摘要：目前很多已经运行和在建的城镇污水处理厂，在进水或出水输送泵出口管道上均安装了各种类型的止回阀。其主要目的是防止水泵停泵后形成的水锤对水泵内部结构特别是叶轮、机械密封和主轴形成破坏，同时避免其它水泵的出水倒流。但因污水厂水泵均为长期运行，出水管道安装止回阀后，会增加管道水力损失，加大水泵扬程，造成能耗浪费。如何达到既保护水泵正常运行，又能减少水泵能耗的目的，本文通过作者亲历的南方某污水处理厂提升泵管道止回阀改造案例进行具体分析和探讨。
关键词：污水处理厂；提升泵；止回阀；节能降耗改造
一、背景介绍：
广东某污水厂2018年日处理水量为20万吨，安装5台进口提升泵，日常生产3用2备。原设计各提升泵管道出口均安装有HH47X型油压缓回式止回蝶阀，同时串联了一台手动蝶阀做为检修阀（如图1所示），目的是防止停泵后形成的水锤对水泵内部结构特别是叶轮、机械密封和主轴形成破坏（该厂泵坑深度16.1米，水锤落差近24米）和其它管道污水倒流。
图1 止回阀+手动蝶阀实物图
为测量该止回阀和手动蝶阀组合的具体管道水力损失，我们在该组阀门前后管道各安装一块压力表进行测试。经测量，根据两块压力表的压差，判断该组阀门累计造成管道水力损失约0.8米-1.4米。
二、止回阀管道水力损失原因分析
在前期对止回阀的拆卸维修过程中，我们发现原止回阀闸板较重且旋转不灵活，闸板在工作位置占用了较大的管道过水面积；另外检修的手动蝶阀由于安装方向的偏差造成止回阀闸板和蝶阀闸板位置十字交叉，进一步占用了管道通径面积，缩小了管道过水面积。
通过分析，当提升泵运行时，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状态，闸板重力及芯轴摩擦力均由水力克服，因而发生部分水力损失。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，两个闸板十字交叉，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管道通径的27%，具体如图2所示：
图2 止回阀+手动蝶阀阀芯工作位置
综上所述，提升泵出水管道安装止回阀和手动蝶阀后，因需克服止回阀阀芯重力及芯轴摩擦力，加之止回阀和手动蝶阀的阀芯叠加交叉造成的管道过水截面变小，累计造成提升泵管道水力损失约0.8-1.4米。按该厂日处理水量20万吨，吨水输送一米电耗0.0047度计算，预计该阀门组合造成的管道水力损失折合每日电耗约900度，全年电耗损失约30余万度。
三、水锤影响分析
首先，我们对2#提升泵进行了起吊检查，对叶轮、机械密封、主轴等运转精度进行测量并记录，然后拆下2#提升泵管道止回阀及手动蝶阀，正常运行该泵。经半年运行，再次起吊检查该泵，对比叶轮、机械密封、主轴等旋转精度测量结果，未发生较大变化，因此初步判断取消止回阀后，水锤对提升泵印象较小。
其次，我们也咨询了多家国内外提升泵生产厂家，多数厂家回复认为取消止回阀不会对提升泵正常运行产生不利影响。
综合上面两点，我们决定制定改造计划，取消提升泵出口管道安装的止回阀和手动蝶阀。
四、改造方案确定：
对比更换的其它类型阀门，主要是对比更换偏心半球阀、改造管道等各种方案后，最终确定提升泵止回阀改造方案为：去掉现有止回阀和蝶阀，新增管道将原有提升泵出水管直接连通到细格栅渠，跨越止回阀安装位置。同时在细格栅渠外侧加建进水廊道，每条进水管利用构筑物隔开，保证各泵可独立运行，防止污水倒流。如图3所示，该方案于2017年12月报请相关领导部门审批并获得实施许可。
图3 提升泵止回阀改造示意图
五、改造方案实施过程
为保证正常生产需求，减少改造的停产损失，2018年2月开始，先后进行了新建细格栅渠，连通2#、5#两台提升泵管道的改造工作。具体为1月20日开始修建细格栅进水渠，2#管道4月10日切断，4月20日试水；5#管道5月3日切断，5月22日完成，6月22日试水）。
截止2018年6月22日，共完成细格栅渠基础及两个隔断新建工作，并完成2#、5#两台提升泵管道的连通施工，两台提升泵正常运行送水。本次改造的第一阶段结束。改造完成情况如图4。
图4 改造完成图
六、改造节能效果评估：
为尽量在同等条件下对改造前后的节能效果进行准确评估，我们于2019年1月采用同一台提升泵（1#）分别安装在1号管道（含止回阀和手动蝶阀）和2号管道（已改造，无止回阀）运行并测量同液位下相关数据的方法，进行改造效果的对比评估。同时，对2#提升泵主轴、轴承、叶轮等进行解体检查，以便排除水锤对提升泵的影响，结果如下：
（1）水锤影响检查：2018年12月对运行了5个月的2#提升泵进行了拆卸，检查了主轴跳动、轴承、叶轮等均正常，基本可以排除取消止回阀后，提升泵启停时水锤对提升泵的不利影响。
（2）同一提升泵、不同管道单泵运行数据对比：1#提升泵在运行液位、功率变化不大的情况下，经过止回阀后平均流量3075立方/小时，而在无止回阀的同等情况下，平均流量为3227立方/小时，较前者流量增加约152立方/小时，流量提升约4.95%，对应该提升泵流量-扬程曲线，增加的152立方/小时量对应减少扬程约0.9-1米，该结果于本文上述使用管道压力表测量的结果基本一致。
七、投资回报测算：
投资回报周期计算：按取消止回阀后，减少提升泵杨程0.9米，2018年该厂全年平均吨水提升每米电耗0.00475度/吨/米，预计全年可节约电度为：0.9*0.00475*20*10000*365=312075度。按电价0.64元/度计算，全年可节约电费为374490*0.64=199728元。按全部管道连通及细格栅渠道改造总费用40万元计算，预计投资回报周期为24个月。同时，该收益暂未计入同液位提升泵扬程减少后功率对应减少的收益。
八、本次改造经验教训
通过改造前后提升泵运行数据对比分析，虽然取得了减少管道损失的预期效果，但在后期其它管道改造或方案推广时还需注意以下几点：
（1）提升泵管道直接连通到细格栅渠，根据目前在该厂使用的效果，会存在细格栅前过水流速加大的情况，进而造成原有细格栅前后液位差上升，后期类似改造需注意该问题，提前做好应对方案。
（2）管道连接施工时，因施工方马虎大意，监管不到位等原因，造成管道切割的金属碎片进入提升泵管道内，造成提升泵运行时叶轮卡死。
（3）因对新建细格栅渠道基础地质情况不熟悉，加之施工方专业能力不足，使得目前已建好的细格栅渠和两格隔断构筑物出现下沉，漏水的现象，后续进行其它三条管道改造时需同步进行加固。
九、改造总结
本次对该厂2台提升泵止回阀管道的改造，经实际运行数据统计测算分析，预计减少管道水力损失约为0.9米-1米。按该厂2018年处理水量计算，如全部5台提升泵止回阀管道改造完成后，预计年度节约电费20万元，投资回报周期24个月。同时在实际运行中，将杜绝因止回阀卡死造成的设备故障对生产的影响。同时，经检查可初步排除因取消止回阀后产生的水锤对提升泵的不利印象，后续使用中我们也会继续关注水锤影响的问题。
结语
总之，通过对提升泵管道止回阀的改造，初步排除对水泵的不利影响，可实现较大的能耗节约经济效应。本文通过具体分析这一改造案例，对存在类似情况的各级城镇污水处理厂，均具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]杭世珺，张大群。净水厂、污水厂工艺与设备手册[J].化学工业出版社.2019年1月第一版
[2]中国城镇供水协会编.城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标[J].中国建筑工业出版社.2005年
论文作者:侯蓬勃
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/14
标签：止回阀论文; 管道论文; 泵管论文; 格栅论文; 蝶阀论文; 水力论文; 损失论文; 《基层建设》2019年第21期论文;