劉永才

(北京鐵路局唐山供電段，河北 唐山 064000)

淺談既有生活小站改造中供水方式的選擇及應(yīng)用

劉永才

(北京鐵路局唐山供電段，河北 唐山 064000)

鐵路生活小站供水具備“點(diǎn)多、線(xiàn)長(zhǎng)、規(guī)模小、面廣、供水分散”的特點(diǎn)，我段管轄的生活小站均為無(wú)人值守，日常管理由車(chē)站牽頭，水泵常常是“有人開(kāi)、無(wú)人關(guān)”，水電資源嚴(yán)重浪費(fèi)，設(shè)備故障率高，影響安全生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的調(diào)查、研究、論證，本文作者在既有生活站的設(shè)備改造中對(duì)其供水方式做了多種探索和新的嘗試，在此和大家共同探討。

鐵路；生活小站；供水方式

1 問(wèn)題的提出

我單位管轄的37個(gè)生活小站，都是1眼管井1臺(tái)水泵供水，其日常管理由車(chē)站牽頭，水泵常常是“有人開(kāi)，無(wú)人關(guān)”，每天基本在20～24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，大大超過(guò)了水泵的安全運(yùn)行時(shí)間。這種供水方式造成如下弊端：一是揚(yáng)水機(jī)組長(zhǎng)期超時(shí)無(wú)效

運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致機(jī)組損害、燒毀危險(xiǎn)增大；二是水塔經(jīng)常溢水，會(huì)造成水塔基礎(chǔ)松動(dòng)，冬季溢水還會(huì)使水塔水槽局部?jī)鼋Y(jié)和粉化；三是水塔經(jīng)常溢水不但浪費(fèi)水電資源，還加速水源能力的下降；四是設(shè)備故障率居高不下，設(shè)備常流水、常漏水、常斷水的的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，供水安全可靠性難于保證，致使維修費(fèi)用持續(xù)增長(zhǎng)。這些問(wèn)題在迫使我們向科技和管理創(chuàng)新要安全、要效率、要效益。

2 既有生活小站供水情況調(diào)查分析

生活小站的供水系統(tǒng)流程見(jiàn)圖1。揚(yáng)水機(jī)組從管井中抽取地下水，通過(guò)揚(yáng)水管道將水送入水塔、配水管網(wǎng)，直至用戶(hù)。該工藝要求，當(dāng)水塔水位升至飽和水位時(shí)停機(jī)，由水塔維持供水；當(dāng)水塔水位下降至警戒低水位時(shí)開(kāi)機(jī)揚(yáng)水。

圖1 供水系統(tǒng)流程圖

管井揚(yáng)水管路見(jiàn)圖2。操作人員通過(guò)開(kāi)關(guān)控制柜開(kāi)停水泵完成揚(yáng)水作業(yè)，并應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)的工作電壓、電流、水壓、流量，水塔和管井的工作水位等運(yùn)行參數(shù)，并適時(shí)調(diào)控設(shè)備合理運(yùn)行。

車(chē)站對(duì)揚(yáng)水機(jī)組實(shí)行隨機(jī)人員兼管，由于沒(méi)有固定人員管理，不能落實(shí)崗位責(zé)任，致使設(shè)備故障不斷，常流水、常漏水、常斷水的情況經(jīng)常發(fā)生。這種無(wú)專(zhuān)人管理的供水模式，效率低、浪費(fèi)大、不可靠、故障多，影響運(yùn)輸生產(chǎn)。

圖2 管井系統(tǒng)示意圖

3 應(yīng)對(duì)措施

3.1 研究解決方案

3.1.1 解決管網(wǎng)配置問(wèn)題

見(jiàn)圖1：既有生活小站水泵每天20～24小時(shí)揚(yáng)水，除卻管網(wǎng)的正常滲漏、用戶(hù)的正常使用，絕大部分水都是通過(guò)水塔的溢水管偷偷地跑掉了，如果我們?cè)趫D1上B點(diǎn)的位置將去往水塔的管路掐斷，那基本上就沒(méi)有跑水的地方了，避免水電資源的無(wú)端浪費(fèi)。

3.1.2 解決控制自動(dòng)化問(wèn)題

見(jiàn)圖2：開(kāi)關(guān)控制柜是水泵揚(yáng)水作業(yè)的控制關(guān)鍵，如果我們?cè)趫D2開(kāi)關(guān)控制柜的位置加裝一套智能控制裝置，用戶(hù)使水時(shí)它就開(kāi)泵揚(yáng)水，用戶(hù)不用水時(shí)它就停泵，這樣做將避免設(shè)備“超勞”運(yùn)轉(zhuǎn)，并可減少設(shè)備故障，緩解供需雙方的矛盾。

3.2 系統(tǒng)供水方案的選擇

系統(tǒng)供水方案決定投資規(guī)模和設(shè)備選型配套，現(xiàn)在的鐵路車(chē)站供水按其對(duì)水泵的控制方式主要分以下三種類(lèi)型：

3.2.1 水塔水位控制供水

主要依靠水塔水位控制水泵啟停，水塔水位下降至警戒水位時(shí)開(kāi)泵供水，水塔水位升至飽和水位時(shí)停泵，此為絕大多數(shù)既有站采用類(lèi)型。

3.2.2 變頻氣壓罐供水

管網(wǎng)水壓基本恒定，用水量多時(shí)由變頻器驅(qū)動(dòng)水泵供水；用水量極少時(shí)可停泵暫由氣壓罐供水。此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化供水，是科技發(fā)展的產(chǎn)物。

3.2.3 給水集中監(jiān)控供水

能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，有效地防止意外事故的發(fā)生，同時(shí)監(jiān)控中心具有遙測(cè)遙信、故障自動(dòng)報(bào)警、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析查詢(xún)、圖文報(bào)表等功能，能夠集實(shí)時(shí)監(jiān)控和無(wú)人值守于一身，新建站及既有站均可應(yīng)用。

分析：我段管轄的生活小站管井、水塔及管路等給水設(shè)施俱全，本著“因地制宜”和“少花錢(qián)多辦事”的原則，我們對(duì)上述供水方案進(jìn)行了優(yōu)選：

方案“3.2.1”：我段先期投資15.00萬(wàn)元在薊縣南、遷安站、燕郊站進(jìn)行了試驗(yàn)，利用水位裝置自動(dòng)控制水泵運(yùn)行，結(jié)果發(fā)現(xiàn)安裝在水塔塔槽處的水位裝置易遭雷擊損壞，在供水安全上沒(méi)有保障。另外如果水位信號(hào)傳輸線(xiàn)纜穿越鐵路，還要引起其他施工方面的諸多不便，方案實(shí)施難點(diǎn)多，且與上“3.1.1”理念相悖，所以予以排除。

方案“3.2.3”： 具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障報(bào)警和實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別適合于各站及站間聯(lián)控，是鐵路供水改革的大方向，但投資規(guī)模巨大，每站估算投資12.00～15.00萬(wàn)元(環(huán)境復(fù)雜時(shí)投資會(huì)更高)，僅改造37個(gè)生活小站供水問(wèn)題至少要花440.00萬(wàn)元，沒(méi)有路局的持續(xù)投資，此方案很難實(shí)施。

方案“3.2.2”：此方案能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)人值守和節(jié)水節(jié)電，而且變頻器還能對(duì)水泵電機(jī)實(shí)現(xiàn)全方位的保護(hù)，比較適合于個(gè)站改造，據(jù)測(cè)算改造一個(gè)生活小站(水泵電機(jī)為5.5kW、流量10m3/h)費(fèi)用在6.00～8.00萬(wàn)元，將來(lái)還可納入集中監(jiān)控系統(tǒng)管理，改造完成后即可見(jiàn)效益。

結(jié)論：因?yàn)樽冾l供水節(jié)能是毋庸置疑的，無(wú)非是怎樣因地制宜進(jìn)行改造的問(wèn)題，從投資、技術(shù)和安全的角度，我們對(duì)方案“3.2.2”予以選擇。

3.3 變頻供水的細(xì)化及優(yōu)選

在圖1中B點(diǎn)的位置將去往水塔的管路掐斷，在圖2中短管的位置選其一加裝遠(yuǎn)傳壓力表(或電接點(diǎn)壓力表)，將開(kāi)關(guān)控制柜改造為變頻控制柜，把圖2中另一短管換成三通，管道連接至氣壓罐，使用屏蔽線(xiàn)纜將壓力表和變頻控制柜連接。

現(xiàn)實(shí)中很多人認(rèn)為只要泵房中接有氣壓罐、變頻控制柜，并通過(guò)安裝在氣壓罐上的壓力表控制變頻柜開(kāi)停水泵向用戶(hù)恒壓供水，這就是變頻氣壓罐供水系統(tǒng)了，這種認(rèn)知是初步的、表面的。變頻氣壓罐供水不僅僅在于恒壓供水，其技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)在于怎樣在“恒壓”狀態(tài)下，解決讓水泵暫停休息由氣壓罐向外補(bǔ)水的問(wèn)題。因?yàn)楣芫W(wǎng)中只要水壓一降低，變頻器馬上就會(huì)驅(qū)動(dòng)水泵供水以維持管網(wǎng)恒壓，氣壓罐與管網(wǎng)之間的水壓差形成時(shí)間短促，它里面的水很難流出來(lái)。所以說(shuō)很多現(xiàn)場(chǎng)中變頻氣壓罐貌似很全可執(zhí)行的只是恒壓供水功能，根本達(dá)不到理想的節(jié)能效果。識(shí)別的最佳方式就是選擇恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間段，在水泵停下來(lái)后到用戶(hù)處查看，如果有用戶(hù)使水而泵房處水泵沒(méi)運(yùn)行，那說(shuō)明氣壓罐就起作用了。

3.3.1 電接點(diǎn)壓力表制式

方案一：電接點(diǎn)壓力表制式是開(kāi)關(guān)量控制方式的一種，通過(guò)壓力表表針觸碰上下限觸點(diǎn)發(fā)送開(kāi)關(guān)量直接控制變頻控制柜啟停。當(dāng)管網(wǎng)壓力達(dá)到區(qū)間上限時(shí)停泵，由氣壓罐維持供水；當(dāng)管網(wǎng)水壓下降至區(qū)間下限時(shí)開(kāi)泵，由變頻器驅(qū)動(dòng)水泵供水。此方案類(lèi)似于“3.2.1”，就象是把水塔微型化(變成氣壓罐)移至泵房了。

3.3.2 遠(yuǎn)傳壓力表制式

方案二：遠(yuǎn)傳壓力表制式是模擬量控制方式的一種，本文作者經(jīng)過(guò)實(shí)踐探索，創(chuàng)新采用了變頻器“PID+睡眠”供水方式(和互聯(lián)網(wǎng)+的概念類(lèi)似)。工作過(guò)程：將變頻器的壓力給定功能設(shè)定為一恒定數(shù)值，變頻器驅(qū)動(dòng)潛水泵將水送入管網(wǎng)，連接在管道上的遠(yuǎn)傳壓力表把模擬量信號(hào)(與水壓變化同步)通過(guò)屏蔽線(xiàn)纜傳送給變頻器，變頻器PID根據(jù)水壓變化情況及時(shí)調(diào)整輸出頻率。如反饋壓力信號(hào)小于設(shè)定壓力，變頻器會(huì)全速工作，水泵電機(jī)趨向恒速供水；當(dāng)反饋壓力信號(hào)接近設(shè)定壓力時(shí)，變頻器會(huì)緩慢加速運(yùn)行；當(dāng)反饋壓力信號(hào)達(dá)到設(shè)定壓力時(shí)，變頻器會(huì)判斷輸出頻率高低，如變頻器低頻持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間后(系統(tǒng)可設(shè)定)其睡眠功能啟動(dòng)，此時(shí)水泵電機(jī)停止工作，由氣壓罐維持少量用水；當(dāng)用戶(hù)用水多時(shí)，管網(wǎng)水壓持續(xù)下降，下降到一定數(shù)值(系統(tǒng)可設(shè)定)，系統(tǒng)睡眠自動(dòng)喚醒，變頻器又恢復(fù)常態(tài)供水。

綜合分析：方案一在變頻技術(shù)的早期階段應(yīng)用較多。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是“壓力表”控制柜開(kāi)停水泵供水，過(guò)程調(diào)控能力明顯不足，管網(wǎng)壓力波動(dòng)過(guò)大或電接點(diǎn)壓力表觸點(diǎn)不良都會(huì)造成系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)，氣壓罐主要作用是定壓調(diào)壓，因而其容積不能太小。方案二就是變頻器智能控制系統(tǒng)運(yùn)行，本文中的“PID+睡眠”功能就是其中的一種創(chuàng)新嘗試，更突出系統(tǒng)連續(xù)時(shí)時(shí)調(diào)控能力，系統(tǒng)運(yùn)行更趨于穩(wěn)定和節(jié)能，在安全供水上更有保障，氣壓罐主要作用是壓力補(bǔ)償，因此其容積大小可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求適度調(diào)整，在既有站改造中適應(yīng)性、可操作性更強(qiáng)。所以本著因地制宜的改造原則，從技術(shù)、安全和節(jié)能的角度，我們對(duì)方案“3.3.2”予以?xún)?yōu)選。

3.4 改造實(shí)施及應(yīng)用效果

我段早期對(duì)楊各莊、玉田站、遵化站進(jìn)行過(guò)試點(diǎn)，實(shí)際安裝費(fèi)用每處平均在6.00萬(wàn)元左右。變頻氣壓罐供水改造后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，杜絕了設(shè)備常流水、常漏水、常斷水的問(wèn)題，有力地確保了安全生產(chǎn)。同時(shí)延長(zhǎng)了設(shè)備維修周期，每年花在維修費(fèi)、水電費(fèi)上的錢(qián)減少了近20余萬(wàn)元，此方案如果在其他的生活小站全部實(shí)施，那么其經(jīng)濟(jì)效益是非?？捎^(guān)的。

3.5 建議

3.5.1 變頻調(diào)速的使用條件

變頻調(diào)速的使用應(yīng)確保電機(jī)頻率不致過(guò)低，最好不低于30Hz。頻率過(guò)低，水泵效率將大幅下降，此時(shí)采用變頻可能不節(jié)能。

3.5.2 變頻恒壓值的選取必須合理

恒壓參數(shù)值設(shè)定要慎重，過(guò)大會(huì)造成電能浪費(fèi)、會(huì)使管路漏水；過(guò)小又不能滿(mǎn)足所有用戶(hù)的用水要求。所以必須根據(jù)最不利點(diǎn)水頭計(jì)算確定。

3.5.3 消防問(wèn)題

新建站中如果考慮消防任務(wù)，可建消防專(zhuān)用水池(附帶消防管道及消防水栓)。既有生活小站一直以來(lái)沒(méi)有消防水栓，各單位自配消防設(shè)施，亦可自行考慮建消防專(zhuān)用水池。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路生活小站供水方式改造要因地制宜，方案選擇應(yīng)達(dá)到節(jié)水節(jié)電和安全不間斷供水的目標(biāo)，同時(shí)系統(tǒng)本身要具有數(shù)據(jù)通信端口，具備與給水集中監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)接能力，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展。

2016-01-19；

2016-03-31

劉永才(1970—)，男，河北寬城人，工程師，從事給水運(yùn)行管理工作。

2095-1671(2016)02-0101-03

TU991.3

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