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加氯水处理设备及系统附件　　　现代真空式加氯机工作原理及发展

现代真空式加氯机原理及控制技术
　　所谓真空式加氯机其本质是“气体流量调节与测量控制系统”,主要有真空调节器，流量计/控制阀及水射器组成这个系统。关键是对气体压力和流量二个参数的调节控制。为达到控制这两个参数的目的，无论真空式还是正压式，传统的调节控制方式是采用差压稳压器。对气体而言，假设系统压力(或负压)稳定。只需将调节阀口(控制气体流量)上下游侧的压差（￠p）调节稳定，则流过调节阀口气体的流量同调节阀口的开度成比例。但实际上这种方法在系统压力（负压）波动时（例如水射器工作水压波动造成抽吸力变化会影响系统压力变化），由于气体的可压缩性，即使在差压稳定时，流过调节阀口的实际气体流量（质量流量）仍会发生变化。这是差压调节方式存在的固有缺陷，其调节阀位开度并不一定同气体流量成比例，阀位开度输出信号也不能准确代表气体流量。为减小这种波动，在真空调节器入口处常常增设一个减压（稳压）阀、有时在水射器入口处增设稳压阀。
　　为了克服上述存在的缺陷，气体动力学的音速流调节技术被应用于现代真空加氯机。这是加氯机气体流量调节与测量控制技术的一次重大突破。当气体流速达到声音在该气体中的传输速度时。可压缩的气体流体特性变成了不可压缩流体。同时，要使其流速超过音速（即超音速），存在一个耗能很大的音障区。一但加氯机水射器抽吸力将气体流过调节阀口的流速达到音速，则此时流过调节阀口的气体流量仅同阀口开度成比例（音速喷咀原理，可用来测量气体质量流量）。即使水射器抽吸力进一步增大（即系统压力变化），流经调节阀口的气体流速也不会变化。调节阀口开度同气体流量完全成比例。其阀位开度输出信号准确代表气体流量。

差压稳压器调节的真空加氯机

　　水流经水射器喉管形成一个真空，从而开启水射器中的单向阀。真空通过负压管路传至真空调节器，负压使真空调节器上的进气阀打开，压力气源的气体流入。真空调节器中弹簧作用的膜片调节真空度。气体在负压抽吸下经过流量计和调节阀。差压稳压器控制流过调节阀的压差，在一定范围内保持稳定。通过负压管路，气体被送至水射器，与水完全混合后形成氯水溶液。从水射器到真空调节器上的进气阀整个系统完全处于负压状态。不论什么原因水射器的给水停止或负压条件被破坏，真空调节器中弹簧支承的进气阀就会立刻关闭，隔断压力气体供给。

音速流原理调节的真空加氯机

　　水流经水射器喉管形成一个真空，从而开启水射器中的单向阀。真空通过负压管路传至真空调节器、负压使真空调节器上的进气阀打开，压力气源的气体流入。真空调节器中弹簧作用的膜片调节真空度。气体在真空抽吸下经过流量计，在较高的负压压差作用下，一但气体以音速流过调节阀。根据气体动力学原理，此时对气体的调节等同于对液体的调节。流经调节阀口的气体流量不随系统压力及上下游压差（在一定范围内）的变化而变化，即水射器工作水压（高于工作启始压力起）的变化而变化。此时，气体流速恒定（音速）而且不可压缩。流量完全同调节阀开度成比例（等同于音速喷咀质量流量计）。从而克服了传统差压稳压调节方式的缺陷。使气体流量调节稳定而精确。通过负压管路气体被送至水射器。与水完全混合后形成氯水溶液。从水射器到真空调节器上的进气阀系统完全处于负压状态，不论什么原因水射器的给水停止或负压条件被破坏，真空调节器中弹簧支承的进气阀就会立刻关闭，隔断压力气体供给。音速流原理大大简化了系统机械结构，极大地提高了系统可靠性。

水射器

A位置：低流速/高水压

B位置：高流速/低水压

水射器工作原理图

水射器水利条件原理图

　　水射器基本工作原理是根据能量守恒，采用文丘利喷嘴结构。在喉部流速增大，动能提高而压能下降，以至压力下降至低于大气压而产生抽吸作用，将气体抽入同水混合。水射器是加氯机气体流量调节及测量控制系统的动力部件（喻为加氯机的发动机）。
正确选型加氯机及水射器必须清楚了解下列参数及概念：

Ps－工作水压力;在正常工作条件下，水射器入口处测得的压力。
Pb－工作背压;在正常工作条件下，水射器出口处测得的压力。
　　为正确的确定Ps和Pb值，必须在正常工作条件下对水射器运行系统进行水力学分析。
　　注意此处所说的“正常工作条件下”仅指有水流过系统管路时来确定水射器工作水压和背压。因为水管输送到水射器过程中有管路磨檫损失，也说明在溶液投加点处的压力不能认为是水射器出口工作背压，因为在溶液管线也会有磨檫损失。

水射器工作水压：Ps = P-Fs±HS
P－接至水射器供水管线处的管网水压。
Fs－流过水射器供水管、阀门、过滤器、接头等的磨檫损失。
Hs－水厂管网和水射器入口处之间的高程差
水射器工作背压：Pb = Fb+Pd+Fd+Hb
Fb－流过溶液投加管线、阀门、接头等磨檫损失。
Pd－投加点处扩散器上受到的压力。
Fd－流过扩散器的摩擦损失(水头损失)。
Hb－水射器出口和溶液投加点之间的高程差。
注：有关工作水压、工作背压及耗水量参数之间关系的水射
器性能请咨询宁波纽斯达仪表有限公司

加氯机性能比较举例

加氯机品牌型号	Capital controls (Fisch&porter) FX4400(70C4400)	W&T V-2000
运行原理	音速流调节	压差稳压器调节
投加量	20 kg/h	20 kg/h
增压泵出水压力	515 Kpa	515 Kpa
扩散器出口背压	17.9 Kpa	17.9 Kpa
扩散器位置水头	1.5 m	1.5 m
扩散器水头损失	13.8 Kpa	13.8 Kpa
水射器至扩散器溶管线等效长度	30.5 m	30.5 m
实际所需增压泵流量	10 m3/h	55.8 m3/h
实际所需溶液管径	32 m	76 m
溶液在管线中驻留时间	8.5 S	9 S

比较分析
根据左表数据，二种加氯机在供水压力、管线长度、安装位置、扩散器水头损失及背压均一样的条件下，表现出的实际运行效果有非常大的差别：
1.额外的设备成本：W&T 加氯机所需增压泵及溶液管线的造价远大于Capital controls加氯机。
2.运行成本：
①水费：W&T加氯机所需水量比Capital controls加氯机多45.8m³/h若以自来水水价0.8元/ m3计，每年运行300天，则额外增加的水费为：
0.8×45.8×24×300 = 263808元（26.38万元/ 年）
②电费：以国产多级水泵为例
Q=12m³/h H=54m(540KPa) 功率3.0kw
Q=60m³/h H=55m(550KPa) 功率18.5kw
功耗W&T加氯机比Capital controls 加氯机多15.5kw。若以电价0.4元/度计，每年运行300天，则额外增加电费为：
0.4×15.5×24×300 = 44640元（4.46万元/ 年）
则：W&T一台20kg/h加氯机一年运行成本增加合计：30.84万元

注：表格中有关数据摘自美国EPA162511-86/021《Design Manual Municipal waste-water Disinfection》U.SEnvironmental Protection Agency, Office of Research and Development and Water Engineering Research Laboratory,Center for Environmental Research Information [《市政废水消毒设计手册》美国环境保护学会（EPA）, 研究与发展办公室和水工程研究实验室，环境研究情报中心编著］第5章“卤素消毒”第62~64页。

音速流调节加氯机的特点
　　 音速流调节技术是真空式加氯机技术进步及发展的一个里程碑。目前首都（Capital controls）加氯机，音速流调节加氯机最大投加量已达到60kg/h。远远领先其竞争对手，代表了当今世界加氯机技术发展的最高水平。
1.同差压稳压器调节的加氯机相比较，省掉了差压稳压调节器及真空断路器，可动及易损部件大大减少。符合现代设计思想－简单就是美（Simple is Best）。极大的提高了可靠性及预期使用寿命。
2.音速流调节保证了流量高度恒定。控制的稳定性及精度大大提高。几乎不受工作水压的波动影响。
3.高效节能、运行及维护成本低、性价比高。
4.流量比例控制真正达到精确、稳定。

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