二次供水泵房智慧化精准调控的研究与实现

为了供水科学调度,对公司服务区域内163套二次供水设施进行升级改造,在二次供水水箱进水间位置加装远程控制装置,并与自来水公司调度中心联网,在用水高峰时间段关闭进水阀,非用水高峰期开阀储水,利用二次供水水箱的调蓄功能,实现削峰填谷,起到高峰期稳定管网水压的目的。经过精准化调控,起到了错峰供水的作用,由于错峰生产,同时起到了节约电费的作用。精准化的调控无论是应对夏季高峰供水,还是节能降耗,都具有重大意义。

1、背景与意义

1.1 背景

随着郑州市高新技术产业开发区(以下简称:高新区)的高速发展,人口的急速增加,2018年高新区用水用户超过16万户,管网供水不足开始显现。夏季用水高峰初期,高新供水陆续接到多起投诉电话反映用水压力低,用水高峰期无水的情况。经工作人员上门实地访查发现,这些用户多是小区直供层用户,一楼商户和工业用户等。经测量个别商业用户在用水高峰期供水压力在0.1 MPa左右。

水压低和无水的情况严重影响了居民的正常生活和高新供水的服务质量。经统计,这些用户大多分布在管网末梢位置和个别规模较大小区。随着开发区不断的发展建设,每年都有大量人口和企业增加,用水量也每年都在递增,提高管网供水能力,改善管网末梢供水压力是高新供水有限公司面临的急迫问题"。经过调查分析,绝大部分用户用水压力低原因是管网供水压力低,供水管线过长,距离水厂较远,高峰期水厂供水不足导致。2018年供水高峰时期,高新供水公司供水量达9.8万mMd,接近满负荷(10万md)运行,然而水厂日生产能力设计为17万mhd,清水池容积却只有9000m”.无法满足高新区城市日益增长的用水需求。

1.2 解决方案分析

通常解决供水压力低问题的方法多采用加大给水管通径,提高供水压力。目前,水厂已有两条DN1000供水管线,高峰期供水压力已提高至0.42 MPa,但如果增建新的供水管线和送水泵房,也会受到清水池只有9000m容积的限制。且考虑施工环境及施工周期等因素,无法保证短期内实现。然而水厂的日产水能力是17万m,鉴于此,那么是否可以增建大容积清水池充分利用水厂产能呢?高新区水厂占地面积只有约20 000m,水厂现有设施已经非常紧凑,即使忽略其他因素,仅场地面积限制已经使得增建清水池方案不可行了。另外,高新区水厂位于高新区东南角位置,供水管线过长,沿途水头损失严重。

综上所述,从根本上解决当前问题还是要建设第二水厂,才能有效改善管网末梢供水压力,但受资金和施工周期影响,还无法解决近两年供水压力。因此，需要寻求新的方法来解决短期内面临的问题。经调查统计,目前高新区有二次供水泵房134个,水箱163个,总容积约 16 953m。这些水箱的进水都采用浮球控制方式,水箱一直保持满水状态。那么如果能充分利用这些水箱的蓄水功能,错峰供水,将能充分发挥水厂产能,缓解供水压力。

2、技术方案设计2.1 设计原则

设计目的是利用二次供水泵房水箱蓄水功能实现错峰供水,缓解管网供水压力,改善管网直供用户的用水质量,然而改造措施需要实施在二次供水泵房。那么在二次供水泵房改造方案设计时,应该遵循一定的原则。

2.1.1 安全原则

不论采用任何方案或改造方式,都应该在保证安全的前提下实施。在方案设计过程中,应该考虑到可能影响安全的因素。如果泵房水箱溢水或管道漏水造成地面积水,为了保障维修人员的安全,应当在控制箱内设置漏电保护开关,在设备验收过程中,应当重点检查是否安装漏电保护开关,检查控制箱是否有效接地。2.1.2 用水保障原则

二次供水泵房改造后,必须保证二次供水用户的用水压力和用水质量。应当采取措施确保二次供水水箱水质、供水量和防止溢水。2.1.3 稳定

改造技术方案实施时,应当先选择改造地点进行足够时间和多项目的测试,提供一个可靠的控制系统，以便更好地推广和实施,避免因系统不稳定给用户带来诸多的不便而造成用户的抵触,给方案的推广和大面积实施造成阻碍,给高新供水公司形象带来损害。2.1.4 经济原则

采取方案在满足功能需求的同时,应当尽可能地降低改造成本2。

2.2 准备工作

在方案设计前,对高新区所有泵房进行了调查和统计工作,以作为方案分析和设计的依据。统计内容包括泵房位置、二次供水设备品牌、水箱容积、溢流口高度、进水口高度、浮球高度、出水口高度、有效调节容积、供水用户数量、二次供水水泵保护液位等。

2.3 智慧化改造方式

2.3.1现状进水方式

目前,中,高层泵房水箱主要由水力浮球阀进行控制,水力浮球阀安装在水箱进水口处。当水位下降到浮球阀低位时,主阀门打开进水;当水位升高到浮球阀高位时,主阀门关闭进水。这种补水方式虽然简单,但是频繁开启阀门,容易造成进水浮球阀的损坏,造成对市政管网压力的冲击,绝大部分时间水箱液位一直保持在高水位状态,水箱里的水无法得到充分置换,对水质也会造成一定的影响。

2.3.2 二次供水精准化控制原理

精准化控制的原理就是,将水箱进水阀门改造为可远程控制阀门,在用水高峰期关闭进水阀门,使用水箱中储存的水给高层用户供水,避免用水高峰期水箱进水阀门打开给管网压力带来的损失,从而改善直供用户用水质量,在用水低谷期打开供水阀门给二次供水水箱补水,通过这种方式来合理利用水厂产能,实现用水平衡、稳定管网压力、节能降耗。

2.3.3 系统架构及基本功能

(1)在每个泵房内安装一套配水控制终端,内设工业级可编程控制器,可实时控制二次供水水箱进水阀门,可监测测水箱液位状态。(2)设置人机操作面板,可实现本地操作和参数设置。(3)设本地手/自动操作模式,可实现系统本地手动运行和自动运行,提高系统可靠性,保障本地供水。(4)可设置至少4个高峰时间段。(5)设置物联网传输终端,能够通过移动无线网络将数据实时传输到企业数据中心服务器,并能够实现远程控制阀门开启和设置参数。(6)企业数据中心软件平台具备历史数据记录、报警记录、历史数据查询、用户操作日志等功能。(7)根据水箱溢流口位置和进水口高度设置高水位,当水位到达高水位后关闭进水阀门,根据出水口高度和二次供水水泵保护液位设置低液位,当水箱水位低于低液位时打开阀门开始蓄水4。

配水控制终端根据设定的高峰期时间段开启和关闭阀门,当进人高峰时段后关闭阀门,高峰时间段结束时打开阀门,同时根据液位计控制水箱液位,保证高层用户有水用的情况下,尽可能在高峰期减少水箱进水。

2.4 保障措施

(1)设置低峰期液位上限:如果电磁浮球阀坏的情况下,会一直补水,此参数设定上限防止水溢流到水箱外部。

(2)低峰期液位下限:浮球阀正常的情况下,此参数不起作用,以浮球阀位置作为液位控制。当浮球阀坏的情况下,此参数为了保证在低峰期都能维持在一个高水位。

(3)高峰期液位上限:此参数设置要低于低峰期上限,高峰期尽量减少补水时间,补到上限即关闭电磁阀。

(4)高峰期液位下限:此参数设置要高于停泵液位,留足补水时间,防止补水不及时造成停泵现象。

(5)浮球阀液位:根据现场测量所得。(6)报警上限:低于溢流口位置,达到此上限即报警通知管理人员。

(7)报警下限:高于停泵液位,达到此上限即报警通知管理人员。

(8)在接近地面2cm位置设置水浸开关,如检测到有溢水情况同样发出报警信号通知管理人员。2.5 试点测试

由于关系到超10万户居民用水,因此在方案整体实施前为确保系统运行的稳定、可靠,要对系统进行全面的测试。首先,选择相对比较近的,方便维护的13个居民社区作为试点来测试系统的稳定性和实用性。其次,做好应急方案,安排好机动人员,随时准备处理故障停水问题,以免造成长时间停水,影响居民正常用水。

3、智慧化改造的效果及其他作用

用时两个多月,高新区130多个泵房改造完毕。经过一段时间的使用和测试,对泵房智慧化改造的效果做了总结,并发现了一些有利于供水服务工作的其他作用。3.1 错峰供水,缓解高峰供水压力

图2是某居民小区二次供水泵房12月份28日0点到31日0点的液位历史曲线和阀门状态图，从图中可以看出液位和阀门状态随时间的变化。

在1:30开启阀门，液位从1.6m补至2.1m;在7:00~9:30早高峰期间关闭阀门,从水箱取水,液位从2.0m降到1.63m,过了高峰期开始打开阀门补水。在21:30开始进人晚高峰期间关闭阀门,从水箱取水,液位从2.05m降到1.56m,直到过了1:30打开阀门开始补水。

3.2 发挥蓄水功能,利用水厂夜间产能

水厂的产能是17万m天,用水主要集中在24:00点前,如果使二次供水水箱在每日0点后补水,将会在-定程度上缓解白天供水压力。

3.3 协助管理人员了解现场状况并提高服务效率

二次供水部门工作人员可以通过浏览器访问服务器查看采集到的实时数据和历史数据,依据这些压力，阀门状态、参数设置等。根据这些可以预先分析造成泵房设备故障的原因,可以为去现场处理问题做好准备工作,甚至避免去现场处理问题。可能出现的外因,提升受弯构件的耐久力,延长公路桥梁的使用期限，

3.3 加固技术中的应用

随着我国人民生活水平的提高,私家车数量增多，每天经过公路桥梁的车辆日渐增多,所承受的重力也逐渐增大,部分公路桥梁所能承受的重力已接近极限。与此同时,公路桥梁的成本很高,日常的加固措施非常重要,公路桥梁在加固过程中,为降低成本浪费,可以优先通过预应力施工技术对公路桥梁构件进行施压，充分发挥钢筋强度,使公路桥梁加固得到最大程度的完善,增加公路桥梁承载力。

施工过程中的稳定性与安全性,合理地使用预应力技术,根据施工具体情况提高施工质量,实现公路桥梁建设的整体经济效益,为我国经济发展提供支持。

4 结语

综上所述,预应力施工技术应用于公路桥梁施工中的每个过程,在施工技术中占有非常重要的地位,预应力技术的应用提高了当前公路桥梁的最大承受能力与最大拉伸能力,满足了我国公路桥梁的加固需求,同时,预应力技术的应用在一定程度上提高了公路桥梁施工过程中的稳定性与安全性,合理地使用预应力技术,根据施工具体情况提高施工质量,实现公路桥梁建设的整体经济效益,为我国经济发展提供支持。