气压式供水设备在农村供水工程中的设计及应用

　　2008年，“5.12”特大地震及此后连续发生的强烈余震给四川灾区带来毁灭性灾难，陕西省作为临近省份受到很大程度的影响，特别是汉中市、宝鸡市灾情严重，几乎宝鸡地区十二个县区全部受灾，全市共因灾造成直接经济损失6033.51万元。，岐山县距汶川震中不足300km，烈度达到6o以上。震感强烈！县域57座供水水塔出现裂缝、供水管道渗漏严重。部分设施停止运行，致使14.24万人生活饮用水直接受到影响。

　　面对如此严重的灾情，政府对灾后重建工作实行统一部署，要求迅速拿出可行方案全面解决饮水问题，于是在农村供水中如何做到使供水体统在自然灾害面前将损失降到最低，而又能保证安全供水、可持续运行？老式水塔的重建与更换便迅速成为大家争论的话题。为此，岐山县水利系统技术人员全赴受灾一线深入调查，通过研究比较，决定改进以往的设计思路，查阅资料、反复论证，最终在枣林崔牌、五丈原温星村等地选用能够代替水塔的气压式供水设备，作为灾后重建新型供水试点工程。竟收到意想不到的好效果。

　　1 气压式供水设备构造及工作原理

　　气压式供水装置由气压罐、水泵、电控柜、压力控制器、安全阀、压力表、止回阀、闸阀及管道等组成一个完善自动给水装置。当水泵启动后，通过补气罐及进气阀同时向罐内补气补水，随着水位的不断增高，罐内的气体体积不断浓缩；压力不断增高，当压力达到设定最高压力时，通过压力传感操纵水泵关闭。在水泵停止运转的时间里，由于被挤压的空气具有膨胀力，挤压罐内的水具有一定压力而不断送至用户使用。随着水的流出，罐内水的体积减少，空气的体积增大，既罐内压力逐渐降低，当罐内压力降到设定的最低压力时，通过压力传感操纵水泵启动，这样往返不断的停止起动至使管内达到理想的供水效果。

　　2 工程系统设计

　　选取枣林崔牌村为此次典型设计。

　　2.1基本情况

　　枣林崔牌村位于岐山县枣林镇西南10km处，地处冯家山南干灌区，地势平坦，全村共有4个村民小组278户1050人，农业生产状况良好。但多年来供水方式为水池集中供水，农民吃水困难。

　　2.2设计方案

　　工程设计利用崔上组原有深机井一眼，安装KLD系列补气气压供水装置1套，铺设管网5.86km。供水入户，解决崔牌村4个村名小组饮水问题。本工程供水工艺流程为：

　　水源井——气压供水罐——配水管网——户用水栓

　　2.3设计用水量计算

　　依据《陕西省村镇供水工程初步设计要点》，工程设计使用年限10年，设计人口以现状1050人为起点，按6‰人口自然增长率计算，则设计人口为1115人。居民用水标准以50L/人.d计，管网损失及不可预见水量按15%计算，则最高日供水为64.1m3/d。

　　2.4水源选择

　　工程水源为崔上组1眼已成深机井，井深170m，根据机井抽水情况知，静水位60m，动水位80m，出水量20m3/h以上。

　　2.5气压供水罐选型

　　气压供水罐一般根据流量（m3/h）、压力（kg/cm2）、泵开停次数nmax（nmax为泵每小时最大启动次数。深井泵采用6，离心泵采用12）来选择气压罐的容积型号规格。这里的流量是指用户的最高日最高时用水量，可按50—200L/人、最高日再乘以最高时系数k时得出，（高时系数k时=4-6）。

　　其次根据管网水利计算确定气压罐压力，且气压罐内的最低工作压力应满足管网最不利处的配水点所需压力；最高工作压力不得使管网最大水压处配水的水压大于0.55MPa。

　　容积确定：气压罐调节容积依下式计算：

　　Vq2=aaqb/4nq

　　Vq2—气压罐的调节容积(m3)

　　qb—水泵出水流量（m3/h）

　　nq—水泵在1h内的启动次数

　　aa—安全系数，易取1.0—1.3

　　本次设计气压供水罐选用KLD系列补气气压供水装置。气压罐配套安装压力控制器、液位仪、控制柜等自动控制仪器、设备，具体型号为KLD1400-4型立式气压罐，罐体公称直径1400mm,容积V=3m3，工作压力4kg/cm2，水泵每小时最大启动次数nmax=12次/h。依据水力计算结果，气压罐最低工作压力P1=2.0kg/cm2，最高工作压力P2=2.6kg/cm2，则压力比值系数a=( P1+1)/ ( P2+1)=0.83，罐内平均压力时水泵的出水量计算如下：

　　Q=〔4nmax（1-a）V〕/（1.1K）

　　式中K-为罐容积系数，取为1.1，则Q=〔4?鄢12?鄢(1-0.83)?鄢3〕/(1.1?鄢1.1)=20.23m3/h

　　工程设计最高日供水量64.1m3/d，气压罐有效容积2.75m3，最高日水泵启动次数为23次/d；若日变系数取1.3，平均日供水量49.3m3/d，泵每天启动次数为18次/d，若时变系数取2.5，管网平均日平均时供水量2.05m3/h，水泵出水量20.23m3/h，则水泵每次开启9min即可蓄满气压罐。

　　气压罐安装在机井旁，井旁新建气压罐设备房1间，平面尺寸3.6?鄢5.0m，层高3.8m，砖混结构。

　　2.6水泵及电气设备

　　水源井井深170m，安装200QJ20-121/9型水泵1台，根据抽水运行情况可知，静水位60m，动水位80m，涌水量20m3/h以上。由以上计算可知：罐内平均压力时水泵的出水量为20.23m3/h，因此，选择水泵出水流量为20m3/h。

　　水泵出水管口径选择DN65,水泵安装深度125m，井到气压罐距离5m，出水管总长度130m，局部水头损失按沿程水头损失的10%计算，查钢管水力计算表知出水管水头损失为14.98m，气压罐最低工作水头20m，机井动水位80m，则设计扬程H=80+14.98+20=114.98m。

　　水源井水泵型号200QJ20-121/9，额定流量20m3/h，扬程121m，电机功率13kW，水泵流量、扬程符合设计要求。

　　2.7输配水管网

　　输配水管网根据实际地形，按测量长度、居民居住点分布状况呈树枝状布设。

　　3 实际安装应注意事项

　　3.1压力容器安装须严格按有关操作程序，在试运行前，应关闭供水阀，检查各密封阀情况，各个接口须严密不漏气。设备在选定场所后，要处理好地基、在用混凝土浇筑或砖石砌筑罐体支撑座。

　　3.2对供水要求较高的地方，应并联安装两台工作泵，一台使用，一台备用。

　　3.3压力控制器、液位计、排气阀应尽可能安装在靠近工作泵一侧，以便操作。

　　3.4设备安装应通风良好、灰尘少、不潮湿的场地。设备四周应留70cm空间，入孔处应保留1.5m空间，四周设排水沟，环境湿度为-10℃—－40℃。在室外应设防雨、防雷措施。

　　3.5电器自动控制系统，应防水、防尘、经常检查线路绝缘情况，连接螺栓是否松动和保险丝完好等情况。压力表外部最好用透明材料包裹，以防损坏。

　　4 在供水工程中的运营优势

　　枣林崔牌村供水工程自建成投入运行以来，各项设备运行良好与传统的水塔式供水工程对比，优势明显其主要表现在：

　　4.1可取代水塔、高位水箱，结构上有利于抗震减灾和建筑美观。

　　4.2相对于老式供水系统而言占地面积小、成套设备投资少、安装快、比建造水塔节约投资50%，大大降低建筑造价；且进一步减少水费成本20%左右，从而降低水价，直接减轻农民负担。

　　4.3压力罐是全封闭形式，直接与泵管连接，水与外界空气不直接接触，保证了水质不受污染。达到了安全供水的目的。

　　4.4操作简单、维修方便、自动启闭水泵，自动补气增压、不需专人管理，停电不停水。

　　另外，通过对此项工程进行实际国民经济盈利能力分析，我们发现，当运行期确定为24年，折现系数为12%时，经济内部收益率为18%，且财务折现系数取6%时，内部收益率达9%左右，可见该项目无论从国民经济评价，还是财务评价来看，都具有实际可操作性，它不仅降低了运行费和管理费，而且大大提高了工程运行效益并减轻农民水费支出。

　　总之，实践证明气压供水设备具有加压能力强，操作简单，投资少，无污染，使用方便等特点，是取代水塔、高位水箱的理想设备，具有很好的推广价值。

　　作者简介

　　仝珍萍，女，助理工程师，1975年10月生，1997年毕业于省水利学校，现就职于岐山县城北抽水管理站，主要从事泵站运行工作。