“三供一業”供水分離移交改造項目供水管道方案分析

王 蕊，李軼亮

（1.陜西省涇惠水利水電設計院,陜西 三原 713800；2.陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710001）

0 前言

在“三供一業”供水分離式移交改造中,項目區現狀采用的水源有兩種情況：一種是自來水廠直接供水,這種情況只需改變供水方式,由原來各戶串聯供水改為一戶一表、單獨計量并聯式供水；另一種是采用自有水源,多為自備井供水,這種情況除了改變供水方式外,還需改變水源,采用自來水廠直接供水,這種水質更健康、安全。另外“三供一業”改造要堅持維修為主、改造為輔、技術合理、經濟合算、運行可靠的原則,保證分離移交后設備符合基本標準、運行正常。本文以陜西某國有企業H 廠的“三供一業”供水分離移交改造工程為例,將廠區的供水管網并入自來水廠供水管網中,研究新的供水系統方案,使該方案滿足“三供一業”改造的基本原則。

1 工程概況

H 廠的“三供一業”供水分離移交改造工程是通過從自來水公司市政供水管道上引水至項目區,以達到實現市政供水的目的,再通過改造、配套、完善項目區內的老舊供水設施提高供水保證率,為每個用水戶安裝無線遠傳智能水表實現管理的信息化。

1.1 供水現狀

項目區目前生產和生活用水均由H 廠自己承擔,水源為1#、2#和3#深水井,2002 年成井,井深800 m,出流量分別為38 m3/h,100 m3/h 和100 m3/h,供水方式為定時供水,供水系統包括深水井、高位水池和輸水供水管網,均為建廠時所建,運行管理由H 廠設專人負責。因供水系統已老化,H 廠對廠區的供水系統進行了改造,改造工程的主要內容為新建加壓泵站1 座,改造3 個水源井,新鋪設3 個水源井至加壓泵站之間的供水管道以及供向廠區的輸水主管道,改造工程于2016 年施工完成。供水分離工程完成后,H 廠的供水交由自來水公司運行管理,供水水源將采用自來水廠的水做為水源,現狀1#、2#、3#水源井將作為備用水源。

1.2 供水規模

本工程涉及供水人口為13155 人,包括廠區家屬區（北區、中區和南區）、廠區生產區和村鎮供水三部分,工程設計規模為3430 m3/d,最高日最高時用水量為212.31 m3/h。

2 供水方案設計

2.1 自流供水方案

自流供水方案是指直接從縣城的市政供水主管道上引水,自流輸送至每戶。縣城市政供水主管道為自流供水,水廠至項目區段的管道流量為1512 m3/h,管徑為DN600,主管道起點處的水壓標高為490.179 m。計算從水廠水池至項目區各區域不利點起始處管道的水頭損失,加上市政供水主管道起點處的水壓標高,得到水輸送到此區域起始處的水壓標高,判斷是否滿足水壓要求。水頭損失為沿程水頭損失和局部水頭損失之和,沿程水頭損失按以下計算公式計算：

式中：hf為管道沿程水頭損失；f 為摩擦阻力系數,球墨鑄鐵管0.00179,塑料管0. 000915；L 為管道長度,m；d 為管道內徑,m；Q 為管道流量,m3/s ；b 為管徑指數,鋼管5.1,塑料管4.77；m 為流量指數,鋼管1.9,塑料管1.77。

管道局部水頭損失hj,取沿程損失的0.15 倍,計算結果見表1。

表1 水廠水池～項目區各區域的供水主管道水力計算

根據表1 結果可知,此種方案的水壓只能滿足項目區南區幾戶村鎮住戶的水壓要求,其余區域均不滿足,因此此方案不合理。

2.2 變頻加壓直供方案

變頻加壓直供方案是指利用變頻供水設備直接供用戶。

該方案是利用H 廠改造過的供水系統來供水,就近從縣城供水主管道引入自來水廠的水,將水引入加壓泵站前的1000 m3蓄水池,再經加壓泵站變頻供水設備通過輸水管網直接輸送至各用戶,不再使用高位水池；方案示意圖見圖1。

圖1 變頻加壓直供方案示意圖

改造過的加壓泵站有6 臺泵,包括2 臺消防給水泵和4臺變頻供水設備水泵。變頻供水設備水泵的型號為CDL120-50FSWPC,三用一備。根據管網壓力、流量確定變頻供水設備運行供水。此供水系統在不停電或水泵不發生故障狀況下可保證項目區24 h 供水不間斷。

該方案的主要建設內容為：①新鋪設縣城供水主管道至加壓泵站前蓄水池之間的引水管道；②新鋪設項目區現有輸水主管道至每個用戶之間的輸配水管道；③安裝管道上的各類閥門和新建閥門井、安裝用戶水表和新建水表井。

2.3 工頻加壓泵供水方案

工頻加壓泵供水方案是指利用工頻加壓泵供水設備加高位水池供水。

該方案是將水用加壓泵設備輸送至高位水池,然后經高位水池自流輸送至每戶。運行方式為：當高位水池的水位高于設計的高水位后,水泵關閉,高位水池水位低于設計的低水位1m 后,水泵開啟,向高位水池補水。方案示意圖見圖2,箭頭為水流方向,帶括號的箭頭為備用水源啟動后該段管道的水流方向。

圖2 工頻加壓泵供水方案示意圖

本次項目將自來水公司的水接入后,原有的1#、2#和3#水源井的水將做為備用水源,那么就可以利用這些水源井的部分供水管道,即現狀DN 250 球墨鑄鐵管（加壓泵站至2#水源井段500 m）和DN150 球墨鑄鐵管（2#水源井至T 公司北側段35 m）,以及新鋪設dn160PE 管（T 公司北側至高位水池段665 m）作為上水壓力管道,根據水泵性能曲線及管道系統特性曲線繪制水泵性能曲線見圖3。

圖3 比較方案水泵特性曲線

由圖解法得水泵的運行工況為：

一臺泵運行時流量124.24 m3/h,揚程為99.72 m；兩臺泵同時運行時流量150.32 m3/h,揚程為113.48 m；三臺泵運行時是沒有工況點；項目區供水系統的設計流量為3430 m3/d÷24 h=142.92 m3/h,同時運行兩臺泵時可滿足供水要求。

該方案的主要建設內容為：①新鋪設縣城供水主管道至加壓泵站前蓄水池之間的引水管道；②新鋪設T 公司北側至高位水池之間的上水管道；③新鋪設項目區現有輸水主管道至每個用戶之間的輸配水管道；④安裝管道上的各類閥門和新建閥門井、安裝用戶水表和新建水表井。

2.4 變頻加壓泵+高位水池供水方案

變頻加壓泵+高位水池供水方案是指利用變頻供水設備及高位水池供水。

該方案是利用H 廠改造的供水系統來供水,就近從縣城供水主管道引入自來水廠的水,將水引入加壓泵站前的1000 m3蓄水池,再經加壓泵站變頻供水設備或利用高位水池通過輸水管網再輸送至各用戶。變頻供水設備設定兩種運行模式：①根據高位水池水位距池底一米時啟動變頻加壓泵,以水泵最優效率運行供水；②高位水池停用,根據管網壓力、流量確定變頻供水設備運行供水。此供水系統可保證項目區24 h 供水不間斷,方案示意圖見圖4,箭頭為水流方向。

圖4 變頻加壓泵+高位水池供水方案示意圖

改造過的加壓泵站有6 臺泵,包括2 臺消防給水泵和4 臺變頻供水設備水泵。變頻供水設備水泵的水泵型號為CDL120-50FSWPC,三用一備。加壓泵站至高位水池之間的管道為DN300 球墨鑄鐵管,長度為1200 m,根據水泵性能曲線及管道系統特性曲線繪制水泵性能曲線見圖5。

圖5 推薦方案水泵特性曲線

由圖解法得水泵的運行工況為：

一臺泵運行時和兩臺泵同時運行是沒有工況點；三臺泵同時運行時流量449.73 m3/h,揚程為86.04 m；四臺泵同時運行時流量538.69 m3/h,揚程為93.66 m；同時運行兩臺泵時沒有工況點,可用閘閥調節運行。

該方案的主要建設內容為：①新鋪設縣城供水主管道至加壓泵站前蓄水池之間的引水管道；②新鋪設項目區現有輸水主管道至每個用戶之間的輸配水管道；③安裝管道上的各類閥門和新建閥門井、安裝用戶水表和新建水表井。

3 供水方案比較

以上四種方案中,方案一（自流供水方案）不合理,方案二（變頻供水直供）在停電或水泵發生故障狀況下就會斷水,供水保證率不高,因此對方案三（工頻加壓泵供水方案）和方案四（變頻加壓泵+高位水池供水方案）做比較。工頻加壓泵供水方案和變頻加壓泵+高位水池供水方案在加壓泵站之前,以及輸水主管道之后的方案設計是一樣的,不同之處為工頻加壓泵供水方案不啟用變頻設備,但是需要新鋪設加壓泵至高位水池之間的部分上水管道,兩種方案在技術上都是可行的,方案三和方案四的優缺點如下：

（1）方案三（工頻加壓泵供水方案）

優點：①利用高位水池向用戶供水,高位水池為獨立的2 座水池,中間用管道連通,安裝控制閥,當1 座水池停用,另一座水池還可以繼續使用,供水保證率高。②當高位水池的水位達到設計的高水位后,水泵就會關閉,運行時間短。③運行模式簡單,供水壓力穩定。

缺點：需要新鋪設加壓泵至高位水池之間的部分供水管道,工程前期投資高。

（2）方案四（變頻加壓泵+高位水池供水方案）

優點：①利用現有的供水系統,不需要新鋪設加壓泵至高位水池之間的供水管道；②當加壓泵突然斷電停用時,高位水池的水可以繼續為用戶供水；③當高位水池停用時,變頻加壓供水設備可直接為用戶供水；供水保證率高。④可以靈活切換運行模式。

缺點：水泵經常頻繁啟動。

因兩種方案輸配水工程方案是一樣的,所以投資只對水源工程（引水管道+上水管道+維修高位水池）進行比較。方案三水源工程永久工程總投資221.87 萬元,方案四水源工程永久工程總投資154.16 萬元,經比較方案三比方案四投資多67.71 萬元。通過以上分析論證,方案四比較經濟,保證率更高,而且能夠充分利用現有已成工程。所以本次設計將方案四（變頻加壓泵+高位水池供水方案）作為推薦方案。

4 結論

本文對H 廠“三供一業”供水分離移交改造項目供水管道改造方案進行分析比較,選出技術可行,供水保證率高,經濟合理,符合“三供一業”供水分離移交改造的基本原則的方案,項目實施后項目區的供水管理交給社會、交給專業團隊,國有企業不再承擔與主業發展不符的公共服務職能,切實減輕了企業負擔,保障國有企業能輕裝上陣、公平參與市場競爭,最主要項目區不再為定時供水,變為24 小時供水,水質穩定也能得到保證,有效改善了項目區1.3155 萬人的用水品質。