东莞市石排伟通水务有限公司 广东广州
摘要：东莞市某污水厂日处理水量20万吨，采用二级生物处理+深度处理——改良型A2/O工艺。该厂提升泵房的所有提升泵出口均安装有止回阀，目的是保护提升泵。但该类型止回阀阀板较重，且在使用几年后出现阀板只能开启一半的情况，造成提升泵出口压力增大，能耗升高等问题。因此，为解决该能耗问题建议更换其他类型的阀门，既能保护提升泵又能节约能耗。
关键词：污水厂 止回阀 提升泵 能耗 节约
东莞市某污水厂日处理水量20万吨，共有5台进水提升泵，日常运行3用2备，每小时进水流量约8900立方米左右。 根据对污水厂现有提升泵系统的研究，结合提升泵出口管道止回阀的维修情况，我们认为现有提升泵出口止回阀选型不合理，会产生较大管损，影响提升泵能耗。
1、污水厂止回阀浪费能耗原因分析
该厂各提升泵均为管道连通至细格栅进水槽，细格栅进水槽中间未隔断。为防止停、开泵时的水锤冲击（泵坑深度16.1米，水锤落差近24米）和进水槽内污水倒流，各泵出口均安装一台HH47X系列油压缓回式止回蝶阀，同时串联了一台手动蝶阀做为检修。原止回阀闸板较重且旋转不灵活，闸板在工作位置时占用了较大的管道通径面积；另外检修蝶阀现安装方式造成止回阀闸板和蝶阀闸板位置交叉，进一步占用了管道通径面积。通过分析，当提升泵运行时，在泵出口管道处安装的止回阀及手动蝶阀会产生两种较为明显的管道能耗损失：首先止回阀闸板依靠水流推力打开并保持悬空位置，闸板重力及芯轴摩擦力均由水力克服，因而损失部分能耗。其次，止回阀开启时闸板位于水平方向，手动蝶阀打开时阀板位于垂直方向，两个闸板互相交叉，会使管道过流面积大幅减小，进而造成能耗损失。
经现场测量并模拟测算，两个闸板交叉后，管道过流面积仅为原通径的27%。止回阀维修、位置图片及阀板位置模拟图片如下：
图一：止回阀工作位置图片 图二：止回阀工作位置图片（进水方向）
综上说述，该污水厂提升泵管道的止回阀和手动闸阀，在正常工作位置时将会产生两种管道能耗损失的情况：一种为克服止回阀闸板的重力及芯轴摩擦力而产生的管道水力损失；另一种为两个阀门阀板所占管道通经面积形成过水面积缩小而产生的管道水力损失。
2、止回阀阻水力损失的初步测定
为进一步测量止回阀和手动蝶阀产生的管道损失，我们在2#、3#提升泵止回阀和手动蝶阀管道前后安装了压力表，如下图所示：(A、B两点处安装压力表)
图十二：止回阀组测试压力表安装位置示意图
在2#、3#提升泵正常运行时，测得止回阀组前后管道A、B点存在压力差，根据现场测量结果初步判断，因止回阀和手动蝶阀产生的两种水力损失，共计约0.008-0.01MPa，折合管道水力损失约0.8米-1米。
3、改造方案确定
根据上述改造原因分析，并初步测量结果判断，污水厂提升泵止回阀组存在较大能耗损失。鉴于污水厂日处理水量较大，为达到节能降耗的目的，今计划对止回阀组进行技术改造。
通过收集行业内对类似止回阀改造的方案，基本包括三种改造方案：
A：取消止回阀，细格栅进水渠在各进水口间增加隔断墙。
B：取消止回阀，提升泵管道单独连接到细格栅渠页面。
C: 选用其它类型能耗损失小的止回阀。
我们从改造成本、施工难度，对生产水量的影响，对提升泵的影响（水锤）、改造后的管道损失等几个方面对以上三种方案进行了对比，结果如下：
根据上述附表四中各方面综合分析，A、B方案无法排除水锤对提升泵的影响，同时A方案停产施工周期较长，处理水量损失较大，B方案管道改造会增加管道长度和弯头数量，管阻损失也较大，而C方案虽然改造成本较高，但具有对生产水量影响较小，施工难度小，水锤影响小，改造后管阻损失小等特点，因此我们计划按C方案实施，采购其它类型止回阀改造更换现有止回阀。
4、设备选型比价
根据上述改造方案的对比结果，通过咨询多个阀门生产厂家，最终确定采用偏心半球阀替换现有止回阀，采用手动闸阀更换现有手动蝶阀。改造后，即可保证原止回阀单向过流和截止的功能，又可达到减少阀门能耗损失的目的。
（1）、 偏心半球阀简介：偏心半球阀是近年出现的一种新型球阀，其阀体采用球形结构，阀瓣采用半球结构，90°旋转，采用偏心契紧原理通过传动机构达到闸紧、调节、关闭的目的。使用偏心半球阀后，原有止回阀两种水力损失的第一种即克服闸板重力和芯轴摩擦力的水力损失可完全消除，第二种原闸板占用管道通经的损失因使用偏心半球阀及闸阀后过流面积的增加也可消除大部，因此使用偏心半球阀可实现减少水力能耗损失，达到节能降耗的目的。
（2）偏心半球阀控制方式：
偏心半球阀的驱动方式可分为电动和液压两种方式，液控方式可实现阀门开、关快、慢两种速度运行，同时具备停电复位功能。但费用较电动方式贵40000万/台，并且维护维修较复杂，液压装置故障率较高。电动方式虽无双速运行和停电复位功能，但价格便宜，维修维护方便，通过控制半球阀开度也可做到与提升泵开、停联动，满足阀门止回、截止的目的。因污水厂非计划性停电几率较低，为节约改造成本，因此本次改造计划采用电动偏心半球阀替换现有止回阀。
5、经济性分析
因偏心半球阀控制方式不同，是否更换现有手动蝶阀等原因，我们共讨论了四种改造方案：
方案一：采购两个电动偏心半球阀和两个手动闸阀用于更换现有止回阀和手动蝶阀。
方案二、仅采购两个电动偏心半球阀更换现有止回阀，现手动蝶阀暂不更换
方案三、采购两个液控偏心半球阀和两个手动蝶阀用于更换现有止回阀和手动蝶阀。
方案四、采购两个液控偏心半球阀更换现有止回阀，现手动蝶阀暂不更换
按计划改造的两台提升泵流量6500立方/小时，今年1-4月污水厂提升
泵吨水提升每米电耗0.00465度，电费0.6805元/度计算，根据上述几种不同方案（使用现有伸缩器，安装费用10000元），按报价最低的郑州上碟公司价格进行计算，核算出投资回报周期见下表。
根据上表各方案对比，方案一、二投资回报周期较短，同时考虑污水厂提升泵长期运行的因素，为达到最大化减少管损的目的，今计划按方案一进行本次止回阀改造，投资回报周期25个月。另外还可根据本次改造的实际效果，再确定剩余三台提升泵止回阀组的改造方案。
6、总结
污水厂5台提升泵出口管道均安装有油缸缓回止回蝶阀，因污水厂生产水量较大，现有止回阀产生的管道水力损失会造成较大电耗浪费。为达到节能降耗的目的，通过多种方案对比，今计划采用电动偏心半球阀加手动闸阀的方式，改造替换现有止回阀和手动闸阀。按先期改造两台提升泵止回阀计算，改造费用约25万余元，可控制在年度预算计划内。预计改造后年节约电费12万余元，投资回报周期约25个月。
参考文献
[1]《室外排水设计规范》 (GB50014-2006).
[2]《建筑给水排水设计规范》（GBJ15-88）.
[3]《泵站设计规范》 （GB/T50265-97）.
论文作者:胡颖,孙伟力
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/20
标签：止回阀论文; 偏心论文; 管道论文; 半球论文; 损失论文; 方案论文; 蝶阀论文; 《基层建设》2017年第30期论文;