罐式無負壓技術和電子式無負壓技術比較分析

　　一、罐式、電子式無負壓技術介紹
　　罐式無負壓技術和電子式無負壓技術都是在變頻恒壓技術的基礎上發展而來，其研發的目的都是為了消除水泵運行過程中產生的吸程導致的負壓危害，更直觀的說是為了避免對進水端其它用戶形成搶水現象并對市政管網造成管損而研發。
　　這兩種技術基本情況如下：
　　1、罐式無負壓技術：
　　所謂罐式無負壓技術，可以比較形象的稱之為機械式負壓消除技術。這種技術建立于變頻恒壓供水設備的基礎上，通過在設備進水端增加一套穩流補償罐來實現消除水泵運行過程中所產生的負壓。（有些廠家還在設備出水端增加了小型氣壓罐裝置來實現小流量穩壓，極個別廠家增加了進水端流量控制器來抑制搶水流量。）罐式無負壓技術的核心是通過設在穩流罐中的液位控制器來控制設備的啟停，以達到消除負壓的功能。其基本動作原理如下：
　　1）當設備進水流量≥用水流量時，罐中水位始終處于液位控制器的上限，整套設備沒有搶水現象，不會產生負壓，設備出于正常運轉狀態。
　　2）當設備進水流量＜用水流量時，穩流罐中的水會補充到設備進水管道中，當水位下降到液位控制器下線時，液位控制器的鋼球與觸點分離，導電線路斷開，設備自動停機，終止搶水動作，從而破壞并終止負壓；當進水逐漸充滿設備管道和穩流罐后，浮子上升，鋼球滾動至水位上限觸點，接通導電線路，設備自動啟動。
　　罐式無負壓技術在設備運行并產生負壓結果的狀態下，來反復發生上述動作以破壞和消除負壓結果。設備啟停的頻率取決于進水流量與用水流量的差值、穩流罐容積和設備流量之間的綜合計算結果。
　　罐式無負壓技術在數據采集上始終是以出水端壓力設定值為依據，是基于正反饋機制作為技術原理進行研發的，屬于單向、機械型控制技術。其技術要點是在產生了負壓結果以后開始控制動作，只起到破壞或終止負壓結果的作用，是一種亡羊補牢型的技術行為。
　　2、電子式無負壓技術。
　　所謂電子式無負壓技術，也是建立于變頻恒壓技術的基礎上，通過在設備控制系統增加無負壓運行指標的電子監控、程序計算、運行處理系統來控制不產生負壓。即完全通過調節水泵運行頻率、運行臺數來消除負壓影響的自動化控制系統。它必須在自動化控制技術與給排水水力模型的有機結合的基礎上才有可能研發出來。它對負壓問題的處理和解決完全不通過穩流罐等機械化的部件完成。
　　電子式無負壓產品一般由變頻恒壓控制系統、電子虛擬控制系統、電子自動跟隨控制系統、智能模糊控制系統等組成。各系統主要功能如下：
　　1）變頻恒壓控制系統：
　　負責完成最基本的水泵機組運行控制。
　　2）電子虛擬控制系統：
　　負責根據模擬地下水池進水狀態建立的數據模型檢測進水端壓力、流量變化情況。
　　3）電子自動跟隨系統：
　　負責綜合計算進水端壓力與出水端壓力、進水端流量與出水端流量的變化情況。
　　4）智能模糊控制系統：
　　負責根據虛擬控制系統以及自動跟隨系統計算的結果匯總計算后對變頻恒壓系統發出運行指令。
　　電子式無負壓供水設備基本動作原理如下：
　　1）當設備來水量≥用水量時，所有系統會指揮水泵機組正常運行，達到出水壓力恒定的效果。這種運行工況下，設備控制系統完全根據用水流量以及設備設定的出水壓力來決定水泵機組的運行狀態，進水壓力、進水流量參數起輔助作用，設備處于正常運轉狀態。
　　2）當設備來水量＜用水量時，虛擬控制系統、自動跟隨系統與模糊控制系統共同計算，指揮變頻恒壓系統及時降低水泵運行頻率，甚至減少水泵運行臺數，消除水泵搶水現象。在這種運行工況下，整套系統就會自動調整設備運行數據依據，主要以進水流量作為水泵機組運行的數據依據，出水壓力設定值、用水流量數據都只起輔助作用。
　　電子式無負壓技術是基于負反饋機制作為技術原理進行研發，屬于雙向、復合型控制技術，其技術控制要點是確保預防和消除負壓產生的趨勢，其最大的特點是設備運行過程中始終不會出現負壓的結果。因此在電子式無負壓技術系統控制下，設備機組只有在進水量接近于零時（即停水時）自動停機，此外在消除負壓的過程中均不會出現啟停現象。
　　二、罐式、電子式無負壓產品優勢比較
　　罐式無負壓產品與電子式無負壓產品在實際運行過程中的穩定性差異是相當明顯的。
　　1、在供水高峰期，用水流量不斷擴大，導致供水流量出現缺口（即在供水流量＜用水流量的工況下），罐式無負壓產品必然出現機組頻繁啟停動作，從而導致用水端供水時斷時續、用水端管網壓力不平衡而出現水錘、用水終端用水器具水壓時大時小、設備電機及電子元器件損耗加劇等后果。
　　2、同樣的情況，如果是在電子式無負壓技術的控制下，設備始終主要以進水端壓力、流量作為水泵機組運行頻率的參數，根據來水量決定加壓設備的出水量、出水壓力，從而可以確保設備機組進水端與出水端供水管網工況的一致性、運行的連續性以及管網壓力的平穩性，有效地避免管網水錘的發生，確保出水終端用戶用水情況與供水狀況一致。
　　此外罐式無負壓產品與電子式無負壓產品在運行維護方面也有一定的差異。
　　1、罐式無負壓技術所增加的穩流補償罐、流量控制器、能量儲存器、雙向補償器等機械部件，無疑增加了設備的故障點，增加了設備機組的運行維護成本，不利于設備機組的長期穩定運行。
　　2、電子式無負壓技術所增加的零配件均為國標通用件，互換性強且穩定運行時間長，維修更換便捷且成本透明，完全可以確保設備機組的長期、連續、穩定運行。
　　三、罐式、電子式無負壓技術的投資經濟性比較。罐式無負壓技術本身就決定了其設備的購置成本、維護成本遠遠高于電子式無負壓技術設備。
　　1、設備購置成本差異大。罐式無負壓技術在產品構成方面不銹鋼穩流罐是一個難以下降的剛性成本，所以在同等規格、檔次的設備上，其價格要比電子式產品高20%以上。以護潭廣場泵站設備為例，按照罐式無負壓產品的行業標準，其技術要求在1000 m3/h的設備上規定穩流補償罐須配兩個30 m3的，按照護潭廣場泵站設備的流量，至少要配四個30 m3的罐。目前罐式產品廠家普遍只配四個8 m3的罐。其帶四個8 m3罐的設備報價在600萬至900萬，如果按照其行業標準合理匹配到四個30 m3的罐的話，其報價將會達到900萬-1200萬。
　　2、設備占地面積差異大。目前罐式產品配備四個8 m3的罐就已經比電子式無負壓技術的產品占地面積大25 m2，如果配備到規定的容積的話，其占地面積將超過電子式技術至少100 m2，這必然增加泵房建筑成本。
　　3、后期維護成本差異大。目前罐式產品雖然有行業標準作為依據，但是其零配件，特別是其擁有專利技術的零配件全部為非標產品，不具有通用性，極易造成高昂的售后維護成本。而電子式無負壓技術的產品配件全部為國際標準或國標產品，通用性強，互換性強，價格透明，采購方便，除軟件、程序外廠家無法設置壁壘，可大大降低維護成本。
　　4、運行能耗幾乎無差異。所有無負壓產品都是在利用原有管網壓力的基礎上疊壓運行達到節能的目的。只要所選擇水泵的工作效率一致，軸功率一致，供水流量、揚程，進、出水壓力等參數一致的情況下，根據能量守恒定律，其運行能耗不管是何種技術，何種品牌的產品，應該都基本一致。只是說所有無負壓技術與傳統變頻恒壓產品比較，節能效果可以達到50%以上而已，在無負壓產品之間按照以上條件是沒有區別的。例如在護潭廣場泵站上，與傳統建地下水池，采用變頻恒壓的技術比較的話，一水廠方向進水壓力為0.44 Mpa，出水壓力為0.58 Mpa的話，其節能比例可達0.44/0.58*100%=75.86%;三水廠方向進水壓力為0.38 Mpa，出水壓力為0.58 Mpa的話，其節能比例可達0.38/0.58*100%=65.52%。但是如果在無負壓產品之間比較，不管是什么技術、什么品牌，按照以上條件的話，其節能差距不會超過1%。
　　四、從量化的角度分析罐式無負壓技術部件的功能。無負壓技術有很多大力宣傳的技術亮點，僅憑概念上的介紹時往往很有道理，但是如果我們本著科學的精神進行量化的研究分析時，其不足之處就顯而易見了，尤其是在市政泵站大流量供水工況下。現在我以護潭廣場罐式無負壓設備為例進行量化分析如下：
　　1、穩流補償罐的補償作用。目前罐式技術廠家給中環提供的配置上單個穩流罐的容積為8 m3，每套設備兩個。按照罐式技術的工作原理，一旦出現負壓現象時，它是通過罐中的水補充到設備進水管道中，彌補進水流量的不足來緩解或消除負壓現象。本泵站水泵的單泵流量平均值在1400m3/h左右，那么兩臺工作泵的秒流量在778L/S，兩個罐的容積即使全部流量可以補充到設備進水管，它所能緩解的時間也只有20秒，加之其1/3的容積沒有水,那么所能緩解的時間就只有13秒，這就意味著其提供的穩流罐如果在13秒的時間內還沒有緩解負壓現象的話，罐內的水位必然到下限，在此種情況下，所有的罐式產品都會執行同一個規定動作：停機，然后要等負壓現象消除，市政進水管網的水充滿設備管道，充滿穩流補償罐，到達罐內液位控制器上限時，設備才會重新啟動。只要來水量短缺的情況未消除，罐式技術產品會馬上重復以上動作。所以罐式技術在護潭廣場泵站應用上，即使其將穩流罐配到規定的30 m3，也無非是將停機的過程延長到51秒而已，改變不了它頻繁啟停的現象。一旦九華地區用水量超過5萬立方，而一、三水廠單邊供水的時候，罐式技術產品就無法確保加壓泵站的連續穩定運行。因為穩流補償罐不可能做到無限大，以它們目前的容積配置來說比兩米長的D1020的管道水量起的緩沖作用都小。
　　2、無負壓流量控制器的作用。按照罐式無負壓技術的標準，其無負壓流量控制器具備調節穩流補償罐前端市政管網進水流量大小的作用。在負壓產生時它可以調小市政管網的進水流量。按照它功能的說明，實際上就是一個電磁閥。但是如果在負壓產生時它調小市政管網進水流量的話，它同時也就加劇了設備進水量與出水量的缺口，加快了穩流補償罐液位控制器下限停機信號發出的速度。延緩了設備管道及穩流補償罐水量補充的速度，加大了罐式設備啟停的頻率，更加影響供水穩定性及加大對設備機械部分及電器元件部分的破壞性。
　　3、能量儲存器。按照罐式技術的行業技術標準，能量儲存器的容積不會超過0.5 m3，儲存器內的壓力最高也就是1.6 Mpa，在護潭廣場項目上最多也就是1.0 Mpa。行業技術標準中明確它所起的作用就是保證罐中的水能夠最大程度地補償到用戶管網中，抑制負壓產生。雖然空氣可以壓縮，但水是不可能壓縮的介質，所以能量儲存器中的壓力不可能改變其儲水容積的大小，一旦負壓產生時，它不可能加大穩流罐的緩沖流量，最多只起到加快罐內水量補充到管道的速度，加快罐內水位到達液位控制器下限的速度，加快罐式設備停機的速度的作用。
　　4、雙向補償器。按照它的專利說明以及技術標準，雙向補償器所起的作用是可自動對自來水管網進行持續水量補償，還可以對用戶管網起到穩壓補償作用。經實際考察，它實際上就是在負壓產生時，罐式技術產品穩流補償罐中的水向設備管道中進行補充的一個通道。至于對用戶管網的穩壓作用只要稍加量化分析就可得出結果。試想，一個0.5 m3的氣壓罐，在1.0 Mpa的氣壓下，對一個管徑達DN1000、管線達數公里的管網能夠起到多大的穩壓作用？