罐式无负压技术和电子式无负压技术比较分析

　　一、罐式、电子式无负压技术介绍
　　罐式无负压技术和电子式无负压技术都是在变频恒压技术的基础上发展而来，其研发的目的都是为了消除水泵运行过程中产生的吸程导致的负压危害，更直观的说是为了避免对进水端其它用户形成抢水现象并对市政管网造成管损而研发。
　　这两种技术基本情况如下：
　　1、罐式无负压技术：
　　所谓罐式无负压技术，可以比较形象的称之为机械式负压消除技术。这种技术建立于变频恒压供水设备的基础上，通过在设备进水端增加一套稳流补偿罐来实现消除水泵运行过程中所产生的负压。（有些厂家还在设备出水端增加了小型气压罐装置来实现小流量稳压，极个别厂家增加了进水端流量控制器来抑制抢水流量。）罐式无负压技术的核心是通过设在稳流罐中的液位控制器来控制设备的启停，以达到消除负压的功能。其基本动作原理如下：
　　1）当设备进水流量≥用水流量时，罐中水位始终处于液位控制器的上限，整套设备没有抢水现象，不会产生负压，设备出于正常运转状态。
　　2）当设备进水流量＜用水流量时，稳流罐中的水会补充到设备进水管道中，当水位下降到液位控制器下线时，液位控制器的钢球与触点分离，导电线路断开，设备自动停机，终止抢水动作，从而破坏并终止负压；当进水逐渐充满设备管道和稳流罐后，浮子上升，钢球滚动至水位上限触点，接通导电线路，设备自动启动。
　　罐式无负压技术在设备运行并产生负压结果的状态下，来反复发生上述动作以破坏和消除负压结果。设备启停的频率取决于进水流量与用水流量的差值、稳流罐容积和设备流量之间的综合计算结果。
　　罐式无负压技术在数据采集上始终是以出水端压力设定值为依据，是基于正反馈机制作为技术原理进行研发的，属于单向、机械型控制技术。其技术要点是在产生了负压结果以后开始控制动作，只起到破坏或终止负压结果的作用，是一种亡羊补牢型的技术行为。
　　2、电子式无负压技术。
　　所谓电子式无负压技术，也是建立于变频恒压技术的基础上，通过在设备控制系统增加无负压运行指标的电子监控、程序计算、运行处理系统来控制不产生负压。即完全通过调节水泵运行频率、运行台数来消除负压影响的自动化控制系统。它必须在自动化控制技术与给排水水力模型的有机结合的基础上才有可能研发出来。它对负压问题的处理和解决完全不通过稳流罐等机械化的部件完成。
　　电子式无负压产品一般由变频恒压控制系统、电子虚拟控制系统、电子自动跟随控制系统、智能模糊控制系统等组成。各系统主要功能如下：
　　1）变频恒压控制系统：
　　负责完成最基本的水泵机组运行控制。
　　2）电子虚拟控制系统：
　　负责根据模拟地下水池进水状态建立的数据模型检测进水端压力、流量变化情况。
　　3）电子自动跟随系统：
　　负责综合计算进水端压力与出水端压力、进水端流量与出水端流量的变化情况。
　　4）智能模糊控制系统：
　　负责根据虚拟控制系统以及自动跟随系统计算的结果汇总计算后对变频恒压系统发出运行指令。
　　电子式无负压供水设备基本动作原理如下：
　　1）当设备来水量≥用水量时，所有系统会指挥水泵机组正常运行，达到出水压力恒定的效果。这种运行工况下，设备控制系统完全根据用水流量以及设备设定的出水压力来决定水泵机组的运行状态，进水压力、进水流量参数起辅助作用，设备处于正常运转状态。
　　2）当设备来水量＜用水量时，虚拟控制系统、自动跟随系统与模糊控制系统共同计算，指挥变频恒压系统及时降低水泵运行频率，甚至减少水泵运行台数，消除水泵抢水现象。在这种运行工况下，整套系统就会自动调整设备运行数据依据，主要以进水流量作为水泵机组运行的数据依据，出水压力设定值、用水流量数据都只起辅助作用。
　　电子式无负压技术是基于负反馈机制作为技术原理进行研发，属于双向、复合型控制技术，其技术控制要点是确保预防和消除负压产生的趋势，其最大的特点是设备运行过程中始终不会出现负压的结果。因此在电子式无负压技术系统控制下，设备机组只有在进水量接近于零时（即停水时）自动停机，此外在消除负压的过程中均不会出现启停现象。
　　二、罐式、电子式无负压产品优势比较
　　罐式无负压产品与电子式无负压产品在实际运行过程中的稳定性差异是相当明显的。
　　1、在供水高峰期，用水流量不断扩大，导致供水流量出现缺口（即在供水流量＜用水流量的工况下），罐式无负压产品必然出现机组频繁启停动作，从而导致用水端供水时断时续、用水端管网压力不平衡而出现水锤、用水终端用水器具水压时大时小、设备电机及电子元器件损耗加剧等后果。
　　2、同样的情况，如果是在电子式无负压技术的控制下，设备始终主要以进水端压力、流量作为水泵机组运行频率的参数，根据来水量决定加压设备的出水量、出水压力，从而可以确保设备机组进水端与出水端供水管网工况的一致性、运行的连续性以及管网压力的平稳性，有效地避免管网水锤的发生，确保出水终端用户用水情况与供水状况一致。
　　此外罐式无负压产品与电子式无负压产品在运行维护方面也有一定的差异。
　　1、罐式无负压技术所增加的稳流补偿罐、流量控制器、能量储存器、双向补偿器等机械部件，无疑增加了设备的故障点，增加了设备机组的运行维护成本，不利于设备机组的长期稳定运行。
　　2、电子式无负压技术所增加的零配件均为国标通用件，互换性强且稳定运行时间长，维修更换便捷且成本透明，完全可以确保设备机组的长期、连续、稳定运行。
　　三、罐式、电子式无负压技术的投资经济性比较。罐式无负压技术本身就决定了其设备的购置成本、维护成本远远高于电子式无负压技术设备。
　　1、设备购置成本差异大。罐式无负压技术在产品构成方面不锈钢稳流罐是一个难以下降的刚性成本，所以在同等规格、档次的设备上，其价格要比电子式产品高20%以上。以护潭广场泵站设备为例，按照罐式无负压产品的行业标准，其技术要求在1000 m3/h的设备上规定稳流补偿罐须配两个30 m3的，按照护潭广场泵站设备的流量，至少要配四个30 m3的罐。目前罐式产品厂家普遍只配四个8 m3的罐。其带四个8 m3罐的设备报价在600万至900万，如果按照其行业标准合理匹配到四个30 m3的罐的话，其报价将会达到900万-1200万。
　　2、设备占地面积差异大。目前罐式产品配备四个8 m3的罐就已经比电子式无负压技术的产品占地面积大25 m2，如果配备到规定的容积的话，其占地面积将超过电子式技术至少100 m2，这必然增加泵房建筑成本。
　　3、后期维护成本差异大。目前罐式产品虽然有行业标准作为依据，但是其零配件，特别是其拥有专利技术的零配件全部为非标产品，不具有通用性，极易造成高昂的售后维护成本。而电子式无负压技术的产品配件全部为国际标准或国标产品，通用性强，互换性强，价格透明，采购方便，除软件、程序外厂家无法设置壁垒，可大大降低维护成本。
　　4、运行能耗几乎无差异。所有无负压产品都是在利用原有管网压力的基础上叠压运行达到节能的目的。只要所选择水泵的工作效率一致，轴功率一致，供水流量、扬程，进、出水压力等参数一致的情况下，根据能量守恒定律，其运行能耗不管是何种技术，何种品牌的产品，应该都基本一致。只是说所有无负压技术与传统变频恒压产品比较，节能效果可以达到50%以上而已，在无负压产品之间按照以上条件是没有区别的。例如在护潭广场泵站上，与传统建地下水池，采用变频恒压的技术比较的话，一水厂方向进水压力为0.44 Mpa，出水压力为0.58 Mpa的话，其节能比例可达0.44/0.58*100%=75.86%;三水厂方向进水压力为0.38 Mpa，出水压力为0.58 Mpa的话，其节能比例可达0.38/0.58*100%=65.52%。但是如果在无负压产品之间比较，不管是什么技术、什么品牌，按照以上条件的话，其节能差距不会超过1%。
　　四、从量化的角度分析罐式无负压技术部件的功能。无负压技术有很多大力宣传的技术亮点，仅凭概念上的介绍时往往很有道理，但是如果我们本着科学的精神进行量化的研究分析时，其不足之处就显而易见了，尤其是在市政泵站大流量供水工况下。现在我以护潭广场罐式无负压设备为例进行量化分析如下：
　　1、稳流补偿罐的补偿作用。目前罐式技术厂家给中环提供的配置上单个稳流罐的容积为8 m3，每套设备两个。按照罐式技术的工作原理，一旦出现负压现象时，它是通过罐中的水补充到设备进水管道中，弥补进水流量的不足来缓解或消除负压现象。本泵站水泵的单泵流量平均值在1400m3/h左右，那么两台工作泵的秒流量在778L/S，两个罐的容积即使全部流量可以补充到设备进水管，它所能缓解的时间也只有20秒，加之其1/3的容积没有水,那么所能缓解的时间就只有13秒，这就意味着其提供的稳流罐如果在13秒的时间内还没有缓解负压现象的话，罐内的水位必然到下限，在此种情况下，所有的罐式产品都会执行同一个规定动作：停机，然后要等负压现象消除，市政进水管网的水充满设备管道，充满稳流补偿罐，到达罐内液位控制器上限时，设备才会重新启动。只要来水量短缺的情况未消除，罐式技术产品会马上重复以上动作。所以罐式技术在护潭广场泵站应用上，即使其将稳流罐配到规定的30 m3，也无非是将停机的过程延长到51秒而已，改变不了它频繁启停的现象。一旦九华地区用水量超过5万立方，而一、三水厂单边供水的时候，罐式技术产品就无法确保加压泵站的连续稳定运行。因为稳流补偿罐不可能做到无限大，以它们目前的容积配置来说比两米长的D1020的管道水量起的缓冲作用都小。
　　2、无负压流量控制器的作用。按照罐式无负压技术的标准，其无负压流量控制器具备调节稳流补偿罐前端市政管网进水流量大小的作用。在负压产生时它可以调小市政管网的进水流量。按照它功能的说明，实际上就是一个电磁阀。但是如果在负压产生时它调小市政管网进水流量的话，它同时也就加剧了设备进水量与出水量的缺口，加快了稳流补偿罐液位控制器下限停机信号发出的速度。延缓了设备管道及稳流补偿罐水量补充的速度，加大了罐式设备启停的频率，更加影响供水稳定性及加大对设备机械部分及电器元件部分的破坏性。
　　3、能量储存器。按照罐式技术的行业技术标准，能量储存器的容积不会超过0.5 m3，储存器内的压力最高也就是1.6 Mpa，在护潭广场项目上最多也就是1.0 Mpa。行业技术标准中明确它所起的作用就是保证罐中的水能够最大程度地补偿到用户管网中，抑制负压产生。虽然空气可以压缩，但水是不可能压缩的介质，所以能量储存器中的压力不可能改变其储水容积的大小，一旦负压产生时，它不可能加大稳流罐的缓冲流量，最多只起到加快罐内水量补充到管道的速度，加快罐内水位到达液位控制器下限的速度，加快罐式设备停机的速度的作用。
　　4、双向补偿器。按照它的专利说明以及技术标准，双向补偿器所起的作用是可自动对自来水管网进行持续水量补偿，还可以对用户管网起到稳压补偿作用。经实际考察，它实际上就是在负压产生时，罐式技术产品稳流补偿罐中的水向设备管道中进行补充的一个通道。至于对用户管网的稳压作用只要稍加量化分析就可得出结果。试想，一个0.5 m3的气压罐，在1.0 Mpa的气压下，对一个管径达DN1000、管线达数公里的管网能够起到多大的稳压作用？