份每月水厂供水量与去年同期比较均增加10 万吨以上，由于现有管网配置不合理，所以供水量增加，必然会出现某一时段处于高压供水阶段，供水单耗理论计算应比2019 年增加，但是通过管网调节、管网优化运行使供水单耗每立方米降低了0.006 度，按全年供水1500 万吨计算，可节电9 万余度。同时，管网漏损率前十个月与上年同期比较降低了0.3%。减少跑水损失4.5 万余吨，按居民水价5元/吨计算，合款22.5万余元。

5.后期完善工作

通过对3 处水压较高的配水管网增设先导式减压阀的方式，合理分配区域流量。该工程于2020 年10 月12 日开工建设，2020 年11 月4 日完成。目前压力设定，河南寨工业开发区总供水由来水0.4MPa 调整为0.3MPa;康馨雅苑南北进水由来水0.38MPa 调整为0.28Mpa，通过调整前后夜间最小流量有了明显的降低。其中，河南寨工业开发区调整前夜间最小流量0.25m3/h，调整后夜间最小流量0.01m3/h，月减少跑水损失约170 吨。康馨雅苑北进水调整前夜间最小流量3.7m3/h,调整后夜间最小流量1.4m3/h，月减少跑水损失约1600 吨。

由于管网系统配置不健全，无法收集管网所有节点的动态信息和静态信息，如压力、流量、流向等，所以无法建立管网微观模型。目前的管网阀门调节工作是通过对局部管网流量和压力的测量而制定的调解方案。下一步，公司将完善管网基础建设，为建立管网微观模型、更加合理的进行阀门调节和管网经济运行提供有力支持。

6.结论

阀门调节工作是公司在管网管理中进行的有益尝试，通过此项工作优化了管网运行，在全城管网水压未降低，鼓楼、久润等部分地区水压提高的情况下，水厂出厂水压平均降低了0.027PMa。平均吨水耗电降低了0.006 度，管网漏失也有所降低，同时，通过对阀门的调节来调配管网中的水量和压力，更大程度上的发挥原有管网的性能来保障居民供水的持续运行，特别是在管网不断扩张和改扩建更新的前提下，通过管网自身的调节提高管网的适应性，维持管网稳定性能够更大程度的减少管网整个生命周期的投入成本，有利于降低工程投资，同时，管网的稳定性和可靠性的提高有利于减少管网事故的发生风险，保障了居民用水和社会经济发展的需要。城市供水的安全性也大幅提高。真正实现了无水中生水、少水中增水的经营理念。