桂城水厂V型滤池的阀门改造

章民驹，周柱荣，陈超明
(南海市供水集团有限公司，广东南海528200)

　　摘 要：针对原设计V型滤池因所采用阀门的质量问题造成恒水位过滤和自动反冲洗难以实现等现象，通过阀门和自控系统的改造，一举实现了V型滤池的稳定、可靠运行。
　　关键词：V型滤池；恒水位；反冲洗；自动控制
　　中图分类号：TU991.24
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)02-0048-02　

　　桂城水厂的供水能力为38×10⁴m³/d，V型滤池全部采用国产电动阀门，即滤池进水、排水阀采用的是电动方阀，气、水反冲和出水调节阀则选用电动硬密封蝶阀。两年多的运行实践表明，电动硬密封蝶阀主要存在以下问题：
　　①V型滤池的恒水位过滤特点决定了出水调节阀必需频繁动作，时间一长则电动执行机构的故障率就特别高，维修量也大。另外，也暴露出国产阀杆在选用材质上的不足之处，在两年多的使用时间里，先后有3个出水调节阀的阀杆断裂。
　　②气反冲蝶阀是金属硬密封，密封性能难以保证。当一个滤池在进行气反冲时，总是有少量气体进入其他正在工作的滤池，形成“气顶托”现象，影响了过滤的正常进行。同时，工作滤池液位的不断升高，也使得V型滤池无法实现恒水位过滤，因而大大缩短了滤池的工作周期。
　　③气、水反冲阀的开关行程信号不可靠、不稳定，难以达到自控的要求。那种时有时无的 开关到位信号，往往使自控系统无所适从。
　　为使V型滤池可靠、稳定地运行，并能最终实现自动反冲洗，决定更换所用蝶阀。

　　1 改造方案

　　将12格滤池的出水调节阀(DN450)、水反冲阀(DN500)、气反冲阀(DN300)共36个蝶阀全部换成相应规格的进口气动蝶阀，保留电动进水、排水方阀。在一个滤池中并存气动阀、电动阀的现象虽不协调，但它可解决滤池工作中存在的问题，同时也节约了资金。
由于气动蝶阀的引入，相应地需增加空气压缩机系统为其提供气源(见图1)；另外气动阀与电动阀的控制思想截然不同，特别是DN450的出水调节阀的控制更是如此，故需要对原有的阀门控制柜进行重新设计改造。

　　2 阀门控制柜

　　每格滤池设阀门控制柜一个，内含进水、排水电动方阀控制电路各一套、气动的气反冲阀、水反冲阀、出水调节阀控制电路各一套。为使控制电路简单、稳定、可靠，便于接线和自动化控制，在每个控制柜内还装有小型PLC(984—A145)一台，这样阀门控制既可做到就地手动，也可由PLC自动控制，体现了集中管理，分散控制的思想。另外，两台反冲洗风机、两台反冲洗水泵也在1＃控制柜内的PLC控制下交替使用。
　　在滤池的5个阀门中，气动出水调节阀的控制是关键，因为它直接关系到V型滤池恒水位过滤能否实现。为了确保该阀安全、稳定、可靠地工作，设计了两套控制电路，一路是将滤池液位信号送到PLC，由PLC对液位做PID运算，然后输出运算结果(4～20mA信号)来控 制出水调节阀的开度；另一路是将滤池液位信号送到数显仪(该数显仪既能显示滤池液位，也能显示调节阀的开度，同时还能对液位信号进行PID运算)后，也将运算结果以4～20mA的信号形式输出来控制出水调节阀的开度。两种控制方式通过一个旋转开关来选择使用。
　　为了在水冲洗时排尽滤砂底层下的气体，在气反冲洗阀门后还安装了排气电磁阀，其控制与水反冲阀常开点互锁，还与气反冲阀的常闭点互锁，控制电路见图2。

　　3 滤池自动反冲洗

　　为使滤池能有序地实现自动反冲洗，将12个控制柜内的PLC互连，并接入水厂的MB+网，其中1＃控制柜内的PLC作为滤池反冲洗的“调度”，即当有某个滤池需要反冲洗时，就向1＃滤池的PLC发出反冲洗请求，1＃滤池的PLC对要进行反冲洗的滤池进行排队，按 照“先进先出”的原则逐个进行反冲洗。滤池反冲洗的控制条件主要是工作时间和水池液位 。
　　当反冲洗过程出现异常时，PLC将迅速作出反应：
　　①风机启动失败
　　选用的离心式风机功率为100 kW，启动时间要23s。若PLC在30s内检测风压达不到40kPa，则判断风机启动失败，此时PLC就转入滤池反冲洗失败处理程序。
　　②水泵启动失败
　　反冲洗水泵功率为75kW，启动时间为5s。若PLC在10s内检测的水压达不到20kPa，则可 以判断水泵启动失败，此时PLC也转入滤池反冲洗失败处理程序。
　　③排水方阀打开失败
　　由于排水方阀是电动的，其开启时间需要120s。若PLC在150s内检测不到开启到位的信号，则判断排水阀开启失败，此时PLC也转入滤池反冲洗失败处理程序。
　　④气反冲、水反冲阀打开失败
　　气反冲阀、水反冲阀都是气动阀，其开启时间只要5s。若PLC在10s内检测不到开启到位的信号，则判断阀门开启失败，此时PLC也转入滤池反冲洗失败处理程序。
　　⑤滤池反冲洗失败处理
　　当滤池在反冲洗过程中出现某种故障时，PLC转入失败处理程序，即停止反冲洗，恢复过滤状态，同时关闭风机、水泵，并向中控系统报警，通知有关人员检查。
　　⑥排水方阀提前关闭
　　在滤池反冲洗进行到水冲洗最后十几秒时，排水渠中都已是清水，为了避免清水流失，排水方阀应提前开始关闭。电动排水方阀的关闭时间为120s左右，经过多次实践，认为提前70s开始关闭为好。
　　⑦停止反冲洗的步骤
　　根据常规的设计要求，停止反冲洗的步骤是先关闭水反冲阀、再停反冲洗水泵。由于水反冲洗阀门关闭很快(5s)，其形成的巨大水锤对阀门造成的冲击势必影响阀门的使用寿命，因此在实际操作控制时，应是先关闭反冲洗水泵，延时10s后，再关水反冲阀。

　　4 改造后的运行效果

　　滤池阀门于2000年7月改造完毕，自投入运行以来效果良好，V型滤池的恒水位过滤特点突出，其液位的变化通常都是控制在±1 cm以内。若一级泵站加(减)开一台水泵(流量变化达20%)时，滤池液位的变化在5min内即可达到设定的液位值，在PLC控制下也能很好地完成自动反冲洗，因此整个改造工程完全达到了预期目的。

---

电话：(0757)6363811
E-mail:zhangminju@163.net
收稿日期：2000-11-23