无负压给水设备及管网准用的技术条件.doc

无负压给水设备及管网准用的技术条件1、什么叫无负压给水设备？无负压给水设备是指：直接在市政管网上取水增压的供水设备，也叫管网增压供水设备。它有两大优点：一、减少或根本根除因水体在储水池或水箱的蓄留、暴露或管理不善而发生的二次污染，保障了水质的卫生安全；二、可利用管网余压、节电效果显著。传统的城镇供水系统分为，把从水厂直接送水到用户龙头的过程分为一次供水和二次供水两个相对独立的系统，而管网直接增压供水系统是二者的结合为一个整体的系统，变二次供水为一次直接供水到户。无负压给水设备则是该系统可以使用的设备，这种系统在日本称为“直接给水系统”。2、无负压给水设备的起源概况起源于日本，在上世纪80年代中期，关于“直接给水方式”的必要性和可行性探讨及技术研究已经开始。不仅在技术层面上，而且在法律和行政管；市场需求和供水者的义务；城市建筑物中高层化供水模式等涉及社会系统层面上的讨论全面展开。在这样的背景下，日本厚生省在国家施策方针性文件“面向21世纪的供水系统改造和再构筑的长期目标”中将“直接给水系统”列入规化，并在1990年修订了给水设计规范，将管网末端服务压力由0.15Mpa提高为0.2Mpa。3、我国直接供水系统的研究和构建20世纪90年代，随着国民经济的高速发展，我国城镇供水系统的建设发展很快，供水能力大幅度提高，甚至在很多城市出现了供水能力过剩的局面，直接供水扩大化的基础条件已初步具备。如果继续按照传统的供水模式发展用户，管网及供水面积会越来越大，二次加压供水比率不断提升，会使二次污染的问题更加突出，给卫生监督、污染治理等工作带来很大困难。直接供水系统是指从水厂管网增压用户的连续流程，构建这个系统是一项复杂的系统工程，而且直接供水方式是对传统供水体系的变革，不仅有大量的技术课题需要面对，而且还有涉及法律、行政管理和各方面利益等诸多矛盾需要解决，这不是短期的，可以一步到位的事情，需要有一个完整的系统框架和发展规化，并制定出短期目标、长期目标、步步为营地去开展和实现。4、制定无负压给水设备的准用条件和规定如果默认或无约束条件地允许无负压供水设备接入管网，有可能使管网超过承受能力，也可能使劣质产品乘隙进入，给用户用水和管网安全带来隐患。再者，不制定一个科学、合理的准用条件作为规则，由供水企业或个人以试用的名义自己选择产品和厂商，也不能体现“公开、公平”的原则。因此，有关部门应因势利导地研究和制定出管网准用无负压设备的具体条件和规定、创造公平、公正、和谐有序的市场氛围，这对保障管网安全、维护用户利益和鼓励技术进步都是十分必要的。5、无负压给水设备管网准用的技术条件管网之所以要有限制地准用无负压设备，是因为该类设备的使用，会涉及到管网供水能力、管网运行安全和水质安全三个方面。所谓准用技术条件，也就是管网对设备接入的技术要求或技术规范，可列出如下三条。在设备性和使用环境可以满足这三项目要求时允许其接入管网使用。5.1应在管网限定的流量下运转，不得超量取水。直接增压供水，取消了水池、水箱，失去了储水调峰的中间环节、用水高峰流量直接由管网供给，使管网高时流量和时变化系数增大，势必要求水厂提高送水压力以达到末端服务压力。但水厂提高送水压力会引起电耗增高、供水成本加大、漏水率上升、管网布局不合理等一系列连销反应。在这些课题尚未解决之前，只能在基本上不改变供水现状和格局的限定条件下扩大直供范围。即可以先利用当前管网的富裕水头、冗余的供水能力来扩展直接供水范围，根据管网能力有选择、有限制地使用无负压设备。以流量为限定条件，用准确的定量界定供需双方的权利和义务。当管网压力低于国家规定的服务压力而供水不足时责任在供方；而用户由于设备选用或使用不当而造成超量取水时应当受限。限定流量的数据可以由供水企业根据用户用水申请通过管网平差计算或凭经验判断提出。供水验收时可用简单的方法和仪器进行检验。以管网压力为限制条件，但压力限制方法的可操作性较差。例如，压力限制条件规定为“使用该设备对自来水管网串接处产生的压降差应小于0.010.02Mpa。但用户在设计选型时很难知道何以能满足此条件。用水验收时，供水（管网方）也难以确认是该套设备的运转使管网压降超标，还是管网上其他临近用户或管网自身的问题造成的。压力限制法可作为管网计算和确认管网能力时的一种方法，在对供水能力宏观评价或在计算某供水区域或管段有无条件使用直接抽水设备时是方便的计算方法。但作为对抽水设备的限制条件而提出时，尚需研究其可操作性的问题。流量限定条件具有优先考虑管网能力和管网安全的价值取向，限制超过管网能力的区域或管段使用直接抽水设备；维持一部分水池、水箱的二次加压供水方式；利用其贮水调峰功能来缓解管网承受的压力；有待直接供水扩大化的规划逐步实施时再去满足该部分用户的需要。因此不鼓励为了调峰水量需要而加大进水罐容积，因为当进水流量不足以满足高峰流量而通过罐内蓄水补充时，罐内会产生负压，而消除负压的技术和水罐容积计算的方法在目前都难以说是十分成熟的。当然，某些用户要求在管网断水时保有一定的储备水量，进水罐的容积也可以很大，但这是为了断水时维持一段时间连续用水，而不是为了在管网正常运行中起到调峰的作用。流量限定方法将流量指标作为控制抽水设备运行的条件，控制设备不超量取水。所以可认为该设备不产生负压。对于用户来说，可能会顾虑限量供水会影响压力、流量而造成供应不足。但供水方（管网方）限定流量之时，就已承诺了可满足需要的前提，除了管网和设备故障的特殊情况外，正常用水不会受到限制和影响。应该看到，目前很多城市已出现供水过剩局面，供水企业已在提高管网压力以扩展市场。因此，“流量限制”已不是计划经济时代定量供应的内涵。这里的“流量限制”主要是针对抽水设备的限制，防止设备在产生负压时超量取水而影响管网安全和相邻用户的用水安全。可形象的比喻为给设备装上一条“限流的保险丝”防止设备运转不良或发生故障时殃及管网。当然，经常烧断保险丝的设备是不可能被管网和用户接受的。5.2应具有防止负压、压力振荡及回流的有效功能管道中出现负压和随之而来的气囊、气助、压力、振荡、倒流及水锤等是危及管网安全或产生隐患的重要因素。因此，对直接抽水设备的首要功能要求就是为了保证管网安全而没有负压。无负压功能的实现，可用图1示例说明。图1中进水管从水罐上部注入水罐。罐顶装有一个进排气阀，它具有在满水时关闭，在罐内产生负压或水位下降时打开阀门补入大气的作用，所以也被称为“真空消除器”、“真空补偿器”等。在水罐注满水时此阀闭紧，此时水罐为承压的密闭容器，可视为管路上增加了一个有突然放大和突然缩小局部阻力损失的异径管。罐底连接至水泵进水口，并建立了水泵出水口的静水头。设备运行有如下三种工况（1）管流静止状态（水泵停转时）Q1=Q2=0P1=P0=P2式中Q1=进水管流量；Q2=出水管流量；P1=自来水管网压力；P0=进水口压力（P0水罐内压力）；P2=出水管压力（2）管流为连续流状态（水罐满水时）Q1=Q2=QP0=P1-SQ12P2=P0+H式中Q用户使用流量；S进水管路阻力特性系数；H水泵作功扬程。此时管流可视为连续性非恒定流。水泵依据用水流量的变化而变速运转，自动改变P2和Q2满足用水需求。进水管流符合不可压缩流体稳定流动的连续性方程式特征，故Q1=Q2；进水口压力P0可叠加到水泵扬程上利用。所叠加压力是随流量而变的变量而非定量，更不是管网上的压力P1。在叠压节能计算和设计选泵时应考虑此数学关系。（3）管流分离状态（水罐接通大气）Q1Q2P00P2=H当用水量增大，水泵转速加大，致使Q2Q1时，此时由于水罐补水Q=Q2Q1，使罐内水位下降，导致管流拉断，破坏了连续性流态而产生负压。惹罐顶上的进排气阀在负压生成后可及时打开补入大气，则使水罐变成了开口容器。这时的进水流量Q1为管网压力P1和管路阻力特性决定的最大能力流量是负压吸水的临界流量。水泵此时工作状态为虽无吸程也无叠压的水池取水方式，出水则是以设定的恒压控制线控制水泵转速的传统变频供水方式。形成了出水管流与进水管流不相关的连续性流态，向用户正常供水。然而在上述分析过程中忽略了两点：一是忽略了管路中瞬变流动是负压的重要成因；二是忽略了对负压生成的瞬间到进排气阀打开的t时间内过渡过程的描述和分析。从前面的分析中可以看出，若有进口流量控制使Q1Q2，或当管网压力很高，进水管阻力很小而水泵额定流量较小时，根本就没有Q1Q2的水力条件，即使不加任何控制和防范措施，任由水泵直接抽水也不会产生负压。但在管内压力突然波动，水泵快速启动和台数切换；水泵振荡失控、突然升速；出水管路断裂等很多情况下都会产生瞬变流态，使水柱瞬间分离而产生负压区。这种现象在流体为紊流、流体的惯性力影响很显著的管道中常有出现。在管路凸点，汇合点，大阻力系数管件侧及管避粗糙、阀门半开等处极量发生，是危害管网安全的大敌。水柱分离到再弥合的过程是复杂的水力过渡过程，是瞬变流理论研究的主要对象。当瞬变流产生了负压区、在高压振荡状态下管路的进气、排气是相当复杂的，进排气的可靠性也是较难把握的。在没有深入研究排气、进气的机理和准确计算方法时，装上一个进排气阀就宣称“无负压”显然不是科学的态度；对于瞬变流及其过渡过程认识不足，或不能计算出它对管网的冲击可以有效排除或可忽略不计，就提出一个“无负压”的结果，也是难以令人信服的。解决办法，小流量高压水回流，保持管流连续等。瞬变流是负压生成的主要原因，防止负压产生和消除负压的对策应从抑制和消除瞬变流入手。例如：可通过智能控制方法，使设备运行中不产生流量突变，使管流连续性流态不被破坏，则根本不会产生负压。一旦控制系统失灵或响应速度不够时产生了负压，可采取如下措施，如：有效排气；t时段初压力罐补水；将水泵出口高压水引回水罐补水保压（小流量保压）；或通过出水旁路管回流调节出水流量Q2等方法，都可以不再依赖进排气阀打开进气消除负压，使水罐真正全密闭并保持管流连续。目前，依照这样思路设计的产品已在一些城市使用。管网选用的无负压设备，可以通过对其设计理念、工作原理的分析，通过对外观、设备构造和所用水泵、管件的品质等多项检查作出初步判断。但“无负压功能”的要求作为一项技术条件提出，就应该有具体的技术指标和检验方法。否则，设备方提出了“无负压”的概念或结果，管网方回应以“并未发现负压”或“该设备使用后对该地区用水未产生影