深层水库扬水曝气输气管路稳压系统及稳压方法
【专利摘要】本发明公开了一种深层水库扬水曝气输气管路稳压系统及稳压方法，其针对目前扬水曝气系统在水深大、库底起伏大及安装过程中绑缚的坠块不均匀造成输气管路有起伏时出现的输气管路损坏现象，在原有的扬水曝气系统基础上增设由压力水罐、排气系统、进水系统、进气系统、出水系统及PLC控制器组成的输气管路稳压系统，扬水曝气系统运行完毕后，通过本发明的有效的为输气管路及时补水使管道保持内外压力平衡，防止形成气塞而造成深水区域静水压过大对输气管路造成的影响，更有利于扬水曝气系统的启动；本发明稳压系统有效避免了大水深静水压对输气管路造成破坏等现象的发生，进而降低了维修费用并有效保障了扬水曝气系统的稳定运行。
【专利说明】深层水库扬水曝气输气管路稳压系统及稳压方法
【技术领域】
[0001]本发明属于扬水曝气水质改善系统技术，涉及一种用于深层水库扬水曝气输气管路稳压系统。
【背景技术】
[0002]大水深湖泊、水库水体分层导致沉积物中氮、磷、铁、锰等物质厌氧释放，使水生生态环境恶化，严重影响供水安全。 申请人:已授权的中国专利“多功能扬水曝气器(CN1323040C)”和“深水型水源水库扬水曝气水质改善装置(CN102603087B)”，已成功用于深水型水库的水质改善，其功能主要是利用混合作用使上下水层交换，抑制藻类繁殖，同时，利用向底部水体的曝气充氧作用，抑制沉积物中污染物的释放，在有效抑制藻类繁殖和内源污染的同时，也进一步改善了底部水体的水生生态环境。
[0003]深层水库通常是指水深大于20m的水库，深层水库水深大、容量大、流动性小，造成水体分层稳定、营养物质沉积聚集，引起季节性底部缺氧及藻类暴发等问题。采用扬水曝气技术可以有效改善上述水体水质问题，在实际运行过程中，随着扬水曝气系统频繁切换和运行时间的延长，陆续出现了输气管路(PE材质)的损坏现象，已影响到扬水曝气系统运行的稳定性。
[0004]扬水曝气系统的输气管路敷设在水库底部，与扬水曝气器相连。在大水深状态下运行时，输气管路的供气压力可以达到1.0~1.2MPa，对应的水库静水压强一般在0.9~
1.1MPa，输气管路的内外压差为0.1MPa左右，输气管路基本能保持内外压的平衡，因而在扬水曝气器的稳定运行过程中不会对曝气器的输气管路产生不利的影响。
`[0005]但是当水库底部地形有起伏，或者输气管上绑缚的坠块不均匀，使得输气管有起伏时，会在下凹管道中积水，上凸管道处集气，形成一个个U形管。这将产生两个问题，一是提高了扬水曝气器启动压力，二是阻碍了扬水曝气器停止运行时输气管内的注水。扬水曝气器启动时，输气管起端所需的压力等于输气管末端水压累加所有U形管高度的水柱高度对应的水压。当扬水曝气器停止运行时，输气管起端气压消失，输气管路内部压力迅速降低，水从输气管末端空气释放器孔眼注入输气管，保持内外水压平衡，当存在U形管阻力时，管道分段呈现负压状态，水难以进入到输气管的起端，加之管道外部的高静水压作用，导致管道内外压差增大，使输气管路压扁，管道两侧产生纵向裂缝，使扬水曝气系统无法正常运行，严重影响扬水曝气水质改善系统运行的稳定性和安全性。由此造成的后果是:不但扬水曝气水质改善系统不能发挥其功效，而且输气管路的更新改造费用巨大，经济损失严重。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于深层水库扬水曝气输气管路稳压系统及稳压方法，在原有的扬水曝气水质改善系统中引入输气管路稳压系统，在扬水曝气系统停止运行时，能够让稳压系统经过排气、进水、进气、出水四个阶段，将经过加压的高压水输送至输气管路中，消除气塞，让输气管路中充满水，使输气管路的内外压保持平衡，从而使扬水曝气系统启动时输气管路无U形水堵，消除气塞，利于扬水曝气系统的启动。
[0007]为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现:
[0008]一种深层水库扬水曝输气管路稳压系统，包括设置在扬水曝气系统供气干管与连接曝气器的输气管路之间的压力水罐，和连接在压力水罐上的排气系统、进水系统、进气系统、出水系统与控制系统:
[0009]压力水罐为耐高压的密闭水罐，压力水罐的容积不小于扬水曝气系统储气罐的容积，压力水罐中安装有压力传感器和液位传感器；
[0010]排气系统包括竖直安装在压力水罐顶部的排气干管，在排气干管上安装有排气电动球阀、消音器和安全阀；
[0011]进水系统包括连接在压力水罐中下部位置的进水管，进水管与扬水曝气系统空气压缩机的冷却水出水管路连接；进水管上安装有进水闸阀和进水电动蝶阀；
[0012]进气系统包括连接在压力水罐上部位置的进气支管，进气支管与扬水曝气系统供气干管连接；在进气支管上安装有进气闸阀和进气电动蝶阀，供气干管分别通过供气支管与各个连接曝气器的输气管路连接，在每条供气支管上均安装有供气支管压力表、控制闸阀、涡街流量计和检修闸阀；
[0013]出水系统包括连接在压力水罐底部的出水干管，出水干管上安装有出水电动蝶阀、出水闸阀和放空闸阀，出水干管分别通过出水支管与各个连接曝气器的输气管路连接，在每条出水支管上均安装有水表、截止阀和出水支管闸阀；
[0014]控制系统包括PLC控制器，PLC控制器与压力传感器、液位传感器、排气球电动阀、进水电动蝶阀、进气电动蝶阀、出水电动蝶阀和供气支管压力表连接。
[0015]进一步地，所述的压力水罐为高强度钢板焊接成的圆筒形水罐，压力水罐的顶端和底端为椭圆形或半球形，在压力水罐底部设置有支架；压力水罐安装在扬水曝气系统空气压缩机房内部。
[0016]进一步地，所述的进水系统中的进水管连接在距离压力水罐罐体底面1/3罐体高度的位置。
[0017]一种利用上述稳压系统进行深层水库扬水曝气输气管路稳压的方法，包括以下步骤:
[0018]步骤一，关闭检修闸阀和控制闸阀，打开出水支管闸阀；
[0019]步骤二，设置进水闸阀、进气闸阀、出水闸阀、排气球电动阀为开启状态，设置进水电动蝶阀、进气电动蝶阀、出水电动蝶阀为关闭状态；
[0020]步骤三，开启进水电动蝶阀向压力水罐注水，当压力水罐内的水深达到1/2压力水te闻度时，关闭进水电动蝶阀，保持30秒；
[0021]步骤四，30秒后关闭排气电动球阀，排气电动球阀关闭30秒后，开启进气电动蝶阀，通过压力传感器检测压力水罐内气体压力达到注水压力P时，开启出水电动蝶阀；注水压力P由下式决定:
[0022]P=max [每个供气支管的压力值]+0.1MPa
[0023]其中每个供气支管的压力值由供气支管压力表得到；
[0024]步骤五，当压力水罐内水深H≤0.20m时，关闭进气电动蝶阀，30秒后关闭出水电动蝶阀；
[0025]步骤六，出水电动蝶阀关闭30秒后，开启排气电动球阀释放压力水罐内的压力，若有输气管路中没有充满水，则返回步骤三执行，直到各输气管路中均充满水。
[0026]本发明是针对扬水曝气系统应用水体存在水深较大、库低地形起伏较大或输气管上绑缚的坠块不均匀等现象，容易造成输气管路有起伏，在非运行期间扬水曝气供气系统输气管路压力不平衡会导致输气管路损坏，采用稳压系统实现扬水曝气系统非运行期间的压力补偿，避免输气管路的破损。该稳压系统能够在扬水曝气系统停止运行时自动注水，保持内外水压平衡，避免高静水压对输气管路的破坏。
[0027]本发明的有益效果是:通过本发明的系统，可以在扬水曝气系统停止运行时及时有效地向输气管路补水，保持管道内外压力的平衡，避免高静压造成输气管路的破坏，消除由于输气管路损坏给水质改善系统带来的风险，进而降低更新维护费用，有效保障扬水曝气水质改善系统的稳定运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是深层水库扬水曝气输气管路自然状态示意图；
[0029]图2是深层水库扬水曝气输气管路经稳压系统充满水后示意图；
[0030]图3是本发明系统结构示意图；
[0031]图4是单循环工作过程流程图；
[0032]图5是PLC控制器连接关系不意图；
[0033]图6是PLC控制器的控制面板示意图；
[0034]图中各符号分别表不以下含义:1一压力水罐，2—排气干管,3—排气电动球阀，4一消音器，5—安全阀，6—进水管，7—进水闸阀，8—进水电动蝶阀，9一进气支管，10—进气闸阀，11 一进气电动蝶阀，12—出水干管，13—出水闸阀，14 一出水电动蝶阀，15—放空闸阀，16—压力水罐压力表，17—供气干管，18—供气支管，19一供气支管压力表，20—控制闸阀,21一润街流量计，22—检修闸阀,23一水表,24一截止阀，25一出水支管闸阀，26一输气管路，27—出水支管，28—扬水曝气器，29—锚固墩，30—压力传感器，31—液位传感器，32—PLC控制器；
【具体实施方式】
[0035]参见附图1，当未设置本发明稳压系统时，水库底部地形有起伏或者与扬水曝气器28连接的输气管路26上绑缚的坠块不均匀，使得输气管路26有起伏时，会在下凹管道中积水，上凸管道处集气，形成一个个U形管。U形管的存在提高了扬水曝气系统的启动压力:扬水曝气器28启动时，供气干管17起端所需的压力P:
[0036]P≤max输气管路末端水压
【权利要求】
1.一种深层水库扬水曝输气管路稳压系统，其特征在于，包括设置在扬水曝气系统供气干管(17)与连接扬水曝气器(28)的输气管路(26)之间的压力水罐(1)，和连接在压力水罐(1)上的排气系统、进水系统、进气系统、出水系统与控制系统: 压力水罐(1)为密闭水罐，压力水罐(1)的容积不小于扬水曝气系统储气罐的容积，压力水罐(1)中安装有压力传感器(30)和液位传感器(31)； 排气系统包括竖直安装在压力水罐(1)顶部的排气干管(2)，在排气干管(2)上安装有排气电动球阀(3)、消音器(4)和安全阀(5)； 进水系统包括连接在压力水罐(1)中下部位置的进水管(6)，进水管(6)与扬水曝气系统空气压缩机的冷却水出水管路连接；进水管(6)上安装有进水闸阀(7)和进水电动蝶阀(8)； 进气系统包括连接在压力水罐(1)上部位置的进气支管(9)，进气支管(9)与扬水曝气系统供气干管(17)连接；在进气支管(9)上安装有进气闸阀(10)和进气电动蝶阀(11)，供气干管(17)分别通过供气支管(18)与各个连接扬水曝气器(28)的输气管路(26)连接，在每条供气支管(18)上均安装有供气支管压力表(19)、控制闸阀(20)、涡街流量计(21)和检修闸阀(22)； 出水系统包括连接在压力水罐(I)底部的出水干管(12)，出水干管(12)上安装有出水电动蝶阀(14)、出水闸阀(13)和放空闸阀(15)，出水干管(12)分别通过出水支管(27)与各个连接扬水曝气器(28 )的输气管路(26 )连接，在每条出水支管(27 )上均安装有水表(23 )、截止阀(24)和出水支管闸阀(25)； 控制系统包括PLC控制器(32 )，PLC控制器(32 )与压力传感器(30 )、液位传感器(31)、排气电动球阀(3 )、进水电动蝶阀(8 )、进气电动蝶阀(11)、出水电动蝶阀(14)和供气支管压力表(19)连接。
2.如权利要求1所述的深层水库扬水曝输气管路稳压系统，其特征在于，所述的压力水罐(1)为高强度钢板焊接成的圆筒形水罐，压力水罐(1)的顶端和底端为椭圆形或半球形，在压力水罐(1)底部设置有支架；压力水罐(1)安装在扬水曝气系统空气压缩机房内部。
3.如权利要求1所述的深层水库扬水曝输气管路稳压系统，其特征在于，所述的进水系统中的进水管(6)连接在距离压力水罐(1)罐体底面1/3罐体高度的位置。
4.一种利用权利要求1至3中任一权利要求所述的稳压系统进行深层水库扬水曝气输气管路稳压的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，关闭检修闸阀(22 )和控制闸阀(20 )，打开出水支管闸阀(25 ); 步骤二，设置进水闸阀(7 )、进气闸阀(IO )、出水闸阀(13 )、排气电动球阀(3 )为开启状态，设置进水电动蝶阀(8)、进气电动蝶阀(11)、出水电动蝶阀(14)为关闭状态； 步骤三，开启进水电动蝶阀(8)向压力水罐(1)注水，当压力水罐(I)内的水深达到1/2压力水罐(1)高度时，关闭进水电动蝶阀(8 )，保持30秒； 步骤四，30秒后关闭排气电动球阀(3)，排气电动球阀(3)关闭30秒后，开启进气电动蝶阀(11)，通过压力传感器(30)检测压力水罐(1)内气体压力达到注水压力P时，开启出水电动蝶阀(14);注水压力P由下式决定: P=max [每个供气支管的压力值]+0.IMPa其中每个供气支管(18)的压力值由供气支管压力表(19)得到； 步骤五，当压力水罐(I)内水深H < 0.20m时，关闭进气电动蝶阀(11)，30秒后关闭出水电动蝶阀(14)； 步骤六，出水电动蝶阀(14)关闭30秒后，开启排气电动球阀(3)释放压力水罐(I)内的压力，若有输气管路(26)中没有充满水，则返回步骤三执行，直到各输气管路(26)中均充满水。
【文档编号】C02F7/00GK103803732SQ201410047893
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月12日 优先权日:2014年2月12日
【发明者】黄廷林, 马卫星, 丛海兵, 王宝山 申请人:西安建筑科技大学