無負壓變頻恒壓供水系統在供水改造中的應用

杜春嶺 龔衛榮 劉建立

（渤海石油水電服務公司 天津 300452）

1 無負壓變頻恒壓供水系統的組成及選用背景

目前無負壓變頻恒壓供水系統主要由水泵、變頻控制柜、穩流補償器等基本構件組成。對于成套的恒壓供水設備，其各個組成部分連接所使用的管道及管件應采用優質的304不銹鋼，以滿足供水的安全性。

目前市場上的無負壓恒壓供水設備多種多樣，通過不同的方式對供水進行控制，以達到出水口端恒壓、進水口端不形成負壓的目標。本文主要介紹的是在原供水系統上進行改造，通過供水模式的轉變帶來更加安全、節能的供水方式。在這里針對原小區利用水池蓄水的二次供水模式進行改造，這種供水方式的流程為：“市政來水——調節構筑物（水池）——泵房泵組——用戶”，這種供水模式是較為傳統，優點是供水非常可靠，尤其是在城市供水系統相對不是很完善或是缺水地區供水能力受限制的情況下，采用水池蓄水供水可達到保證用戶端用水量需求的目標，但是采用水池轉供所產生的弊端就是水池中的水會與室外環境通過水池的換氣孔接觸，這樣就無法避免對供水的水質產生影響，而且水池的定期清理消毒與日常抽樣檢測也耗費了一定的人力財力。隨著城鎮化進程不斷增加，供水系統不斷完善，供水質量不斷提高，使得許多原先處于管網末端用戶的供水能力得到了保證，在這樣的條件下選用無負壓變頻恒壓供水系統進行供水就更為經濟、安全。無負壓變頻恒壓供水的流程為：“市政來水——全密封不銹鋼罐——泵組——用戶。”

從原供水方式和無負壓變頻恒壓供水方式的流程對比來看，主要區別有三個方面，一是無負壓恒壓供水系統直接與市政管網相連，整個流程全密封，不與環境接觸，不會對供水產生二次污染。二是利用市政壓力進行加壓供水，充分利用市政壓力，經濟節能。三是無負壓恒壓供水系統對市政管線的壓力基本無擾動。鑒于此，我們結合新村供水情況以及濱海新區供水模式特點，對原系統進行改造。

2 變頻恒壓供水系統的選型計算

2.1 流量

對于變頻恒壓供水系統的選型，首先應對流量、揚程參數進行確定，因為是對原有小區進行改造，在這里根據工程經驗推薦使用理論計算與統計相結合的方法。

首先對所在住宅小區進行的用水情況進行統計，根據小區住宅配置的衛生器具給水當量、使用人數、用水定額、使用時數及小時變化系數按如下公式進行計算出管網設計秒流量

管網設計秒流量：qg=0.2·U·Ng

計算管網設計秒流量后，根據給排水設計手冊將未預見水量及管網漏失量、澆灑道路和綠地用水量、消防水量查表計算得出后與管網設計秒流量相加，計算出泵房所需設計流量。

2.1.1 設計流量的實際使用統計

由于是對原有供水泵房進行改造，在設計選型時除了計算理論設計流量，還應參考以往實際用水量情況，如果只按照理論計算進行選型的話，會造成設備選型過大，造成浪費。

根據實際工程案例經驗，可以選擇近3年內小區中的6000戶居民用水量最高的一年中用水量最高的一個月為基礎分析數據，在這個月中以每天白天的早6點至晚23點為時段的橫坐標，以該時段在這個月中用水量最高的一次數據為縱坐標的用水量制作圖表，以確定實際用水量。

2.1.2 流量的確定

在本小區工程改造案例中，對原有泵房進行恒壓供水改造，最終計算理論流量為262.31m3/t，實際統計流量見圖1

圖1

從表中可以看出，實際用量為200m3/h，在設備流量的配比上可以參考這兩個數據綜合考慮進行確定。理論計算值相對較大，是因為其中包括了消防水量、綠化水量、澆灑道路水量等參數，所以單純依靠理論計算進行設備選型會造成比較大的浪費，但是考慮到供水的安全性，泵房的供水能力必須能達到理論數值，但日常的運行供水可參考實際統計流量進行選擇，如上述情況下，我們選擇的水泵為2臺100m3/h的單級立式離心泵作為恒壓供水系統的主供水設備，2臺水泵互為備用，交替使用。選擇1臺150m3/h的水泵（利用泵房內原有舊水泵）作為備用，在緊急情況下手動啟動。由于實際統計中所統計的流量為小時最高用水量，該套系統在改造后實際使用情況時，絕大多數時間是一臺泵低頻運行就能滿足使用需求，所以此種選型方法雖符合用水量需求和設計要求，但在實際運行中仍存在著一定的浪費。

2.2 揚程

在原有系統改造工程中，由于管線的使用情況和使用年限不同，內部結垢情況也無法確定，故在揚程選擇時應盡量參照以往實際供水壓力。然后用供水揚程的理論計算進行復核，實際選用的供水壓力應大于理論計算的壓力。對于揚程的理論計算可選擇如下公式：

其中：H——建筑內給水系統所需水壓，kPa；

H1——引入管起點至最不利配水點位置高度所要求的靜水壓，Kpa；

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

H3——水流通過水表時的水頭損失，kPa；

H4——水最不利配水點所需的流出水頭，kPa；

式中對于H的計算可選擇供水范圍內的一個或幾個最不利點進行計算，計算后取其中最大值為理論計算揚程。

因為恒壓供水系統是直接和市政供水系統相連，所以在計算供水揚程時應將市政壓力考慮進去。在本案例中，根據近兩年供水公司對本小區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的揚程時減去10m揚程后的值作為該系統的工作揚程。

3 穩流補償器調節容積的計算

穩流補償器是作為恒壓供水系統中非常關鍵的組成部分，它選擇的合適與否直接影響到瞬時流量的調節以及市政管網端與供出管網端的壓力穩定問題。穩流補償器的調節容積可根據下式計算：

式中Vt——穩流補償器調節容積，m3

Qq——最大出水量，m3/h

Q——允許進水量，m3/h

△T——用水高峰持續時間，h（其大小與用水設計規模、當地用水習慣、用戶性質和季節等因素有關，一般可取△T=3~15min）

4 變頻恒壓供水系統各部分選型配置

在對變頻恒壓供水系統中的各組成部分進行選型時，根據系統針對的用戶用水情況進行選擇。在供應生活用水時，對于穩流補償罐、水泵的過流部件、穩流補償器和水泵之間的連接管道、閥門、配件等應盡可能選用食品級不銹鋼材質。在選擇水泵時，應考慮水量、揚程對水泵進行選擇，通常情況下，恒壓供水系統采用立式多級離心泵較多。

恒壓供水系統中，用戶的用水量是隨時間變化的，變頻系統會根據在管網上采集到的壓力信號做出反饋，調整變頻器輸出頻率以達到穩壓作用，故在泵的配套電機選用時，宜采用帶有獨立風扇的變頻電機。對于流量不斷變化，揚程相對固定的情況下，宜選用H-Q（泵性能曲線）曲線平緩型的水泵，且應盡量通過流量統計數據使所選擇的泵在其高效區內即設計（額定）工況點附近運行。在本小區泵房改造時，對于高層用戶選用的水泵為不銹鋼立式多級離心泵，其單臺泵流量為25m3/h，揚程為70m，運行后效果良好。

變頻恒壓供水系統中的壓力信號采集裝置應在穩流補償器前進水端及泵組總出水管端安裝，在實際工程中，由于需考慮到變頻恒壓系統后期的調試、參數的調整以及壓力信號的校準與觀測，宜采用遠傳壓力表或是帶有數字顯示的壓力傳感裝置。

5 結語

在對石油新村小區三個主要供水泵站進行恒壓供水改造后，均達到理想效果，實現了供水的自動化管理并消除了供水二次污染問題。節能效果突出，經將近一年的運行使用，經無負壓恒壓供水系統改造后的兩個泵房，其用電量由原先的日平均100度電左右下降到30度電左右，節能效果均達到60%以上。且兩個泵房原有水池全部取消，節省了1600m3的水池清洗消毒費用。經改造后的泵房，供水已實現自動化，供水壓力可根據實際反饋壓力自動調整，現在泵房已無人值守，節省了人工成本。綜上所述，在對原系統進行無負壓恒壓供水系統改造，有效降低了實際運行成本，且提高了供水的安全性和可靠性。

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