自來(lái)水供水管網(wǎng)及閥門(mén)設計及施工

                       上海申弘閥門(mén)有限公司

摘要：隨著(zhù)水資源日益緊缺和水資源開(kāi)發(fā)利用率的提高新系統的興建和老系統的改擴建等所需的工程投入逐漸增大。城市供水管網(wǎng)是城市供水系統中重要的一環(huán)，因此，供水管網(wǎng)的規劃、設計和運行管理是否科學(xué)、經(jīng)濟、實(shí)用，直接影響工程的投資、運行管理費用及系統的可靠性。上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：截止閥,電動(dòng)截止閥,氣動(dòng)截止閥,電動(dòng)蝶閥,氣動(dòng)蝶閥,電動(dòng)球閥,氣動(dòng)球閥,電動(dòng)閘閥,氣動(dòng)閘閥,電動(dòng)調節閥,氣動(dòng)調節閥，減壓閥。水力控制閥、真空閥門(mén)、襯膠閥門(mén)、襯氟閥門(mén)。文章分析了直接式管網(wǎng)疊壓供水和無(wú)負壓管網(wǎng)增壓穩流給水這兩種新型管網(wǎng)供水優(yōu)化系統，并簡(jiǎn)要介紹了給水管網(wǎng)系統科技發(fā)展方向和任務(wù)。供水管網(wǎng)把從水廠(chǎng)送出的自來(lái)水輸配到千家萬(wàn)戶(hù)，因此供水管網(wǎng)分布于城市的每個(gè)角落，其長(cháng)度少則上百公里，多至數千公里。
水的不可替換性和人們生存的必須性，決定了供水管網(wǎng)安全運行的重要性。但是由于主客觀(guān)多方面的原因，管道往往會(huì )出現一些故障，管網(wǎng)總是要不斷更新改造，用水戶(hù)經(jīng)常要有增減，因此局部管段的停水現象難以避免。為了縮小停水范圍，在管網(wǎng)內適當地安裝控制閥門(mén)是十分必要的。因此在一座城市的供水管網(wǎng)中，閥門(mén)數目成千上萬(wàn)，并無(wú)規則地分布于城市街道下面。

供水管網(wǎng)上的閥門(mén)操縱并不頻繁，長(cháng)期待命，一旦需要，閥門(mén)應能封閉迅速，截流可靠；平時(shí)要求閥門(mén)開(kāi)啟要到位，減少管段的水頭損失，所以閥門(mén)是一種“養兵千日，用兵一時(shí)"的控制設備；閥門(mén)的完好率，關(guān)系到閥門(mén)的選型、閥門(mén)的制造、管路的設計、閥門(mén)的組裝、閥門(mén)的啟閉及閥門(mén)的治理，當然zui主要的原因還是閥門(mén)的質(zhì)量。

閥門(mén)在供水管網(wǎng)中數目多、分布廣、作用大。因此，在閥門(mén)選型、檢驗、性能和治理上均有很多題目值得研討。

一、閥門(mén)的選型

閥門(mén)有蝶閥、閘閥、球閥及旋塞閥等幾種，在供水管網(wǎng)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(jià)格較貴，一般適用于中小口徑管道上。近幾年由于鑄造技術(shù)的改進(jìn)，采用樹(shù)脂砂法鑄造，可避免或減少機械加工，從而降低了本錢(qián)，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(xiàn)應各地按具體情況考慮劃分。

蝶閥的主要缺點(diǎn)是蝶板占據一定的過(guò)水斷面，增加一定的水頭損失；閘閥雖無(wú)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(cháng)度增大了管道占據橫向面積，影響其他管線(xiàn)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(dòng)作靈活、操縱及維修方便等優(yōu)點(diǎn)。旋塞閥亦具有類(lèi)似優(yōu)點(diǎn)，惟過(guò)水斷面不是正圓形。

近年來(lái)，國內不少閥門(mén)生產(chǎn)廠(chǎng)家研制軟密封閘閥，這種閘閥和傳統的鍥式或平行式雙閘板式閘閥相比有如下特點(diǎn)：

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)，節約有色金屬；
２．軟密封閘閥底部無(wú)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(lè )意采用的一種閥門(mén)。啟閉軟密封閘閥時(shí)，千萬(wàn)不要封閉過(guò)死，只要達到止水效果即可，否則不易開(kāi)啟或襯膠剝離。

供水行業(yè)使用的蝶閥多數是軟密封蝶閥，針對蝶閥在安裝過(guò)程中膠圈易受損影響密封性，不少廠(chǎng)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(mén)的性能與測試

閥門(mén)的特殊性要求其質(zhì)量可靠、性能優(yōu)異。評價(jià)閥門(mén)的性能與性能測試時(shí)，應留意以下幾點(diǎn)：

１．閥門(mén)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(kāi)啟力矩。
２．閥門(mén)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(mén)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(lèi)型的閥門(mén)均應在生產(chǎn)廠(chǎng)家和有檢測資格的單位進(jìn)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(jià)。
３．閥門(mén)過(guò)流能力要強，特別是蝶閥，蝶板的過(guò)流阻力要小，過(guò)流有效面積要大。這要求各種口徑、不同類(lèi)型的閥門(mén)都應進(jìn)行流阻系數的測定。
４．閥體承受水壓的能力應與管道一致，也就是閥門(mén)開(kāi)啟狀態(tài)下，閥門(mén)能承受管道試驗壓力的要求。

三、閥門(mén)的內襯與外防腐

閥門(mén)是輸送飲用水的設備，閥體內襯一定要無(wú)毒、耐腐蝕、耐磨、光潔，使水流阻力盡可能小。如閥門(mén)的壓板、螺栓和蝶板材質(zhì)不同，很輕易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，腐蝕天生的鐵銹延伸至密封面，影響閥門(mén)的密封效果，另外閥門(mén)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(chǎn)生銹蝕造成供水的二次污染。

閥門(mén)的外防腐可采取拋光清砂后，再作靜電噴涂無(wú)毒環(huán)氧樹(shù)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(mén)的運行治理

閥門(mén)能否啟閉良好，不僅要閥門(mén)選型恰當、產(chǎn)品質(zhì)量好、精心施工安裝，而且還要周到地治理，才能起到“養兵千日，用兵一時(shí)"的效果。良好的運行治理體現在以下三個(gè)方面：

１．技術(shù)資料齊備
閥門(mén)的技術(shù)資料包括閥門(mén)出廠(chǎng)說(shuō)明書(shū)，閥門(mén)購進(jìn)后的檢驗合格單，閥門(mén)的組裝及位置卡，閥門(mén)的檢驗記錄。對于街道的變遷，閥門(mén)卡片應及時(shí)更新，力求建立ＧＩＳ治理系統。

２．閥門(mén)運行治理周到
閥門(mén)運行治理的質(zhì)量要求包括閥門(mén)應封閉嚴密，閥門(mén)軸桿密封填料處不串漏，閥門(mén)啟閉輕便、指示完好。閥門(mén)運行治理日常工作包括閥門(mén)歷次啟閉操縱單的報批記錄及操縱記錄的完善，閥門(mén)定期檢測的啟閉記錄等。對于長(cháng)期沒(méi)有操縱過(guò)的閥門(mén)，根據口徑的大小，定出不同的檢測周期是必要的。對于發(fā)現的故障應提出維修方案，及時(shí)處理，特別是封閉后無(wú)法開(kāi)啟的閥門(mén)應像搶修爆管一樣進(jìn)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)標準和設計規范，井蓋與路面銜接完好，操縱閥門(mén)的孔位正確，井內無(wú)雜物及污水，閥門(mén)表面無(wú)銹斑。在條件許可的情況下，大口徑閥門(mén)井應考慮井內空氣可長(cháng)期對流的技術(shù)措施。對閥門(mén)井應定期巡視，對井蓋的丟失和損壞應及時(shí)處理。
關(guān)鍵詞：自來(lái)水管網(wǎng)；管網(wǎng)設計；發(fā)展方向

1、中小城市自來(lái)水管網(wǎng)存在的問(wèn)題
自來(lái)水管網(wǎng)是城市zui重要的基礎設施之一，在自來(lái)水系統中起著(zhù)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(lái)水管網(wǎng)建設大都滯后于水廠(chǎng)建設，存在各種各樣的問(wèn)題，主要表現為：管網(wǎng)建設年代久遠，老化嚴重，管徑偏小，管材質(zhì)量不好，漏損嚴重，水量不足：管網(wǎng)呈枝狀網(wǎng)，一旦某處干管爆管，整個(gè)下游管網(wǎng)處于停水狀態(tài)；管網(wǎng)布局不合理，一般水源離老城區較近，離新城區較遠，導致用水量大的新城區管徑太小，用水量逐漸下降的老城區管徑偏大；管道上附屬設施損壞嚴重，管網(wǎng)嚴重堵塞，整個(gè)自來(lái)水管網(wǎng)水壓偏低，不能滿(mǎn)足居民生產(chǎn)生活的需要。
2、某市自來(lái)水管網(wǎng)存在的具體問(wèn)題
2.1該市管網(wǎng)基本情況
該市被一條江分為兩個(gè)城區，江水以北為老城區，江水以南為新城區。水廠(chǎng)位于老城區，從水廠(chǎng)引出1條DN600主干管和1條DN800主干管供給老城區用水，另外還有1條DN600主干管供給新城區。但由于江水的阻隔，新老城區管網(wǎng)沒(méi)有聯(lián)成有效的環(huán)狀網(wǎng)，新城區DN600主干管除了和水廠(chǎng)連接以外，只通過(guò)1條DN200管道和老城區DN800主干管相互連接。
2.2存在的問(wèn)題
2.2.1管道年久老化筆者在前期資料收集中就發(fā)現，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(chǎng)出水供給老城區大部分用水的DN800(L=3000m)主干管所在街道上，發(fā)現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(chē)壓壞管道的事故。
2.2.2沒(méi)有形成有效環(huán)狀網(wǎng)新老城區之間的連通管管徑偏小，主管道漏損嚴重，沒(méi)有形成有效的環(huán)狀網(wǎng)。例如在新老城區的接合部(江水兩側)自來(lái)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(wú)水。在老城區DN800主干管發(fā)生事故時(shí)，新老城區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人口少，但主干管有2條，支管道比較密集；新城區人口多、工業(yè)企業(yè)多，但主干管只有1條，且沒(méi)有形成有效的支管道。同時(shí)，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(hù)非常密集。
2.2.4管道漏損、堵塞嚴重老城區管道特別是作為主干管的DN800管道漏損、堵塞嚴重。據當地水廠(chǎng)技術(shù)人員反映，管道堵塞主要有兩個(gè)原因，其一是在管道爆管檢修時(shí)，常有混凝土“掉入"管道中；其二是大部分閥門(mén)年久失修，處于半關(guān)閉狀態(tài)，還有一些管道上的閥門(mén)竟然在修路時(shí)被埋入混凝土路面以下，導致多年無(wú)法檢修。在調查中發(fā)現整個(gè)城區的水壓都只能滿(mǎn)足1樓自來(lái)水的需要，其他樓層都只能從1樓取水。
3、管網(wǎng)設計
3.1管網(wǎng)平差設計
預測用水量，利用LOOP軟件進(jìn)行平差設計，確定每條管道的管徑、距離等。這是控制整個(gè)改造工程項目成本zui關(guān)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(zhù)的《給水工程(第四版)》，在這里不作為論述重點(diǎn)。
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(méi)有進(jìn)行設計。而自來(lái)水管道埋設在地面以下，技術(shù)人員無(wú)法明確管道的位置。因此資料收集顯得異常重要。筆者與當地水廠(chǎng)技術(shù)人員特別是管道檢修人員聯(lián)合進(jìn)行實(shí)地踏勘，逐條街道了解情況，并在這此過(guò)程中了解管道位置、畫(huà)出草圖，以免過(guò)后遺忘。
3.3物探地下管線(xiàn)
舊城區街道狹窄，各種管道埋設情況極其復雜。地下埋設有電信通信線(xiàn)路、聯(lián)通通信線(xiàn)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(xiàn)桿、各種樹(shù)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(shí)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(gè)城區需要敷設管道的街道進(jìn)行了物探。
3.4具體管網(wǎng)施工圖紙的設計
依據搜集到的資料(城區的平面圖和帶狀地形圖)，結合物探圖紙進(jìn)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有管線(xiàn)“打架"，確保盡量明確工程造價(jià)。
4、直接式管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)
直接式管網(wǎng)疊壓供水技術(shù)是對傳統二次供水技術(shù)的革新，在市政管網(wǎng)壓力允許的情況下，管網(wǎng)疊壓供水設備可取消貯水池，直接從市政管網(wǎng)中取水增壓。直接式管網(wǎng)疊壓供水系統主要由水泵、穩壓平衡器和變頻數控柜組成，取消了貯水池和屋頂水箱。水泵直接從與自來(lái)水管網(wǎng)連接的穩壓平衡器吸水加壓，然后送至各用水點(diǎn)。
直接式管網(wǎng)疊壓供水系統的工作原理分以下幾種情況：在自來(lái)水管網(wǎng)的水壓能滿(mǎn)足用水要求的情況下，即管網(wǎng)壓力大于或等于設定壓力時(shí)，加壓水泵停止工作，自來(lái)水可通過(guò)旁通管直接到達用水點(diǎn)；當自來(lái)水管網(wǎng)水壓不能滿(mǎn)足用水要求時(shí)，電接點(diǎn)壓力表向變頻數控柜發(fā)出信號，變頻軟起動(dòng)水泵機組加壓供水，直至實(shí)際供水壓力等于設定壓力時(shí)，變頻數控柜控制水泵機組以恒定轉速運；在用水高峰期間，用戶(hù)管網(wǎng)壓力下降，當降到低于設定壓力時(shí)遠傳壓力表發(fā)出信號給變頻數控柜，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(hù)實(shí)際壓力值等于設定壓力值；在用水低谷期間，用戶(hù)管網(wǎng)壓力上升，當高于設定壓力值時(shí)遠傳壓力表發(fā)出信號給變頻數控柜，變頻器頻率降低，水泵機組轉速降低，使用戶(hù)管網(wǎng)實(shí)際壓力值等于設定壓力值。
5、無(wú)負壓管網(wǎng)增壓穩流給水設備
無(wú)負壓管網(wǎng)增壓穩流給水設備主要由微機變頻控制系統、負壓檢測及處理系統、水泵機組、穩流補償器、真空抑制器、各種管件、閥門(mén)等組成。
首先根據用戶(hù)實(shí)際情況設定用水點(diǎn)工作壓力。設備運行過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測實(shí)際供水壓力，并與設定壓力進(jìn)行比較，調節變頻器頻率，使管網(wǎng)壓力始終保持在設定數值上。負壓檢測裝置實(shí)時(shí)檢測穩流補償器中的用水量變化情況，當檢測到實(shí)際用水量小于管網(wǎng)的給水流量時(shí)，此時(shí)管網(wǎng)不產(chǎn)生負壓，穩流補償器進(jìn)入儲能狀態(tài)；當檢測到實(shí)際用水量大于管網(wǎng)的給水流量時(shí)，設備通過(guò)真空抑制器及穩流補償器中的檢測裝置采集穩流補償器內的真空度及水位信號，通過(guò)微機控制真空抑制器及穩流補償器中的特殊裝置動(dòng)作，將穩流補償器中原來(lái)儲備的能量進(jìn)行釋放，以補償此時(shí)能量的不足，達到整個(gè)系統內壓力的自動(dòng)平衡狀態(tài)，抑制負壓的產(chǎn)生，完成不間斷的持續供水。多變量模糊控制與智能管理系統技術(shù)，在運行過(guò)程中，針對需要控制的對象具有的多樣性、隨機性、連續性及高度不穩定等特性達到多層次、多目標的綜合效果來(lái)實(shí)現無(wú)負壓的過(guò)程。

6、兩種系統的綜合分析
這兩種系統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(wǎng)的水壓，減小了二次加壓水泵的工作能耗，節能效果明顯。而且無(wú)需修建蓄水池或水箱，避免了自來(lái)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(shí)還節約建筑面積、節省土建工程投資、簡(jiǎn)化加壓系統設計。并且抽水設備直接與室外市政給水管網(wǎng)串接，實(shí)現了從水廠(chǎng)供水到用戶(hù)的連續流過(guò)程。而且無(wú)負壓管網(wǎng)增壓穩流給水設備采用了全密閉的負壓抑制系統，自來(lái)水不與空氣直接接觸，*杜絕了水質(zhì)的二次污染。
但由于這兩種系統提出的時(shí)間比較短，在一些方面仍有不足?，F今很多生產(chǎn)廠(chǎng)家只在傳統的變頻供水設備的基礎上，用儲水罐加上一個(gè)自動(dòng)進(jìn)排氣閥，聲稱(chēng)無(wú)負壓設備。使用這樣的無(wú)負壓設備，當市政給水管網(wǎng)供水不足時(shí)，設備會(huì )出現停機保護現象，人為增加了不正常的供水時(shí)間，而且機組頻繁啟動(dòng)會(huì )造成管網(wǎng)壓力波動(dòng)過(guò)大等問(wèn)題。其次，在無(wú)負壓管網(wǎng)增壓穩流給水設備運行時(shí)，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(wǎng)疊壓供水技術(shù)，如果將疊壓供水設備設置在地下室，不僅可能影響周?chē)脩?hù)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(guò)高，則可能出現斷水現象。同時(shí)，市政管網(wǎng)水壓波動(dòng)范圍較大時(shí)其應配置特性曲線(xiàn)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，并應當設置倒流監測裝置，在有可能較長(cháng)時(shí)間停用的旁通管應采取一些有效的措施，避免水質(zhì)惡化產(chǎn)生二次污染。
7、結束語(yǔ)
城市給水管網(wǎng)系統是城市zui重要的基礎設施之一，其運行可靠與否直接影響著(zhù)人們的日常生活和工業(yè)生產(chǎn)。隨著(zhù)計算機及控制管理科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，給水管網(wǎng)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(wǎng)研究工作者已做了大量的研究和開(kāi)發(fā)工作，并取得了豐碩的成果，為管網(wǎng)設計與管理提供強有力的支持和推動(dòng)。經(jīng)過(guò)我國的改革開(kāi)放和技術(shù)引進(jìn)，已經(jīng)應用了大量*科學(xué)技術(shù)，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(zhù)較大差距。我們迫切需要加快步伐和力度，深入開(kāi)展下列科學(xué)研究，形成適合中國國情和特點(diǎn)的高科技產(chǎn)品和市場(chǎng)。與本文相關(guān)的論文有：礦山電動(dòng)插板閥