泵組在二次供水系統(tǒng)中的應用

鄒亨保 周勇

摘 要：闡述了蕪湖市城市住宅二次供水系統(tǒng)的供水方式、系統(tǒng)的總體配置、系統(tǒng)的功能以及二次供水的工藝流程，介紹了由若干臺多級離心泵及其他相關設備組成的供水泵組系統(tǒng)的組成、功能及其在城市二次供水中的應用，對二次供水的安全可靠運行具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：二次供水;泵組;多級離心泵

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化步伐的不斷加快，城市內(nèi)高層住宅如雨后春筍般增長，給城市公共設施帶來了眾多的挑戰(zhàn)，其中高層供水的問題就是必須要面對和解決的公共服務問題。基于供水管網(wǎng)設備的承壓限制，同時也為了高層住宅用戶的供水安全，目前城市高層建筑的供水方式基本都采用一次供水和二次供水相結合的分區(qū)供水方式，二次供水按照樓層的高低進行合理的分區(qū)和配置，盡量滿足用戶的穩(wěn)定用水需求，因此二次供水方式已經(jīng)成為城市供水不可缺少的組成部分，有效解決了城市居民末端供水的問題。二次供水中的核心組成部分就是由多臺多級離心泵組成的供水泵組，其承擔著向千家萬戶高質量送水的重任，它的穩(wěn)定性和可靠性直接影響到供水質量。

1 二次供水組成

蕪湖市由華衍水務建設的二次供水加壓泵房，目前均采用管網(wǎng)疊壓加箱式錯峰變頻恒壓智能供水方式。該方式是將每個小區(qū)的高層住宅樓按層分成若干個供水分區(qū)，以保證用戶的用水壓力穩(wěn)定，一般7層為一個分區(qū)，1～4層為直供水，5層以上采用二次加壓供水方式，每個分區(qū)由若干臺泵組成的泵組將低壓進水按照標準加壓送到每家每戶，一般每個小區(qū)都在地下負一層建設一個二次供水泵房，負責整個小區(qū)的二次供水工作，二次供水的設備都集中在泵房內(nèi)，泵房設備主要有泵組、水箱、PLC控制部分、變頻動力部分、不銹鋼管道部分、消毒設備、除濕設備、儀表部分（電磁流量計、超聲波液位計、余氯分析儀、濁度儀等）、閥門設備（電動閥、手動閥）等。

1.1 ? ?泵組

小區(qū)的二次供水泵采用立式不銹鋼多級離心泵進行加壓供水，每個加壓區(qū)由一套泵組進行供水，每套泵組按照每個區(qū)的設計用戶數(shù)量配置有2～4臺加壓泵，其中的1臺設置為備用水泵，這2～4臺泵和相關的進出口配套設備組成一個相對完整的恒壓供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)負責所在加壓區(qū)的獨立恒壓供水工作，每臺泵按照設定的程序進行均時恒壓供水，這個泵的組合叫作泵組，泵組是華衍水務二次供水的關鍵設備。

1.2 ? ?水箱

所有泵房都設計有一個不銹鋼水箱，負責在管網(wǎng)壓力很低或者停水時為用戶臨時供水，避免用戶因管網(wǎng)壓力低或者突然沒水而無水可用，給生活帶來不便。該不銹鋼水箱采用較高等級的316L不銹鋼材質，減少因材料而給用水帶來的污染;為了確保不銹鋼水箱的水質，設計了每天對水箱存水進行更換的控制程序來自動換水。同時每3個月清洗水箱一次，清洗完成后進行水質檢測，檢測合格后再投入使用。為了在清洗時突發(fā)情況下不影響水箱的供水，設計時將水箱設計為兩個，輪流清洗，確保有一個水箱始終有水，以應對突發(fā)用水需求。為了確保水箱供水的水質，在水箱的出水處還設置了一臺消毒儀，對水箱的出水進行消毒。

1.3 ? ?儀表部分

泵房設置有總進水電磁流量計、分區(qū)出水電磁流量計、水箱超聲波液位計、余氯和濁度水質檢測儀表、總進水壓力傳感器和分區(qū)出水壓力傳感器，所有儀表負責對部分二次供水的相關運行數(shù)據(jù)、水質檢測進行實時監(jiān)控，以確保用戶的二次供水安全。

1.4 ? ?控制及動力部分

泵房設置有PLC控制系統(tǒng)和變頻器動力系統(tǒng)，其負責整個泵房系統(tǒng)的實時控制、實時數(shù)據(jù)傳輸、實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、系統(tǒng)動力拖動等所有設備的正常運行工作，確保二次供水的正常進行。

2 二次供水工藝

每個小區(qū)二次供水泵房按層設置分區(qū)，分區(qū)采用泵組分別進行變頻恒壓供水，整個供水方式采用以市政管網(wǎng)二次供水為主，水箱供水進行補充相結合的方式，確保用戶二次供水的安全可靠。

蕪湖二次供水采用的管網(wǎng)疊壓加箱式錯峰變頻恒壓智能供水方式，是通過將市政管網(wǎng)進入小區(qū)的自來水通過二次供水泵房設備按照樓層分區(qū)的加壓方式，加壓后供到用戶家里，該方式結合變頻恒壓供水技術和水箱補充供水的方式，確保各個小區(qū)各個樓層居民的安全用水。

市政管網(wǎng)的自來水進入小區(qū)后直接供給1～4層的居民使用，5層及以上的居民使用的都是經(jīng)過二次供水泵房加壓的二次供水。自來水進入加壓泵房進水總管后，需進行進水壓力檢測，若壓力高于加壓允許壓力，則直接通過總進水閥門進入每個分區(qū)加壓泵組的進水端，每個增壓泵組根據(jù)出水壓力的檢測控制每套泵組中泵的運行數(shù)量和頻率，從而控制分區(qū)泵組的出水口壓力，通過變頻控制和PID調(diào)節(jié)方式將壓力穩(wěn)定在用戶所需要的設定壓力。

泵組供水系統(tǒng)會根據(jù)用戶用水量的大小，實時控制泵組的運行，當用水用戶增加或在用水高峰時，泵組系統(tǒng)會自動增加供水泵的數(shù)量和供水頻率，將壓力穩(wěn)定在設定壓力;當用水用戶減少或在用水低峰時，泵組系統(tǒng)會自動減少供水泵的數(shù)量和供水頻率，使得壓力始終穩(wěn)定于設定壓力。

當出現(xiàn)進水管網(wǎng)的進水壓力小于允許加壓的壓力或進水管網(wǎng)停水時，二次供水系統(tǒng)會自動關閉泵組直接進水閥門，直接將水箱的水進行泵組增壓后供給用戶，當進水管網(wǎng)恢復到正常供水壓力時自動對水箱進行補水，以備下次使用。

二次供水工藝流程圖如圖1所示。

3 泵組在供水中的功能

3.1 ? ?泵組的概念

蕪湖華衍水務承建的每個小區(qū)的二次供水都是根據(jù)樓層高低和用戶多少采用多臺水泵進行供水，水泵采用的是立式不銹鋼多級離心泵，首先根據(jù)樓層的高低確定二次供水的分區(qū)，一般5層及以上采用二次加壓供水，每7層為一個加壓分區(qū)，每個加壓分區(qū)根據(jù)所分的樓層用戶的多少，設計2～4臺加壓泵進行二次加壓，一般其中的1臺泵設置為備用水泵，這2～4臺泵和相關的進出口與其配套的設備組成一個相對完整獨立的恒壓供水組，該供水組負責對所在的加壓區(qū)的用戶進行獨立恒壓供水工作，每臺泵按照設定的程序進行均時恒壓供水，這個泵的組合叫作泵組。

3.2 ? ?泵組的組成

泵組是蕪湖華衍水務二次供水的關鍵設備，直接關系到整個二次供水系統(tǒng)的質量。根據(jù)小區(qū)每個分區(qū)用戶的供水需求，泵組主要由進水部分、加壓泵、出水部分等組成，其中進水部分由進水總管、進水閥門、進水軟接、偏心變徑等組成，出水部分由出水總管、出水閥門、出水止回閥、出水軟接、同心變徑等組成。泵組的組成如圖2所示。

為了保證供水水質和二次供水的安全，蕪湖華衍承建的二次供水泵房的泵組進出水的管道都采用的是304不銹鋼材質的不銹鋼無縫鋼管，加壓泵采用的都是全不銹鋼材質的多級離心泵，閥門采用的都是高性能知名品牌閥門。

3.2.1 ? ?泵

二次供水的分區(qū)主要是根據(jù)小區(qū)樓層的高度和每個分區(qū)用戶的多少來設計的，而泵的選擇也是按照樓層的高度和用戶用水量（即泵的揚程和流量）來進行選擇的。由于水要隨著樓層的高度增加揚程，所以泵的揚程也是按照每個區(qū)所在的樓層的高度來進行選擇的，由于目前小區(qū)樓層都比較高，所以泵要選擇高揚程的多級離心泵，這種泵采用分級方式逐級增加供水高度，揚程是隨著級數(shù)的增加而增加的，完全能夠滿足向高層供水的要求。泵的流量是按照所在分區(qū)所有用戶需水量的設計要求進行選擇的，為了供水的安全，每個分區(qū)的供水泵都設置一臺備用泵，在供水泵出現(xiàn)問題時可以保證用戶正常用水。

3.2.2 ? ?管道

蕪湖華衍二次供水泵組的所有管道選用的都是304不銹鋼無縫鋼管，總管開孔采用激光切割或拉拔工藝，焊接均采用激光自動焊接技術，焊接后對焊縫進行拋光，同時在工廠內(nèi)采用專用設備對焊縫進行全面檢測，管道間的連接采用法蘭連接，法蘭連接管道可以保持管路的密封性能，使管道連接更加緊密;當某段管道要進行更換的時候，法蘭連接方式易于更換管道，操作簡便，只需擰松螺栓，將法蘭拿下，就可更換管道，還方便檢查管道的管路情況。泵組中法蘭按照管子的承壓來進行選擇。

3.2.3 ? ?閥門

泵組中的管子連接閥門選擇暗桿閘閥、蝸輪蝸桿蝶閥、靜音止回閥。泵組進水部分在每臺泵的進出口都設置了一臺暗桿閘閥或蝸輪蝸桿蝶閥，當泵組中的泵需要檢修或者不使用時，可以關閉該泵的進出水管路中的閘閥或蝶閥，將該泵退出泵組的供水工作;在泵組出水部分每臺泵出口還設置了一臺靜音止回閥，該閥門是為了防止其他泵供水的水流從泵出口流回去，閥瓣啟閉行程很短，停泵時可快速關閉，防止造成巨大的水錘聲，形成靜音效果，避免水錘對泵造成損壞。

3.3 ? ?泵組的選型

泵組中泵的數(shù)量主要是由分區(qū)中用戶的數(shù)量決定的，一般為2～4臺泵，都是進出口并聯(lián)運行，根據(jù)分區(qū)用戶多少計算出所需的流量，按照所需流量結合適當?shù)陌踩嗔浚x擇泵的數(shù)量，根據(jù)分區(qū)樓層的高度和末端用戶水壓的標準，再結合合適的安全余量選擇泵的揚程，根據(jù)泵流量和揚程選擇合適型號的多級離心泵，根據(jù)泵的選擇和分區(qū)的流量、揚程和壓力選擇合適的泵組的進出口管子口徑，根據(jù)管道大小選擇相應的閥門，為了安全供水，每套泵組都設置一臺備用泵，所選擇的泵都安裝到一個帶機組減震器的不銹鋼底座上。在泵組的進出口都配有橡膠軟接，可以緩沖泵管道的沖擊和振動。

3.4 ? ?泵組的制作

水泵廠家按照用戶設計要求結合所選泵的特性進行了泵組的二次設計，采用專用設備和技術嚴格按照用戶要求進行生產(chǎn)制作，嚴格按要求進行泵組單機和整體的各種出廠試驗和測試，各項數(shù)據(jù)完全符合要求才能出廠。泵組是2～4臺多級離心泵和相關機組設備的一個有機統(tǒng)一的組合，由于泵的出水流量并不是每個泵的流量的簡單疊加，每增加一臺泵運行，增加的泵的出水流量會比額定出水量少，增加的泵越多，最后一臺泵的出水流量越小，因此泵組要由泵的廠家根據(jù)每個分區(qū)的設計流量和壓力要求以及組合后泵的運行特性，合理進行二次泵組設計和制作，對泵和進出口相關設備進行合理的設計和組合，再按照泵組二次設計進行生產(chǎn)制作，制作好的泵組要對管路系統(tǒng)進行沖洗，要完成各種運行方式下的出水壓力、出水流量和揚程的檢測。

3.5 ? ?泵組的檢測和試驗

泵組制作完成后要進行各種檢測和試驗（主要是焊縫檢測和水壓試驗），完全合格且滿足設計要求后才能安排出廠。泵組制作完成后，用焊縫檢測設備對每條焊縫進行外觀、內(nèi)部的全面檢測，對于有缺陷或不合格的焊縫需重新進行焊接，直到符合要求。整體組裝好的泵組需上綜合水壓試驗臺進行單泵和泵組的整體水壓試驗，完全模擬現(xiàn)場運行狀態(tài)進行測試，測試內(nèi)容包括：單泵和泵組的流量是否符合設計要求，單泵和泵組的揚程是否符合設計要求，泵組出水壓力是否達到設計要求，且在設計的最大試驗壓力下保壓24 h，確定泵組無漏水情況，同時還需測試整體泵組各種狀態(tài)運行下的振動和噪聲情況。測試結果均要符合設計要求。

3.6 ? ?泵組的工作流程

當單臺泵運行時，首先系統(tǒng)為每臺水泵設置了輪值時間，系統(tǒng)啟動后，水泵會進入待啟動隊列，輪值時間到，水泵開始運行并計時。到達設置的運行總時間，水泵停止并進入休眠和等待啟動時間。在用水高峰期時，單泵運行滿足不了用水需求，根據(jù)供水壓力、流量判斷是否需要加泵，進入多泵運行時間;當供水壓力恒定、流量減小時，停止水泵進入單泵運行模式。泵組的工作流程圖如圖3所示。

3.7 ? ?泵組的使用注意事項

水泵啟動前需要用水盤轉電機軸，檢查水泵有無卡死現(xiàn)象，防止強制啟動時會損壞電機和腔體;通水時需對水泵腔體進行排氣，防止腔體內(nèi)有空氣，否則容易損壞腔體內(nèi)的葉輪和軸。

4 結語

蕪湖華衍二次供水系統(tǒng)中使用的泵組在工廠中完成了二次設計、制作和嚴格的試驗測試。工廠的設計能夠使泵和進出口設備參數(shù)得到完美高效的匹配，極大地提高了泵組的整體和細節(jié)制作質量，大幅降低了現(xiàn)場使用的故障率，提高了供水質量和效率，創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

[參考文獻]

[1] 孫揚.二次供水設備選型與應用技術——淺談二次供水泵站設備合理選型[C]//中國水協(xié)設備材料委二次供水設備選型與應用技術交流研討會論文集，2007：113-118.

[2] 黃秉政.試論建筑給水中調(diào)速泵的合理選型和配置[J].給水排水，1996（9）：39-42.

[3] 楊向超，梁衛(wèi)東，常崧鵬.高層建筑二次加壓供水方式與特點[J].河南科技，2010（7）：86.

[4] 沈亞輝，周良發(fā).二次供水技術及方案比選[J].中國給水排水，2007，23（18）：55-58.

收稿日期：2020-11-13

作者簡介：鄒亨保（1962—），男，安徽蕪湖人，工程師，主要從事機電工程工作。