一种基于气液固三相自适应清洗供水管道的装置及供水管道冲洗方法

技术领域

本发明涉及一种供水管道清洗领域，尤其是涉及一种基于气、液、固三相对管道实行冲洗的装置及供水管道冲洗方法。

背景技术

供水管道长期运行过程中由于化学腐蚀，微生物腐蚀等作用下，管道内壁上长满腐蚀瘤以及生物膜，当水力工况发生变化时，譬如管道长时间停留时将发生严重污染水质事故，严重危害居民用水安全。因此需要对给水管道进行定期清洗，以便于清除管道内生物膜以及腐蚀瘤等，目前，对于管道一般采用化学方法或者物理方法对管道内表面污垢进行清除，达到清洗目的，保证管道内表面恢复原来表面材质的过程。因化学方法需往供水管道内添加化学试剂，可能会对饮用水安全造成威胁，故该方法在实际中运用较少。而管道冲洗方式存在多种方式，比如传统冲洗方式、人工冲洗方式、汽水冲洗方式等等，这三种冲洗方法中，(1)传统冲洗方式多为单向冲洗，一般情况下可使用管道内的压力水实现对管道内壁冲洗，但某些区域譬如地面高点、管网末端或者倒虹处则难以实现清洗，另外大口径的管道则需通过加压来完成冲洗工作；(2)人工冲洗方式实则为人工冲洗与传统冲洗相结合的方式，以人工冲洗为主，传统冲洗为铺，首先由人工携带高压水枪与对讲机进入管道内对管壁进行冲洗，人工进入管道内时间不宜过长，应时刻与外界进行沟通，以免出现空气供给不足的情况发生，待人工冲洗完成后，使用CCTV技术对管道进行查看，最后使用传统冲洗方式对管道进行冲洗。该方法的缺陷是不适用于长距离、小口径以及弯管较多的管道；(3)气水冲洗方式是在管道中水流正常流动的情况下注入快速流动的气体，利用紊流效应以及水锤效应达到管道冲洗干净的目的。但是，这需要对管道内注入较大的气压才能制造水流紊乱效应，冲洗效果难以保证并且消耗能耗较大，不节能。

发明内容

基于上述技术难题，本发明的第一个目的是提出一种通过气液固三相来对管道实现清洗的装置，通过在清洗管道中注入压缩气体，冰粒和水混合物清洗管道，保证清洗效果，并可通过在线监测设备和中央控制系统，根据监测到的参数，调节输气压力和流量、输入冰粒和水混合物的量大小等相关参数，自动实现自适应矫正，实时优化对管道的清洗效果和避免浪费能耗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于气液固三相自适应清洗供水管道的装置，其特征在于：该装置主要由压缩空气供给系统、加冰粒装置、数据采集系统、中央控制系统、压缩空气供给系统和加冰粒装置以及供水管道上的控制阀门构成；

所述压缩空气供给系统包括储气罐、空气流量阀和供气管；储气罐与供气管连接，供气管连至待清洗供水管道的第一预留接口，空气流量阀设置在供气管上；

所述的加冰粒装置与待清洗供水管道的第二预留接口相连，第二预留接口处于第一预留接口的下游；

所述待清洗供水管道的两端设置阀，其中，上游端的阀为可调节开度的电磁阀；所述第一预留接口设置在上游端电池阀的下游；

所述数据采集系统包括安装于供气管的第一压力计和第一流量计以及安装于待清洗供水管道上的第二压力计和第二流量计；

所述中央控制系统通过信号线连接空气流量阀、所述电磁阀、加冰粒装置中的阀以及第一压力计、第二压力计、第一流量计和第二流量计。

所述中央控制系统可采用PLC控制器。

进一步地，所述的加冰粒装置包括冰粒容器和加冰管道，加冰管道与预留接口相连；在加冰管道上设置第一截止阀和第二截止阀，第一截止阀设置在第二截止阀的上游，第一截止阀和第二截止阀均为电磁阀并通过信号线和中央控制系统连接，其开关受中央控制系统控制。

进一步地，所述压缩空气供给系统设置空压机，所述空压机通过输气管与储气罐连接，所述空压机通过信号线和中央控制系统连接。

进一步地，所述的待清洗供水管道下游端设置的阀门之前设置排出口，排出口处安装浊度计，同时，设置闸阀。

进一步地，所述的冰粒容器可实现现场制冰，冰粒大小通过冰粒容器的冷冻功率转化实现调节；

本发明的第二个目的是提供一种应用上述装置的供水管道清洗方法。可通过在线监测设备和中央控制系统，根据监测到的参数，调节输气压力和流量、输入冰粒和水混合物的量大小等相关参数，自动实现自适应矫正，实时优化对管道的清洗效果和避免浪费能耗。为此本发明采用以下技术方案：

(1)首先在PLC控制器中分别输入：第一压力计的波动范围值；第一流量计的波动范围值；第一压力计和第一流量计数值与空气流量阀开合度之间的函数关系；

(2)在待清洗供水管道上游的阀门开度调至仅允许少量水可进入下游管道，下游管道的阀门关闭，排出口处的闸阀开启；

(3)第一截止阀开启，待第一截止阀和第二截止阀之间的容量充满时，第一截止阀关闭，第二截止阀开启，冰粒进入到待清洗供水管道中，第二截止阀关闭；

(4)待冰粒进入到供水管道中后，关闭待清洗管道上游的阀门，依据PLC控制器中预先设定的压力值以及流量值自动调节第一空气流量阀的开合度，使储气罐中的高压气体通过供气管，注入到待清洗供水管道中；

(5)待清洗的供水管道中的冰粒混合水在高压气体的作用下对管道内壁进行冲击，不断将附着在内壁上的腐蚀物、沉积物以及生物膜击碎，随后从排出口流出；所述的供气管采用间歇性注气，循环开关供气管的第一空气流量阀，形成气流冲击；

(6)检测排出口的浊度计读数是否符合要求，如符合要求，结束清洗，如不符合，回至步骤(2)。

由于采用本发明的技术方案，本发明具有以下优点：1)相对于传统冲洗以及气水冲洗，通过加入冰粒效果冲洗效果更加明显；2)比单独采用气水冲洗的能耗更低，节约能源，达到碳中和之目标；3)通过安装中央控制系统，设备检测系统可实现自适应调整，达到精准冲洗之目的。

附图说明

图1为本发明的装置示意图。

图2为本发明的中央控制系统图。

图3为冰粒容器的示意图。

图中：1.空压机、2.进气管、3.储气罐、4.供气管、5.加冰管道、6.空气流量阀、71.第一截止阀、72.第二截止阀、8.冰粒容器、81.加料斗、82密封盖、83.出口端、9.第一流量计、100.待清洗供水管道、101.上游阀门、102.下游阀门、111.预留接口、112.预留接口、11.第一压力计、12.第二流量计、13.第二压力计、14.浊度计、15.设置闸阀、16.排出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例本发明专利进行详细的描述。

参照附图。本发明提供的基于气液固三相自适应清洗供水管道的装置主要由压缩空气供给系统、加冰粒装置、数据采集系统、中央控制系统以及相关控制阀门构成。

所述的压缩空气供给系统主要由空压机1、储气罐3、进气管2、供气管4和空气流量阀6，所述储气罐3也可由上位的更高压强的压缩空气罐或压缩气源供气，相应地，供气管路上的阀或压缩机通过信号线与所述中央控制系统连接，受中央控制系统控制。

所述的空压机1通过进气管2与储气罐3连接，储气罐3与供气管4连接，供气管4连至供待清洗的水管道100上游的预留接口111。

所述的加冰粒装置包括冰粒容器8和加冰管道5，待清洗的供水管道100的上游设置预留接口112，加冰管道5与预留接口112相连，预留接口112相比于预留接口111，则处于其下游。

冰粒可由冰粒容器8直接制备或由其上一级的冰粒制备设备供给。冰粒容器8内设置加料斗81，加料斗81的出口端83和加冰管道5连接，在加冰管道5上设置第一截止阀71和第二截止阀72，第一截止阀71设置在第二截止阀72的上游，第一截止阀71和第二截止阀72之间的容量即为一次加冰粒最大量。第一截止阀71和第二截止阀72可为电磁阀，第一截止阀71打开而第二截止阀72关闭时，为向加冰管道加装冰粒的步骤，第一截止阀71关闭而第二截止阀72打开时，为向待清洗供水管道100投放冰粒的步骤，依次循环，向供水管道100间隙性投放冰粒。预留接口112最好采用斜三通构成，其倾斜的一路与加冰管道5相连，冰粒倾斜滑入待清洗的供水管道，避免出现瞬时堵塞管道的现象，以及提高固相颗粒在冲洗过程中的均匀性。

根据实验研究表明冰粒的粒径与待清洗的管道管径之间最优选案例如下表所示：

所述的中央控制系统主要由PLC控制器以及若干信号线组成。

所述的数据采集系统包括安装于供气管4上的第一压力计11和第一流量计9，安装于待清洗供水管道上的第二压力计13和第二流量计12。

第一压力计11作为供气管4的对待清洗供水管路100的供气压力监测机构，设置在供气管4的出口前；第一流量计9设置在供气管4的出口前。

所述的数据采集系统的第二压力计13和第二流量计12安装于待清洗供水管道适当位置，实时将数据远传至PLC控制器。

所述的中央控制系统通过信号线连接空压机、空气流量阀6、第一截止阀71和第二截止阀72、以及第一压力计11、第一流量计9、第二压力计13和第二流量计12。

本实施案例中，待清洗的供水管道100的上下游均设置阀门101和阀门102，阀门101和阀门102均为电磁阀，可远程自动控制，并在下游段设置排出口16，排出口处安装浊度计14，同时，设置闸阀15。所述阀门101位于预留接口111的上游，阀门102位于排出口16的下游，排出口16可利用三通接排出管，在排出管安装所述浊度计14和闸阀15。

基于上述气液固三相自适应清洗供水管道的装置的供水管道冲洗方法包括以下步骤：

(1)首先在PLC控制器中分别输入：第一压力计11的波动范围值；第一流量计9的波动范围值；压力计和流量计数值与空气流量阀开合度之间的函数关系；

(2)在待清洗管道上游的阀门101的阀门开度调至仅允许少量水(一般为正常工况下流量的1％～5％)，可进入下游管道，下游管道的阀门102关闭，排出口处的闸阀15开启；

(3)开启空压机开始工作，使得储气罐3中的压力达到其工作的额定值。

(4)第一截止阀71和第二截止阀72初始状态都处于关闭状态，待开启冰粒容器上部的密封盖81，在冰粒容器8中放入适当粒径的冰粒后，第一截止阀71开启，待两个截止阀之间的容量充满时，第一截止阀71关闭，第二截止阀72开启，冰粒进入到待清洗管道中，第二截止阀72随即关闭；

(5)待冰粒进入到供水管道中后，关闭阀门101，依据PLC控制器中预先设定的压力值以及流量值自动调节第一空气流量阀6的开合度，使储气罐3中的高压气体通过供气管4，注入到待清洗供水管道100中；

(6)此时，待清洗的供水管道100中的冰粒混合水在高压气体的作用下对管道内壁进行冲击，不断将附着在内壁上的腐蚀物、沉积物以及生物膜击碎，随后从排出口流出。冲洗过程中的流量、压力、浊度等数值变化全部存储可用于后续分析；所述的供气管4采用间歇性注气，循环开关供气管4的第一空气流量阀6，形成气流冲击；比如进气时间5-20s，关闭20-30s，重复进行数个循环。

(7)检测排出口的浊度计14读数是否符合要求，如符合要求，结束清洗，如不符合，回至步骤(2)。如此循环进行，直至管道清洗至符合要求，过程中，供气压力、流量被实时调整，供气时间也被大为缩短，实现高效、精准的管道清洗，节约能源，保证清洗效果，并且清洗过程自动进行。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。