一．概述

　　保定市地表水廠于2000年6月建成投產(chǎn)，原水是通過(guò)65公里長(zhǎng)的輸水管道取自西大洋水庫(kù)，取水口位于黃海高程107m的庫(kù)底，入廠水管道為兩條DN1200鋼制管道，入廠水溫在2～17℃之間。夏秋季水質(zhì)惡化，氨氮和硫化氫以及錳含量較高，水廠需要投加十幾個(gè)mg/L的氯氣進(jìn)行氯化消毒。水廠的加氯系統(tǒng)由加氯機(jī)、氯瓶間和預(yù)加氯、前加氯以及后加氯等三處水射器負(fù)壓投加點(diǎn)通過(guò)地下管道構(gòu)成。

　　預(yù)加氯的投加點(diǎn)設(shè)在進(jìn)入廠區(qū)的管道上，超前前加氯285m，采用W&T的2″可調(diào)喉管式水射器，壓力服務(wù)水就地取自流量24m3/h、揚(yáng)程40m的水泵。單線最大日投量960kg。

　　前加氯的投加點(diǎn)設(shè)在配水井前的靜態(tài)混合器上，同樣采用W&T的2″可調(diào)喉管式水射器，單線最大日投量675kg；壓力服務(wù)水是通過(guò)一條直徑為DN100的專用管道取自出廠管網(wǎng)，總長(zhǎng)約470m。起始端壓力平均在0.4MPa左右。

　　后加氯的投加點(diǎn)設(shè)在濾站至清水池的管道上，采用的是W&T的1″固定水射器，單線最大日投量225kg，壓力服務(wù)水與前加氯共用。

　　原設(shè)計(jì)還在慮站設(shè)置了三臺(tái)服務(wù)水補(bǔ)充泵與加氯服務(wù)水管相連，參數(shù)為Q=7.2m3/h，H=40m。目的是當(dāng)出廠水壓力不足時(shí)向服務(wù)水管路補(bǔ)充水量，操作方式為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)。

二．問(wèn)題的描述

　　經(jīng)過(guò)水廠三年多的運(yùn)行實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)加氯系統(tǒng)存在一些問(wèn)題，其中最常見(jiàn)的是加氯水射器常常發(fā)生結(jié)冰和回水現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響著水處理的穩(wěn)定。

　　在夏初秋末，前加氯2″水射器在加氯量提升到450kg/day以上時(shí)，水射器內(nèi)部容易出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，堵塞氣氯通道，造成少加氯或加不上氯，而且無(wú)法通過(guò)調(diào)節(jié)水射器喉管開度加以消除。

　　加氯服務(wù)水的供給直接受送水泵站壓力的影響。當(dāng)發(fā)生壓力異常降低時(shí)，由于必須現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，故當(dāng)班人員無(wú)法及時(shí)開啟服務(wù)補(bǔ)水泵；同時(shí)，當(dāng)管網(wǎng)壓力過(guò)低時(shí)，開啟補(bǔ)水泵也無(wú)濟(jì)于事，一是三臺(tái)泵的總流量不能滿足兩線四只水射器的要求，二是服務(wù)水管與出廠管網(wǎng)間未設(shè)止回閥而無(wú)法保持壓力。

　　在服務(wù)水壓力波動(dòng)、下降和送水泵異常停泵時(shí)，因?yàn)轭A(yù)、前加氯投加點(diǎn)均存在0.06MPa的背壓，常發(fā)生水射器回水現(xiàn)象�；厮稍斐陕葰夤苈范氯�，嚴(yán)重的回水還可使加氯機(jī)內(nèi)部管路進(jìn)水。雖然維修人員定期檢查、更換易損件，同時(shí)在氣氯管路上又串加了不影響真空值的浮球止回閥，但是效果不是很理想，維護(hù)量依然較大。

三．原因分析

　　1. 加氯系統(tǒng)回水問(wèn)題，實(shí)質(zhì)是服務(wù)水的問(wèn)題。因?yàn)�，如果服�?wù)水壓力穩(wěn)定，水射器工作就會(huì)穩(wěn)定，那么就不會(huì)發(fā)生回水。而實(shí)際情況也是從此，每次發(fā)生加氯系統(tǒng)回水，都是由于服務(wù)水出現(xiàn)故障引發(fā)的。

　　2.水射器結(jié)冰是由于水射器在大加氯量情況下，出現(xiàn)內(nèi)腔濺水，水和氯氣融合后在較高真空情況下發(fā)生結(jié)冰。結(jié)冰后如果沒(méi)有足夠的環(huán)境溫度使之融化，就會(huì)越積越多，最終導(dǎo)致氣路狹窄，使加氯量下降。當(dāng)結(jié)冰達(dá)到某個(gè)平衡狀態(tài)時(shí)，這個(gè)過(guò)程就不再繼續(xù)，但冰也不會(huì)自動(dòng)消融。根據(jù)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，水射器結(jié)冰均出現(xiàn)在環(huán)境溫度13℃以下�？梢�(jiàn)，水射器的結(jié)冰是在較低環(huán)境氣溫、腔內(nèi)濺水和較高真空度共同作用的結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)把水射器前的服務(wù)水壓力提升到0.4MPa以上時(shí)，結(jié)冰現(xiàn)象基本消失�？梢�(jiàn)，造成水射器內(nèi)腔濺水的因素應(yīng)該是服務(wù)水的供給壓力較低。而前加氯用的是水廠出廠水，壓力通過(guò)較長(zhǎng)的輸送管道衰減得比較多，到達(dá)前加氯水射器前時(shí)，一般只能保證在0.3MPa左右。而與之形成對(duì)比的是預(yù)加氯，該處的水射器是由水泵就地直接供水，壓力0.42MPa ，水射器就沒(méi)有結(jié)冰現(xiàn)象。

　　3.水射器內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在不足。通過(guò)我們對(duì)水射器的拆解分析，不難發(fā)現(xiàn)，它存在一個(gè)容留濺水的內(nèi)腔，當(dāng)發(fā)生濺水時(shí)，水滴會(huì)附著在腔內(nèi)壁上，而且腔壁較厚，當(dāng)環(huán)境溫度低于13℃時(shí)，覆蓋在腔內(nèi)壁上的水滴或冰點(diǎn)不能從外界獲得足夠的熱量，無(wú)法融化，積冰就會(huì)越積越多，最后造成氣路不暢，影響加氯量。

　　4.水射器結(jié)冰和回水問(wèn)題與其內(nèi)部零件參數(shù)和質(zhì)量也存在較大關(guān)系。W&T 2″水射器內(nèi)部的止回復(fù)位彈簧的剛度過(guò)強(qiáng)，對(duì)真空度的消減達(dá)到10cmHg。因此，在較大加氯量時(shí)，雖然在加氯機(jī)上讀出的真空值不高，但此時(shí)水射器內(nèi)部仍然保持較高真空，足以使濺到內(nèi)腔的水蒸發(fā)降溫，當(dāng)氣溫、水溫和濺出的水量三者達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生結(jié)冰。另外，當(dāng)發(fā)生服務(wù)水壓力降低（一般在低于0.2MPa）時(shí)或沒(méi)有服務(wù)水供給時(shí)，水射器活塞動(dòng)作不是很可靠，而且止回彈簧和活塞O型圈在水氯的聯(lián)合作用下，極易發(fā)生氧化腐蝕、老化而失去密封作用。根據(jù)近三年來(lái)的實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，新的普通不銹鋼彈簧只能使用1個(gè)月左右，普通O型密封圈3個(gè)月內(nèi)也會(huì)發(fā)生變性老化。

五．解決方案及措施

　　根據(jù)以上分析，我們認(rèn)為，加氯系統(tǒng)的安全穩(wěn)定應(yīng)該放在第一位，其次也要考慮運(yùn)行成本，避免造成浪費(fèi)�；谶@種思路，我們否定了兩種方案，一是在水射器前增加管道泵進(jìn)行增壓，二是斷開服務(wù)水與主管網(wǎng)的連接，提高壓力進(jìn)行單獨(dú)供水。通過(guò)論證，我們采取了第三種方案：同時(shí)從兩個(gè)方面著手改進(jìn)，一方面提高服務(wù)水的保障性，一方面改進(jìn)水射器性能。

　　1.服務(wù)水系統(tǒng)改造

　　· 更換水泵

　　經(jīng)過(guò)查找水射器的性能資料和實(shí)際驗(yàn)證，原來(lái)三臺(tái)7.2m3/h的水泵不能滿足兩線四只水射器的用水量要求。我們認(rèn)為，應(yīng)該對(duì)原來(lái)三臺(tái)補(bǔ)水泵的功能做出調(diào)整，將補(bǔ)水轉(zhuǎn)變?yōu)檎９┧沟贸鰪S水管網(wǎng)壓力不足時(shí)，由這三臺(tái)水泵向加氯服務(wù)水管路提供充足的水量，并且做到兩用一備。根據(jù)核對(duì)各個(gè)水射器的參數(shù)，最后，我們確定了三臺(tái)水泵的參數(shù)和型號(hào)：流量Q=24m3/h,揚(yáng)程H=48m的立式多級(jí)泵。實(shí)踐證明，開啟兩臺(tái)這樣的水泵時(shí)，完全能夠滿足前后加氯水射器的用水要求，而且比單獨(dú)出廠管網(wǎng)供水壓力提高0.06MPa。

　　· 主管路增加止回閥

　　為了防止在新的補(bǔ)水泵工作時(shí)向出廠水管網(wǎng)倒流，我們?cè)诩勇确⻊?wù)水與主管網(wǎng)之間增加了低阻止回閥和相關(guān)閥門，這樣就達(dá)到了平時(shí)加氯系統(tǒng)使用出廠管網(wǎng)提供的服務(wù)水，當(dāng)管網(wǎng)壓力低到某個(gè)設(shè)定壓力時(shí)，三臺(tái)補(bǔ)水泵開始工作滿足系統(tǒng)用水；當(dāng)管網(wǎng)壓力條件符合要求時(shí)，停掉補(bǔ)水泵后系統(tǒng)將回自動(dòng)回到原來(lái)狀態(tài)。

　　· 增加自動(dòng)控制

　　為了將三臺(tái)補(bǔ)水泵在需要開啟時(shí)及時(shí)投入運(yùn)行，保證加氯的穩(wěn)定連續(xù)，我們利用廠區(qū)控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到水廠中央控制室，由當(dāng)班人員實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時(shí)為了提高可靠性，自動(dòng)控制未設(shè)計(jì)自動(dòng)停功能，而是要由當(dāng)班人員根據(jù)具體情況發(fā)出指令來(lái)關(guān)閉補(bǔ)水泵。自動(dòng)控 制系統(tǒng)在每次開啟水泵前均對(duì)每臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，每次只依次順序運(yùn)行兩臺(tái)工作累計(jì)時(shí)間較少的水泵；當(dāng)其中一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)第三臺(tái)投入工作，同時(shí)給出故障報(bào)警信號(hào)。

　　2. 水射器改進(jìn)更新

　　針對(duì)前加氯存在問(wèn)題，我們對(duì)水射器進(jìn)行了有益的研究，在2003年10月試制成功了新型水射器，它不僅可以有效防止結(jié)冰的發(fā)生，而且在服務(wù)水壓力降低或消失時(shí)的防回水能力也大大增強(qiáng)。

　　· 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

　　采用氯氣管居中，壓力水居周圍的結(jié)構(gòu)，使壓力水從包容氯氣管的環(huán)縫中射出，將氯氣引射混合后送至管道，這種結(jié)構(gòu)從根本上防止了壓力水的回濺。即使有回濺，由于壓力水的溫度最低時(shí)也有2.0℃以上，水溫可以通過(guò)較薄的管壁傳給氯氣管內(nèi)壁上的冰點(diǎn)或水滴，使之無(wú)法持續(xù)積累，形不成冰堵。

　　· 外置止回

　　采用外置止回機(jī)構(gòu)的方法，使止回機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)離水射器內(nèi)部，防止了氯氣和水的混合氧化腐蝕作用（因?yàn)閱渭兊穆葰鈱?duì)一般金屬材料的氧化腐蝕性較輕）。另外，止回裝置完全采用了非金屬結(jié)構(gòu)，彈簧和活塞均是PVC材料，彈簧壓力適中，活塞與橡膠孔板配合嚴(yán)密可靠，使之不僅有很好的止回作用，而且對(duì)真空值的衰減非常微小。

　　· 降低成本

　　本新型水射器沒(méi)有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，原材料使用的僅是通用PVC管件和棒材，成本不過(guò)百余元，而購(gòu)買2″W&T的同類型產(chǎn)品，價(jià)格卻高達(dá)萬(wàn)元，故成本低廉的特點(diǎn)明顯。

六、效果考查

　　經(jīng)過(guò)數(shù)月的運(yùn)行檢驗(yàn)，新的加氯系統(tǒng)工作穩(wěn)定，壓力服務(wù)水供應(yīng)可靠，新型水射器也發(fā)生任何問(wèn)題。同時(shí)，經(jīng)過(guò)檢證，對(duì)比W&T產(chǎn)品，加氯效果也未發(fā)現(xiàn)有下降異同等現(xiàn)象，故我們認(rèn)為該加氯系統(tǒng)的改造是成功的。
 

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