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       虹吸式雙閥濾池真空系統設計的改進

       摘要： 虹吸式雙閥濾池在我國中小型水廠中采用較為普遍，根據兩水廠雙閥濾池自控運行調試的成功經驗，詳細介紹了要實現自控運行其真空系統設計改進的方法、特點和控制方式。

       關鍵詞： 虹吸式雙閥濾池 真空系統    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。這類濾池利用進水及排水虹吸，可節省進水和排水閥門。但由于涉及虹吸原理，加上有真空系統存在，能完全實現自控運行的并不多見。目前國內不少大中型水廠已建立或正在完善集散型自動控制系統，濾池作為一個重要的自控單元，實現雙閥濾池的全自控運行，是當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，經過摸索和運行調試，已成功地實現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的建立及其監測儀表的正確選用是實現自控運行的關鍵，現將體會闡述如下。 

       1　原真空系統設計存在問題及對策

       1.1　存在的問題  真空系統的控制問題是造成雙閥濾池自控運行失敗的主要原因。出現的問題有三：
       (1)電磁閥選用不當，在真空系統中，由于運行條件的差異，出現電磁閥無法動作，或關閉不嚴、漏氣及自動釋放真空現象。
       (2)真空系統監測儀表選用不當，造成真空抽吸過度，回水進入真空系統，使真空監測儀表動作不穩定，影響自控系統的穩定性。
       (3)真空系統設計不合理，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   應選用適用于真空系統的真空電磁閥。參照美國ASCO廠電磁閥樣本，此專用產品應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)，在規格?DN 15以上時，其結構一般為先導式；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。先導式電磁閥利用閥內安裝的膜片小孔壓力先導及平衡原理，大大減少了電磁線圈的功耗，延長了電磁閥的使用壽命。以往國產電磁閥，大都是直動式，用于壓力控制系統時，只要設計得當，基本上都能應用成功，只是使用壽命偏短。對電磁閥性能另一個需考慮的技術參數為操作差壓，一個存在操作差壓值的電磁閥用在真空系統中，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，其結果是須達到一定真空值后才能開啟，待抽氣管路一通，真空度下降，又自動關閉，無法正常工作。
       1.2.2　合理選用真空系統監測儀表
       1.2.2.1　虹吸管頂水位監測儀表   小虹吸管可采用液位音叉開關。當抽吸小虹吸管真空時，管內水位上升，形成虹吸并接觸音叉，由于振蕩頻率的改變，發出訊號，隨即關閉抽氣電磁閥。大虹吸管也可采用液位音叉開關，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)，使音叉開關失水，因此需在自控電路上設一個鎖定裝置，不致因音叉開關失水后再重復打開抽氣電磁閥。由于此原因，蚌埠三水廠采用將大虹吸管頂的真空監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)，經調試后運行效果良好。
       1.2.2.2　真空罐監測儀表   對雙閥濾池真空系統來說，設置真空罐是必要的。過去真空罐有分別設置高低真空度的做法，目的是防止抽吸過度，目前由于監測儀表與控制手段的改進，抽氣過度形成水回流現象已基本杜絕。真空罐的監測儀表仍采用電接點真空表，考慮到高真空度能有效補充低真空度，一般用較高真空度來縮小真空罐體積，因此不再分設兩室。蚌埠三水廠的真空罐其真空度上下限分別設定在-0.05～-0.035MPa，統管其一、二期共24格濾池的沖洗，運行情況良好。真空系統自成閉環控制，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。
       1.2.3　改進真空系統　一個好的真空系統，應具備如下功能：
       (1)較高的抽氣效率；
       (2)管路設計合理，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計上，沒有設置真空罐，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。現可以先計算出大虹吸管所需抽氣量，加上一定的儲備系數，使真空系統成為一個獨立環節，既簡化了控制程序，又節省了能耗，只要管路及閥門安裝嚴密，是完全能做到的。　
       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(相比于池內水位)相應的抽氣量為1.34m³。　真空罐容積應按2.5倍大虹吸z*不利時的抽氣量考慮，即2.5×1.34＝3.35m³。但在實際應用上，高真空度轉化為低真空度時有補充氣量之利。如將真空罐真空度定為-5.0～-3.5m，平均按-4.2m計，則真空補充縮減系數為-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如圖3所示。　該系統有如下特點：　　
       (1)共有三個真空罐成串聯與并聯組合，總容積為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*先串聯的罐設有放水口，供檢修時放水用。　　
       (2)采用德國產V130型水環式真空泵，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計 　由于真空系統設計的改進，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計框圖，在實際應用上，有些環節可以有所增刪。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。但真空系統的獨立設置是完全必 要的，否則會使程序設計復雜化，另外真空泵的頻繁啟動，也不利于節省能源。
       3　結語 　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計及調試中出現的問題，提出了一些改進意見，總結出真空系統設計的改進是實現雙閥濾池全自控運行的關鍵因素。但本文僅在工藝條件和監控元件選擇上提出初步見解，在實際工程設計上，尚須與電氣自控專業進一步配合，才能作出一個良好的切合實際的設計。