氣動閥門供氣系統(tǒng)的設(shè)備選型

任奎東

提要：通過分析新建V型濾池在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障及解決辦法，闡述了濾池氣動閥門壓縮空氣供氣系統(tǒng)設(shè)備選型工作中應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：V型濾池，氣動閥門，供氣系統(tǒng)，干燥機(jī)

1工程概況

1.1概述

某市引黃供水工程是為解決該市水資源短缺而建設(shè)的一項(xiàng)大型水利基礎(chǔ)設(shè)施。工程分兩期建成，一期工程除澄清池和V型濾池按供水規(guī)模25萬立方米/日施工外，其余部分均按供水規(guī)模50萬立方米/日設(shè)計(jì)施工，2001年9月28日竣工通水。隨著供水需求日漸增大，2017年3月，開工建設(shè)50萬立方米/日完善配套工程，2019年3月投用。配套完善工程凈水工藝仍然采用澄清池和V型濾池，設(shè)計(jì)處理能力為30萬立方米/日。

1.2V型濾池

V型濾池是快濾池的一種形式，因?yàn)槠溥M(jìn)水槽形狀呈V字形而得名，也叫均粒濾料濾池，常用的濾料有無煙煤濾料、石英砂濾料、鵝卵石濾料、錳砂濾料等。

過濾過程：待濾水由進(jìn)水總渠經(jīng)進(jìn)水閥，溢過堰口再經(jīng)側(cè)孔進(jìn)入被待濾水淹沿的V型槽，分別經(jīng)槽底均勻的配水孔和V型槽堰進(jìn)入濾池。被均質(zhì)濾料濾層過濾的濾后水經(jīng)長柄濾頭流入底部空間，匯入氣水分配渠，再經(jīng)管廊中的水封井、出水堰、清水渠流入清水池。

反沖洗過程：關(guān)閉進(jìn)水閥，但有一部分進(jìn)水仍從兩側(cè)V型槽底的配水孔流入濾池，由V型槽一側(cè)流向排水渠一側(cè)，形成表面掃洗。而后開啟排水閥將池面水從排水槽中排出直至濾池水面與V型槽頂相平。反沖洗過程常采用“氣沖→氣水同時(shí)反沖→水沖”三步。

氣沖：打開進(jìn)氣閥，開啟供氣設(shè)備，空氣經(jīng)氣水分配渠的上部小孔均勻進(jìn)入濾池底部，由長柄濾頭噴出，將濾料表面雜質(zhì)擦洗下來并懸浮于水中，被表面掃洗水沖入排水槽。

氣水同時(shí)反沖洗：在氣沖的同時(shí)啟動沖洗水泵，打開沖洗水閥，反沖洗水也進(jìn)入氣水分配渠，氣、水分別經(jīng)小孔和方孔流入濾池底部配水區(qū)，經(jīng)長柄濾頭均勻進(jìn)入濾池，濾料得到進(jìn)一步?jīng)_洗，表掃仍繼續(xù)進(jìn)行。

單獨(dú)水沖：氣沖停止，表掃仍繼續(xù)，最后將水中雜質(zhì)全部沖入排水槽。

1.3氣動閥門

V型濾池每單池各配備六個氣動閥門：（1）進(jìn)水閥;（2）排水閥;（3）出水調(diào)節(jié)閥;（4）反沖水閥;（5）反沖氣閥;（6）氣、水分配渠放空閥。

氣動閥門工況的好壞，主要決定因素包括兩個方面：一是閥門的生產(chǎn)質(zhì)量;二是其使用環(huán)境及供氣氣源的質(zhì)量。對于前一個方面，很多供水企業(yè)在設(shè)備選型及安裝時(shí)都比較重視，但對于后一個應(yīng)考慮的因素，特別是氣源質(zhì)量方面則比較容易忽視。

2濾池運(yùn)行存在的問題及解決方法

2.1存在的問題

2018年12月中旬，二期工程建設(shè)已初具規(guī)模，按計(jì)劃進(jìn)行試運(yùn)行。在初運(yùn)行的三天，各項(xiàng)參數(shù)正常，濾池出水水質(zhì)也很好。從第四天開始，濾池出水調(diào)節(jié)閥頻繁出現(xiàn)失控的情況：在沒有任何操作的情況下閥門自動完全開啟，導(dǎo)致濾池出水濁度偏高，并且沒有規(guī)律。

2.2解決問題的方法

對現(xiàn)場進(jìn)行查看分析，是出水調(diào)節(jié)閥的電—?dú)馕恢每刂破鞒霈F(xiàn)故障所致。更換新的電—?dú)馕恢每刂破骱螅瑔栴}解決。但是過了兩天后，同樣的現(xiàn)象又發(fā)生。經(jīng)拆檢電—?dú)馕恢每刂破鳎l(fā)現(xiàn)里面有生料帶碎屑、細(xì)沙、水等，判定是管道施工中遺留的生料帶碎屑、垃圾等沒清理干凈，以及環(huán)境溫度低產(chǎn)生的冷凝水導(dǎo)致控制器故障。于是對所有壓縮氣路進(jìn)行徹底吹掃，保證管道干凈，并在各支氣管上增加了自排水式過濾器，預(yù)防冷凝水，對所有的電—?dú)馕恢每刂破鬟M(jìn)行拆檢清理。

經(jīng)處理后，穩(wěn)定運(yùn)行了一周，出水調(diào)節(jié)閥又頻繁出故障，主要是冷凝水的問題。

經(jīng)現(xiàn)場觀察，判定是二期濾池供氣系統(tǒng)干燥環(huán)節(jié)有問題。我們暫停二期濾池供氣系統(tǒng)，使用一期濾池供氣系統(tǒng)同時(shí)給一、二期濾池氣動閥門提供壓縮空氣。試運(yùn)行一個月，濾池運(yùn)行穩(wěn)定。

2.3濾池供氣系統(tǒng)簡介

濾池供氣系統(tǒng)布置：壓縮機(jī)（油氣分離）→儲氣罐→過濾節(jié)→干燥節(jié)→儲氣罐→后續(xù)管道。

一、二期濾池供氣系統(tǒng)主要的區(qū)別是：一期干燥節(jié)采用的是無熱再生式吸附干燥機(jī)，二期干燥節(jié)采用的冷凍式干燥機(jī)。

2.3.1吸附干燥機(jī)的工作原理：壓縮空氣交替流經(jīng)兩個吸附塔，當(dāng)其中一個吸附塔在高分壓的狀態(tài)下，干燥劑（如氧化鋁）吸收大量的水分，而另一吸附塔則由再生氣管道通入干燥的低壓氣體，解析干燥劑吸收的水分進(jìn)行干燥劑的再生。吸附劑經(jīng)過吸附、再生、吸附循環(huán)使用，給生產(chǎn)提供源源不斷的干燥壓縮空氣。

2.3.2冷凍式干燥機(jī)的工作原理：潮濕高溫的壓縮空氣流入前置冷卻器（高溫型專用）散熱后流入熱交換器與從蒸發(fā)器排出來的冷空氣進(jìn)行熱交換，使進(jìn)入蒸發(fā)器的壓縮空氣的溫度降低。

換熱后的壓縮空氣流入蒸發(fā)器通過蒸發(fā)器的換熱功能與制冷劑熱交換，壓縮空氣中的熱量被制冷劑帶走，壓縮空氣迅速冷卻，潮濕空氣中的水份達(dá)到飽和溫度迅速冷凝，冷凝后的水分經(jīng)凝聚后形成水滴，經(jīng)過獨(dú)特氣水分離器高速旋轉(zhuǎn)，水分因離心力的作用與空氣分離，分離后水經(jīng)自動排水閥排出。經(jīng)降溫后的空氣壓力露點(diǎn)最低可達(dá)2℃。

降溫后的冷空氣流經(jīng)空氣熱交換與入口的高溫潮濕熱空氣進(jìn)行熱交換，經(jīng)熱交換的冷空氣因吸收了入口空氣的熱量提升了溫度，同時(shí)壓縮空氣還經(jīng)過冷凍系統(tǒng)的二次冷凝器與高溫的冷媒再次熱交換使出口的溫度得到充分的加熱，確保出口空氣管路不結(jié)露。同時(shí)充分利用了出口空氣的冷源，保證了機(jī)臺冷凍系統(tǒng)的冷凝效果，確保了機(jī)臺出口空氣的質(zhì)量。

2.3.3冷凍式干燥機(jī)和吸附式干燥機(jī)的區(qū)別：

工作原理上的區(qū)別：冷干機(jī)是根據(jù)冷凍除濕原理，將來自上游的飽和壓縮空氣通過與冷媒的熱交換冷卻到一定的露點(diǎn)溫度，凝析出大量的液態(tài)水，經(jīng)氣液分離器分離后自動排出機(jī)外，從而達(dá)到除水干燥的目的。吸干機(jī)則是根據(jù)變壓吸附的原理，將來自上游的飽和壓縮空氣在一定的壓力下經(jīng)過與干燥劑的接觸，將絕大部分的水份吸附在干燥劑里，干燥空氣進(jìn)入下游工作，從而達(dá)到深度干燥的目的。

除水效果上的區(qū)別：冷干機(jī)因?yàn)槭艿狡湓淼闹萍s，如果溫度太低的話會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，所以其露點(diǎn)溫度通常在2～10℃，多用于對壓縮空氣要求不高的場合。吸附式干燥機(jī)是利用干燥劑吸附水分子的原理對壓縮空氣進(jìn)行干燥吸附，其露點(diǎn)可達(dá)-70°C以下，多用于深度干燥，對壓縮空氣要求高的場合。

通過比較可以看出，在四季溫度變化較大的北方，壓縮空氣干燥節(jié)采用吸附式干燥機(jī)效果更好。

我們用微熱再生吸附式干燥機(jī)替換了原有冷凍式干燥機(jī)。改造后，濾池運(yùn)行一直很穩(wěn)定。

3結(jié)論

隨著V型濾池濾水工藝的普及，氣動閥門供氣氣源質(zhì)量的高低、壓縮空氣供氣系統(tǒng)工況的好壞逐漸受到各供水企業(yè)的重視。除了嚴(yán)把壓縮空氣供氣系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)關(guān)之外，還需注意潔凈空氣制備設(shè)備的選型。只有這樣、才能保證及優(yōu)化氣動閥門的供氣氣源質(zhì)量，有效減少對氣動設(shè)備的維護(hù)、維修工作量及維修費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

[1]Deppert W Stoll K，氣動技術(shù)低成本綜合自動化，李寶仁譯，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]德]厄特延，《冷凍干燥（原著第二版）》，化學(xué)工業(yè)出版社，2005.