气水脉冲冲洗技术在大口径管线中的应用

第23卷第4期2007年8月哈尔滨商业大学学报(自然科学版)JournalofHarbinUniversityofCommerce(NaturalSciencesEdition)Vo.l23No.4Aug.2007:2006-09-21.:丁玉海(1970-),男,硕士,大庆石油管理局供水公司安全副总监,研究方向:城市供水安全.丁玉海1,宋安坤2,尚教庆1,杜茂安2,徐林林2,张志庆2(1.,,163453;2.,150090):将气水脉冲冲洗技术应用于对大口径(\DN400)供水干线的冲洗,通过一系列的工程性试验,证明该技术可以有效地清除管道内的生长环.获得了针对不同口径干线的最佳冲洗长度排污口直径最佳脉冲气压和水压等冲洗参数.选择排污口出水的浊度色度铁含量细菌总数和冲洗前后管壁厚度等参数,作为冲洗效果的控制标准,为今后升级为正式标准打下了基础.:气水脉冲;大口径管线;冲洗参数;控制标准:TU990.3:B:1672-0946(2007)04-0424-03Applicationofair-waterpulseonpipelineofbigdiametercleaningDINGYu-hai1,SONGAn-kun2,SHANGJiao-qing1,DUMao-an2,XULin-li2,ZHANGZh-iqing2(1.SupplyWaterCompanyofDaqingOilBureau,Daqing163453,China;2.HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China)Abstract:Forthefirsttime,appliedair-waterpulseonwatersupplypipelineofbigdiameter(\DN400)cleaning.Aseriesofengineeringexperimentsprovethetechniquecancleanoutgrowthringeffectively.Obtainesoptimalcleaningparameterslikelength,diameterofflushwateroutfal,lairpressure,hydraulicpressureofdifferentdiameterpipelines.Selectestur-bidity,chroma,ironion,amountofbacteria,thicknessofpipelinebeforeandaftercleaningasthecontrolcriterionforcleaningeffec,twhichliethefoundationforitupgradedasafor-malcriterion.Keywords:air-waterpulse;pipelineofbigdiameter;cleaningparameter;controlcriterion供水管道的作用是以最低的能耗适当的水压向用户输送合格的水质.大庆市供水公司现有供水干线109条,总长度788.21km,其中,20世纪80年代以前的管线34条,总长度515.73km.由于运行年限长,管网腐蚀较为严重;加之供水面积广长距离输配水管道较多,增加了保证供水水质的难度.供水管道结垢腐蚀,不但会使管道的摩阻系数增大增加供水电耗[1],而且会影响输送的水质,带来/红水0/黑水0水质混浊和细菌超标等/二次污染0问题.2006年公司为了提高供水水质降低电耗,在分析比较了各种清洗技术[2-5]后,决定率先在国内开发了针对大口径(\DN400)供水管线的气水脉冲冲洗技术,并取得了突破性进展.1前期调查及实验准备按照国际惯例[4],对管网进行冲洗,应进行以下调查:用户投诉调查管线调查和管网水质调查(包括浊度色度含铁细菌学指标等).以确定需要冲洗的管线冲洗参数和冲洗方案.1.12005年6月至2006年3月,针对供水管网水质进行了问卷调查,共发问卷7000余张,调查结果见图1.1从图1中可以看出,反映的水质问题主要集中在红旗干线新先锋干线前进干线等3条干线,投诉率达到38.72%,主要针对停水后容易形成的/红水0(铁锈水)黑水的问题,用户反应较大.1.2对公司的供水管道,根据不同的使用年限不同的管材管径等因素,选择了几个调查点,对管道内壁的腐蚀情况进行了取样调查,从调查的情况分析,凡是没做内衬的管材,使用5a以上均百分之百地被锈蚀,尤其是普通铸铁管材更为明显.供水管道内部严重的腐蚀结垢,在流速偏低的管段或管网末端,一旦管内水流改向或突然加快时会引起水浑浊发黄.内部结垢还造成管径断面缩小,有的DN500管的断面仅相当DN400管的断面或者更小,严重影响管网水质及输水能力.管道缩径严重,影响水质水压,加大了管网运行负荷.1.3选择3条用户投诉集中的干线,测定其在正常供水和停水24h恢复供水时的水质指标,与其相应的出厂水水质进行对比,见表12.1干线名称取样点浊度/ntu色度/度Fe3+质量浓度/(mg#L-1)细菌总数/(个#mL-1)红一干线红旗干线前进干线杏二水源出口四厂中心村泵站西水源出口方晓小区泵站前进水源出口奔二村泵站0.631.630.511.530.792.605857580.100.270.090.120.140.170342602从表1可以看出,由于管线运行年限较长,同时供水水源都为地下水源,管网管壁沉淀物较多,水源出口水浊度平均为0.68ntu,而到达小区泵站的水的平均浊度上升至1.92ntu提高了1.24ntu.色度增加了3度,同样铁含量和细菌总数也有所升高,可见管网二次污染对水质的影响.224h干线名称浊度/ntu色度/度Fe3+质量浓度/(mg#L-1)红一干线红旗干线前进干线12.025.316.81930180.751.200.69从表2看出停水对干线水质的影响很大,恢复供水时管线内水压的波动将管壁上较为疏松的锈垢震落,造成出水浊度超标,同时停水造成的管线内余氯消耗殆尽,铁细菌二次繁殖对管线腐蚀加剧,引起水的色度和铁含量超标.根据上述数据,以红旗干线前进干线红一干线为主开展冲洗试验研究.1.4制定冲洗方案.内容包括冲洗时间冲洗步骤流程调整加气点和排污口的位置用户通知等.通知用户时,需特别强调冲洗期间禁止开启来水阀门,其原因一是防止冲洗时气压外泄影响冲洗效果,二是防止管网内的污水进入用户家中.根据小口径管道冲洗的情况,提出了初步的控制标准,为今后升级为正式标准打下基础.冲洗管排污口水质控制标准见表3.3浊度/ntu色度/度Fe3+质量浓度/(mg#L-1)细菌总数/(个#mL-1)2100.10102冲洗试验由于是国内首次对大口径(\DN400)管道进行气水脉冲冲洗的实验,没有经验可以借鉴,所以开展了多组实验研究制定了详细的方案以取得大口径气水脉冲冲洗最佳参数.2.1冲洗距离对于冲洗效果最为重要,单纯考虑水#425#第4期丁玉海,等:气水脉冲冲洗技术在大口径管线中的应用质指标,必然距离越短越好,但在生产运行中,不能只考虑冲洗效果,还要考虑经济运行和冲洗的劳动强度.因此,本文在研究冲洗距离时充分考虑了上述因素,力求达到最佳效果.在对新先锋干线冲洗时(DN500)选取不同长度的管线进行冲洗试验,结果见表4.4(DN500)分段长度/km冲洗时间/h单耗/(m3#km-1)冲洗水质脉冲效果1.34.831156.1达标剧烈震动2.35.16856.5达标形成明显湍流3.06.67769达标形成明显湍流从新先锋干线冲洗试验水质冲洗水单耗看,冲洗长度达到3km时效果最为明显.以此为基础,在3条干线上截取不同长度的管道进行冲洗试验,以取得各种管径的最佳冲洗长度,实验数据见表5.5管道名称分段长度/km冲洗时间/h单耗/(m3#km-1)冲洗水质脉冲效果红一干线(DN500)前进干线(DN600)红旗干线(DN700)3.05.15.26.25.07.18.3310.677.5011.009.3211.05839.7760.9764.0727.7768.3830.9达标达标达标达标达标达标明显明显明显微弱气水分离明显明显气水分离从长度实验来看,可冲洗到7.1km,但DN700的管线已有明显的气水分离现象,水量冲洗时间明显过大过长.在对冲洗过的前进干线(6.2km)红旗干线(7.1km)进行二次分段冲洗,仍然能冲洗下来结垢物,而对红一干线(5km)的二次冲洗,水质没有大的变化.这是由于气水脉冲的空化作用是沿管长方向不断减弱的[6],因此,为了保证冲洗效果,5km为最经济冲洗效果最佳的冲洗距离.2.2我们自行设计了小型冲洗装置,即安装了3条20m长的管道模拟装置(口径分别为DN500DN600DN700),进行气水脉冲冲洗试验,找到最佳的排污口直径.(采用0.3MPa水压0.3MPa气压),结果见表6.可以看出,排污口口径不能过大也不能过小,考虑到管线的腐蚀程度以及运行年限,开口过小,管线震动剧烈,容易造成管线断裂;过大,容易气水分离,无法形成空化作用[7],而且耗水量大达不到冲洗效果.通过表6可得,对于DN500DN600DN700管线最为经济安全的冲洗排污口直径分别为:DN200mmDN250mmDN300mm.2.36排污口直径/mm冲洗管线直径/mm500600700150200250300350400450震动形成湍流明显形成湍流明显形成湍流明显形成不明显形成不明显气水分离剧烈震动震动震动形成湍流明显形成湍流明显形成湍流不明显形成湍流不明显剧烈震动剧烈震动震动形成湍流明显形成湍流明显形成湍流明显形成湍流不明显气水脉冲技术冲洗管道,对水压气压气量的控制较为重要,水量过大,无法形成湍流[8],不能以喷沙效果对管壁进行冲洗;水量过小,易造成气水分离,冲洗失败;对于冲洗试验来讲,气量越大越好,效果越明显,但气量越大,压力越高,能耗也越高,而且易造成管线破裂.通过现场进行的水压气压气量测试,认为在保证安全运行的前提下,以下水压气压配合比较合理,结果见表717管线直径/mm冲洗参数水压/MPa气压/MPa进气量/(m3#h-1)5006007000.300.3001300.400.400145250310420在进行水气脉冲冲洗管道试验时,要充分考虑管道周围的环境因素管线的运行年限,有条件可进行管道技术评价.处于闹市区的管线,应适当降低气压水压,防止管道爆裂带来的维修难题,为保证冲洗效果,可适当延长;处于野外的管线,可适当提高水压气压,保证冲洗效果.2.4评价管道冲洗的效果,不仅要看排污口出水水质是否满足表3的水质标准,还要考察对管道内壁/生长环0的去处效果.管道内/生长环0的逐年加厚,不仅影响供水水质,还严重影响原有管道的过水断面,降低输水能力,也使管道阻力增大,而造成供水压力下降.为了保证供水服务的水压,必须采用高扬程水泵来加大水压,这不仅浪费电能,也会增大漏失水量.因此,使用超声波测壁仪对管壁进行测量,以红旗干线为例,结果见表8.(下转434页)#426#哈尔滨商业大学学报(自然科学版)第23卷:[1]王宗元,王捍东.动物营养代谢病和中毒病理[M].北京:化学工业出版社,1997.204-205.[2]汪再娟,金峰.微波消化骨中钙,镁,磷,钾,钠,铁,锌和氟的测定[J].光谱学与光谱分析,2001,21(3):409-411.[3]毛志瑛,宾宇琳.石墨炉法测定铅的基体改进剂的选择[J].干旱环境监测,2001,15(3):139-142.[4]戴青山,姚金玉,谢文兵.石墨炉原子吸收法中磷酸二氢铵对锡灰化及原子化行为的影响[J].光谱学与光谱分析,1996,13(6):85-87.[5]周勇义,谷学新,范国强.微波消解-石墨炉原子吸收法测定中药中铅锡含量的研究[J].光谱实验室,2004,21(3):466-468.[6]贺小平,苏文周.石墨炉AAS法测定蔬菜中Pb,Cd,Cr的研究[J].中国卫生检验杂志,2001,11(5):551.(上接426页)8测点