Регулатори на налягане за водоснабдяването

В и КСп. Инженеринг ревю - брой 1/2019 • 05.03.2019

Регулатори на налягане за водоснабдяването
Регулатори на налягане за водоснабдяването

Загубата на вода е значителен проблем за системите за разпределение на питейна вода в световен мащаб. Стойностите им варират в зависимост от водоснабдителното дружество, но са докладвани загуби на вода в диапазона между 15 и 70%. Доброто управление на налягането в системата е едно от многото решения за намаляване на загубите на вода и обикновено е най-икономичният подход с незабавни резултати. Има пряка връзка между налягането и загубите – установено е, че ако се редуцира налягането с 1%, загубите ще се понижат приблизително с 1,15%.

При предприемане на мащабен проект за ограничаване загубата на вода ВиК операторът трябва да обособи няколко контролни зони с един източник на вода, ако това е възможно. Тези зони са известни като водомерни (District Metered Areas, DMA). Обикновено броят на тези зони при средни и големи ВиК дружества надхвърля няколко стотици.

За да се гарантира, че клиентите имат достатъчно налягане за своите нужди и същевременно се елиминира рискът от прекомерно високо налягане, за всяка водомерна зона е необходим измервателен уред, както и регулиращ вентил с пилотно управление. Регулиращите вентили се изпълняват в съответствие с редица стандарти в световен мащаб и конструкцията им е различна в зависимост от производителя. Например различните производители могат да използват материали с различно качество. Освен това има и много допълнителни опции, които могат да доведат до удължаване на експлоатационния живот на тези вентили или до улесняване на поддръжката им.

 

Стандартни редуцир вентили

Стандартните регулиращи вентили за налягане са широко използвани от повечето ВиК оператори в световен мащаб. Те са отличен избор за управление на налягането във водоснабдителните системи и обособяването на водомерни зони. Този тип вентили обикновено разполагат с един регулиращ механизъм и предлагат една настройка на налягането.

Операторите ръчно настройват механизма до достигане на желаната стойност на налягане след него във водоснабдителната система. Тази стойност се поддържа постоянна независимо от вариациите в наляганията или дебитите преди вентила. За да функционират ефективно, за този тип вентили е необходимо диференциално налягане от 0,6 bar между входа и изхода им.

За да се измени налягането, операторът трябва да настрои ръчно вентила чрез промяна на регулиращия му механизъм. Този тип вентили са много подходящи при средни и високи налягания в системата. Ако наличният диференциал на налягането падне под 0,6 bar, стандартните редуцир вентили не могат да се отворят напълно и с допълнителното понижаване на пада на налягането дебитът клони към нула.

 

Редуцир вентили за ниско налягане

Ако по време на пикови периоди на потребление се наблюдават много ниски налягания, стандартните редуцир вентили не могат да осигурят необходимия дебит. Както стана ясно, при падане на налягането на вход под 0,6 bar диференциалното налягане през вентила не е достатъчно, за да се поддържа отвореното му положение. Капацитетът на вентила се понижава, поради което потребителите надолу по веригата може да нямат достатъчно вода. Този проблем може да бъде преодолян с помощта на два вентила с пилотно управление.

Първият е стандартен редуцир вентил, който се използва за регулиране или намаляване на налягането в непикови периоди на консумация. Вторият представлява модифициран вентил за поддържане на ниво, който позволява отварянето на главния вентил към атмосферата при предварително определена стойност на ниско налягане. Когато налягането на входа падне под тази зададена стойност, главният вентил се отваря напълно, свеждайки до минимум загубата на налягане при периоди на пиково натоварване. Вентилът може да се отвори напълно дори при налягане от 0,13 bar.

Обикновено регулиращите механизми на стандартните редуцир вентили са настроени за най-ниското налягане, необходимо при пиково натоварване, за да се гарантира, че всички потребители имат достатъчно налягане за задоволяване на техните нужди. Трябва да се има предвид, че настройката за изходното налягане остава постоянна, независимо от разликите във входното налягане или дебита.

При непикови периоди на потребление, например през нощта, натоварването в системата е по-малко, така че загубата на налягане през разпределителните и обслужващите водопроводи е много по-ниска, което води до по-високи налягания надолу по потока, особено в отдалечени от редуцир вентила участъци. В непикови периоди на потребление повишеното налягане е свързано с две отрицателни последствия – увеличение на риска от възникване на течове и спукване на водопроводните тръби.

Гореописаният сценарий може да се предотврати частично чрез използване на два стандартни регулиращи механизма на главния вентил. Единият от тях се настройва за налягането при голямо потребление (дневно време), докато другият се регулира за ниско налягане на потребление (нощно време). Включва се електромагнитен вентил и обикновен контролер решава кой от двата механизма да се използва в зависимост от времевия период. В зависимост от наличието на захранване могат да се използват стандартни електромагнитни вентили с локално захранвани таймери или таймери с батерия, комбинирани с електромагнитни вентили с минимална енергоконсумация. Описаните варианти могат да бъдат много рентабилни и да осигурят отлични резултати.

 

Саморегулиращи се редуцир вентили

Друг интересен вариант са комбинираните вентили за регулиране на налягането на водния поток. Този тип вентили отчитат дебита на база диференциалното налягане или през подходящо оразмерен отвор, или през частично отворен шибър, разположен след редуцир вентила. Стандартният регулиращ вентил има голям вторичен диафрагмен механизъм, който настройва положението на вентила спрямо дебита. Регулиращият механизъм е настроен за минимално (нощно) налягане. След това с увеличаване на дебита вторичният механизъм повишава налягането. Минималното налягане и зададеното му увеличение се определят така, че да се осигури адекватно налягане във всички участъци на водомерните зони при пиково потребление. Ограничението на този тип вентили е, че те трябва да бъдат единствен източник за една водомерна зона. Множество вентили, захранващи една водомерна зона, не могат да функционират правилно.

 

Редуцир вентили с управление от трета страна

При прилагане на такъв тип управление се използват стандартни редуцир вентили. Производителите на контролери и интерфейсни устройства от трета страна адаптират оборудването си към интерфейса на производителя на редуцир вентила. Обикновено в зависимост от производителя на контролера под регулатора на налягане се разполага буферна камера или задвижващият механизъм се поставя върху редуцир вентила.
Регулиращият механизъм реагира на изменението на дебита в системата и регулира налягането спрямо това. Ако не е необходима модулация на потока, тогава като опция може да се използва управление на база време.

 

Редуцир вентили с моторно управление

В този случай върху вентила се монтира надеждно 24 VDC (AC опция) моторно задвижвано устройство, което се закрепва към регулиращия винт. Това устройство изисква по-малко от 1 A, за да функционира и се управлява от 4-20 mA сигнал от водоснабдителната SCADA система. Продължителната липса на захранване ще доведе до постоянно налягане при последно зададената настройка.
Датчици за налягане (нагоре и надолу по веригата) могат да се използват заедно със сензори за дебит във водомерните зони, така че данните да са достъпни за SCADA в реално време. Тази информация дава възможност за непрекъснато регулиране на наляганията въз основа на изискванията за големината на дебита.

 

Съображения при оразмеряване и избор

Избраният регулиращ вентил за управление на налягането трябва да се отличава с характеристики, съответстващи на специфичните работни условия на водоснабдителната мрежа. Той трябва да има минимален брой вътрешни уплътнения, подложени на висока степен на триене, тъй като те са склонни да се износват с течение на времето. Трябва да се избягват стеснения без филтри във вътрешния механизъм на главния вентил.

Една от най-често срещаните грешки при оразмеряване на редуцир вентили е стремежът регулаторът да съответства на размера на тръбата. Най-важният фактор при избора на размер обаче е да се отчете максималният дебит. Производителите на редуцир вентили предоставят таблици за оразмеряване и програми за определяне на правилния вентил за максимален дебит. Ако вентилът е преоразмерен, той може да бъде много нестабилен при слаби дебити, тъй като според много от производителите стабилността е най-висока при ход в диапазона между 20 и 80%.

Ако вентилът е преоразмерен, той може да е само леко отворен при максимален дебит, което води до нестабилност. Това обикновено е свързано с повече проблеми по поддръжката и обслужването.

Инженерите трябва да оценят текущия максимален дебит, но и да предвидят възможността за бъдещо разширение на мрежата и съответното повишаване на дебита. Също така трябва да се има предвид не само употребата на питейна вода, но и нуждите за пожарогасене.
Възможността за добавяне на допълнителни функции увеличава потенциала на редуцир вентилите. Повечето производители предлагат възможност за добавяне на функции, които да позволят свързването на стеблото на вентила с цел индикация на положението му в SCADA системата например.

Когато редуцир вентилът има допълнителни кранове от двете страни на тялото си, регулиращият механизъм може да бъде изместен от обратната страна, в случай че пространството за работа в камерата е ограничено или в бъдеще трябва да се добавят различни електронни устройства, сензори или измервателни уреди. Винаги е препоръчително да се монтират манометри, обикновено на 1 или 2 диаметъра на тръбата разстояние от вентила за осигуряване на най-добри резултати.

 

Поддръжка

Цената на редуцир вентилите почти винаги е основен фактор при сравняването на два подобни продукта. На днешния пазар реалната разлика в цената между различните продукти, отговарящи на една и съща техническа спецификация, може да достигне най-много няколкостотин щатски долара (обикновено много по-малко) на единица. Въпреки това в повечето случаи въпросът за поддръжката, труда и резервните части (оперативни разходи) се пренебрегва. Редуцир вентилите не са освободени от поддръжка.

Ако ВиК операторът реши да инсталира голям брой регулатори на налягане, разходите за поддръжка и труд могат да станат значителни.
Тъй като конструкцията на повечето редуцир вентили е подобна, то такава е и необходимостта от резервни части. Частите, които са подложени на най-много износване, са вътрешните уплътнения - като статичните уплътнения, които са в контакт с вала на движещия се вентил.

Износването на тези уплътнения може да доведе до възникването на вътрешен теч и дори до блокиране на вентила, което би наложило изпращането на технически екип за спиране на водния поток и пълно разглобяване на вентилния механизъм, за да се замени износеното уплътнение. Видно е, че дори една малка и евтина част като o-пръстен може да генерира периодични разходи, които са много по-високи от разликите в цените между различните марки вентили.

Друг трудоемък елемент са филтрите на системата за управление на налягането. Всички системи трябва да бъдат снабдени с филтър, който гарантира чистотата на водата през стесненията във вентила (дюзи, иглени клапани и портове на пилотния вентил). Най-често използван е малък външен филтър, който може да се запуши, ако не се почиства периодично. Интервалите между промиванията на филтъра зависят от дебита и качеството на водата в системата и могат да варират от веднъж седмично до веднъж на всеки няколко месеца.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top