如果將城市視為"生命體"，其供水管網(wǎng)正是維系運(yùn)行的"生命線"——泵站如"心臟"，管道如"血管"，吸排氣系統(tǒng)則承擔(dān)"呼吸"功能。管網(wǎng)壓力過高如同"高血壓"，爆管事故則堪比"腦溢血"般的致命風(fēng)險(xiǎn)。因此，管好管網(wǎng)壓力，就是守護(hù)供水系統(tǒng)的"血壓"與"呼吸"。

在2025管網(wǎng)優(yōu)化沙龍上，株洲南方閥門股份有限公司總工程師徐秋紅以"供水管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)壓力管理及余壓回收利用"為題，重點(diǎn)分享四大核心技術(shù)的產(chǎn)品創(chuàng)新應(yīng)用，以"安全+能效"為核心，為供水管網(wǎng)優(yōu)化提供一體化落地解決方案。

株洲南方閥門股份有限公司總工程師徐秋紅

01. 水錘監(jiān)測系統(tǒng)與自適應(yīng)防護(hù)閥門，實(shí)現(xiàn)爆管"事前預(yù)防"

水錘在管道中傳播速度極快，特別是在基礎(chǔ)管道中可達(dá)1000米/秒，屬于毫秒級(jí)事件。為捕捉這些突發(fā)事故，需要為管網(wǎng)安裝"黑匣子"——水錘監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過高頻監(jiān)測和AI分析，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性數(shù)據(jù)采集，能夠精準(zhǔn)識(shí)別和預(yù)警水錘風(fēng)險(xiǎn)。

GB/T 45413-2025《供水管網(wǎng)水錘監(jiān)測系統(tǒng)通用技術(shù)要求》為該系統(tǒng)建設(shè)提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。系統(tǒng)依托泵站和閥門井，設(shè)備與監(jiān)測相結(jié)合，不破壞主管道，實(shí)現(xiàn)了從"事后處置"到"事前預(yù)防"的轉(zhuǎn)變。

風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)與溯源分析

系統(tǒng)可實(shí)時(shí)呈現(xiàn)監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)、設(shè)備數(shù)、實(shí)時(shí)告警數(shù)、最大壓力、最大流量等關(guān)鍵指標(biāo)，還能統(tǒng)計(jì)泵閥動(dòng)作、爆管、漏損、空氣閥故障等情況，讓管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)一目了然。2019-2025年期間，南方閥門已在全國建立701個(gè)水錘監(jiān)測點(diǎn)位，累計(jì)產(chǎn)生200多條高風(fēng)險(xiǎn)提示，托管水錘監(jiān)測數(shù)據(jù)量超過10萬條，完成30多項(xiàng)操作建議優(yōu)化。

自適應(yīng)水錘防護(hù)閥門技術(shù)

傳統(tǒng)止回閥、空氣閥如同管道流體的剎車裝置，但傳統(tǒng)機(jī)電液閥門存在固定啟閉規(guī)律的局限性。多功能水泵控制閥、防水錘空氣閥技術(shù)突破在于無液控、無電控，自適應(yīng)水錘防護(hù)，能應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)雷電、電纜和變壓器電氣故障、電網(wǎng)停電等突發(fā)工況，不再需要人工干預(yù)，最大程度保證供水管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。

長沙猴子石水廠取水泵站改造

長沙猴子石水廠作為長沙城區(qū)最大水廠，日供水能力達(dá)80萬m3，供水范圍覆蓋長沙城南，其取水泵站配備四臺(tái)水泵（2臺(tái)2000kW、2臺(tái)1000kW），額定揚(yáng)程50m，輸水管線為2根DN1600管道，管長780m。在為該泵站開展安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使在正常啟停泵（先關(guān)閥再停泵）的操作規(guī)范下，仍存在壓力超出正常工作壓力1.5倍的情況。經(jīng)監(jiān)測分析，癥結(jié)在于液控蝶閥開關(guān)規(guī)律偏移（液壓裝置漏油導(dǎo)致）以及空氣閥故障，不吸氣不排氣的隱性問題難以通過肉眼發(fā)現(xiàn)。

針對(duì)這些問題，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施防水錘空氣閥更換，并優(yōu)化了水錘防護(hù)方案。最終優(yōu)化效果顯著，水錘峰值壓力降低27.6%，有效幫助長沙供水公司應(yīng)對(duì)了突發(fā)供水風(fēng)險(xiǎn)，保障了泵站安全穩(wěn)定運(yùn)行。

02. 自發(fā)電數(shù)字式減壓閥精準(zhǔn)控壓降低漏損

管網(wǎng)壓力管理具有很高的投入產(chǎn)出比，投入10%的漏損控制成本，能貢獻(xiàn)45%的漏損控制效果，既有利于降低管網(wǎng)的爆管頻次，同時(shí)降低新漏點(diǎn)的產(chǎn)生概率。

傳統(tǒng)"一刀切"的恒壓供水模式存在三大問題：低谷時(shí)壓力過剩導(dǎo)致爆管風(fēng)險(xiǎn)、高峰時(shí)壓力不足引發(fā)用戶投訴、能耗浪費(fèi)嚴(yán)重增加成本。

數(shù)字式按需調(diào)壓通過三種維度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控：一是按時(shí)間實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，匹配用水高峰低谷規(guī)律；二是按流量智能控制，根據(jù)管網(wǎng)流量變化動(dòng)態(tài)調(diào)整；三是按最不利點(diǎn)壓力優(yōu)化，確保管網(wǎng)末端用戶的用水體驗(yàn)。通過壓力曲線對(duì)比可見，調(diào)控后管網(wǎng)壓力波動(dòng)更平緩，有效避免了壓力過剩與不足的雙重問題。

調(diào)控壓力對(duì)比

自發(fā)電數(shù)字式減壓閥

針對(duì)設(shè)備供電難、井下環(huán)境惡劣等痛點(diǎn)，自發(fā)電數(shù)字式減壓閥將微水力發(fā)電與線性調(diào)壓相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自發(fā)電、智能控制、高效節(jié)能，其關(guān)鍵特性包括：

1. 微水力發(fā)電功能：配備3.5W功率的微水力發(fā)電機(jī)，壓差10m即可實(shí)現(xiàn)發(fā)電，滿足傳感器、控制器、電機(jī)等設(shè)備的供電需求，無需依賴市電或太陽能；

2. 線性調(diào)壓能力：采用獨(dú)特流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的鼠籠式套筒，可減靜壓、防竄壓，流量特性線性度優(yōu)異；

3. 惡劣環(huán)境適應(yīng)性：IP68潛水設(shè)計(jì)，全密封防水，可在兩三米水深中長期浸泡（適應(yīng)南方梅雨季節(jié)井下泡水兩三個(gè)月的極端工況）。

該設(shè)備的安裝結(jié)構(gòu)簡潔合理，由檢修閥、過濾器、減壓閥、伸縮節(jié)組成，便于施工與維護(hù)?？膳c流量計(jì)配套使用，實(shí)現(xiàn)DMA（分區(qū)計(jì)量）與PMA（壓力管理區(qū)）的融合應(yīng)用，構(gòu)成完整的壓力管理系統(tǒng)。

淥口新晨駕校片區(qū)壓力管理

項(xiàng)目概況：淥口老城區(qū)京廣線以西的新晨駕校片區(qū)服務(wù)2184戶，近期平均日用水量1104m3/d。主要問題：夜間最小流量28.8m3/h，漏失嚴(yán)重。

應(yīng)用效果：2024年10月29日完成安裝調(diào)試，采用自發(fā)電供電，進(jìn)行分時(shí)壓力調(diào)控與最不利點(diǎn)壓力控制相結(jié)合，安裝點(diǎn)閥后壓力降低34%~43%。

天鵝花園小區(qū)漏損治理

項(xiàng)目概況：小區(qū)62棟住宅樓，4000余戶，采用市政管網(wǎng)直供，運(yùn)行壓力0.405~0.52MPa，日用水量約1500m3。主要問題：管網(wǎng)壓力偏高，最不利點(diǎn)壓力0.40MPa，夜間最小流量約30m3/h。

建設(shè)內(nèi)容：新增減壓閥，增加流量計(jì)、最不利點(diǎn)遠(yuǎn)傳壓力計(jì)及減壓閥前后壓力監(jiān)測。

應(yīng)用效果：通過三次壓力下調(diào)，夜間最小流量保持在17m3/h，產(chǎn)銷差由36.06%下降至13.5%，9個(gè)月收回投資成本。

03. 管道余壓發(fā)電技術(shù)：變"水壓浪費(fèi)"為"綠色能源"

供水管網(wǎng)中普遍存在余壓過高的問題，傳統(tǒng)處理方式不僅造成水能浪費(fèi)，還會(huì)加劇減壓閥的氣蝕和振動(dòng)，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性并縮短管道使用壽命。同時(shí)，閥門、閘門等設(shè)備的電力供應(yīng)面臨諸多難題——地下/遠(yuǎn)端管網(wǎng)難以接入市電，輸電線路鋪設(shè)成本高昂。余壓發(fā)電的解決方案實(shí)現(xiàn)從"水壓浪費(fèi)"到"變廢為寶"的轉(zhuǎn)變。

余壓發(fā)電技術(shù)可貫穿從水源地到用戶末端的全鏈條，可針對(duì)不同工況需求分為三大系列發(fā)電裝置：

1. 向心渦輪式發(fā)電裝置：適應(yīng)水頭10~300米，適用管徑200~2000mm，流量0.2-4m3/s，輸出功率3kW~5000kW。采用高背壓葉輪技術(shù)，效率高、高效區(qū)寬，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能調(diào)流調(diào)壓，兼顧發(fā)電與供水安全；

2. 軸流式發(fā)電裝置：適應(yīng)水頭8~200米，適用管徑200~2000mm，輸出功率5~1000kW。采用水潤滑軸承，壽命長、承載能力強(qiáng)，環(huán)保無污染；

3. 立式渦輪發(fā)電裝置：適應(yīng)水頭3~30米，輸出功率3kW~5000kW。流線型渦輪設(shè)計(jì)，流通能力強(qiáng)、振動(dòng)小、噪音低，轉(zhuǎn)子水力平衡設(shè)計(jì)延長軸承壽命，外置軸承便于檢修維護(hù)。

浙江常山芙蓉水庫（水源地）

采用DN800向心渦輪式發(fā)電裝置，可用水頭45m，設(shè)計(jì)流量2916.7m3/h，裝機(jī)容量350kW，預(yù)計(jì)年均發(fā)電量270.5萬kWh，相當(dāng)于節(jié)省879噸標(biāo)煤，減少碳排放2696.7噸。

04. 智能調(diào)控與運(yùn)維技術(shù)：提升供水韌性

當(dāng)前供水管網(wǎng)運(yùn)維面臨諸多痛點(diǎn)：人工調(diào)控依賴經(jīng)驗(yàn)，精準(zhǔn)性差且滯后；定期巡檢勞動(dòng)強(qiáng)度大，井下作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高；故障判斷滯后不準(zhǔn)，應(yīng)急處置響應(yīng)慢；事后分析缺乏數(shù)據(jù)支撐，導(dǎo)致反復(fù)修復(fù)、效率低下。

智能調(diào)控決策模型

智能調(diào)控決策模型下沉至末端調(diào)控，直接對(duì)接泵閥執(zhí)行層，實(shí)現(xiàn)日常調(diào)度與應(yīng)急調(diào)度的全流程自動(dòng)化控制。其核心邏輯為：

1. 輸入調(diào)度需求：結(jié)合用水計(jì)劃、分時(shí)電價(jià)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及其他邊界條件；

2. 生成調(diào)度策略：依托水力模型將調(diào)控需求轉(zhuǎn)換為調(diào)控目標(biāo)，通過算法計(jì)算管網(wǎng)各泵站運(yùn)行配置方案及調(diào)節(jié)閥門開度數(shù)據(jù)；

3. 安全復(fù)核與執(zhí)行：使用水力模型進(jìn)行安全校核，更新策略庫后下達(dá)調(diào)度指令，同時(shí)將指令存儲(chǔ)為歷史數(shù)據(jù)；

4. 實(shí)時(shí)反饋優(yōu)化：通過反饋閉環(huán)控制，根據(jù)運(yùn)行結(jié)果持續(xù)優(yōu)化調(diào)度策略。

湖南長沙引水工程（重力流系統(tǒng)）

工程規(guī)模：長約98公里，DN2000雙管輸水，65萬噸/天，四個(gè)分水口。

應(yīng)用效果：水錘峰值壓力小于工作壓力1.2倍，水錘模型精度96.1%，調(diào)度時(shí)間縮短至5分鐘，年經(jīng)濟(jì)效益約380萬元

手動(dòng)閥門電動(dòng)化改造技術(shù)

針對(duì)長期運(yùn)行管道的異常處置需求，南方閥門開發(fā)了完整的改造方案。智能無刷直流電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：柔性逼近啟動(dòng)、變頻調(diào)速、扭矩保護(hù)等功能；管道微水力發(fā)電裝置：適應(yīng)0.5m~3m水頭，發(fā)電功率15~50W；閥井水淹工況：整體IP68可潛水設(shè)計(jì)。

河南焦作水務(wù)供水管網(wǎng)

改造方案為在原減速箱上增加支架和輸出軸，采用48VDC直流執(zhí)行機(jī)構(gòu)，功率0.37kW。通過改造閥門結(jié)構(gòu)降低啟閉力矩，實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性的自動(dòng)化提升。

智能化運(yùn)維平臺(tái)建設(shè)

南方閥門開發(fā)了"華水千章"智能體平臺(tái)，通過工作流、工具調(diào)用技術(shù)與傳統(tǒng)水力計(jì)算結(jié)合，實(shí)現(xiàn)四個(gè)智能體功能：水務(wù)AI助手、水錘大課堂、技術(shù)方案撰寫、智能運(yùn)維。

管好壓力就是管好供水系統(tǒng)的"血壓"和"呼吸"，利用余壓就是把城市血管的"高血壓"變成"新能源"，智能調(diào)控與運(yùn)維就是將"事后處置"轉(zhuǎn)為"事前預(yù)防"，既能夠提高資產(chǎn)壽命，又可以減少維修費(fèi)用，南方閥門將持續(xù)深耕供水管網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新，不斷完善產(chǎn)品與解決方案，為供水行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

編輯：趙凡