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智慧供水管网

随着近年来我国城市发展建设速度的加快,供水管网越来越庞大、分散。供水管网是城市极为重要的基础设施和经济与社会发展的源泉,自来水的生产过程通常是由地表水或者水源井取水送到水厂,在水厂经过消毒、沉淀、过滤等过程后送入城市供水管网,提供给城市居民或者工业用户使用。城市供水管网是结构复杂、规模巨大的管线网络系统,是城市赖以生存的血脉。作为保障居民生活、企业生产、公共服务和消防等各方面用水的供水管线是城市基础设施的重要组成部分。国内供水管道多数已超期服役,管道材质也五花八门,因城市发展快,前期对地下公共设施建设更新不及时,大型建筑结构和道路基础已成型,各地方供水企业对供水管网的管理还停留在人员定期检查,且只有在发生管道泄漏或爆管事故的时候才能发现。不能及时发现;不能及时控制;不能实时管控是绝大多数供水企业的共同问题。同时供水管网存在以下问题:

(1)供水管网非正常工况运行。为适应城市供水发展的需要,大多数城市供水管网出现了不同程度的问题:管网系统改造滞后于供水范围的扩大、水源变更造成原有管网系统的不适应。

(2)供水漏损问题严重。管道老化现象严重,经常发生漏水、水管破裂、爆裂等问题,不仅影响用水企业和居民的生产与生活,还给供水企业带来大的利润损失。

(3)由于城市公共用水、消防用水和城市环境绿化用水等的管理制度不完善,经常会出现私用滥用、盗水等问题。

(4)阀门维护管理问题处理不当。在维修管理的时候,经常会遇到阀门无法关闭损坏、漏水等现象。在管网检修时,不能确定阀门的位置,可能造成大面积的水现象。

由于水资源日益紧缺,全国各地加强了对水资源的综合利用和保护,多数供水企业已实现部分分区计量,对用水量的调度管理和水费价格调控等措施给与了高度重视,水计量和水量控制工作的重要性日益显现,供水企业智能水表需求量大幅增长。智能水表广泛应用于重点节水工程中,实现民用自来水的计量、控制、监测和管理,有助于提高水资源的综合利用率,树立节约用水的意识,有效分析、管理、控制供水企业的漏损率和产销差

根据对各地供水公司的走访深度了解,供水管网存在管道材质种类杂、管道使用年限久、管道计量监测少、管道控制手段缺。各分支供水管网流量调节主要以水厂和各调压站进行调节,各分支实际准确用水情况不能全面了解。管道如果出现泄漏或爆管情况,不能及时发现,及时控制。

1)供水管网漏损率高

因供水管材超期服役、地下管道错综复杂互相影响、城市修建道路时破坏管网等因素,供水管道经常性的泄漏和爆管,对供水企业造成很大的经济损失和负面影响。供水管网漏损率居高不下是目前供水企业的通病,并严重影响着企业的正常经营。按照国家有关规定,供水行业漏损率不应超过12%,而多数城市供水均超过这一标准,达到20%-50%对供水管网实施主动检漏则是降低管网漏损率的一个最直接最重要的手段。

在全面调查分析的基础上发现,造成供水管网漏损的原因很多,各地情况不同,引起漏水的原因也不同。结合有关地区供水管网情况进行分析,漏损主要部分供水干管陈旧老化管材性能因素造成的漏损新敷管道存在质量隐患其它原因。 

2) 供水管网水力平衡调节

多数供水管网施工年代久远,设计初期的供水管线不能满足现在的供水需求,扩建和改造的供水管线多有水压不够情况,泵房二次加压后的管线不压参差不齐,导致加压后各别管道破损,不加压各别区域用水难的窘境。供水管网调节是一项复杂、细致、理论性和专业性较强的工作,是令所有供水企业最头疼的难题。供水管网调节的目的是使供水管网内的水“按需分配”。没有在管道上进行调压的方法,最终使供水管网水压不平衡。供热管网调节如果只用人工反复的调试和检测现场机械阀门,工作量很大,需要时间较长。

针对各地供水公司现阶段供水情况和实际需求,结合我公司的产品特点及技术优势,提出如下建议方案。

1.1  供水管网监测控制管理系统建设

供水管网监测控制管理系统应用到供水管网,可以实时监测管道内部数据的同时,达到远程无线控制现场阀门,且阀门控制部分电源为DC24V,安装方便、安全可靠。此方案是对供水不平衡现象、智能化程度低、供水管道漏损量大、水费多、浪费大等现象做出针对性方案。

1.1.1  供水管网监测控制管理系统简介

供水管网监测控制管理系统设备包括超声波流量计、远程控制阀、压力变送器、采集器系统采用GPRS方式通讯, 可以把管道内部的压力、瞬时流量、累积流量和阀门开关状态实时上传到智能管理平台,平台进行数据存储、计算、统计、分析、查询等功能,同时可以分别远程实时调控不同位置的阀门,进行流量调节操作。还可以通过分析出的结果,对各管道进行泄漏报警设置,一旦有管道泄漏爆管情况,可及时发现及时控制

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以“智能化管理、流量平衡调节、实时监测、实时控制”为目标,以现代信息技术为主导,全面提升供水管道信息采集和处理的效率和能力,以信息化带动供水管道安全管理的现代化与科学化。通过对管道内流量、温度、阀门状态、压力等关键数据信息采集,实时监控和智能分析,实现事故发生提前预警、报警、有效控制,并为应急救援提供准确信息。可通过硬件设备监测管道的实时运行动态,智能判别管线异常情况;对管道异常情况以多方式多层级同步报警,远程异地实时处置,减少因管道泄漏造成的能源损失;通过软件平台对管线状况进行智能化统计分析,科学调配管线流量压力;精确查找细小漏点。智能管控供水系统,实现手动、自动、半自动处理机制,达到多手段安全、稳定、可靠运行。智能调节供水管道流量平衡。最终可达到供水平衡、智能化管理、管网监控、节约能源。

1.1.2  供水管网监测控制管理系统实施方案

供水管网监测控制管理系统建设,拟定两种实施方案。

方案一:在主要供水管网分支处(如二级网、三级网、政府、学校、地铁、消防等)安装整套管网监测控制管理系统设备,达到分区计量功能的同时,实时监测管道运行情况,一旦有泄漏和爆管情况,系统管理软件提示报警,及时控制现场事故端阀门,实现安全防控、应急保障。还可以完成用水调度,分区数据分析管理,掌控供水管网漏损率。

方案二:选择一小片供水区域,进行小规模安装管网监测控制管理系统设备,在主分支及次分支安装成套设备进行区域性监控,安装后运行结果进行评估,判断此系统是否可以达到分区计量功能,同时实时监测管道运行情况,一旦有泄漏和爆管情况,系统管理软件是否提示报警,及时控制现场事故端阀门,实现安全防控、应急保障。还可以完成用水调度,分区数据分析管理,掌控供水管网漏损率。

1.1.3  供水管网监测控制管理系统实现目标

完成对供水管道进行实时流量、温度和压力数据监测,同时可以实时控制现场阀门开关。

完成对供水管道内流量、温度和压力数据实时采集、存储、统计和分析,形成智能化供水管理系统。可通过异常数据判断管道是否有破损、泄漏情况。

完成对供水管线上的远程控制阀门设备开关和调节操作,达到流量调节功能,使不同区域水量均衡。

所有智能采集和控制设备使用安全电压供电及通信,保证现场设备安全、稳定运行。

完成对供水管道异常运行情况多种手段预警和报警提示,包括软件报警、主控室警灯报警、短信报警操作。

完成对历史监测数据查询,并可对比和导出相关数据,以数据表和曲线图形式体现出来。

完成对操作人员历史操作的查询,实现数据可追溯功能。

远程控制阀门可以指令电动控制,也可以现场手动控制,保证系统多种控制手段。

系统管理软件需要简单、易懂、方便操作,使复杂的操作简单化,提高整体工作效率。

2.1  供水管网监测控制管理系统组成

供水管网监测控制管理系统(以下简称 管网监控系统由硬件和软件两大部门组成。硬件设备包括流量采集设备(超声波流量计)、压力采集设备(压力变送器)、管道阀门控制设备(远程控制阀)、供电设备(DC24V电源)、数据采集设备(采集器),软件由服务器软件、数据库、客户端软件组成。

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压力变送器         远程控制阀                  采集器              超声波流量计

2.3  系统设备结构

    超声波流量计用来采集管道内的流量、温度相关数据并通过数据线上传给数据采集器。

远程控制阀由DC24V电源线供电,通过数据线上给出的指令完成控制阀门开关操作,调节管道内介质的流量,并通过数据线将压力变送器采集的压力值存储,再经数据线把数据上传给数据采集器。

压力变送器完成管道内压力的数据采集,通过数据线把压力数据发送给远程控制阀。

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数据采集器由DC24V电源线供电,通过数据线采集流量计、远程控制阀、压力变送器的数据,以有线或GPRS无线方式发送给服务器,也可以接收服务器发出的指令,向流量计、远程控制阀、压力变送器实时采集相应数据,或者控制远程控制阀。

监控管理用户通过internet网络访问服务器数据,同时也可以通过网络及服务器向终端设备发送指令,可以达到双向通信功能。

在整个解决方案中,利用完整的闭环软件控制及对阀门的简约性设计完成了全方位测量、控制、数据管理等的一系列操控。可以对每个控制阀进行精细调节,并根据对流量及压力的监测对管道泄漏、爆管等状况进行报警,自动或手动对故障部位管道进行关闭等操作。实现了现场机、电、仪和执行器等设备的虚拟化、智能化、多功能化和网络化。同时将它们和管理者有机的结合起来,做到自动有效控制和及时结果展现。

管网监控系统是由硬件和软件组成,兼监测、控制、管理为一体的新型技术。不仅可以利用硬件设备监测管线实时动态,还可以通过监测到的管线实时动态判断异常情况,包括管线爆管、管线泄漏、阀门开关异常等,并对异常情况及时反馈,以软件警示、警灯提醒、短信提示等方式告知管理人,管理或操作人对异常情况及时处理,把安全及损失及时控制在最低,通过软件平台对数据进行统计分析合理调配管线流量,使管网安全可靠的运行。

2.4  系统特点

供水管网监测控制系统直接作用到管道上,对管道内的数据实时监测,对现场阀门实时控制;远程控制阀直流低电压DC24V控制,高智能、可调节、小功率电控阀门;采用GPRS无线通信技术,无需繁琐布线,安装方便简单;智能查询、分析、统计、判断、管理,集成管理效率高;数据可追溯,防止误操作。

2.4.1  实时性高

目前世界各国对地下管线的监测方法有光纤检漏法、负压波法、次声波法,只有监测方法,没有控制手段,且容易受到干扰错报,对事故现场不能及时管控。即使检测到了情况,管线维修人员由于路途等因素未能第一时间到达现场,错失了抢修时间。因此事故的大小与抢修时间成正比。

管网监控系统平台采用集中管理、分散控制、资源共享的集成性系统平台,可实现现场管、控、仪、机电设备管控一体化,利用GPRS无线网络与调度中心通信,当出现泄漏及爆管时,1分钟内能够实施远程无线控制关闭事故端阀门操作,杜绝重大事故发生。损失大小其实是在和时间赛跑。

2.4.2  低电压远程智能阀门

市场常规的电动阀门,主要以AC220V供电电源操控,而且非智能控制操作,安装仅限于有市电的室内,需要笨重的配套机柜实现控制,不能调节阀门开度,实时性不高。远程无线控制阀使用DC24V作为电源,同时具备智能、小功率、远程、实时开关和调节操作。

2.4.3  安装方便灵活

系统中不同规格(DN50-DN1200)远程无线控制阀与GPRS采集器均为低功耗设备,DC24V电源供电,在不方便取市电的地方,使用太阳能、风能、电池等便携式电源进行供电,完全可保证现场设备操作的可靠性,而且系统电量可监测,有电量低报警功能,保障系统的稳定性,方便灵活,不受地域影响。采集与终端设备使用M-BUS通信方式,双线制,不分正负,且有短路保护功能,通信距离达2KM,采集器与服务器之前采用GPRS无线通信方式,无需布线,通信距离远。

2.4.4  智能化管理

系统软件完成对管网的监测、管理、控制和分析。可以将现场管道设备的流量、压力、开关状态、电源状态、通信状态实时采集并存储。并能够查询不同时期设备节点的历史数据,以图表形式显示,直观清晰。

2.4.5  安全可控

系统为了保证管网操控的安全性、可靠性,管理软件可以设定不同用户的不同资源权限和操作权限,对不同权限人员的操作记录和管理记录可查询、可追溯、可分析,使管网监控系统更具可控性。