低阻力倒流防止器对水质污染控制意义

1概述 管道倒流防止器作为保护自来水供水水质安全的有效设施，在国外一些发达国家已经被广泛应用；在我国，尤其是进入21世纪，由于城市建设的飞速发展，自来水用户数量的迅速增加，自来水水质要求不断提高，管道倒流防止器正在被逐渐重视和推广使用；2002年发布了CJ/T160-2002《倒流防止器》行业推荐性标准，在2003年发布的GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》国家标准中规定了“倒流防止器”的设置场合及其阻力性能的要求。 管道倒流防止器，主要用于市政供水管网与用户管网之间，或者生活水与消防水、空调水、绿化水等不同水质系统之间的有效隔断；主要功能是在阀门关闭后，存在各种可能的内泄漏时，防止出口端水质较差的介质渗漏到水质较好的进口端，避免回流污染，应设有内泄漏感应及排污引流装置。 2倒流防止器产品的历史沿革与结构、性能介绍 倒流防止器起源于止回阀，但与止回阀有着本质的区别。 图1第一代产品即双止回阀型倒流防止器 图2第二代产品即减压型倒流防止器 2．1双止回阀型倒流防止器 由两个止回阀串联的组合装置；起到双保险的作用，在止回关闭后，其中单一止回阀存在密封泄漏，仍可保证装置的密封性能，但在两个止回阀同时存在密封泄漏时，整个装置的密封性能被破坏，出口端介质就会倒流到进口端，其隔断可靠性较差，水头损失较大，目前仅用于小口径和隔断安全性要求较低的场合。 为了提高倒流防止器的隔断可靠性，在第一代双级止回阀形式产品的基础上，延伸出增加排水器形式的第二代产品见图2即减压型倒流防止器。 2．2减压型倒流防止器 由进口端的第一级止回阀+中间排水器+出口端第二级止回阀三部分串联而成的组合装置。 第一级止回阀的阀座之前为进口段，第一级阀座之后至第二级止回阀的阀座之前为中间腔，第二级阀座之后为出口段。 该装置在止回关闭后，由于设置于中间腔段排水器的作用，在泄漏排水时，确保中间腔内的压力低于进口段内的压力一定的差值△P（CJ/T160-2002标准规定△P≥0.012～0.024MPa），形成中间腔的低压隔断，一旦由于某种原因泄漏使中间腔内的压力升高，排水器会自动开启排水，从理论上讲该装置可以确保各种泄漏情况下的隔断可靠性。 由于△P的数值较小，为了确保隔断的可靠性，在排水器上必须设置较大面积的感应膜片和较大的排水口，整个装置结构长度很长，体积庞大。 由于第一级止回阀的复位弹簧承担着阀瓣与阀座之间的密封力和△P的压差作用力，必须设计得较硬，克服该弹簧力开启的水头损失一般都大于4M，克服第二级止回阀的复位弹簧力的开启水头损失至少1.5M，当流速达到1.5～2.5M/S时阀腔流道的水头损失1.5～3Ｍ，所以减压型倒流防止器在正常工作时的水头损失为7～９Ｍ，水头损失较大；减压型倒流防止器产品的水头损失≤7M时，其隔断安全性将会受到影响。 为了减小体积，降低水头损失，在三体式减压型倒流防止器的基础上延伸出几个改进型的减压型倒流防止器： 整体式减压型倒流防止器（图3）--其控制原理、水头损失一样，外形尺寸较小。 将出口段止回阀改为较小阻力型的减压型倒流防止器（图4）—其控制原理、外形尺寸一样，水头损失相应减小1～2M。 减压型倒流防止器是目前国内外市场上比较常用的一类阀，采用低压隔断形式，其隔断安全性比较好，但是由于其隔断安全性与阻力性能之间存在着相对矛盾关系，水头损失较大，难以满足GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》第3.6.15条的要求；并且外形体积较大，只能水平安装。 图3减压型倒流防止器 图4较小阻力型的减压型倒流防止器 2.3理想倒流防止器 倒流防止器按其功能要求，理想状态应该是： a、在阀门正常开启通水时，水头损失小，与一般的止回阀相近； b、在阀门关闭后，正常压力下，上下游的介质之间应有空气隔断； c、外形尺寸较小，与一般的止回阀相仿； d、安装方便，无方向。 在理解了减压型倒流防止器产品的结构和理想倒流防止器的功能要求的基础上，利用水力控制阀的控制原理，2005年延伸出第三代产品即低阻力倒流防止器产品（图5）。 　　　　　　　　 图5低阻力倒流防止器产品 　　　　　　　 图6 流速与压力损失曲线 2．4低阻力倒流防止器 由一个双级止回装置的主阀和外挂式排水器两部分组成的装置； 双止回装置的主阀被设计成等截面流道和一体式结构，阀内设置有进口止回装置和出口止回装置，两个止回装置的阀瓣与阀座的关闭密封力均来自出口段与进口段的压力差，在关闭后，进、出口两端存有正常压力的情况下，具有自密封的功能，都能确保中间腔内的压力为零，在进出口段之间形成空气隔断；两个阀瓣由一根连杆和辅助弹簧进行柔性连接而联动，两个阀瓣仅靠一根主推弹簧复位，该主推弹簧不需要承担阀瓣与阀座的密封力和压差力，只克服阀瓣关闭运动时的摩擦力和自重，可以设计得较软，所以该主阀一方面可以确保关闭时的空气隔断，另一方面可以有效地减少开启后的水头损失。 外挂式排水器分别感应主阀的进口压力和出口压力；当主阀开启通水时，排水器自动关闭；当主阀止回关闭后，排水器自动开启，将主阀中间腔内的介质排空，形成空气隔断，排水器一直保持全开状态，并维持最大的排水排污能力，一旦发生泄漏，所渗漏的介质可以直接流出阀外，所以排水器可以设计得相对较小。 低阻力倒流防止器是利用水力控制的原理，采用与减压型倒流防止器完全不同的控制方式，既可确保以空气隔断形式存在的最高等级的隔断安全性，又可有效地降低水头损失，在流速V=2.5m/s时，水头损失h=2～3m；外形尺寸较小，可以水平或垂直安装，基本上达到了理想倒流防止器的要求．(见表二、图6) 3 倒流防止器的性能要求及主要性能指标分析与比照 由于倒流防止器产品主要用于防止供水源水质受到污染，较高的隔断安全性能是其主要性能，必须确保；从节能的角度考虑，其水头损耗相对要小；产品应达到环保和卫生标准的要求，本身不能对水质造成污染；产品外形尺寸要小，便于安装和节约空间；从日常维护的角度考虑，应便于故障的及时发现和排除，方便检测和维修；壳体的材质应选用韧性材料，满足防冻要求。 主要的性能指标依据性能要求分为下列几种：（表1） １、隔断安全性指标： △P值－－当进口压力（P1）小于出口压力（P3）时,阀门关闭，其中间腔压力（P2）低于进口压力的差值，即△P=P1－P2；该指标值体现阀门关闭后低压隔断的程度，指标值越大隔断安全性越好。CJ/T160-2002《倒流防止器》行业标准规定△Ｐ≥0.012～0.024MPa。 ２、水头损失指标： h值－－当进口压力大于出口压力阀门正常开启后，管中流速V=1.5～2.5m/s时，阀门从进口法兰至出口法兰之间的水头损失大小；该指标值越小，流经阀门的水头损失越小。GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》国家标准规定h=0.025～0.04MPa。 ３、 其他指标： 卫生指标－－产品必须经过省、部级以上卫生检测部门的检测并合格，取得省级以上卫生主管单位的《卫生许可批件》。 防冻要求－－产品的壳体材质须选用球墨铸铁及以上的韧性材料。 4倒流防止器产品的发展趋势 从上述倒流防止器产品的历史沿革、设置要求以及使用要求中得知，倒流防止器产品的发展趋势体现在下列几个方面： ①在隔断安全性方面：从双止回阀型→减压型→空气隔断型方向发展； ②在节能降耗方面：从水头损耗大→水头损耗小方向发展。 ③在节省投资和节材方面：从体积大、重量重→体积小、重量轻方向发展。 5倒流防止器的安装 为了安装和检修方便，确保倒流防止器的正常使用，在倒流防止器之前应设置控制阀门和过滤器，在倒流防止器之后应设置伸缩器（或软接头）和控制阀门（图7、表三）。 倒流防止器的排水器的排水出口需另外安装引流管，引至集水井的正上方≥100mm处，其间不得设置可能阻断介质流动的阀门；集水井的排污口径大小应能保证排水通畅。 安装前须对倒流防止器的上下游管道进行彻底的冲洗，不允许管中有颗粒垃圾及杂质存在。 需要不间断供水检修的，可一备一用设置。 为了便于日常检测和维护，倒流防止器应尽量布置在室内，特别是北方地区；如应布置在室外，做好防冻防护工作，并便于日常维护。 图7　倒流防止器安装示意 表3 6倒流防止器的设置与应用 倒流防止器的设置场合在GB50015－2003《建筑给水排水设计规范》国家标准中已经作了较为明确的规定，下面就倒流防止器应用的具体场合进行简单描述（仅供参考）： ①具有加压稳压设备的消防给水系统,从生活给水系统或市政管网中直接取水的场合,或消防给水系统从低落差的生活水系统中直接取水并有回流可能的场合，在其起端应设置倒流防止器。（如在消防泵的进口段管道与市政管网的连接处、高位消防水箱进水管道与生活水管道的连接处等部位应安装倒流防止器。） ②具有加压或稳压设备的生活给水系统直接从市政管网中取水的场合；在其市政管网的引入管道上应设置倒流防止器；如采用无负压（叠压式）供水方式的进水段管道上应设置阻力较小的倒流防止器。 ③建筑中央空调循环水补水的管道上应安装倒流防止器。 ④露天水池的补水管道口与其溢流水位或最高淹没水位之间的空气间隙小于管径2.5倍的，在其补水管道上安装倒流防止器。 ⑤从市政管网或生活水系统向化工厂、发电厂、造纸厂、污水处理厂、垃圾处理站、动物养殖场、医院、制药厂、喷漆厂（车间）、实验室等容易造成有毒有害污染的场合输送生产用水的管道起端，应安装空气隔断型的倒流防止器。 ⑥市政管网或生活水系统中的水质达到（或者将在近若干年内计划达到）直接饮用水标准，从其管网中取水的引出管道的起端应安装空气隔断型倒流防止器。 ⑦从水质好的管网向水质差的管网<