一种开式单管长距离输水系统和一种水击防护方法与流程

1.本发明属于供热和输水技术领域，具体涉及一种开式单管长距离输水系统和一种水击防护方法。


背景技术：

2.按照国际公认的标准，人均水资源低于500立方米为极度缺水，包括北京在内的我国北方沿海省市人均水资源甚至不足300立方米。我国669座城市中400余座供水不足，近110座城市严重缺水，有30 个百万人口城市长期受缺水困扰。海水淡化技术是解决缺水问题的一项措施，但是因为成本高难以全面应用。
3.为了解决北方沿海清洁供热和缺水问题，提出了水热同产同送技术。具体方式为，在沿海核电厂利用抽气加热热网的温差不可逆的损失制取高温淡水，实现水热同产。然后，通过一根管道对高温热水进行输送，从而实现水热同送。在终端分离出常温淡水和供热热量，实现水热分离。现有技术中无对高温开式系统的水击防护措施，且高温输水系统产生的水击问题能够导致上亿元的经济损失，甚至生命危险。


技术实现要素：

4.为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种开式单管长距离输水系统，以实现高温淡水的稳定输送，并有效防止事故工况下的瞬态水击危害，提高系统安全性和可靠性。
5.根据本发明的第一方面，提出一种开式单管长距离输水系统，包括供热首站、水热分离站、长输单管以及至少一个中继泵站。其中：供热首站内设有水热同产机组和首站泵站，水热同产机组用于抽取海水并产出高温淡水，首站泵站用于将高温淡水进行加压送出；水热分离站内设有水热分离机组，水热分离机组用于将高温淡水释热变成常温淡水和热量；长输单管的首端连接水热同产机组的淡水出口，末端连接水热分离机组的进口；中继泵站设置在长输单管上，中继泵站用于对长输单管内的输热介质提供长距离输送的动力。
6.进一步地，首站泵站设有首站水泵、首站止回阀和首站稳压装置。其中，首站止回阀设置在首站水泵的出口，首站稳压装置设置在首站水泵出口且与首站泵站内的主管道相连。
7.进一步地，首站泵站的标高低于水热同产机组的高度范围大于水泵汽蚀余量。
8.进一步地，首站泵站还包括设置在首站水泵前的屏蔽泵，首站水泵和屏蔽泵设置成多台并联。
9.进一步地，水热分离站内还设有阀前压力控制阀或定压塔，阀前压力控制阀或定压塔设于水热分离机组的出口。
10.进一步地，水热分离站内还设有水热分离稳压装置，水热分离稳压装置设置在水热分离机组后，水热分离稳压装置还设置在阀前压力控制阀或定压塔前，且与水热分离站内的主管道相连。
11.进一步地，水热分离机组选自水水换热器、吸收式热泵、电动热泵中的一种或多种。
12.进一步地，中继泵站内设有中继水泵、中继止回阀、中继稳压装置、旁通管。其中，中继水泵设置在长输单管上用于对长输单管内的输热介质提供长距离输送的动力；旁通管与长输单管的位于中继泵站内的部分形成并联，且两端连接于中继水泵的前侧和后侧；中继水泵的前后两侧分别设置有中继稳压装置，两个中继稳压装置位于旁通管的两个端部内；中继水泵的后侧与中继稳压装置之间和旁通管上分别设置有中继止回阀。
13.进一步地，首站稳压装置、中继稳压装置以及水热分离稳压装置为囊式气压罐或调压水塔。
14.根据本发明的第二方面，提出一种水击防护方法，应用于上述开式单管长距离输水系统，其步骤包括：当首站泵站发生事故停泵时，首站泵站的停泵信号传输至长输单管上的其余水泵上，其余水泵收到后执行停泵动作，水热分离站的阀前压力控制阀执行关阀动作，以保证阀前压力始终在设定值以上；当中继泵站发生事故停泵时，水热分离站的阀前压力控制阀执行减小阀门开度动作，以保证阀前压力始终在设定值以上；当首站泵站和中继泵站同时发生事故停泵时，水热分离站的阀前压力控制阀收到首站泵站的停泵信号后执行关阀动作，以保证阀前压力始终在设定值以上。
15.本发明的开式单管长距离输水系统具有以下几方面的优点：
16.1)本发明的开式单管长距离输水系统可实现输送高于100℃的高温水不汽化，提高长距离高温输水系统的供水温度，提高热量输送密度，在输送相同热量和水量时可大幅降低输送成本和初投资；
17.2)本发明的开式单管长距离输水系统通过水击防护系统和水击事故发生时运行方法的设计，可有效避免事故停泵水击危害，提高系统安全性和稳定性。
附图说明
18.图1为本发明实施例的开式单管长距离输水系统的系统连接示意图，其中示出了首站泵站的第一实施例的结构和水热分离站的第一实施例的结构；
19.图2为图1所示的供热首站的结构示意图，其中示出了首站泵站的第二实施例的结构；
20.图3为图1所示的水热分离站的第二实施例的结构；
21.图4为图1所示的供热首站的结构示意图，其中示出了首站泵站的第三实施例的结构；
22.图5为本发明实施例的水击防护方法的流程图。
具体实施方式
23.为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种开式单管长距离输水系统做进一步详细的描述。
24.图1为本发明实施例的开式单管长距离输水系统100的系统连接示意图，其中示出了首站泵站12的第一实施例的结构和水热分离站2的第一实施例的结构。如图1所示，该开式单管长距离输水系统100包括供热首站1、水热分离站2、长输单管3以及至少一个中继泵
站4。其中：供热首站1内设有水热同产机组11和首站泵站12，水热同产机组11用于抽取海水并产出高温淡水，首站泵站12用于将高温淡水进行加压送出；水热分离站2内设有水热分离机组21，水热分离机组21用于将高温淡水释热变成常温淡水和热量；长输单管 3的首端连接水热同产机组11的淡水出口，末端连接水热分离机组21的进口；中继泵站4设置在长输单管3上，中继泵站4用于对长输单管3内的输热介质提供长距离输送的动力。
25.本发明实施例的开式单管长距离输水系统100在工作时，供热首站1可设置于沿海电厂内，水热同产机组11从大海中抽取海水并先将海水产出中温淡水存储在水热同产机组11负压水箱内，负压水箱内中温淡水经过首站泵站 12内水泵加压后向外送出或再送入水热同产机组11内或其它加热设备内，以进一步生产出高于100℃的高温淡水(如经水热同产机组11内能够生产出130 ℃高温淡水)并向外送出，高温淡水在中继泵站4内的水泵提供动力的作用下，能够沿长输单管3进行输送，以使得高温淡水能够到达水热分离机组21 内进行释热，释热后的高温淡水形成常温淡水和热量，其中，热量可用于加热城市供热一次网水以对城市进行集中供热，常温淡水可进一步通过管道输送至城市水库使用。当然，城市水库还可以是城市蓄水池、城市给水管网等。通过上述设置，本发明实施例的开式单管长距离输水系统100能够提高长距离高温输水系统100的供水温度，提高热量输送密度，在输送相同热量和水量时可以大幅降低输送成本和初投资。
26.优选地，如图1所示，首站泵站12设有首站水泵121、首站止回阀122 和首站稳压装置123。其中，首站止回阀122设置在首站水泵121的出口，首站稳压装置123设置在首站水泵121之后且与首站泵站12内主管道相连。通过该设置，首站止回阀122能够有效地防止首站水泵121发生停泵水击后，主管道内的水倒流至真空水箱，防止首站水泵121倒转。首站稳压装置123 内一部分是压缩气体，另一部分是与首站泵站12内主管道直接相通的水，通过首站稳压装置123能够有效地防止首站水泵121停泵所导致的水击危害，同时，能够有效地起到首站泵站12内主管道的补水的作用。
27.在一个优选地实施方式中，结合图1所示，首站泵站12的标高可低于水热同产机组11的尺寸范围大于水泵121的汽蚀余量。如图1所示，二者在图示中的上下位置即可理解为首站泵站12与水热同产机组11在实际使用时的相对位置。优选地，首站泵站12标高低于水热同产机组11为15m。通过该设置，能够有效地保证首站水泵121前的汽蚀余量足够，空气不会渗入至首站泵站12内主管道的负压管段和负压水箱。
28.图2为图1所示的供热首站12的结构示意图，其中示出了首站泵站12 的第二实施例的结构。如图2所示，首站泵站12还可包括设置在首站水泵121 前侧的屏蔽泵124，首站水泵121和屏蔽泵124可设置成多台并联。本技术中所提到的设置在首站水泵121前侧中的前侧是指沿管道内的液体流动方向进行定义，屏蔽泵124设置于首站水泵121前侧，是指液体依次经过屏蔽泵124 和首站水泵121。通过该设置，首站水泵121前设置屏蔽泵124，屏蔽泵124 能够先将水压加压到正压后，再送至首站水泵121来保证首站水泵121前为正压不产生空气渗入管道的风险，同时屏蔽泵可以降低水热同产机组11与首站泵站12的高差便于施工。
29.在图1所示的优选地实施例中，水热分离站2内还可设有阀前压力控制阀22(结合图1所示的水热分离站2的第一个实施例)或定压塔23(结合图 3所示的水热分离站2的第二个实施例)，阀前压力控制阀22或定压塔23设于水热分离机组21的出口。通过该设置，将阀
前压力控制阀22或定压塔23 设于水热分离机组21的出口，能够保证阀前压力控制阀22或定压塔23之前至上游的水泵(如中继泵站4内的水泵)之间管段压力在设定值以上，从而能够有效地保证100℃以上高温淡水在长距离的运输过程中不汽化。具体的，可将阀前压力设为0.2mpa，以保证阀前压力控制阀22或定压塔23之前至上游水泵之间管段压力在0.2mpa以上，从而实现130℃高温淡水在长距离的运输过程中不汽化。
30.在图1所示的优选地实施例中，水热分离站2内还可设有水热分离稳压装置24，水热分离稳压装置24设置在水热分离机组21与阀前压力控制阀22 或定压塔23之间，且与水热分离站2内的主管道相连。通过该设置，水热分离稳压装置24能够有效地弥补发生水泵停泵水击时导致的管道压力骤减、阀前压力控制阀22响应时间的滞后的问题，并能够有效地削弱水泵停泵水击和阀前压力控制阀22关阀水击危害。
31.在一个优选地实施方式中，水热分离机组21可选自水水换热器、吸收式热泵、电动热泵中的一种或多种。
32.在图1所示的优选地实施例中，中继泵站4内设有中继水泵41、中继止回阀42、中继稳压装置43、旁通管44；其中，中继水泵41设置在长输单管 3上用于对长输单管3内的输热介质提供长距离输送的动力；旁通管44与长输单管3的位于中继泵站4内的部分形成并联，且两端连接于中继水泵41的前侧和后侧；中继水泵41的前后两侧分别设置有中继稳压装置43，两个中继稳压装置43位于旁通管44的两个端部内；中继水泵41的后侧与中继稳压装置43之间和旁通管44上分别设置有中继止回阀42。通过该设置，中继止回阀42能够有效地防止中继水泵41停泵水击后长输单管3内的水倒流、防止中继水泵41倒转。通过中继泵站4内水泵前侧、后侧的中继稳压装置43能够有效地削弱中继水泵41停泵事故时泵前侧、泵后侧产生的正、负水击波，从而能够消除中继泵站4停泵水击危害。旁通管44连接中继水泵41前侧、后侧，通过中继泵站4的旁通管44可以削弱中继水泵41停泵事故时泵前侧、泵后侧产生的正、负水击波，并使中继水泵41停泵后长输单管3内的水依然可以畅通。
33.优选地，首站稳压装置123、中继稳压装置43以及水热分离稳压装置24 为囊式气压罐还或调压水塔。
34.图4为图1所示的供热首站12的结构示意图，其中示出了首站泵站12 的第三实施例的结构。其与图1所示的第一实施例不同的是，图4所示的第三实施例中，水热同产机组11可以直接产生高于100℃以上的高温淡水。水热同产机组11产生高于100℃以上的饱和高温淡水，经过首站泵站12提供动力后可直接沿长输单管3向外输送。由于其他部分与图1所示的第一实施例相同，则不再赘述。
35.图5为本发明实施例的水击防护方法的流程图。如图5所示，本发明的水击防护方法200，应用于上述开式单管长距离输水系统100，其步骤包括：
36.s01，当首站泵站12发生事故停泵时，首站泵站12的停泵信号传输至长输单管3上的其余水泵上，其余水泵收到后执行停泵动作，水热分离站2的阀前压力控制阀22执行关阀动作，以保证阀前压力始终在设定值以上；
37.s02，当中继泵站4发生事故停泵时，水热分离站2的阀前压力控制阀22 执行减小阀门开度动作，以保证阀前压力始终在设定值以上；
38.s03，当首站泵站12和中继泵站4同时发生事故停泵时，水热分离站2 的阀前压力控制阀22收到首站泵站12的停泵信号后执行关阀动作，以保证阀前压力始终在设定值以
上。
39.具体地，当发生首站泵站12水泵事故停泵时，管道上其余水泵收到首站泵站12水泵停泵信号后执行立即停泵动作，水热分离站2的阀前压力控制阀 22执行关阀动作，以保证阀前压力始终在设定值以上；当发生中继泵站4水泵事故停泵时，水热分离站2的阀前压力控制阀22执行关小阀动作，以保证阀前压力始终在设定值；当发生首站泵站12和中继泵站4同时事故停泵时，水热分离站2的阀前压力控制阀22收到首站泵站12水泵停泵信号后执行关阀动作，以保证阀前压力始终在设定值以上。
40.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
41.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。