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智慧供水管網

隨著近年來我國城市發展建設速度的加快,供水管網越來越龐大、分散。供水管網是城市極為重要的基礎設施和經濟與社會發展的源泉,自來水的生產過程通常是由地表水或者水源井取水送到水廠,在水廠經過消毒、沉淀、過濾等過程后送入城市供水管網,提供給城市居民或者工業用戶使用。城市供水管網是結構復雜、規模巨大的管線網絡系統,是城市賴以生存的血脈。作為保障居民生活、企業生產、公共服務和消防等各方面用水的供水管線是城市基礎設施的重要組成部分。國內供水管道多數已超期服役,管道材質也五花八門,因城市發展快,前期對地下公共設施建設更新不及時,大型建筑結構和道路基礎已成型,各地方供水企業對供水管網的管理還停留在人員定期檢查,且只有在發生管道泄漏或爆管事故的時候才能發現。不能及時發現;不能及時控制;不能實時管控是絕大多數供水企業的共同問題。同時供水管網存在以下問題:

(1)供水管網非正常工況運行。為適應城市供水發展的需要,大多數城市供水管網出現了不同程度的問題:管網系統改造滯后于供水范圍的擴大、水源變更造成原有管網系統的不適應。

(2)供水漏損問題嚴重。管道老化現象嚴重,經常發生漏水、水管破裂、爆裂等問題,不僅影響用水企業和居民的生產與生活,還給供水企業帶來大的利潤損失。

(3)由于城市公共用水、消防用水和城市環境綠化用水等的管理制度不完善,經常會出現私用濫用、盜水等問題。

(4)閥門維護管理問題處理不當。在維修管理的時候,經常會遇到閥門無法關閉損壞、漏水等現象。在管網檢修時,不能確定閥門的位置,可能造成大面積的水現象。

由于水資源日益緊缺,全國各地加強了對水資源的綜合利用和保護,多數供水企業已實現部分分區計量,對用水量的調度管理和水費價格調控等措施給與了高度重視,水計量和水量控制工作的重要性日益顯現,供水企業智能水表需求量大幅增長。智能水表廣泛應用于重點節水工程中,實現民用自來水的計量、控制、監測和管理,有助于提高水資源的綜合利用率,樹立節約用水的意識,有效分析、管理、控制供水企業的漏損率和產銷差。

根據對各地供水公司的走訪深度了解,供水管網存在管道材質種類雜、管道使用年限久、管道計量監測少、管道控制手段缺。各分支供水管網流量調節主要以水廠和各調壓站進行調節,各分支實際準確用水情況不能全面了解。管道如果出現泄漏或爆管情況,不能及時發現,及時控制。

1)供水管網漏損率高

因供水管材超期服役、地下管道錯綜復雜互相影響、城市修建道路時破壞管網等因素,供水管道經常性的泄漏和爆管,對供水企業造成很大的經濟損失和負面影響。供水管網漏損率居高不下是目前供水企業的通病,并嚴重影響著企業的正常經營。按照國家有關規定,供水行業漏損率不應超過12%,而多數城市供水均超過這一標準,達到20%-50%。對供水管網實施主動檢漏則是降低管網漏損率的一個最直接最重要的手段。

在全面調查分析的基礎上發現,造成供水管網漏損的原因很多,各地情況不同,引起漏水的原因也不同。結合有關地區供水管網情況進行分析,漏損主要部分供水干管陳舊老化;管材性能因素造成的漏損;新敷管道存在質量隱患;其它原因。 

2) 供水管網水力平衡調節

多數供水管網施工年代久遠,設計初期的供水管線不能滿足現在的供水需求,擴建和改造的供水管線多有水壓不夠情況,泵房二次加壓后的管線不壓參差不齊,導致加壓后各別管道破損,不加壓各別區域用水難的窘境。供水管網調節是一項復雜、細致、理論性和專業性較強的工作,是令所有供水企業最頭疼的難題。供水管網調節的目的是使供水管網內的水“按需分配”。沒有在管道上進行調壓的方法,最終使供水管網水壓不平衡。供熱管網調節如果只用人工反復的調試和檢測現場機械閥門,工作量很大,需要時間較長。

針對各地供水公司現階段供水情況和實際需求,結合我公司的產品特點及技術優勢,提出如下建議方案。

1.1  供水管網監測控制管理系統建設

供水管網監測控制管理系統應用到供水管網,可以實時監測管道內部數據的同時,達到遠程無線控制現場閥門,且閥門控制部分電源為DC24V,安裝方便、安全可靠。此方案是對供水不平衡現象、智能化程度低、供水管道漏損量大、水費多、浪費大等現象做出針對性方案。

1.1.1  供水管網監測控制管理系統簡介

供水管網監測控制管理系統設備包括超聲波流量計、遠程控制閥、壓力變送器、采集器。系統采用GPRS方式通訊, 可以把管道內部的壓力、瞬時流量、累積流量和閥門開關狀態實時上傳到智能管理平臺,平臺進行數據存儲、計算、統計、分析、查詢等功能,同時可以分別遠程實時調控不同位置的閥門,進行流量調節操作。還可以通過分析出的結果,對各管道進行泄漏報警設置,一旦有管道泄漏爆管情況,可及時發現及時控制。

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以“智能化管理、流量平衡調節、實時監測、實時控制”為目標,以現代信息技術為主導,全面提升供水管道信息采集和處理的效率和能力,以信息化帶動供水管道安全管理的現代化與科學化。通過對管道內流量、溫度、閥門狀態、壓力等關鍵數據信息采集,實時監控和智能分析,實現事故發生提前預警、報警、有效控制,并為應急救援提供準確信息??赏ㄟ^硬件設備監測管道的實時運行動態,智能判別管線異常情況;對管道異常情況以多方式多層級同步報警,遠程異地實時處置,減少因管道泄漏造成的能源損失;通過軟件平臺對管線狀況進行智能化統計分析,科學調配管線流量壓力;精確查找細小漏點。智能管控供水系統,實現手動、自動、半自動處理機制,達到多手段安全、穩定、可靠運行。智能調節供水管道流量平衡。最終可達到供水平衡、智能化管理、管網監控、節約能源。

1.1.2  供水管網監測控制管理系統實施方案

供水管網監測控制管理系統建設,擬定兩種實施方案。

方案一:在主要供水管網分支處(如二級網、三級網、政府、學校、地鐵、消防等)安裝整套管網監測控制管理系統設備,達到分區計量功能的同時,實時監測管道運行情況,一旦有泄漏和爆管情況,系統管理軟件提示報警,及時控制現場事故端閥門,實現安全防控、應急保障。還可以完成用水調度,分區數據分析管理,掌控供水管網漏損率。

方案二:選擇一小片供水區域,進行小規模安裝管網監測控制管理系統設備,在主分支及次分支安裝成套設備進行區域性監控,安裝后運行結果進行評估,判斷此系統是否可以達到分區計量功能,同時實時監測管道運行情況,一旦有泄漏和爆管情況,系統管理軟件是否提示報警,及時控制現場事故端閥門,實現安全防控、應急保障。還可以完成用水調度,分區數據分析管理,掌控供水管網漏損率。

1.1.3  供水管網監測控制管理系統實現目標

完成對供水管道進行實時流量、溫度和壓力數據監測,同時可以實時控制現場閥門開關。

完成對供水管道內流量、溫度和壓力數據實時采集、存儲、統計和分析,形成智能化供水管理系統??赏ㄟ^異常數據判斷管道是否有破損、泄漏情況。

完成對供水管線上的遠程控制閥門設備開關和調節操作,達到流量調節功能,使不同區域水量均衡。

所有智能采集和控制設備使用安全電壓供電及通信,保證現場設備安全、穩定運行。

完成對供水管道異常運行情況多種手段預警和報警提示,包括軟件報警、主控室警燈報警、短信報警操作。

完成對歷史監測數據查詢,并可對比和導出相關數據,以數據表和曲線圖形式體現出來。

完成對操作人員歷史操作的查詢,實現數據可追溯功能。

遠程控制閥門可以指令電動控制,也可以現場手動控制,保證系統多種控制手段。

系統管理軟件需要簡單、易懂、方便操作,使復雜的操作簡單化,提高整體工作效率。

2.1  供水管網監測控制管理系統組成

供水管網監測控制管理系統(以下簡稱 管網監控系統由硬件和軟件兩大部分組成。硬件設備包括流量采集設備(超聲波流量計)、壓力采集設備(壓力變送器)、管道閥門控制設備(遠程控制閥)、供電設備(DC24V電源)、數據采集設備(采集器),軟件由服務器軟件、數據庫、客戶端軟件組成。

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壓力變送器         遠程控制閥                  采集器              超聲波流量計

2.3  系統設備結構

    超聲波流量計用來采集管道內的流量、溫度相關數據并通過數據線上傳給數據采集器。

遠程控制閥由DC24V電源線供電,通過數據線上給出的指令完成控制閥門開關操作,調節管道內介質的流量,并通過數據線將壓力變送器采集的壓力值存儲,再經數據線把數據上傳給數據采集器。

壓力變送器完成管道內壓力的數據采集,通過數據線把壓力數據發送給遠程控制閥。

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數據采集器由DC24V電源線供電,通過數據線采集流量計、遠程控制閥、壓力變送器的數據,以有線或GPRS無線方式發送給服務器,也可以接收服務器發出的指令,向流量計、遠程控制閥、壓力變送器實時采集相應數據,或者控制遠程控制閥。

監控管理用戶通過internet網絡訪問服務器數據,同時也可以通過網絡及服務器向終端設備發送指令,可以達到雙向通信功能。

在整個解決方案中,利用完整的閉環軟件控制及對閥門的簡約性設計完成了全方位測量、控制、數據管理等的一系列操控??梢詫γ總€控制閥進行精細調節,并根據對流量及壓力的監測對管道泄漏、爆管等狀況進行報警,自動或手動對故障部位管道進行關閉等操作。實現了現場機、電、儀和執行器等設備的虛擬化、智能化、多功能化和網絡化。同時將它們和管理者有機的結合起來,做到自動有效控制和及時結果展現。

管網監控系統是由硬件和軟件組成,兼監測、控制、管理為一體的新型技術。不僅可以利用硬件設備監測管線實時動態,還可以通過監測到的管線實時動態判斷異常情況,包括管線爆管、管線泄漏、閥門開關異常等,并對異常情況及時反饋,以軟件警示、警燈提醒、短信提示等方式告知管理人,管理或操作人對異常情況及時處理,把安全及損失及時控制在最低,通過軟件平臺對數據進行統計分析合理調配管線流量,使管網安全可靠的運行。

2.4  系統特點

供水管網監測控制系統直接作用到管道上,對管道內的數據實時監測,對現場閥門實時控制;遠程控制閥直流低電壓DC24V控制,高智能、可調節、小功率電控閥門;采用GPRS無線通信技術,無需繁瑣布線,安裝方便簡單;智能查詢、分析、統計、判斷、管理,集成管理效率高;數據可追溯,防止誤操作。

2.4.1  實時性高

目前對地下管線的監測方法有光纖檢漏法、負壓波法、次聲波法,只有監測方法,沒有控制手段,且容易受到干擾錯報,對事故現場不能及時管控。即使檢測到了情況,管線維修人員由于路途等因素未能第一時間到達現場,錯失了搶修時間。因此事故的大小與搶修時間成正比。

管網監控系統平臺采用集中管理、分散控制、資源共享的集成性系統平臺,可實現現場管、控、儀、機電設備管控一體化,利用GPRS無線網絡與調度中心通信,當出現泄漏及爆管時,1分鐘內能夠實施遠程無線控制關閉事故端閥門操作,杜絕重大事故發生。損失大小其實是在和時間賽跑。

2.4.2  低電壓遠程智能閥門

市場常規的電動閥門,主要以AC220V供電電源操控,而且非智能控制操作,安裝僅限于有市電的室內,需要笨重的配套機柜實現控制,不能調節閥門開度,實時性不高。遠程無線控制閥使用DC24V作為電源,同時具備智能、小功率、遠程、實時開關和調節操作。

2.4.3  安裝方便靈活

系統中不同規格(DN50-DN1200)遠程無線控制閥與GPRS采集器均為低功耗設備,DC24V電源供電,在不方便取市電的地方,使用太陽能、風能、電池等便攜式電源進行供電,完全可保證現場設備操作的可靠性,而且系統電量可監測,有電量低報警功能,保障系統的穩定性,方便靈活,不受地域影響。采集與終端設備使用M-BUS通信方式,雙線制,不分正負,且有短路保護功能,通信距離達2KM,采集器與服務器之前采用GPRS無線通信方式,無需布線,通信距離遠。

2.4.4  智能化管理

系統軟件完成對管網的監測、管理、控制和分析??梢詫F場管道設備的流量、壓力、開關狀態、電源狀態、通信狀態實時采集并存儲。并能夠查詢不同時期設備節點的歷史數據,以圖表形式顯示,直觀清晰。

2.4.5  安全可控

系統為了保證管網操控的安全性、可靠性,管理軟件可以設定不同用戶的不同資源權限和操作權限,對不同權限人員的操作記錄和管理記錄可查詢、可追溯、可分析,使管網監控系統更具可控性。



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