虹吸式雙閥濾池真空系統(tǒng)設(shè)計的改進(jìn)

       摘要： 虹吸式雙閥濾池在我國中小型水廠中采用較為普遍，根據(jù)兩水廠雙閥濾池自控運行調(diào)試的成功經(jīng)驗，詳細(xì)介紹了要實現(xiàn)自控運行其真空系統(tǒng)設(shè)計改進(jìn)的方法、特點和控制方式。

       關(guān)鍵詞： 虹吸式雙閥濾池 真空系統(tǒng)    真空電磁閥自控程序

       80年代中至90年代初，虹吸式雙閥濾池采用較多。這類濾池利用進(jìn)水及排水虹吸，可節(jié)省進(jìn)水和排水閥門。但由于涉及虹吸原理，加上有真空系統(tǒng)存在，能完全實現(xiàn)自控運行的并不多見。目前國內(nèi)不少大中型水廠已建立或正在完善集散型自動控制系統(tǒng)，濾池作為一個重要的自控單元，實現(xiàn)雙閥濾池的全自控運行，是當(dāng)前迫切需要解決的一個課題。1996～1998年，安徽蚌埠第三水廠和河南鄭州石佛水廠，經(jīng)過摸索和運行調(diào)試，已成功地實現(xiàn)雙閥濾池的全自控運行。工程實踐中的體會是：一個良好的真空系統(tǒng)的建立及其監(jiān)測儀表的正確選用是實現(xiàn)自控運行的關(guān)鍵，現(xiàn)將體會闡述如下。 

       1　原真空系統(tǒng)設(shè)計存在問題及對策

       1.1　存在的問題  真空系統(tǒng)的控制問題是造成雙閥濾池自控運行失敗的主要原因。出現(xiàn)的問題有三：
       (1)電磁閥選用不當(dāng)，在真空系統(tǒng)中，由于運行條件的差異，出現(xiàn)電磁閥無法動作，或關(guān)閉不嚴(yán)、漏氣及自動釋放真空現(xiàn)象。
       (2)真空系統(tǒng)監(jiān)測儀表選用不當(dāng)，造成真空抽吸過度，回水進(jìn)入真空系統(tǒng)，使真空監(jiān)測儀表動作不穩(wěn)定，影響自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
       (3)真空系統(tǒng)設(shè)計不合理，造成真空泵頻繁啟動，能量浪費。

       1.2　解決的對策
       1.2.1　正確選用電磁閥   應(yīng)選用適用于真空系統(tǒng)的真空電磁閥。參照美國ASCO廠電磁閥樣本，此專用產(chǎn)品應(yīng)用范圍為在低真空度段，即760～25mmHg(1mmHg＝133.322Pa)，操作差壓為0(即在兩端無差壓存在時能動作)，在規(guī)格?DN 15以上時，其結(jié)構(gòu)一般為先導(dǎo)式；在DN 15以下時，可做成直動型。對一個單池面積50～70m²的雙閥濾池而言，一般在小虹吸管上采用2×DN 25真空電磁閥，其特性為常閉型(失電時關(guān)閉)。在大虹吸管上則采用2×DN 40真空電磁閥，其特性為一常開一常閉。具體布置見圖1。 由于直動式電磁閥單純靠電磁鐵牽引，功耗較大，萬一因雜物卡住及局部堵塞等原因，很易燒毀線圈。先導(dǎo)式電磁閥利用閥內(nèi)安裝的膜片小孔壓力先導(dǎo)及平衡原理，大大減少了電磁線圈的功耗，延長了電磁閥的使用壽命。以往國產(chǎn)電磁閥，大都是直動式，用于壓力控制系統(tǒng)時，只要設(shè)計得當(dāng)，基本上都能應(yīng)用成功，只是使用壽命偏短。對電磁閥性能另一個需考慮的技術(shù)參數(shù)為操作差壓，一個存在操作差壓值的電磁閥用在真空系統(tǒng)中，則根本無法啟動。過去我們曾試驗將電磁閥反接以形成差壓，其結(jié)果是須達(dá)到一定真空值后才能開啟，待抽氣管路一通，真空度下降，又自動關(guān)閉，無法正常工作。
       1.2.2　合理選用真空系統(tǒng)監(jiān)測儀表
       1.2.2.1　虹吸管頂水位監(jiān)測儀表   小虹吸管可采用液位音叉開關(guān)。當(dāng)抽吸小虹吸管真空時，管內(nèi)水位上升，形成虹吸并接觸音叉，由于振蕩頻率的改變，發(fā)出訊號，隨即關(guān)閉抽氣電磁閥。大虹吸管也可采用液位音叉開關(guān)，但形成虹吸后，由于頂部體積大，會形成氣囊(此時虹吸不破壞，反沖洗正常)，使音叉開關(guān)失水，因此需在自控電路上設(shè)一個鎖定裝置，不致因音叉開關(guān)失水后再重復(fù)打開抽氣電磁閥。由于此原因，蚌埠三水廠采用將大虹吸管頂?shù)恼婵毡O(jiān)測改為電接點真空表的辦法，并把臨界值定為-0.018MPa(即從池水面提升1.8m高度)，經(jīng)調(diào)試后運行效果良好。
       1.2.2.2　真空罐監(jiān)測儀表   對雙閥濾池真空系統(tǒng)來說，設(shè)置真空罐是必要的。過去真空罐有分別設(shè)置高低真空度的做法，目的是防止抽吸過度，目前由于監(jiān)測儀表與控制手段的改進(jìn)，抽氣過度形成水回流現(xiàn)象已基本杜絕。真空罐的監(jiān)測儀表仍采用電接點真空表，考慮到高真空度能有效補(bǔ)充低真空度，一般用較高真空度來縮小真空罐體積，因此不再分設(shè)兩室。蚌埠三水廠的真空罐其真空度上下限分別設(shè)定在-0.05～-0.035MPa，統(tǒng)管其一、二期共24格濾池的沖洗，運行情況良好。真空系統(tǒng)自成閉環(huán)控制，用電接點真空表來控制真空泵的啟停，能有效地減少真空泵的啟動次數(shù)。
       1.2.3　改進(jìn)真空系統(tǒng)　一個好的真空系統(tǒng)，應(yīng)具備如下功能：
       (1)較高的抽氣效率；
       (2)管路設(shè)計合理，做到只抽氣不抽水；
       (3)有一定的儲備能量，不頻繁啟動真空泵。
       以前有的濾池在反沖洗控制程序設(shè)計上，沒有設(shè)置真空罐，在抽吸大小虹吸真空時，均需先開真空泵，造成真空泵啟動頻繁?，F(xiàn)可以先計算出大虹吸管所需抽氣量，加上一定的儲備系數(shù)，使真空系統(tǒng)成為一個獨立環(huán)節(jié)，既簡化了控制程序，又節(jié)省了能耗，只要管路及閥門安裝嚴(yán)密，是完全能做到的?！?br />        圖2為蚌埠三水廠雙閥濾池抽氣量計算實例。 　　
       大虹吸管斷面為600mm×800mm，計算z*不利提升高度為1.4m(至虹吸管中心)，抽氣時虹吸管兩端同時提升1.4m，則提升水量為0.6×0.8×1.4×2＝1.34m³。即真空度為1.4m 時(相比于池內(nèi)水位)相應(yīng)的抽氣量為1.34m³?！≌婵展奕莘e應(yīng)按2.5倍大虹吸z*不利時的抽氣量考慮，即2.5×1.34＝3.35m³。但在實際應(yīng)用上，高真空度轉(zhuǎn)化為低真空度時有補(bǔ)充氣量之利。如將真空罐真空度定為-5.0～-3.5m，平均按-4.2m計，則真空補(bǔ)充縮減系數(shù)為-1.4/-4.2＝0.33，真空罐容積可定為3.35×0.33＝1.12m³。
       蚌埠三水廠的真空系統(tǒng)如圖3所示?！≡撓到y(tǒng)有如下特點：　　
       (1)共有三個真空罐成串聯(lián)與并聯(lián)組合，總?cè)莘e為2.5m³，供兩組雙閥濾池(每組10萬m³/d)使用，電接點真空表真空值定在?-5.0～-3.5m H₂O(1m H₂O＝10⁴Pa)，z*先串聯(lián)的罐設(shè)有放水口，供檢修時放水用?！　?br />        (2)采用德國產(chǎn)V130型水環(huán)式真空泵，抽氣效率高。　　
       (3)真空泵抽氣口處兩個電磁閥采用ASCO DN 50先導(dǎo)式真空電磁閥(差壓為0)，安裝時反接，實際上作為真空止回閥使用。

        2　虹吸式雙閥濾池自控運行的程序設(shè)計 　由于真空系統(tǒng)設(shè)計的改進(jìn)，虹吸式雙閥濾池全自控運行就變得切實可行。
       圖4為一典型的雙閥濾池程序設(shè)計框圖，在實際應(yīng)用上，有些環(huán)節(jié)可以有所增刪。如示流信號器的采用，可使沖洗泵順利切換，在反沖洗控制條件中，可僅選1～2項，常用的控制條件為過濾周期。但真空系統(tǒng)的獨立設(shè)置是完全必 要的，否則會使程序設(shè)計復(fù)雜化，另外真空泵的頻繁啟動，也不利于節(jié)省能源。
       3　結(jié)語 　通過分析蚌埠市第三水廠和鄭州石佛水廠兩座虹吸式雙閥濾池全自控運行設(shè)計及調(diào)試中出現(xiàn)的問題，提出了一些改進(jìn)意見，總結(jié)出真空系統(tǒng)設(shè)計的改進(jìn)是實現(xiàn)雙閥濾池全自控運行的關(guān)鍵因素。但本文僅在工藝條件和監(jiān)控元件選擇上提出初步見解，在實際工程設(shè)計上，尚須與電氣自控專業(yè)進(jìn)一步配合，才能作出一個良好的切合實際的設(shè)計。