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自來水供水管網及閥門設計及施工
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)的改擴建等所需的工程投入逐漸增大。城市供水管網是城市供水系統(tǒng)中重要的一環(huán)，因此，供水管網的規(guī)劃、設計和運行管理是否科學、經濟、實用，直接影響工程的投資、運行管理費用及系統(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,電動調節(jié)閥,氣動調節(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疊壓供水和無負壓管網增壓穩(wěn)流給水這兩種新型管網供水優(yōu)化系統(tǒng)，并簡要介紹了給水管網系統(tǒng)科技發(fā)展方向和任務。供水管網把從水廠送出的自來水輸配到千家萬戶，因此供水管網分布于城市的每個角落，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，決定了供水管網安全運行的重要性。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，管網總是要不斷更新改造，用水戶經常要有增減，因此局部管段的停水現(xiàn)象難以避免。為了縮小停水范圍，在管網內適當?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。
供水管網上的閥門操縱并不頻繁，長期待命，一旦需要，閥門應能封閉迅速，截流可靠；平時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"的控制設備；閥門的完好率，關系到閥門的選型、閥門的制造、管路的設計、閥門的組裝、閥門的啟閉及閥門的治理，當然zui主要的原因還是閥門的質量。
閥門在供水管網中數(shù)目多、分布廣、作用大。因此，在閥門選型、檢驗、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，價格較貴，一般適用于中小口徑管道上。近幾年由于鑄造技術的改進，采用樹脂砂法鑄造，可避免或減少機械加工，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各地按具體情況考慮劃分。
蝶閥的主要缺點是蝶板占據一定的過水斷面，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。旋塞閥亦具有類似優(yōu)點，惟過水斷面不是正圓形。
近年來，國內不少閥門生產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：
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。
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，千萬不要封閉過死，只要達到止水效果即可，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，一般采用偏心結構，特別是用三維偏心結構較為公道。
二、閥門的性能與測試
閥門的特殊性要求其質量可靠、性能優(yōu)異。評價閥門的性能與性能測試時，應留意以下幾點：
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．閥門封閉嚴密，在１．１倍工作水壓下不滲漏或滲漏符合標準要求（金屬密封的蝶閥），這要求閥門的兩側輪流承壓、分別檢測，且多次啟閉達到同樣效果。要求各種口徑、不同類型的閥門均應在生產廠家和有檢測資格的單位進行帶負荷啟閉的壽命檢測。這種檢測也包括對閥軸密封效果的評價。
３．閥門過流能力要強，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進行流阻系數(shù)的測定。
４．閥體承受水壓的能力應與管道一致，也就是閥門開啟狀態(tài)下，閥門能承受管道試驗壓力的要求。
三、閥門的內襯與外防腐
閥門是輸送飲用水的設備，閥體內襯一定要無毒、耐腐蝕、耐磨、光潔，使水流阻力盡可能小。如閥門的壓板、螺栓和蝶板材質不同，很輕易發(fā)生電化學腐蝕，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，浸泡在水中，防止銹蝕是很重要的，因此內襯要覆蓋完善，防止產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、閥門的運行治理
閥門能否啟閉良好，不僅要閥門選型恰當、產品質量好、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"的效果。良好的運行治理體現(xiàn)在以下三個方面：
１．技術資料齊備
閥門的技術資料包括閥門出廠說明書，閥門購進后的檢驗合格單，閥門的組裝及位置卡，閥門的檢驗記錄。對于街道的變遷，閥門卡片應及時更新，力求建立ＧＩＳ治理系統(tǒng)。
２．閥門運行治理周到
閥門運行治理的質量要求包括閥門應封閉嚴密，閥門軸桿密封填料處不串漏，閥門啟閉輕便、指示完好。閥門運行治理日常工作包括閥門歷次啟閉操縱單的報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)的故障應提出維修方案，及時處理，特別是封閉后無法開啟的閥門應像搶修爆管一樣進行緊急處理。
３．閥井狀況良好
閥井狀況包括閥井砌筑符合行業(yè)標準和設計規(guī)范，井蓋與路面銜接完好，操縱閥門的孔位正確，井內無雜物及污水，閥門表面無銹斑。在條件許可的情況下，大口徑閥門井應考慮井內空氣可長期對流的技術措施。對閥門井應定期巡視，對井蓋的丟失和損壞應及時處理。
關鍵詞：自來水管網；管網設計；發(fā)展方向
1、中小城市自來水管網存在的問題
自來水管網是城市zui重要的基礎設施之一，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建設大都滯后于水廠建設，存在各種各樣的問題，主要表現(xiàn)為：管網建設年代久遠，老化嚴重，管徑偏小，管材質量不好，漏損嚴重，水量不足：管網呈枝狀網，一旦某處干管爆管，整個下游管網處于停水狀態(tài)；管網布局不合理，一般水源離老城區(qū)較近，離新城區(qū)較遠，導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；管道上附屬設施損壞嚴重，管網嚴重堵塞，整個自來水管網水壓偏低，不能滿足居民生產生活的需要。
2、某市自來水管網存在的具體問題
2.1該市管網基本情況
該市被一條江分為兩個城區(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)管網沒有聯(lián)成有效的環(huán)狀網，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)，該市給水管道建設年代久遠，大部分管道是20世紀70年代末80年代初建設，多采用砼管和灰口鑄鐵管，老化嚴重，埋深較淺，漏損嚴重。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)狀網新老城區(qū)之間的連通管管徑偏小，主管道漏損嚴重，沒有形成有效的環(huán)狀網。例如在新老城區(qū)的接合部(江水兩側)自來水水壓很低，只能在夜間達到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，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，市民為了方便私自從自家附近支管上接水，導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、堵塞嚴重老城區(qū)管道特別是作為主干管的DN800管道漏損、堵塞嚴重。據當?shù)厮畯S技術人員反映，管道堵塞主要有兩個原因，其一是在管道爆管檢修時，常有混凝土“掉入"管道中；其二是大部分閥門年久失修，處于半關閉狀態(tài)，還有一些管道上的閥門竟然在修路時被埋入混凝土路面以下，導致多年無法檢修。在調查中發(fā)現(xiàn)整個城區(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、管網設計
3.1管網平差設計
預測用水量，利用LOOP軟件進行平差設計，確定每條管道的管徑、距離等。這是控制整個改造工程項目成本zui關鍵的一步，設計人員要反復收集資料并做方案比選。這可以參考嚴煦世、范瑾初等編著的《給水工程(第四版)》，在這里不作為論述重點。
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行設計。而自來水管道埋設在地面以下，技術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?shù)厮畯S技術人員特別是管道檢修人員聯(lián)合進行實地踏勘，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，各種管道埋設情況極其復雜。地下埋設有電信通信線路、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。
如果僅憑借實地踏勘了解到的資料去設計，帶有很大的盲目性，極不利于工程項目管理和成本控制。例如在施工中，我們發(fā)現(xiàn)在設計的管道位置下面常常埋設有其他管道，導致返工和設計變更頻繁發(fā)生。
因此，我們就聘請某物探公司，依據平差結果有針對性地對整個城區(qū)需要敷設管道的街道進行了物探。
3.4具體管網施工圖紙的設計
依據搜集到的資料(城區(qū)的平面圖和帶狀地形圖)，結合物探圖紙進行設計。繪制管道平面圖和縱剖面圖紙。在設計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。
4、直接式管網疊壓供水技術
直接式管網疊壓供水技術是對傳統(tǒng)二次供水技術的革新，在市政管網壓力允許的情況下，管網疊壓供水設備可取消貯水池，直接從市政管網中取水增壓。直接式管網疊壓供水系統(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連接的穩(wěn)壓平衡器吸水加壓，然后送至各用水點。
直接式管網疊壓供水系統(tǒng)的工作原理分以下幾種情況：在自來水管網的水壓能滿足用水要求的情況下，即管網壓力大于或等于設定壓力時，加壓水泵停止工作，自來水可通過旁通管直接到達用水點；當自來水管網水壓不能滿足用水要求時，電接點壓力表向變頻數(shù)控柜發(fā)出信號，變頻軟起動水泵機組加壓供水，直至實際供水壓力等于設定壓力時，變頻數(shù)控柜控制水泵機組以恒定轉速運；在用水高峰期間，用戶管網壓力下降，當降到低于設定壓力時遠傳壓力表發(fā)出信號給變頻數(shù)控柜，使變頻器頻率升高，水泵機組轉速增加，出水量和壓力都隨之上升，直至用戶實際壓力值等于設定壓力值；在用水低谷期間，用戶管網壓力上升，當高于設定壓力值時遠傳壓力表發(fā)出信號給變頻數(shù)控柜，變頻器頻率降低，水泵機組轉速降低，使用戶管網實際壓力值等于設定壓力值。
5、無負壓管網增壓穩(wěn)流給水設備
無負壓管網增壓穩(wěn)流給水設備主要由微機變頻控制系統(tǒng)、負壓檢測及處理系統(tǒng)、水泵機組、穩(wěn)流補償器、真空抑制器、各種管件、閥門等組成。
首先根據用戶實際情況設定用水點工作壓力。設備運行過程中實時檢測實際供水壓力，并與設定壓力進行比較，調節(jié)變頻器頻率，使管網壓力始終保持在設定數(shù)值上。負壓檢測裝置實時檢測穩(wěn)流補償器中的用水量變化情況，當檢測到實際用水量小于管網的給水流量時，此時管網不產生負壓，穩(wěn)流補償器進入儲能狀態(tài)；當檢測到實際用水量大于管網的給水流量時，設備通過真空抑制器及穩(wěn)流補償器中的檢測裝置采集穩(wěn)流補償器內的真空度及水位信號，通過微機控制真空抑制器及穩(wěn)流補償器中的特殊裝置動作，將穩(wěn)流補償器中原來儲備的能量進行釋放，以補償此時能量的不足，達到整個系統(tǒng)內壓力的自動平衡狀態(tài)，抑制負壓的產生，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，在運行過程中，針對需要控制的對象具有的多樣性、隨機性、連續(xù)性及高度不穩(wěn)定等特性達到多層次、多目標的綜合效果來實現(xiàn)無負壓的過程。
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、水箱內水資源及定期清洗水池等對水資源的浪費。同時還節(jié)約建筑面積、節(jié)省土建工程投資、簡化加壓系統(tǒng)設計。并且抽水設備直接與室外市政給水管網串接，實現(xiàn)了從水廠供水到用戶的連續(xù)流過程。而且無負壓管網增壓穩(wěn)流給水設備采用了全密閉的負壓抑制系統(tǒng)，自來水不與空氣直接接觸，*杜絕了水質的二次污染。
但由于這兩種系統(tǒng)提出的時間比較短，在一些方面仍有不足。現(xiàn)今很多生產廠家只在傳統(tǒng)的變頻供水設備的基礎上，用儲水罐加上一個自動進排氣閥，聲稱無負壓設備。使用這樣的無負壓設備，當市政給水管網供水不足時，設備會出現(xiàn)停機保護現(xiàn)象，人為增加了不正常的供水時間，而且機組頻繁啟動會造成管網壓力波動過大等問題。其次，在無負壓管網增壓穩(wěn)流給水設備運行時，水泵機組的工作揚程范圍變大，對水泵機組的性能提出了更高的要求。而采用直接式管網疊壓供水技術，如果將疊壓供水設備設置在地下室，不僅可能影響周圍用戶的水壓，還可能導致回流污染或地下水侵入。但如果設置高程過高，則可能出現(xiàn)斷水現(xiàn)象。同時，市政管網水壓波動范圍較大時其應配置特性曲線較陡，范圍較大的水泵，這就要求有更多的資金投入。旁通管的止回閥應具有可靠的密閉性能，并應當設置倒流監(jiān)測裝置，在有可能較長時間停用的旁通管應采取一些有效的措施，避免水質惡化產生二次污染。
7、結束語
城市給水管網系統(tǒng)是城市zui重要的基礎設施之一，其運行可靠與否直接影響著人們的日常生活和工業(yè)生產。隨著計算機及控制管理科學技術的進步，給水管網設計、運行與管理科技水平有了很大的發(fā)展，國內外給水管網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，為管網設計與管理提供強有力的支持和推動。經過我國的改革開放和技術引進，已經應用了大量*科學技術，提高了科技水平和效率。然而，與發(fā)達國家相比，我國還存在著較大差距。我們迫切需要加快步伐和力度，深入開展下列科學研究，形成適合中國國情和特點的高科技產品和市場。與本文相關的論文有：礦山電動插板閥
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