浅议老钢铁企业设计中管网叠压式(无负压)给水设备选用应注意的问题

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　　摘要： 管网叠压式（无负压）给水设计是一种新技术设备。由于产品标准和技术规程颁布时间不长，在选用和使用中依旧存在一些问题。从分析和认识该设备出发，再结合己做的工程实例，提出了应引起注意的问题，供广大设计人员和使用者参考。
　　关 键 词： 气压罐叠压式（无负压）给水设备防污染隔断阀稳流补偿罐水泵高效区吸水管管径
　　Abstract： Pipe network pressure ( pressure ) water supply design is a kind of new technology and equipment. Due to product standards and technical regulations promulgated time is not long, in the selection and use of still exist some problems. From the analysis and understanding of the equipment, combined with the engineering example has been done, put forward to should cause attention problems, for the vast number of designers and users.
　　Key words：Pressure tank; Laminated ( pressure ) water supply equipment; Pollution cut off valve; Steady flow compensation tank; Pump efficiency; Suction pipe.
　　中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号
　　
　　南钢作为一个历史悠久的老企业，近年来随着规模的不断扩大，对于能源的消耗，也在不断剧增，尤其是对于水的需求量，是逐年增加。先后上马了一批新水生产装置和污水回用装置，将本该外排的大量污水处理后作为工业水使用。虽然制水能力提升了，但是管网的配套还是不够完善。工业水管基本配套齐全了，可是生活水管尤其是主干管由于种种原由，还在沿用过去的老管道。这就造成了大量管网末端的用户，因为管网前端用户点的增加，而导致水压下降、供水水量不稳定。于是很多地方相继增加了管网叠压式（无负压）给水设备。
　　管网叠压式（无负压）给水设备作为一种比普通变频调速给水设备更节能节电，又能避免自来水水质二次污染的给水增压新设备已近开始在国内发展起来。现在，无论是设计者、业主，在讨论设置或改造增压给水设备时，往往先想到的是能否可以采用管网叠压式（无负压）给水设备。笔者在采用该设备的建筑物和工业给水系统的设计方案和施工图的讨论和审查中发现了一些设计缺陷和不合理的地方，这可能与专业设计人员对这一新技术、新设备认识、了解不够有关。现将有关问题提出来供大家借鉴和讨论。
　　1使用该设备对厂区供水管网供水可靠性有更高的要求
　　管网叠压式（无负压）给水设备不设储水池，几乎没有储备水量，且一改我国《城市供水条例》中曾规定的“禁止在城市管网公共供水管上直接装泵抽水”的传统做法，故对厂区供水管网有更高的要求，要求厂区供水系统供水工况要良好，供水水量要充足，供水水压比较稳定。对于厂区供水管网经常性停水或间隙性供水、供水压力过低、供水水量和水压波动过大，以及使用叠压式（无负压）给水设备会对周边用户用水产生较严重影响的这些区域，不应使用。
　　2要把握好能使用管网叠压式（无负压）给水设备的用户
　　不是所有用户都能采用管网叠压式（无负压）给水设备。该设备较适用于住宅楼、居住小区、集体宿舍、宾馆、幼儿园、办公楼、学校、商场等民用建筑，若用于工业生产、消防用水时需征得企业主管单位、消防监督部门的同意。而且不应应用于用水集中、瞬间用水量过大的用户、供水保证率要求高且不允许停水的用户，以及对有毒物质、药品等危险化学品进行加工、制造、贮存的工厂、科研单位、仓库等用户。这些规定是为了保护供水系统的安全。
　　3在厂区供水管网或居住小区给水干管上引水使用管网叠压式（无负压）给水设备要有规划，在市政供水管网取水应取得地方自来水公司的确认同意
　　根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006），市政供水配水管事按最高日最高时用水量进行配置，并按消防、最大转输和发生事故时进行流量校核的；根据《居住小区给水排水设计规范》（CECS57:94），服务人口一般在3000人之内的小区给水支管，其设计流量应为担负供水的用户的设计秒流量；而服务人口在3000-15000人范围内的居住小区给水干管，其设计流量应按所供用户是最高时流量计算。若以Ⅱ类普通住宅（无集中热水供应）为例，表1所示为根据《建筑给水排水设计规范》（GB20015-2003）计算出的不同规模该类住宅的设计秒流量与其最高时平均秒流量的比较表。
　　
　　表1 Ⅱ类普通住宅（无集中热水供应）及居住小区的设计流量
　　
　　
　　（注：上表中参数的取值和计算方法可参见《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第3.6.3条及条文说明的例子。）
　　从表1看出，以Ⅱ类普通住宅为例，对于用最高日最高时平均秒流量配置的配水管或居住小区给水干管，让它去带多个总人数相同但以设计秒流量供水的叠压式（无负压）给水设备显然存在管网超负荷的问题。对于其他类别的住宅和包含商场、学校、幼儿园等公共建筑的居住小区情况也是类似的。因此，在厂区供水管线或居住小区给水干管上引水使用管网叠压式（无负压）给水设备要有规划，要做合理的水量分配。在市政供水管网取水应取得地方自来水公司的同意。
　　4对叠压式（无负压）给水设备吸水管管径的限制
　　为了避免和尽量减少对管接点附近其他用户的影响，在已知厂区供水管或居住小区给水干管管径的情况下，叠压式（无负压）给水设备的吸水管管径应比接入管的管径至少小两级或两级以上，或不大于接入管管径的1/3。也可参考表2来确定。
　　
　　表2 无负压吸水管和给水干管对比
　　5要对叠压式（无负压）给水设备吸水管管径及过流量进行核算
　　对于原有“储水池＋水泵＋高位水箱”和“储水池＋变频调速水泵”的增压给水系统改成叠压式（无负压）给水设备的情况，必须对吸水管的管径和过流量进行核算，以避免改造后产生通过吸水管的供水量经常性小于用户用水量的不正常供水状态。原因是原有系统的储水池进水管管径选用原则与叠压式（无负压）给水设备吸水管管径的计算选用原则不同，不进行核算由可能使吸水管流速过大、流量超负荷。
　　6关于稳流补偿罐的容积问题
　　管网叠压式（无负压）给水设备一般都带有抑制真空发生的稳流补偿罐。在设备的运行工况参数确定的情况下，对于带稳流补偿罐的设备，应对稳流补偿罐的有效容积V罐用以下公式进行核算：
　　V罐≥（Q出-Q进）•△T
　　式中Q出――管网叠压式（无负压）给水设备水泵的最大出水量，应取用户的最大设计流量，民用建筑与居住小区的设计流量计算见《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第3.6.3-3.6.6条内容；
　　Q进――指市政供水管或居住小区给水管经过吸水管能进入稳流补偿罐（水泵）的最大流量。它与市政接管点和稳流补偿罐（水泵）之间的高差、吸水管的水流阻力（沿程和局部阻力）、接管点处的市政或小区供水水压有关。以上这些工况参数确定后，可通过水力学基础理论求算；

　　△T――水泵最大流量（即用户最大用量）的持续时间，与用户的地域、规模、用水习惯等有关，一般可取5min，特殊需要时可适当延长。
　　当暂时缺少叠压式（无负压）给水设备的工况参数时，可将已有的设备引水管以管内流速为1.5m/s来估算吸水管的过流量。
　　当Q出＞Q进时，对稳流补偿罐的容积没有严格要求。
　　7 选用的增压水泵应在自身的高效区工作
　　普通的变频调速给水设备，在水泵出口的设定压力确定之后，水泵的扬程总是在很小范围内上、下波动，要想让水泵机组在单台泵Q-H曲线高效区内工作比较好控制。而叠压式（无负压）给水设备其水泵的工作扬程是泵组出口设定水压与厂区或小区供水流至水泵进口尚存余压的差值。由于厂区或小区供水流至水泵进口尚存余压是个变值，它与厂区或小区供水的水压、随着用水量变化而引起的吸水管的水流阻力（沿程和局部阻力）有关，因此应做不同工况下水泵高效区工作状态，只有这样才能让叠压式（无负压）给水设备更节能节电的优点显现出来。
　　8厂区或居住小区给水管接管点处最低正常水压不应低于0.12MPa（有的地区0.15 MPa）
　　这一点规定主要是保证取水的厂区或居住小区给水管有充足的水量和水压，同时也可预防叠压式（无负压）给水设备的使用对周围其他用户用水的影响。凡厂区或小区给水管供水水压低于0.12MPa时，一般不应有叠压式（无负压）给水设备接入其管网中。同时，0.12MPa也可作为叠压式（无负压）给水设备正常运行的最低厂区或小区供水水压，低于此值水泵机组应自动停止运行。
　　9吸水管上应装防污染隔断阀
　　根据《建筑给水排水设计规范》（GB20015-2003）第3.2.5条（强制性条文）规定，叠压式（无负压）给水设备的吸水总管上应装防污染隔断阀。该阀应是正规厂家生产的经过鉴定的合格产品，不应采用有两个串联止回阀中间加放水短管结构来代替防污染隔断阀。同时，为了节能节电的效果和增大厂区或小区供水流至水泵进口的余压值，尽量选用局部阻力小的防污染隔断阀。
　　10有必要时宜配置小泵和小气压罐
　　对于用水量变化较大，且小用水量甚零流量延续时间较长的用户，比较适宜配置小泵和小气压罐。这种情况下，除供水主泵外，再配置一台小流量的小泵和小气压罐。在水泵机组的出口干管上装有流量传感器。在工频主泵都停泵，只有一台变频主泵运行的状态下，当用户用水量小于预先设定的某一个小流量时，流量传感器就会通过控制器自动切断在变频状态下工作的主泵的运行，自动使小泵投入运行向管网供水，如果此时小泵的供水量大于用户用水量，多余的一部分水量进入小气压罐，使小气压罐内的压力随之升高，当达到预先设定的压力值上限时，小气压罐上装的压力控制器上限触电断开，继电器动作切断电源，小泵停止工作。用户用水可依赖小气压罐内的存水续供。用户用水继续，小气压罐内压力又开始下降，当降到原先设定的系统压力值时，压力控制器通过继电器启动小泵再次向用户供水。当用户用水量增加较快，大于预先设定的小流量时，由流量传感器通过控制器自动切断小泵电源而将一台主泵投入变频运行。这样的配置和运行方法，比单独设供水主泵能更节能节电。
　　管网叠压式（无负压）给水设备在日本称“直接给水方式”在20世纪80年代开始探讨和技术研究，已取得一定规模的使用。在我国，从90年代后期才开始认识和试用，由于是新技术设备，设计者和用户往往在适用条件和技术上存在误区，反映在具体工程中选用和使用设备有不合理的情况发生。在2007年已经发布了《管网叠压供水设备》（CJ/T254-2007）和《管网叠压式供水技术规程》（CECS221:2007）。该规程规范了产品的生产和使用，使管网叠压式（无负压）给水设备的质量更有保证，使用更科学、更合理、更环保、更节能，造福于广大人民群众。
　　参考文献：
　　1戚盛豪等，GB50013-2006室外给水设计规范，北京：中国计划出版社，2006
　　2方汝清等，GB20015-2003建筑给水排水设计规范，北京：中国计划出版社，2003
　　3周虎城等，CECS57:94居住小区给水排水设计规范， 1994
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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