加氯系統防結冰防回水改造
一．概述
保定市地表水廠于2000年6月建成投產，原水是通過65公里長的輸水管道取自西大洋水庫，取水口位于黃海高程107m的庫底，入廠水管道為兩條DN1200鋼制管道，入廠水溫在2～17℃之間。夏秋季水質惡化，氨氮和硫化氫以及錳含量較高，水廠需要投加十幾個mg/L的氯氣進行氯化消毒。水廠的加氯系統由加氯機、氯瓶間和預加氯、前加氯以及后加氯等三處水射器負壓投加點通過地下管道構成。
預加氯的投加點設在進入廠區的管道上，超前前加氯285m，采用W&T的2″可調喉管式水射器，壓力服務水就地取自流量24m3/h、揚程40m的水泵。單線最大日投量960kg。
前加氯的投加點設在配水井前的靜態混合器上，同樣采用W&T的2″可調喉管式水射器，單線最大日投量675kg；壓力服務水是通過一條直徑為DN100的專用管道取自出廠管網，總長約470m。起始端壓力平均在0.4MPa左右。
后加氯的投加點設在濾站至清水池的管道上，采用的是W&T的1″固定水射器，單線最大日投量225kg，壓力服務水與前加氯共用。
原設計還在慮站設置了三臺服務水補充泵與加氯服務水管相連，參數為Q=7.2m3/h，H=40m。目的是當出廠水壓力不足時向服務水管路補充水量，操作方式為現場手動。
二．問題的描述
經過水廠三年多的運行實踐，我們發現加氯系統存在一些問題，其中最常見的是加氯水射器常常發生結冰和回水現象，嚴重地影響著水處理的穩定。
在夏初秋末，前加氯2″水射器在加氯量提升到450kg/day以上時，水射器內部容易出現結冰現象，堵塞氣氯通道，造成少加氯或加不上氯，而且無法通過調節水射器喉管開度加以消除。
加氯服務水的供給直接受送水泵站壓力的影響。當發生壓力異常降低時，由于必須現場手動操作，故當班人員無法及時開啟服務補水泵；同時，當管網壓力過低時，開啟補水泵也無濟于事，一是三臺泵的總流量不能滿足兩線四只水射器的要求，二是服務水管與出廠管網間未設止回閥而無法保持壓力。
在服務水壓力波動、下降和送水泵異常停泵時，因為預、前加氯投加點均存在0.06MPa的背壓，常發生水射器回水現象；厮稍斐陕葰夤苈范氯，嚴重的回水還可使加氯機內部管路進水。雖然維修人員定期檢查、更換易損件，同時在氣氯管路上又串加了不影響真空值的浮球止回閥，但是效果不是很理想，維護量依然較大。
三．原因分析
1. 加氯系統回水問題，實質是服務水的問題。因為，如果服務水壓力穩定，水射器工作就會穩定，那么就不會發生回水。而實際情況也是從此，每次發生加氯系統回水，都是由于服務水出現故障引發的。
2.水射器結冰是由于水射器在大加氯量情況下，出現內腔濺水，水和氯氣融合后在較高真空情況下發生結冰。結冰后如果沒有足夠的環境溫度使之融化，就會越積越多，最終導致氣路狹窄，使加氯量下降。當結冰達到某個平衡狀態時，這個過程就不再繼續，但冰也不會自動消融。根據以往的運行經驗，水射器結冰均出現在環境溫度13℃以下。可見，水射器的結冰是在較低環境氣溫、腔內濺水和較高真空度共同作用的結果。通過實驗我們發現,當把水射器前的服務水壓力提升到0.4MPa以上時，結冰現象基本消失。可見，造成水射器內腔濺水的因素應該是服務水的供給壓力較低。而前加氯用的是水廠出廠水，壓力通過較長的輸送管道衰減得比較多，到達前加氯水射器前時，一般只能保證在0.3MPa左右。而與之形成對比的是預加氯，該處的水射器是由水泵就地直接供水，壓力0.42MPa ，水射器就沒有結冰現象。
3.水射器內部結構存在不足。通過我們對水射器的拆解分析，不難發現，它存在一個容留濺水的內腔，當發生濺水時，水滴會附著在腔內壁上，而且腔壁較厚，當環境溫度低于13℃時，覆蓋在腔內壁上的水滴或冰點不能從外界獲得足夠的熱量，無法融化，積冰就會越積越多，最后造成氣路不暢，影響加氯量。
4.水射器結冰和回水問題與其內部零件參數和質量也存在較大關系。W&T 2″水射器內部的止回復位彈簧的剛度過強，對真空度的消減達到10cmHg。因此，在較大加氯量時，雖然在加氯機上讀出的真空值不高，但此時水射器內部仍然保持較高真空，足以使濺到內腔的水蒸發降溫，當氣溫、水溫和濺出的水量三者達到一定程度時，就會產生結冰。另外，當發生服務水壓力降低（一般在低于0.2MPa）時或沒有服務水供給時，水射器活塞動作不是很可靠，而且止回彈簧和活塞O型圈在水氯的聯合作用下，極易發生氧化腐蝕、老化而失去密封作用。根據近三年來的實際運行驗證，新的普通不銹鋼彈簧只能使用1個月左右，普通O型密封圈3個月內也會發生變性老化。
五．解決方案及措施
根據以上分析，我們認為，加氯系統的安全穩定應該放在第一位，其次也要考慮運行成本，避免造成浪費；谶@種思路，我們否定了兩種方案，一是在水射器前增加管道泵進行增壓，二是斷開服務水與主管網的連接，提高壓力進行單獨供水。通過論證，我們采取了第三種方案：同時從兩個方面著手改進，一方面提高服務水的保障性，一方面改進水射器性能。
1.服務水系統改造
· 更換水泵
經過查找水射器的性能資料和實際驗證，原來三臺7.2m3/h的水泵不能滿足兩線四只水射器的用水量要求。我們認為，應該對原來三臺補水泵的功能做出調整，將補水轉變為正常供水，使得出廠水管網壓力不足時，由這三臺水泵向加氯服務水管路提供充足的水量，并且做到兩用一備。根據核對各個水射器的參數，最后，我們確定了三臺水泵的參數和型號：流量Q=24m3/h,揚程H=48m的立式多級泵。實踐證明，開啟兩臺這樣的水泵時，完全能夠滿足前后加氯水射器的用水要求，而且比單獨出廠管網供水壓力提高0.06MPa。
· 主管路增加止回閥
為了防止在新的補水泵工作時向出廠水管網倒流，我們在加氯服務水與主管網之間增加了低阻止回閥和相關閥門，這樣就達到了平時加氯系統使用出廠管網提供的服務水，當管網壓力低到某個設定壓力時，三臺補水泵開始工作滿足系統用水；當管網壓力條件符合要求時，停掉補水泵后系統將回自動回到原來狀態。
· 增加自動控制
為了將三臺補水泵在需要開啟時及時投入運行，保證加氯的穩定連續，我們利用廠區控制網絡實時傳送到水廠中央控制室，由當班人員實施遠程監控。同時為了提高可靠性，自動控制未設計自動停功能，而是要由當班人員根據具體情況發出指令來關閉補水泵。自動控 制系統在每次開啟水泵前均對每臺水泵的運行時間進行檢測，每次只依次順序運行兩臺工作累計時間較少的水泵；當其中一臺出現故障時，控制系統將會自動啟動第三臺投入工作，同時給出故障報警信號。
2. 水射器改進更新
針對前加氯存在問題，我們對水射器進行了有益的研究，在2003年10月試制成功了新型水射器，它不僅可以有效防止結冰的發生，而且在服務水壓力降低或消失時的防回水能力也大大增強。
· 優化結構
采用氯氣管居中，壓力水居周圍的結構，使壓力水從包容氯氣管的環縫中射出，將氯氣引射混合后送至管道，這種結構從根本上防止了壓力水的回濺。即使有回濺，由于壓力水的溫度最低時也有2.0℃以上，水溫可以通過較薄的管壁傳給氯氣管內壁上的冰點或水滴，使之無法持續積累，形不成冰堵。
· 外置止回
采用外置止回機構的方法，使止回機構遠離水射器內部，防止了氯氣和水的混合氧化腐蝕作用（因為單純的氯氣對一般金屬材料的氧化腐蝕性較輕）。另外，止回裝置完全采用了非金屬結構，彈簧和活塞均是PVC材料，彈簧壓力適中，活塞與橡膠孔板配合嚴密可靠，使之不僅有很好的止回作用，而且對真空值的衰減非常微小。
· 降低成本
本新型水射器沒有復雜的結構，原材料使用的僅是通用PVC管件和棒材，成本不過百余元，而購買2″W&T的同類型產品，價格卻高達萬元，故成本低廉的特點明顯。
六、效果考查
經過數月的運行檢驗，新的加氯系統工作穩定，壓力服務水供應可靠，新型水射器也發生任何問題。同時，經過檢證，對比W&T產品，加氯效果也未發現有下降異同等現象，故我們認為該加氯系統的改造是成功的。
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