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65公里長的輸水管道取自西大洋水庫，取水口位于黃海高程107m的庫底，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)壓投加點通過地下管道構(gòu)成。

　　預(yù)加氯的投加點設(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)水是通過一條直徑為DN100的專用管道取自出廠管網(wǎng)，總長約470m。起始端壓力平均在0.4MPa左右。

　　后加氯的投加點設(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)計還在慮站設(shè)置了三臺服務(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)出廠水壓力不足時向服務(wù)水管路補(bǔ)充水量，操作方式為現(xiàn)場手動。

        二．問題的描述

　　經(jīng)過水廠三年多的運行實踐，我們發(fā)現(xiàn)加氯系統(tǒng)存在一些問題，其中最常見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，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，而且無法通過調(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，由于必須現(xiàn)場手動操作，故當(dāng)班人員無法及時開啟服務(wù)補(bǔ)水泵；同時，當(dāng)管網(wǎng)壓力過低時，開啟補(bǔ)水泵也無濟(jì)于事，一是三臺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)止回閥而無法保持壓力。

　　在服務(wù)水壓力波動、下降和送水泵異常停泵時，因為預(yù)、前加氯投加點均存在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)回水問題，實質(zhì)是服務(wù)水的問題。因為，如果服務(wù)水壓力穩(wěn)定，水射器工作就會穩(wěn)定，那么就不會發(fā)生回水。而實際情況也是從此，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)冰后如果沒有足夠的環(huán)境溫度使之融化，就會越積越多，最終導(dǎo)致氣路狹窄，使加氯量下降。當(dāng)結(jié)冰達(dá)到某個平衡狀態(tài)時，這個過程就不再繼續(xù)，但冰也不會自動消融。根據(jù)以往的運行經(jīng)驗，水射器結(jié)冰均出現(xiàn)在環(huán)境溫度13℃以下�？梢姡淦鞯慕Y(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。通過實驗我們發(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，結(jié)冰現(xiàn)象基本消失。可見，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，壓力通過較長的輸送管道衰減得比較多，到達(dá)前加氯水射器前時，一般只能保證在0.3MPa左右。而與之形成對比的是預(yù)加氯，該處的水射器是由水泵就地直接供水，壓力0.42MPa ，水射器就沒有結(jié)冰現(xiàn)象。

　　3.水射器內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在不足。通過我們對水射器的拆解分析，不難發(fā)現(xiàn)，它存在一個容留濺水的內(nèi)腔，當(dāng)發(fā)生濺水時，水滴會附著在腔內(nèi)壁上，而且腔壁較厚，當(dāng)環(huán)境溫度低于13℃時，覆蓋在腔內(nèi)壁上的水滴或冰點不能從外界獲得足夠的熱量，無法融化，積冰就會越積越多，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)位彈簧的剛度過強(qiáng)，對真空度的消減達(dá)到10cmHg。因此，在較大加氯量時，雖然在加氯機(jī)上讀出的真空值不高，但此時水射器內(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，就會產(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）時或沒有服務(wù)水供給時，水射器活塞動作不是很可靠，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)近三年來的實際運行驗證，新的普通不銹鋼彈簧只能使用1個月左右，普通O型密封圈3個月內(nèi)也會發(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，其次也要考慮運行成本，避免造成浪費。基于這種思路，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)行單獨供水。通過論證，我們采取了第三種方案：同時從兩個方面著手改進(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)過查找水射器的性能資料和實際驗證，原來三臺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)該對原來三臺補(bǔ)水泵的功能做出調(diào)整，將補(bǔ)水轉(zhuǎn)變?yōu)檎９┧�，使得出廠水管網(wǎng)壓力不足時，由這三臺水泵向加氯服務(wù)水管路提供充足的水量，并且做到兩用一備。根據(jù)核對各個水射器的參數(shù)，最后，我們確定了三臺水泵的參數(shù)和型號：流量Q=24m3/h,揚(yáng)程H=48m的立式多級泵。實踐證明，開啟兩臺這樣的水泵時，完全能夠滿足前后加氯水射器的用水要求，而且比單獨出廠管網(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)水泵工作時向出廠水管網(wǎng)倒流，我們在加氯服務(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)壓力低到某個設(shè)定壓力時，三臺補(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，停掉補(bǔ)水泵后系統(tǒng)將回自動回到原來狀態(tài)。

　　· 增加自動控制

　　為了將三臺補(bǔ)水泵在需要開啟時及時投入運行，保證加氯的穩(wěn)定連續(xù)，我們利用廠區(qū)控制網(wǎng)絡(luò)實時傳送到水廠中央控制室，由當(dāng)班人員實施遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時為了提高可靠性，自動控制未設(shè)計自動停功能，而是要由當(dāng)班人員根據(jù)具體情況發(fā)出指令來關(guān)閉補(bǔ)水泵。自動控 制系統(tǒng)在每次開啟水泵前均對每臺水泵的運行時間進(jìn)行檢測，每次只依次順序運行兩臺工作累計時間較少的水泵；當(dāng)其中一臺出現(xiàn)故障時，控制系統(tǒng)將會自動啟動第三臺投入工作，同時給出故障報警信號。

　　2. 水射器改進(jìn)更新

　　針對前加氯存在問題，我們對水射器進(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也有2.0℃以上，水溫可以通過較薄的管壁傳給氯氣管內(nèi)壁上的冰點或水滴，使之無法持續(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（因為單純的氯氣對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，而且對真空值的衰減非常微小。

　　· 降低成本

　　本新型水射器沒有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，原材料使用的僅是通用PVC管件和棒材，成本不過百余元，而購買2″W&T的同類型產(chǎn)品，價格卻高達(dá)萬元，故成本低廉的特點明顯。

        六、效果考查

　　經(jīng)過數(shù)月的運行檢驗，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)生任何問題。同時，經(jīng)過檢證，對比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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