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自來水供水管網(wǎng)及閥門設(shè)計(jì)及施工
上海申弘閥門有限公司
摘要：隨著水資源日益緊缺和水資源開發(fā)利用率的提高新系統(tǒng)的興建和老系統(tǒng)的改擴(kuò)建等所需的工程投入逐漸增大。城市供水管網(wǎng)是城市供水系統(tǒng)中重要的一環(huán)，因此，供水管網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理是否科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，直接影響工程的投資、運(yùn)行管理費(fèi)用及系統(tǒng)的可靠性。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥,電動球閥,氣動球閥,電動閘閥,氣動閘閥,電動調(diào)節(jié)閥,氣動調(diào)節(jié)閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。文章分析了直接式管網(wǎng)疊壓供水和無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水這兩種新型管網(wǎng)供水優(yōu)化系統(tǒng)，并簡要介紹了給水管網(wǎng)系統(tǒng)科技發(fā)展方向和任務(wù)。供水管網(wǎng)把從水廠送出的自來水輸配到千家萬戶，因此供水管網(wǎng)分布于城市的每個(gè)角落，其長度少則上百公里，多至數(shù)千公里。
水的不可替換性和人們生存的必須性，決定了供水管網(wǎng)安全運(yùn)行的重要性。但是由于主客觀多方面的原因，管道往往會出現(xiàn)一些故障，管網(wǎng)總是要不斷更新改造，用水戶經(jīng)常要有增減，因此局部管段的停水現(xiàn)象難以避免。為了縮小停水范圍，在管網(wǎng)內(nèi)適當(dāng)?shù)匕惭b控制閥門是十分必要的。因此在一座城市的供水管網(wǎng)中，閥門數(shù)目成千上萬，并無規(guī)則地分布于城市街道下面。
供水管網(wǎng)上的閥門操縱并不頻繁，長期待命，一旦需要，閥門應(yīng)能封閉迅速，截流可靠；平時(shí)要求閥門開啟要到位，減少管段的水頭損失，所以閥門是一種“養(yǎng)兵千日，用兵一時(shí)"的控制設(shè)備；閥門的完好率，關(guān)系到閥門的選型、閥門的制造、管路的設(shè)計(jì)、閥門的組裝、閥門的啟閉及閥門的治理，當(dāng)然zui主要的原因還是閥門的質(zhì)量。
閥門在供水管網(wǎng)中數(shù)目多、分布廣、作用大。因此，在閥門選型、檢驗(yàn)、性能和治理上均有很多題目值得研討。
一、閥門的選型
閥門有蝶閥、閘閥、球閥及旋塞閥等幾種，在供水管網(wǎng)中使用的范圍不同。為了降低管道覆土深度，一般口徑較大管道選配蝶閥；對覆土深度影響不大的，力求選配閘閥；球閥及旋塞閥鑄造及加工難度大，價(jià)格較貴，一般適用于中小口徑管道上。近幾年由于鑄造技術(shù)的改進(jìn)，采用樹脂砂法鑄造，可避免或減少機(jī)械加工，從而降低了本錢，因此球閥用于大口徑管道上的可行性值得探索。至于口徑大小的分界線應(yīng)各地按具體情況考慮劃分。
蝶閥的主要缺點(diǎn)是蝶板占據(jù)一定的過水?dāng)嗝?，增加一定的水頭損失；閘閥雖無此題目，但大口徑立式閘閥的高度影響管道的覆土深度，大口徑臥式閘閥的長度增大了管道占據(jù)橫向面積，影響其他管線的安排；球閥及旋塞閥則保持了閘閥單、水流阻力小、密封可靠、動作靈活、操縱及維修方便等優(yōu)點(diǎn)。旋塞閥亦具有類似優(yōu)點(diǎn)，惟過水?dāng)嗝娌皇钦龍A形。
近年來，國內(nèi)不少閥門生產(chǎn)廠家研制軟密封閘閥，這種閘閥和傳統(tǒng)的鍥式或平行式雙閘板式閘閥相比有如下特點(diǎn)：
１．軟密封閘閥的閥體、閥蓋采用精密鑄造法鑄造，一次成型，根本不再機(jī)械加工，不使用密封銅環(huán)，節(jié)約有色金屬；
２．軟密封閘閥底部無凹坑，不積存渣物，閘閥啟閉的故障率低；
３．軟密封襯膠閥板尺寸同一，互換性強(qiáng)。
因此軟密封閘閥將是閘閥的發(fā)展方向，也是供水行業(yè)樂意采用的一種閥門。啟閉軟密封閘閥時(shí)，千萬不要封閉過死，只要達(dá)到止水效果即可，否則不易開啟或襯膠剝離。
供水行業(yè)使用的蝶閥多數(shù)是軟密封蝶閥，針對蝶閥在安裝過程中膠圈易受損影響密封性，不少廠家推出金屬密封蝶閥代替膠圈密封蝶閥。金屬密封蝶閥由于密封件的彈性較小，一般采用偏心結(jié)構(gòu)，特別是用三維偏心結(jié)構(gòu)較為公道。
二、閥門的性能與測試
閥門的特殊性要求其質(zhì)量可靠、性能優(yōu)異。評價(jià)閥門的性能與性能測試時(shí)，應(yīng)留意以下幾點(diǎn)：
１．閥門在工作水壓下啟閉靈活、輕便，在工作水壓下用扭矩扳手檢測開啟力矩。
２．閥門封閉嚴(yán)密，在１．１倍工作水壓下不滲漏或滲漏符合標(biāo)準(zhǔn)要求（金屬密封的蝶閥），這要求閥門的兩側(cè)輪流承壓、分別檢測，且多次啟閉達(dá)到同樣效果。要求各種口徑、不同類型的閥門均應(yīng)在生產(chǎn)廠家和有檢測資格的單位進(jìn)行帶負(fù)荷啟閉的壽命檢測。這種檢測也包括對閥軸密封效果的評價(jià)。
３．閥門過流能力要強(qiáng)，特別是蝶閥，蝶板的過流阻力要小，過流有效面積要大。這要求各種口徑、不同類型的閥門都應(yīng)進(jìn)行流阻系數(shù)的測定。
４．閥體承受水壓的能力應(yīng)與管道一致，也就是閥門開啟狀態(tài)下，閥門能承受管道試驗(yàn)壓力的要求。
三、閥門的內(nèi)襯與外防腐
閥門是輸送飲用水的設(shè)備，閥體內(nèi)襯一定要無毒、耐腐蝕、耐磨、光潔，使水流阻力盡可能小。如閥門的壓板、螺栓和蝶板材質(zhì)不同，很輕易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕天生的鐵銹延伸至密封面，影響閥門的密封效果，另外閥門安裝在閥井內(nèi)，浸泡在水中，防止銹蝕是很重要的，因此內(nèi)襯要覆蓋完善，防止產(chǎn)生銹蝕造成供水的二次污染。
閥門的外防腐可采取拋光清砂后，再作靜電噴涂無毒環(huán)氧樹脂防腐，也可以先刷１－２遍紅丹漆，于后再刷兩遍防銹漆。
四、閥門的運(yùn)行治理
閥門能否啟閉良好，不僅要閥門選型恰當(dāng)、產(chǎn)品質(zhì)量好、精心施工安裝，而且還要周到地治理，才能起到“養(yǎng)兵千日，用兵一時(shí)"的效果。良好的運(yùn)行治理體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
１．技術(shù)資料齊備
閥門的技術(shù)資料包括閥門出廠說明書，閥門購進(jìn)后的檢驗(yàn)合格單，閥門的組裝及位置卡，閥門的檢驗(yàn)記錄。對于街道的變遷，閥門卡片應(yīng)及時(shí)更新，力求建立ＧＩＳ治理系統(tǒng)。
２．閥門運(yùn)行治理周到
閥門運(yùn)行治理的質(zhì)量要求包括閥門應(yīng)封閉嚴(yán)密，閥門軸桿密封填料處不串漏，閥門啟閉輕便、指示完好。閥門運(yùn)行治理日常工作包括閥門歷次啟閉操縱單的報(bào)批記錄及操縱記錄的完善，閥門定期檢測的啟閉記錄等。對于長期沒有操縱過的閥門，根據(jù)口徑的大小，定出不同的檢測周期是必要的。對于發(fā)現(xiàn)的故障應(yīng)提出維修方案，及時(shí)處理，特別是封閉后無法開啟的閥門應(yīng)像搶修爆管一樣進(jìn)行緊急處理。
３．閥井狀況良好
閥井狀況包括閥井砌筑符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，井蓋與路面銜接完好，操縱閥門的孔位正確，井內(nèi)無雜物及污水，閥門表面無銹斑。在條件許可的情況下，大口徑閥門井應(yīng)考慮井內(nèi)空氣可長期對流的技術(shù)措施。對閥門井應(yīng)定期巡視，對井蓋的丟失和損壞應(yīng)及時(shí)處理。
關(guān)鍵詞：自來水管網(wǎng)；管網(wǎng)設(shè)計(jì)；發(fā)展方向
1、中小城市自來水管網(wǎng)存在的問題
自來水管網(wǎng)是城市zui重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，在自來水系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。但是由于歷史的原因，我國中小城市的自來水管網(wǎng)建設(shè)大都滯后于水廠建設(shè)，存在各種各樣的問題，主要表現(xiàn)為：管網(wǎng)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，老化嚴(yán)重，管徑偏小，管材質(zhì)量不好，漏損嚴(yán)重，水量不足：管網(wǎng)呈枝狀網(wǎng)，一旦某處干管爆管，整個(gè)下游管網(wǎng)處于停水狀態(tài)；管網(wǎng)布局不合理，一般水源離老城區(qū)較近，離新城區(qū)較遠(yuǎn)，導(dǎo)致用水量大的新城區(qū)管徑太小，用水量逐漸下降的老城區(qū)管徑偏大；管道上附屬設(shè)施損壞嚴(yán)重，管網(wǎng)嚴(yán)重堵塞，整個(gè)自來水管網(wǎng)水壓偏低，不能滿足居民生產(chǎn)生活的需要。
2、某市自來水管網(wǎng)存在的具體問題
2.1該市管網(wǎng)基本情況
該市被一條江分為兩個(gè)城區(qū)，江水以北為老城區(qū)，江水以南為新城區(qū)。水廠位于老城區(qū)，從水廠引出1條DN600主干管和1條DN800主干管供給老城區(qū)用水，另外還有1條DN600主干管供給新城區(qū)。但由于江水的阻隔，新老城區(qū)管網(wǎng)沒有聯(lián)成有效的環(huán)狀網(wǎng)，新城區(qū)DN600主干管除了和水廠連接以外，只通過1條DN200管道和老城區(qū)DN800主干管相互連接。
2.2存在的問題
2.2.1管道年久老化筆者在前期資料收集中就發(fā)現(xiàn)，該市給水管道建設(shè)年代久遠(yuǎn)，大部分管道是20世紀(jì)70年代末80年代初建設(shè)，多采用砼管和灰口鑄鐵管，老化嚴(yán)重，埋深較淺，漏損嚴(yán)重。例如在水廠出水供給老城區(qū)大部分用水的DN800(L=3000m)主干管所在街道上，發(fā)現(xiàn)多處漏水從地下冒出，白自流入下水道。同樣是在這條街道上，每年都發(fā)生多起汽車壓壞管道的事故。
2.2.2沒有形成有效環(huán)狀網(wǎng)新老城區(qū)之間的連通管管徑偏小，主管道漏損嚴(yán)重，沒有形成有效的環(huán)狀網(wǎng)。例如在新老城區(qū)的接合部(江水兩側(cè))自來水水壓很低，只能在夜間達(dá)到1樓，部分地勢偏高的地方常年無水。在老城區(qū)DN800主干管發(fā)生事故時(shí)，新老城區(qū)都受到大面積停水的影響。
2.2.3管道布局極不合理老城區(qū)人口少，但主干管有2條，支管道比較密集；新城區(qū)人口多、工業(yè)企業(yè)多，但主干管只有1條，且沒有形成有效的支管道。同時(shí)，市民為了方便私自從自家附近支管上接水，導(dǎo)致某些管徑很小的支管上用水戶非常密集。
2.2.4管道漏損、堵塞嚴(yán)重老城區(qū)管道特別是作為主干管的DN800管道漏損、堵塞嚴(yán)重。據(jù)當(dāng)?shù)厮畯S技術(shù)人員反映，管道堵塞主要有兩個(gè)原因，其一是在管道爆管檢修時(shí)，常有混凝土“掉入"管道中；其二是大部分閥門年久失修，處于半關(guān)閉狀態(tài)，還有一些管道上的閥門竟然在修路時(shí)被埋入混凝土路面以下，導(dǎo)致多年無法檢修。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)整個(gè)城區(qū)的水壓都只能滿足1樓自來水的需要，其他樓層都只能從1樓取水。
3、管網(wǎng)設(shè)計(jì)
3.1管網(wǎng)平差設(shè)計(jì)
預(yù)測用水量，利用LOOP軟件進(jìn)行平差設(shè)計(jì)，確定每條管道的管徑、距離等。這是控制整個(gè)改造工程項(xiàng)目成本zui關(guān)鍵的一步，設(shè)計(jì)人員要反復(fù)收集資料并做方案比選。這可以參考嚴(yán)煦世、范瑾初等編著的《給水工程(第四版)》，在這里不作為論述重點(diǎn)。
3.2資料收集
該市早期的管道施工圖紙丟失，并在以后的幾次改造中也沒有進(jìn)行設(shè)計(jì)。而自來水管道埋設(shè)在地面以下，技術(shù)人員無法明確管道的位置。因此資料收集顯得異常重要。筆者與當(dāng)?shù)厮畯S技術(shù)人員特別是管道檢修人員聯(lián)合進(jìn)行實(shí)地踏勘，逐條街道了解情況，并在這此過程中了解管道位置、畫出草圖，以免過后遺忘。
3.3物探地下管線
舊城區(qū)街道狹窄，各種管道埋設(shè)情況極其復(fù)雜。地下埋設(shè)有電信通信線路、聯(lián)通通信線路、光纜、電力電纜、排水管道、雨水管道、窖井等；地上有高低壓電線桿、各種樹木、各種建筑物(特別是違章占用人行道的建筑)等。
如果僅憑借實(shí)地踏勘了解到的資料去設(shè)計(jì)，帶有很大的盲目性，極不利于工程項(xiàng)目管理和成本控制。例如在施工中，我們發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)的管道位置下面常常埋設(shè)有其他管道，導(dǎo)致返工和設(shè)計(jì)變更頻繁發(fā)生。
因此，我們就聘請某物探公司，依據(jù)平差結(jié)果有針對性地對整個(gè)城區(qū)需要敷設(shè)管道的街道進(jìn)行了物探。
3.4具體管網(wǎng)施工圖紙的設(shè)計(jì)
依據(jù)搜集到的資料(城區(qū)的平面圖和帶狀地形圖)，結(jié)合物探圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)。繪制管道平面圖和縱剖面圖紙。在設(shè)計(jì)中盡可能地避免與現(xiàn)有管線“打架"，確保盡量明確工程造價(jià)。
4、直接式管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)
直接式管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)是對傳統(tǒng)二次供水技術(shù)的革新，在市政管網(wǎng)壓力允許的情況下，管網(wǎng)疊壓供水設(shè)備可取消貯水池，直接從市政管網(wǎng)中取水增壓。直接式管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)主要由水泵、穩(wěn)壓平衡器和變頻數(shù)控柜組成，取消了貯水池和屋頂水箱。水泵直接從與自來水管網(wǎng)連接的穩(wěn)壓平衡器吸水加壓，然后送至各用水點(diǎn)。
直接式管網(wǎng)疊壓供水系統(tǒng)的工作原理分以下幾種情況：在自來水管網(wǎng)的水壓能滿足用水要求的情況下，即管網(wǎng)壓力大于或等于設(shè)定壓力時(shí)，加壓水泵停止工作，自來水可通過旁通管直接到達(dá)用水點(diǎn)；當(dāng)自來水管網(wǎng)水壓不能滿足用水要求時(shí)，電接點(diǎn)壓力表向變頻數(shù)控柜發(fā)出信號，變頻軟起動水泵機(jī)組加壓供水，直至實(shí)際供水壓力等于設(shè)定壓力時(shí)，變頻數(shù)控柜控制水泵機(jī)組以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)；在用水高峰期間，用戶管網(wǎng)壓力下降，當(dāng)降到低于設(shè)定壓力時(shí)遠(yuǎn)傳壓力表發(fā)出信號給變頻數(shù)控柜，使變頻器頻率升高，水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速增加，出水量和壓力都隨之上升，直至用戶實(shí)際壓力值等于設(shè)定壓力值；在用水低谷期間，用戶管網(wǎng)壓力上升，當(dāng)高于設(shè)定壓力值時(shí)遠(yuǎn)傳壓力表發(fā)出信號給變頻數(shù)控柜，變頻器頻率降低，水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速降低，使用戶管網(wǎng)實(shí)際壓力值等于設(shè)定壓力值。
5、無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備
無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備主要由微機(jī)變頻控制系統(tǒng)、負(fù)壓檢測及處理系統(tǒng)、水泵機(jī)組、穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、各種管件、閥門等組成。
首先根據(jù)用戶實(shí)際情況設(shè)定用水點(diǎn)工作壓力。設(shè)備運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)檢測實(shí)際供水壓力，并與設(shè)定壓力進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)變頻器頻率，使管網(wǎng)壓力始終保持在設(shè)定數(shù)值上。負(fù)壓檢測裝置實(shí)時(shí)檢測穩(wěn)流補(bǔ)償器中的用水量變化情況，當(dāng)檢測到實(shí)際用水量小于管網(wǎng)的給水流量時(shí)，此時(shí)管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓，穩(wěn)流補(bǔ)償器進(jìn)入儲能狀態(tài)；當(dāng)檢測到實(shí)際用水量大于管網(wǎng)的給水流量時(shí)，設(shè)備通過真空抑制器及穩(wěn)流補(bǔ)償器中的檢測裝置采集穩(wěn)流補(bǔ)償器內(nèi)的真空度及水位信號，通過微機(jī)控制真空抑制器及穩(wěn)流補(bǔ)償器中的特殊裝置動作，將穩(wěn)流補(bǔ)償器中原來儲備的能量進(jìn)行釋放，以補(bǔ)償此時(shí)能量的不足，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)壓力的自動平衡狀態(tài)，抑制負(fù)壓的產(chǎn)生，完成不間斷的持續(xù)供水。多變量模糊控制與智能管理系統(tǒng)技術(shù)，在運(yùn)行過程中，針對需要控制的對象具有的多樣性、隨機(jī)性、連續(xù)性及高度不穩(wěn)定等特性達(dá)到多層次、多目標(biāo)的綜合效果來實(shí)現(xiàn)無負(fù)壓的過程。
6、兩種系統(tǒng)的綜合分析
這兩種系統(tǒng)均是根據(jù)水泵工作的壓力疊加原理，直接串聯(lián)的供水方式充分利用了市政給水管網(wǎng)的水壓，減小了二次加壓水泵的工作能耗，節(jié)能效果明顯。而且無需修建蓄水池或水箱，避免了自來水在池中滯留，*杜絕了水池、水箱內(nèi)水資源及定期清洗水池等對水資源的浪費(fèi)。同時(shí)還節(jié)約建筑面積、節(jié)省土建工程投資、簡化加壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。并且抽水設(shè)備直接與室外市政給水管網(wǎng)串接，實(shí)現(xiàn)了從水廠供水到用戶的連續(xù)流過程。而且無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備采用了全密閉的負(fù)壓抑制系統(tǒng)，自來水不與空氣直接接觸，*杜絕了水質(zhì)的二次污染。
但由于這兩種系統(tǒng)提出的時(shí)間比較短，在一些方面仍有不足?，F(xiàn)今很多生產(chǎn)廠家只在傳統(tǒng)的變頻供水設(shè)備的基礎(chǔ)上，用儲水罐加上一個(gè)自動進(jìn)排氣閥，聲稱無負(fù)壓設(shè)備。使用這樣的無負(fù)壓設(shè)備，當(dāng)市政給水管網(wǎng)供水不足時(shí)，設(shè)備會出現(xiàn)停機(jī)保護(hù)現(xiàn)象，人為增加了不正常的供水時(shí)間，而且機(jī)組頻繁啟動會造成管網(wǎng)壓力波動過大等問題。其次，在無負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備運(yùn)行時(shí)，水泵機(jī)組的工作揚(yáng)程范圍變大，對水泵機(jī)組的性能提出了更高的要求。而采用直接式管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)，如果將疊壓供水設(shè)備設(shè)置在地下室，不僅可能影響周圍用戶的水壓，還可能導(dǎo)致回流污染或地下水侵入。但如果設(shè)置高程過高，則可能出現(xiàn)斷水現(xiàn)象。同時(shí)，市政管網(wǎng)水壓波動范圍較大時(shí)其應(yīng)配置特性曲線較陡，范圍較大的水泵，這就要求有更多的資金投入。旁通管的止回閥應(yīng)具有可靠的密閉性能，并應(yīng)當(dāng)設(shè)置倒流監(jiān)測裝置，在有可能較長時(shí)間停用的旁通管應(yīng)采取一些有效的措施，避免水質(zhì)惡化產(chǎn)生二次污染。
7、結(jié)束語
城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)是城市zui重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，其運(yùn)行可靠與否直接影響著人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)。隨著計(jì)算機(jī)及控制管理科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行與管理科技水平有了很大的發(fā)展，國內(nèi)外給水管網(wǎng)研究工作者已做了大量的研究和開發(fā)工作，并取得了豐碩的成果，為管網(wǎng)設(shè)計(jì)與管理提供強(qiáng)有力的支持和推動。經(jīng)過我國的改革開放和技術(shù)引進(jìn)，已經(jīng)應(yīng)用了大量*科學(xué)技術(shù)，提高了科技水平和效率。然而，與發(fā)達(dá)國家相比，我國還存在著較大差距。我們迫切需要加快步伐和力度，深入開展下列科學(xué)研究，形成適合中國國情和特點(diǎn)的高科技產(chǎn)品和市場。與本文相關(guān)的論文有：礦山電動插板閥
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