“三供一业”供水分离移交改造项目供水管道方案分析

王 蕊，李轶亮

（1.陕西省泾惠水利水电设计院,陕西 三原 713800；2.陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 西安 710001）

0 前言

在“三供一业”供水分离式移交改造中,项目区现状采用的水源有两种情况：一种是自来水厂直接供水,这种情况只需改变供水方式,由原来各户串联供水改为一户一表、单独计量并联式供水；另一种是采用自有水源,多为自备井供水,这种情况除了改变供水方式外,还需改变水源,采用自来水厂直接供水,这种水质更健康、安全。另外“三供一业”改造要坚持维修为主、改造为辅、技术合理、经济合算、运行可靠的原则,保证分离移交后设备符合基本标准、运行正常。本文以陕西某国有企业H 厂的“三供一业”供水分离移交改造工程为例,将厂区的供水管网并入自来水厂供水管网中,研究新的供水系统方案,使该方案满足“三供一业”改造的基本原则。

1 工程概况

H 厂的“三供一业”供水分离移交改造工程是通过从自来水公司市政供水管道上引水至项目区,以达到实现市政供水的目的,再通过改造、配套、完善项目区内的老旧供水设施提高供水保证率,为每个用水户安装无线远传智能水表实现管理的信息化。

1.1 供水现状

项目区目前生产和生活用水均由H 厂自己承担,水源为1#、2#和3#深水井,2002 年成井,井深800 m,出流量分别为38 m3/h,100 m3/h 和100 m3/h,供水方式为定时供水,供水系统包括深水井、高位水池和输水供水管网,均为建厂时所建,运行管理由H 厂设专人负责。因供水系统已老化,H 厂对厂区的供水系统进行了改造,改造工程的主要内容为新建加压泵站1 座,改造3 个水源井,新铺设3 个水源井至加压泵站之间的供水管道以及供向厂区的输水主管道,改造工程于2016 年施工完成。供水分离工程完成后,H 厂的供水交由自来水公司运行管理,供水水源将采用自来水厂的水做为水源,现状1#、2#、3#水源井将作为备用水源。

1.2 供水规模

本工程涉及供水人口为13155 人,包括厂区家属区（北区、中区和南区）、厂区生产区和村镇供水三部分,工程设计规模为3430 m3/d,最高日最高时用水量为212.31 m3/h。

2 供水方案设计

2.1 自流供水方案

自流供水方案是指直接从县城的市政供水主管道上引水,自流输送至每户。县城市政供水主管道为自流供水,水厂至项目区段的管道流量为1512 m3/h,管径为DN600,主管道起点处的水压标高为490.179 m。计算从水厂水池至项目区各区域不利点起始处管道的水头损失,加上市政供水主管道起点处的水压标高,得到水输送到此区域起始处的水压标高,判断是否满足水压要求。水头损失为沿程水头损失和局部水头损失之和,沿程水头损失按以下计算公式计算：

式中：hf为管道沿程水头损失；f 为摩擦阻力系数,球墨铸铁管0.00179,塑料管0. 000915；L 为管道长度,m；d 为管道内径,m；Q 为管道流量,m3/s ；b 为管径指数,钢管5.1,塑料管4.77；m 为流量指数,钢管1.9,塑料管1.77。

管道局部水头损失hj,取沿程损失的0.15 倍,计算结果见表1。

表1 水厂水池～项目区各区域的供水主管道水力计算

根据表1 结果可知,此种方案的水压只能满足项目区南区几户村镇住户的水压要求,其余区域均不满足,因此此方案不合理。

2.2 变频加压直供方案

变频加压直供方案是指利用变频供水设备直接供用户。

该方案是利用H 厂改造过的供水系统来供水,就近从县城供水主管道引入自来水厂的水,将水引入加压泵站前的1000 m3蓄水池,再经加压泵站变频供水设备通过输水管网直接输送至各用户,不再使用高位水池；方案示意图见图1。

图1 变频加压直供方案示意图

改造过的加压泵站有6 台泵,包括2 台消防给水泵和4台变频供水设备水泵。变频供水设备水泵的型号为CDL120-50FSWPC,三用一备。根据管网压力、流量确定变频供水设备运行供水。此供水系统在不停电或水泵不发生故障状况下可保证项目区24 h 供水不间断。

该方案的主要建设内容为：①新铺设县城供水主管道至加压泵站前蓄水池之间的引水管道；②新铺设项目区现有输水主管道至每个用户之间的输配水管道；③安装管道上的各类阀门和新建阀门井、安装用户水表和新建水表井。

2.3 工频加压泵供水方案

工频加压泵供水方案是指利用工频加压泵供水设备加高位水池供水。

该方案是将水用加压泵设备输送至高位水池,然后经高位水池自流输送至每户。运行方式为：当高位水池的水位高于设计的高水位后,水泵关闭,高位水池水位低于设计的低水位1m 后,水泵开启,向高位水池补水。方案示意图见图2,箭头为水流方向,带括号的箭头为备用水源启动后该段管道的水流方向。

图2 工频加压泵供水方案示意图

本次项目将自来水公司的水接入后,原有的1#、2#和3#水源井的水将做为备用水源,那么就可以利用这些水源井的部分供水管道,即现状DN 250 球墨铸铁管（加压泵站至2#水源井段500 m）和DN150 球墨铸铁管（2#水源井至T 公司北侧段35 m）,以及新铺设dn160PE 管（T 公司北侧至高位水池段665 m）作为上水压力管道,根据水泵性能曲线及管道系统特性曲线绘制水泵性能曲线见图3。

图3 比较方案水泵特性曲线

由图解法得水泵的运行工况为：

一台泵运行时流量124.24 m3/h,扬程为99.72 m；两台泵同时运行时流量150.32 m3/h,扬程为113.48 m；三台泵运行时是没有工况点；项目区供水系统的设计流量为3430 m3/d÷24 h=142.92 m3/h,同时运行两台泵时可满足供水要求。

该方案的主要建设内容为：①新铺设县城供水主管道至加压泵站前蓄水池之间的引水管道；②新铺设T 公司北侧至高位水池之间的上水管道；③新铺设项目区现有输水主管道至每个用户之间的输配水管道；④安装管道上的各类阀门和新建阀门井、安装用户水表和新建水表井。

2.4 变频加压泵+高位水池供水方案

变频加压泵+高位水池供水方案是指利用变频供水设备及高位水池供水。

该方案是利用H 厂改造的供水系统来供水,就近从县城供水主管道引入自来水厂的水,将水引入加压泵站前的1000 m3蓄水池,再经加压泵站变频供水设备或利用高位水池通过输水管网再输送至各用户。变频供水设备设定两种运行模式：①根据高位水池水位距池底一米时启动变频加压泵,以水泵最优效率运行供水；②高位水池停用,根据管网压力、流量确定变频供水设备运行供水。此供水系统可保证项目区24 h 供水不间断,方案示意图见图4,箭头为水流方向。

图4 变频加压泵+高位水池供水方案示意图

改造过的加压泵站有6 台泵,包括2 台消防给水泵和4 台变频供水设备水泵。变频供水设备水泵的水泵型号为CDL120-50FSWPC,三用一备。加压泵站至高位水池之间的管道为DN300 球墨铸铁管,长度为1200 m,根据水泵性能曲线及管道系统特性曲线绘制水泵性能曲线见图5。

图5 推荐方案水泵特性曲线

由图解法得水泵的运行工况为：

一台泵运行时和两台泵同时运行是没有工况点；三台泵同时运行时流量449.73 m3/h,扬程为86.04 m；四台泵同时运行时流量538.69 m3/h,扬程为93.66 m；同时运行两台泵时没有工况点,可用闸阀调节运行。

该方案的主要建设内容为：①新铺设县城供水主管道至加压泵站前蓄水池之间的引水管道；②新铺设项目区现有输水主管道至每个用户之间的输配水管道；③安装管道上的各类阀门和新建阀门井、安装用户水表和新建水表井。

3 供水方案比较

以上四种方案中,方案一（自流供水方案）不合理,方案二（变频供水直供）在停电或水泵发生故障状况下就会断水,供水保证率不高,因此对方案三（工频加压泵供水方案）和方案四（变频加压泵+高位水池供水方案）做比较。工频加压泵供水方案和变频加压泵+高位水池供水方案在加压泵站之前,以及输水主管道之后的方案设计是一样的,不同之处为工频加压泵供水方案不启用变频设备,但是需要新铺设加压泵至高位水池之间的部分上水管道,两种方案在技术上都是可行的,方案三和方案四的优缺点如下：

（1）方案三（工频加压泵供水方案）

优点：①利用高位水池向用户供水,高位水池为独立的2 座水池,中间用管道连通,安装控制阀,当1 座水池停用,另一座水池还可以继续使用,供水保证率高。②当高位水池的水位达到设计的高水位后,水泵就会关闭,运行时间短。③运行模式简单,供水压力稳定。

缺点：需要新铺设加压泵至高位水池之间的部分供水管道,工程前期投资高。

（2）方案四（变频加压泵+高位水池供水方案）

优点：①利用现有的供水系统,不需要新铺设加压泵至高位水池之间的供水管道；②当加压泵突然断电停用时,高位水池的水可以继续为用户供水；③当高位水池停用时,变频加压供水设备可直接为用户供水；供水保证率高。④可以灵活切换运行模式。

缺点：水泵经常频繁启动。

因两种方案输配水工程方案是一样的,所以投资只对水源工程（引水管道+上水管道+维修高位水池）进行比较。方案三水源工程永久工程总投资221.87 万元,方案四水源工程永久工程总投资154.16 万元,经比较方案三比方案四投资多67.71 万元。通过以上分析论证,方案四比较经济,保证率更高,而且能够充分利用现有已成工程。所以本次设计将方案四（变频加压泵+高位水池供水方案）作为推荐方案。

4 结论

本文对H 厂“三供一业”供水分离移交改造项目供水管道改造方案进行分析比较,选出技术可行,供水保证率高,经济合理,符合“三供一业”供水分离移交改造的基本原则的方案,项目实施后项目区的供水管理交给社会、交给专业团队,国有企业不再承担与主业发展不符的公共服务职能,切实减轻了企业负担,保障国有企业能轻装上阵、公平参与市场竞争,最主要项目区不再为定时供水,变为24 小时供水,水质稳定也能得到保证,有效改善了项目区1.3155 万人的用水品质。