| 調節閥在南水北調河南受水區配套工程的應用 | |
| 來(lái)源：哲成閥門(mén) 作者：哲成閥門(mén)貿易部 發(fā)布時(shí)間：2016-8-30 閱讀：次 | |
| 調節閥在南水北調河南受水區配套工程的應用 金 輝1，齊央央1，羅文旸 1． 黃河勘測規劃設計有限公司，河南 鄭州 450003; 2． 武漢大學(xué) 動(dòng)力與機械學(xué)院，湖北 武漢 430072) 摘 要: 南水北調中線(xiàn)配套工程輸水系統具有線(xiàn)路長(cháng)、流量大、分支多、運行調節復雜的工程特點(diǎn)。 根據輸水系統水力過(guò)渡過(guò)程仿真計算分析，為滿(mǎn)足各用水點(diǎn)壓力、流量的要求，在供水管線(xiàn)末端設置調節閥。結合 PLC 控制設備，根據流量信號實(shí)現PID閉環(huán)調節的基本要求，同時(shí)根據配套供水調度需求及末端水廠(chǎng)處理能力、需水量，通過(guò)軟件編程，響應總運行調度，實(shí)現流量分配、調度、調節與保護功能。目前南水北調中線(xiàn)配套工程部分輸水系統已按照既定目標成功通水運行。 關(guān) 鍵 詞: 調節閥; 供水分配; 流量調節; 南水北調中線(xiàn)配套工程 1 工程概況 南水北調中線(xiàn)工程主要由總干渠主體工程、總干渠分水口門(mén)至城市自來(lái)水廠(chǎng)入口之間的供水配套工程、城市水廠(chǎng)及管網(wǎng)工程三部分組成。 河南省南水北調受水區供水配套工程主要向南陽(yáng)、平頂山、漯河、周口、許昌、鄭州、焦作、 新鄉、鶴壁、濮陽(yáng)、安陽(yáng)等11 個(gè)省轄市和所轄的7 個(gè)縣級市、25 個(gè)縣城以及禹州神垕鎮 、鄧州移民安置區、南陽(yáng)龍神工業(yè)園區等 48 個(gè)供水目標提供生活和工業(yè)用水。供水配套工程上接總干渠、下連城市水廠(chǎng)，擔負著(zhù)承上啟下的輸水任務(wù)。工程供水后，可基本滿(mǎn)足河南省受水區用水需求，極大改善受水區城市水資源的緊缺狀況，歸還城市擠占的農業(yè)和生態(tài)用水，為城市經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展提供供水安全保障。 2 運行調度中遇到的問(wèn)題 南水北調中線(xiàn)配套工程輸水系統線(xiàn)路長(cháng)、流量大、分支多，輸水系統流量與壓力調節的難度大。各分水口門(mén)從總干渠分水口門(mén)處取水，通過(guò)有壓管道輸送至相應用水單位，多為有壓重力流。為了統籌規劃各用水點(diǎn)及合理布置管道，輸水系統布置形式多樣，如一個(gè)分水口門(mén)對應一個(gè)用水點(diǎn)的“一對一”布置形式和一個(gè)分水口門(mén)對應多個(gè)用水點(diǎn)的“一對多”布置形式等。其中新鄉的32#分水口門(mén)及鶴壁的35#分水口門(mén)輸水系統的“一對多”布置形式最為復雜［1］。 輸水系統布置形式的多樣性以及各用水單位對流量、壓力的要求差異較大，加上實(shí)際運行調度工況較多，如果沒(méi)有有效的調節設備和控制方案，那么在分水過(guò)程中就會(huì )引起管道水流壓力和分水量的紊亂，既無(wú)法按照總調度要求實(shí)現分水、控水目的，還存在水錘引發(fā)輸水管線(xiàn)爆管的重大安全隱患。 3 調節閥的作用 為了保證不間斷地安全、穩定供水，不論輸水系統為哪種布置形式，各用水點(diǎn)對管道末端的水頭和供水流量都有一定的要求，即管道末端水頭要滿(mǎn)足用水單位要求的水位，管道流量應具備一定的調節范圍，便于城市供水峰谷協(xié)調［2］。同時(shí)，各口門(mén)輸水系統不僅要響應各用水單位的運行調度，更要嚴格響應南水北調中線(xiàn)總運行調度。為了滿(mǎn)足這些要求，配套工程中采用了既能精確分水又能靈活調度的調流調壓分水設備，即調節閥。調節閥作為一種特殊的設備，一般安裝在有壓重力流管道末端，具有調流、調壓的功能。 針對南水北調中線(xiàn)配套工程的特點(diǎn)，調節閥的主要作用為: ①按照用水單位要求調節管道末端壓力;②在一定范圍內達到有效調節流量，保證“一對多”布置形式下各分支管道按照既定目標進(jìn)行流量分配;③嚴格按照南水北調中線(xiàn)總調度要求及各用水單位的運行調度要求，對整個(gè)輸水系統控水、分水設備進(jìn)行啟閉及運行調節。 4調節閥的特點(diǎn) 目前，在國內水利工程及長(cháng)距離供水工程中，采用大管徑活塞式液動(dòng)調節閥的先例不多。南水北調中線(xiàn)配套工程液動(dòng)調節閥主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。 4．1 閥門(mén)口徑大 因南水北調中線(xiàn)配套工程流量較大，且線(xiàn)路較長(cháng)，故輸水管道口徑一般較大。以鶴壁的35# 分水口門(mén)輸水系統為例，輸水主管道直徑均在2．5 m 以上。為了保證調節閥的調節精度，濮陽(yáng)規劃水廠(chǎng)及濮陽(yáng)南蓄水池處調節閥直徑均為1．6 m，為目前國內使用的調節閥最大口徑。 4．2 調節時(shí)間長(cháng) 根據輸水系統水力過(guò)渡過(guò)程仿真計算分析，為避免輸水管道因超標水錘壓力造成破壞，調節閥的啟閉時(shí)間均較長(cháng)。如35#分水口門(mén)輸水系統在各分支同時(shí)停水關(guān)閥工況下，濮陽(yáng)規劃水廠(chǎng)分支處調節閥需按900 s 直線(xiàn)關(guān)閉，在各分支相繼供水開(kāi)閥工況下，該處調節閥需按600 s 直線(xiàn)開(kāi)啟。該調節閥的啟閉時(shí)間超出了電動(dòng)裝置的有效調節控制時(shí)間范圍，只有采用液控調節控制裝置擴大閥門(mén)啟閉時(shí)間范圍，才能滿(mǎn)足水力過(guò)渡過(guò)程的要求。 4．3 多分支調節控制 針對輸水系統“一對多”的布置形式，在調節閥調節壓力和流量的同時(shí)，各分支調節閥還要協(xié)同作用，按照各分支既定目標流量進(jìn)行分流控制，才能有效實(shí)現運行調節。 4．4 失電自動(dòng)關(guān)閉 當廠(chǎng)用電失去時(shí)，閥門(mén)的動(dòng)力電源失去，如果閥門(mén)此時(shí)不能自動(dòng)關(guān)閉，那么管線(xiàn)中的水會(huì )自流至水廠(chǎng)用戶(hù); 若此時(shí)水廠(chǎng)蓄水池已到高限水位，而閥門(mén)不能關(guān)閉，則會(huì )出現水池溢流，造成安全問(wèn)題。液控調節控制裝置與電動(dòng)裝置相比，可以保證在失電工況下按照既定關(guān)閉規律控制閥門(mén)，有效保證輸水系統的安全運行。 4．5 多功能自控系統 目前國內最好的電動(dòng)調節閥電動(dòng)裝置是采用進(jìn)口的一體化電裝產(chǎn)品，本體帶電控箱，采用 SOC系統( 片上系統) ，是一個(gè)有專(zhuān)用目標的集成電路，根據已經(jīng)嵌入的軟件內容實(shí)現流量的調節功能。但南水北調中線(xiàn)配套工程的調節閥不僅要完成流量調節，還要實(shí)現流量目標定值的遠方設置功能、爆管保護關(guān)斷功能、末端水廠(chǎng)液位控制功能及其他在運行中需要考慮的控制連鎖和啟閉邏輯。 液動(dòng)調節閥的電控系統采用PLC可編程控制器。液壓泵站及調節閥配置1 套 PLC控制柜，既可根據流量信號完成PID閉環(huán)調節，又能根據配套供水的調度需求及末端水廠(chǎng)的處理能力和需水量，通過(guò)軟件編程，滿(mǎn)足流量分配、調度、調節和保護要求。 液動(dòng)調節閥控制方式有“現地手動(dòng)”“現地自動(dòng)”“遠方手動(dòng)”“遠方自動(dòng)”幾種模式，分考慮各種運行工況和工藝需求: “現地手動(dòng)”用于調試、檢修工況;“遠方手動(dòng)”用于監控中心發(fā)現相鄰管線(xiàn)發(fā)生爆管時(shí)的應急處理，根據操作流程遠程關(guān)斷閥門(mén)，縮小事故影響范圍; “現地自動(dòng)”和“遠方自動(dòng)”均可實(shí)現閉環(huán)調節，當調度自動(dòng)化系統未調試完成或自動(dòng)化系統出現故障時(shí)，可采用“現地自動(dòng)”完成所有功能［3］。采用主流的西門(mén)子S7系列PLC，控制柜帶液晶觸摸屏，方便現地監控及目標值的設置。 5調節閥運行控制方案 根據南水北調中線(xiàn)配套供水工程的特點(diǎn)和流量控制調節需求，調節閥的控制方式分為遠方控制和現地控制兩種。 5． 1 遠方控制 當PLC控制柜面板選擇開(kāi)關(guān)處于“遠程”狀態(tài)時(shí)，可實(shí)現遠程手動(dòng)和遠程自動(dòng)控制。 ( 1) 遠方自動(dòng)。從上位機( 現地LCU柜) 發(fā)出 4 ～20 m A 的電流信號給PLC的模擬量輸入點(diǎn)，這個(gè)輸入點(diǎn)作為需求流量的設置點(diǎn)，PLC 根據這個(gè)流量的設置點(diǎn)和實(shí)時(shí)流量信號( 由現地流量變送器輸出) 的誤差值，用閉環(huán)回路閉環(huán)調節閥門(mén)打開(kāi)或者關(guān)閉，直到誤差 為“零”。 ( 2) 遠方手動(dòng)。從上位機( 現地LCU柜) 發(fā)出信號給PLC的開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)，信號分成“開(kāi)” 信號 和“關(guān)”信號。當PLC接收到“開(kāi)”信號時(shí)，PLC終止閉環(huán)回路調節，閥門(mén)從目前的狀態(tài)( 例如35%開(kāi)度) 打開(kāi)直至閥門(mén)全開(kāi); “關(guān)”信號動(dòng)作反之。 ( 3) 當接收到水廠(chǎng)的高液位信號時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉; 當接收到水廠(chǎng)的低液位信號時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，PLC 繼續執行流量設置值和流量信號的閉環(huán)調節功能，調節閥門(mén)開(kāi)度。 5．2 現地控制 當PLC控制柜面板選擇開(kāi)關(guān)處于“本地”狀態(tài)時(shí)，可實(shí)現現地手動(dòng)和現地自動(dòng)控制。 ( 1) 現地自動(dòng)。在PLC控制柜觸摸屏上手動(dòng)設置流量值( Soft Point) ，這個(gè)輸入點(diǎn)作為需求流量的設置點(diǎn)，PLC根據這個(gè)流量的設置點(diǎn)和流量信號的誤差值，用閉環(huán)回 路調節閥門(mén) 打開(kāi)或者 關(guān)閉，直 到 誤 差 為“零”。 ( 2) 現地手動(dòng)。在PLC控制柜上通過(guò)啟、停按鈕手動(dòng)開(kāi)啟或者關(guān)閉閥門(mén)。 (3) 當接收到水廠(chǎng)的高液位信號時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)關(guān)閉; 當接收到水廠(chǎng)的低液位信號時(shí)，閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)。PLC 繼續執行流量設置值和流量信號的閉環(huán)調節功能，調節閥門(mén)開(kāi)度。 5．3 PLC控制柜與現地LCU及設備之間的信息流 ( 1) 由調節閥控制柜反饋到現地LCU的信號: 模擬量信號有閥門(mén)開(kāi)度位置反饋信號(4 ～ 20 m A) ; 數字量信號有閥門(mén)全開(kāi)反饋信號、閥門(mén)全關(guān)反饋信號、閥門(mén)故障信號、液壓故障信號、PLC 控制柜選擇開(kāi)關(guān)的狀態(tài)信號( 見(jiàn)圖1) 。  圖1 調節閥自動(dòng)控制信息流 ( 2) 由現地LCU下發(fā)至調節閥控制柜的信號: 模擬量信號有流量設定值( 4 ～ 20 m A) 、管道流量(4 ～ 20m A) ; 數字量信號有開(kāi)閥命令、關(guān)閥命令、停閥命令。 ( 3) 調節閥控制柜觸摸屏監控的信號有供水管道流量、供水管道流量設定值、閥門(mén)開(kāi)度位置反饋、閥門(mén)全開(kāi)反饋信號、閥門(mén)全關(guān)反饋信號、閥門(mén)液壓系統故障信號、閥門(mén)液壓系統油壓信號等。 6 結 語(yǔ) 南水北調中線(xiàn)工程流量分配是個(gè)十分復雜的系統 工程，涉及對象多，目前配套工程部分輸水系統已按照 既定目標成功通水運行，如濮陽(yáng)南蓄水池支線(xiàn)兩臺 DN1600 的調節閥試運行成功。目前管線(xiàn)末端現狀水廠(chǎng)需水量較小，現階段調節閥基本上是固定小開(kāi)度的運行方式，下一階段閥門(mén)的啟閉及調節將根據初期運行情況與供水末端的水廠(chǎng)深度配合，依據干線(xiàn)給各口門(mén)的分配流量，同時(shí)結合各水廠(chǎng)處理能力和管網(wǎng)的需水量，做好水量調度分配。 |
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| 本文Tag：電動(dòng)調節閥、氣動(dòng)調節閥、控制閥、壓力調節閥、溫控閥 | |
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