虹吸式双阀滤池真空系统设计的改进

王才渔

　　提要:虹吸式双阀滤池在我国中小型水厂中采用较为普遍，根据两水厂双阀滤池自控运行调试的成功经验，详细介绍了要实现自控运行其真空系统设计改进的方法、特点和控制方式。
　　关键词:虹吸式双阀滤池　真空系统　真空电磁阀　自控程序

　　80年代中至90年代初，虹吸式双阀滤池采用较多。这类滤池利用进水及排水虹吸，可节省进水和排水阀门。但由于涉及虹吸原理，加上有真空系统存在，能完全实现自控运行的并不多见。目前国内不少大中型水厂已建立或正在完善集散型自动控制系统，滤池作为一个重要的自控单元，实现双阀滤池的全自控运行，是当前迫切需要解决的一个课题。
　?1996～1998年，我院在安徽蚌埠第三水厂和河南郑州石佛水厂，经过摸索和运行调试，已成功地实现双阀滤池的全自控运行。工程实践中的体会是：一个良好的真空系统的建立及其监测仪表的正确选用是实现自控运行的关键，现将体会阐述如下。

1　原真空系统设计存在问题及对策

1.1　存在的问题
　?真空系统的控制问题是造成双阀滤池自控运行失败的主要原因。出现的问题有三：
　?(1)电磁阀选用不当，在真空系统中，由于运行条件的差异，出现电磁阀无法动作，或关闭不严、漏气及自动释放真空现象。
　?(2)真空系统监测仪表选用不当，造成真空抽吸过度，回水进入真空系统，使真空监测仪表动作不稳定，影响自控系统的稳定性。
　?(3)真空系统设计不合理，造成真空泵频繁启动，能量浪费。?
1.2　解决的对策
1.2.1　正确选用电磁阀
　?应选用适用于真空系统的真空电磁阀。参照美国ASCO厂电磁阀样本，此专用产品应用范围为在低真空度段，即760～25mmHg(1mmHg＝133.322Pa)，操作差压为0(即在两端无差压存在时能动作)，在规格?DN 15以上时，其结构一般为先导式；在?DN 15以下时，可做成直动型。
　?对一个单池面积50～70m²的双阀滤池而言，一般在小虹吸管上采用2×DN 25真空电磁阀，其特性为常闭型(失电时关闭)。在大虹吸管上则采用2×DN 40真空电磁阀，其特性为一常开一常闭。具体布置见图1。

　　由于直动式电磁阀单纯靠电磁铁牵引，功耗较大，万一因杂物卡住及局部堵塞等原因，很易烧毁线圈。先导式电磁阀利用阀内安装的膜片小孔压力先导及平衡原理，大大减少了电磁线圈的功耗，延长了电磁阀的使用寿命。以往国产电磁阀，大都是直动式，用于压力控制系统时，只要设计得当，基本上都能应用成功，只是使用寿命偏短。对电磁阀性能另一个需考虑的技术参数为操作差压，一个存在操作差压值的电磁阀用在真空系统中，则根本无法启动。过去我们曾试验将电磁阀反接以形成差压，其结果是须达到一定真空值后才能开启，待抽气管路一通，真空度下降，又自动关闭，无法正常工作。
1.2.2　合理选用真空系统监测仪表?
1.2.2.1　虹吸管顶水位监测仪表
　?小虹吸管可采用液位音叉开关。当抽吸小虹吸管真空时，管内水位上升，形成虹吸并接触音叉，由于振荡频率的改变，发出讯号，随即关闭抽气电磁阀。大虹吸管也可采用液位音叉开关，但形成虹吸后，由于顶部体积大，会形成气囊(此时虹吸不破坏，反冲洗正常)，使音叉开关失水，因此需在自控电路上设一个锁定装置，不致因音叉开关失水后再重复打开抽气电磁阀。由于此原因，蚌埠三水厂采用将大虹吸管顶的真空监测改为电接点真空表的办法，并把临界值定为-0.018MPa(即从池水面提升1.8m高度)，经调试后运行效果良好。
1.2.2.2　真空罐监测仪表
　?对双阀滤池真空系统来说，设置真空罐是必要的。过去真空罐有分别设置高低真空度的做法，目的是防止抽吸过度，目前由于监测仪表与控制手段的改进，抽气过度形成水回流现象已基本杜绝。真空罐的监测仪表仍采用电接点真空表，考虑到高真空度能有效补充低真空度，一般用较高真空度来缩小真空罐体积，因此不再分设两室。蚌埠三水厂的真空罐其真空度上下限分别设定在-0.05～-0.035MPa，统管其一、二期共24格滤池的冲洗，运行情况良好。
　?真空系统自成闭环控制，用电接点真空表来控制真空泵的启停，能有效地减少真空泵的启动次数。
1.2.3　改进真空系统
　?一个好的真空系统，应具备如下功能：(1)较高的抽气效率；(2)管路设计合理，做到只抽气不抽水；(3)有一定的储备能量，不频繁启动真空泵。
　?以前有的滤池在反冲洗控制程序设计上，没有设置真空罐，在抽吸大小虹吸真空时，均需先开真空泵，造成真空泵启动频繁。现可以先计算出大虹吸管所需抽气量，加上一定的储备系数，使真空系统成为一个独立环节，既简化了控制程序，又节省了能耗，只要管路及阀门安装严密，是完全能做到的。
　?图2为蚌埠三水厂双阀滤池抽气量计算实例。?

　　大虹吸管断面为600mm×800mm，计算最不利提升高度为1.4m(至虹吸管中心)，抽气时虹吸管两端同时提升1.4m，则提升水量为0.6×0.8×1.4×2＝1.34m³。即真空度为1.4m 时(相比于池内水位)相应的抽气量为1.34m³。
　真空罐容积应按2.5倍大虹吸最不利时的抽气量考虑，即2.5×1.34＝3.35m³。但在实际应用上，高真空度转化为低真空度时有补充气量之利。如将真空罐真空度定为-5.0～-3.5m，平均按-4.2m计，则真空补充缩减系数为-1.4/-4.2＝0.33，真空罐容积可定为3.35×0.33＝1.12m³。
　?蚌埠三水厂的真空系统如图3所示。?

　　该系统有如下特点：
　　(1)共有三个真空罐成串联与并联组合，总容积为2.5m³，供两组双阀滤池(每组10万m³/d)使用，电接点真空表真空值定在?-5.0～-3.5m H₂O(1m H₂O＝10⁴Pa)，最先串联的罐设有放水口，供检修时放水用。
　　(2)采用德国产V130型水环式真空泵，抽气效率高。
　　(3)真空泵抽气口处两个电磁阀采用ASCO DN 50先导式真空电磁阀(差压为0)，安装时反接，实际上作为真空止回阀使用。?

2　虹吸式双阀滤池自控运行的程序设计

　?由于真空系统设计的改进，虹吸式双阀滤池全自控运行就变得切实可行。图4为一典型的双阀滤池程序设计框图，在实际应用上，有些环节可以有所增删。如示流信号器的采用，可使冲洗泵顺利切换，在反冲洗控制条件中，可仅选1～2项，常用的控制条件为过滤周期。但真空系统的独立设置是完全必 要的，否则会使程序设计复杂化，另外真空泵的频繁启动，也不利于节省能源。

3　结语

　 ?通过分析蚌埠市第三水厂和郑州石佛水厂两座虹吸式双阀滤池全自控运行设计及调试中出现的问题，提出了一些改进意见，总结出真空系统设计的改进是实现双阀滤池全自控运行的关键因素。但本文仅在工艺条件和监控元件选择上提出初步见解，在实际工程设计上，尚须与电气自控专业进一步配合，才能作出一个良好的切合实际的设计。

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作者通讯处：430010 中国市政工程中南设计院
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收稿日期：1999-11-5