李艷

摘 ?要：勝利石油管理局供水公司廠提升泵房擔(dān)負(fù)著將水庫來水向絮凝沉淀池輸水的任務(wù)，隨著用戶用水量的變化，水廠出水量發(fā)生頻繁波動(dòng)。為調(diào)節(jié)清水池水位，提升泵房的輸水量也隨時(shí)發(fā)生變化，因此需要頻繁調(diào)整機(jī)組或水泵出口閥門的開啟度來調(diào)節(jié)水量和水壓，不僅造成能耗的浪費(fèi)，而且對(duì)后序混凝沉淀工藝沖擊大。對(duì)提升泵房的水泵進(jìn)行變頻改造，通過調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)輸水量，節(jié)能效果顯著，且對(duì)后序工藝沖擊小，降低處理難度，實(shí)現(xiàn)良好的出水水質(zhì)。

關(guān)鍵詞：水泵;變頻;節(jié)能;水質(zhì)

中圖分類號(hào)：TV734.4 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006-8937（2015）02-0054-01

1 ?水廠工藝及提升泵房概況

1.1 ?水廠工藝流程

我廠于1991年11月投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)日供水能力20萬 m3，目前日處理水量12萬 m3/d。水廠常規(guī)水處理工藝分別為折板反應(yīng)池+斜管沉淀池+V型濾池和立式微窩混合+小網(wǎng)格絮凝池+斜管沉淀池+V型濾池。

1.2 ?泵房工藝概況

水廠提升泵房目前共有水泵6臺(tái)，3臺(tái)離心泵3臺(tái)潛水泵。1～3#為20SH-28離心泵，流量2 016 m3/h，揚(yáng)程12.8 m，電機(jī)功率115 kW;4～6#為KRTK 500-540潛水泵流量2 200 m3/h，揚(yáng)程7 m，電機(jī)功率67 kW。

1.3 ?提升泵房運(yùn)行中存在的主要問題

1.3.1 ?水泵采用截流調(diào)節(jié)，水泵偏離高效區(qū)運(yùn)行，耗能嚴(yán)重

近年來，隨著外部用戶用水量的下降和管網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)整，我廠的供水格局發(fā)生了很大變化，日供水量降到12萬 m3左右，而且一天中不同的時(shí)段供水量相差較大。水廠在長(zhǎng)期的實(shí)際運(yùn)行中由于受供水峰、谷的影響，為了保證出廠水水質(zhì)，水廠需要控制清水池水位在3.0 m左右，因此每天提升泵房需要通過開停泵、壓閥門的方法來控制提升供水流量。造成了目前水泵與工況點(diǎn)的不匹配，偏離高效區(qū)運(yùn)行，耗能嚴(yán)重。

水廠實(shí)際運(yùn)行中，不同時(shí)段的用水量需求相差較大，只能通過增開水泵或調(diào)節(jié)閥門的開啟度調(diào)整供水量和管壓，閥門開啟度調(diào)整范圍為10%～100%。存在很大的能量浪費(fèi)。具體表現(xiàn)在：

①關(guān)小閘閥，管路局部水頭損失增加，管路系統(tǒng)特性曲線向左上方移動(dòng)，水泵工況點(diǎn)也向左上方移動(dòng)。閘閥關(guān)得越小，局部水頭損失越大，流量也就越小，造成了大量電能浪費(fèi)。

②通過閥門減小流量時(shí)，泵出口閥關(guān)小，則泵出口流量下降，揚(yáng)程提高。較高的水壓還造成管路、閥門等密封性能的破壞。加速了泵腔、閥體的磨損和汽蝕，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備、影響生產(chǎn)。近兩年機(jī)泵維修增加，消耗維修費(fèi)數(shù)萬余元。

1.3.2 ?截流調(diào)節(jié)時(shí)突然增大的水量對(duì)沉淀池的影響

水廠反應(yīng)沉淀池的工作原理是靠機(jī)械或水力攪拌使原水與混凝劑快速均勻混合后，通過接觸、碰撞，形成肉眼可見的大的密實(shí)絮凝體，以便于后續(xù)沉淀池的顆粒沉淀作用過程。

在外部管網(wǎng)用水量需求增大時(shí)，提升泵房需要隨時(shí)調(diào)整出水閥門開啟度或增開一臺(tái)水泵，水量的突然增大造成了對(duì)絮凝沉淀池的沖擊，使得G值（速度梯度）增大，T值（絮凝時(shí)間）減小。絮凝池前端已形成的礬花顆粒絮體破碎，沉降性能減弱，末端出水渾濁，導(dǎo)致沉淀池出水濁度升高，濾池負(fù)擔(dān)過重，進(jìn)而影響出廠水的水質(zhì)。為控制絮凝沉淀池穩(wěn)定工作，在實(shí)際運(yùn)行中，提升泵房開啟第三臺(tái)水泵流量增加時(shí)需長(zhǎng)時(shí)間開啟，閥門開啟度緩慢增大，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 ?提升泵房變頻改造的實(shí)施方案

2.1 ?變頻節(jié)能原理

變頻調(diào)速是在頻率發(fā)生變化后，電動(dòng)機(jī)仍在該頻率的同步轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行，轉(zhuǎn)速損失不增加的調(diào)速方式。所以變頻調(diào)速是一種高效的調(diào)速方式。變頻器的調(diào)速范圍可達(dá)1%～100%，并在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)具有較高的調(diào)速頻率。變頻調(diào)速方式尤其適合于調(diào)速范圍寬、負(fù)荷經(jīng)常變化運(yùn)行的設(shè)備。

根據(jù)電機(jī)學(xué)的原理：異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率有以下關(guān)系：

n=60 fp（1～s）

式中：f為電源頻率，s為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率，p為電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)。

由式可見，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，所以改變電源頻率即可改變轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。

2.2 ?提升泵房原有設(shè)備狀況

提升泵房在實(shí)際運(yùn)行中，存在3臺(tái)離心泵偏離高效區(qū)運(yùn)行的現(xiàn)象，且運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20 a之久，設(shè)備老化，水泵效率下降。水廠技術(shù)人員使用BSC-3手持式泵效速測(cè)儀對(duì)1～3#水泵效率進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得水泵效率只有60%左右。日常運(yùn)行基本采用4#、5#潛水泵，流量不夠時(shí)增開6#潛水泵，其他作為備用泵。

2.3 ?實(shí)施方案

通過對(duì)水泵變頻調(diào)速原理及水泵特性曲線的分析，水廠決定對(duì)提升泵房的兩臺(tái)20 sh-28離心泵進(jìn)行改造，改造其中2#機(jī)組為變頻運(yùn)行機(jī)組，水泵流量1 667 m3/h，揚(yáng)程7.6 m。3#機(jī)組為軟啟動(dòng)，水泵流量1 260 m3/h，揚(yáng)程7 m。改造完畢后，水廠有兩套方案保證供水量。①正常情況下，運(yùn)行一臺(tái)變頻泵一臺(tái)潛水電泵，補(bǔ)充流量時(shí)再開啟3#泵。②正常情況下，運(yùn)行一臺(tái)變頻泵一臺(tái)潛水電泵，補(bǔ)充流量時(shí)再開啟5#或6#潛水電泵。

2.4 ?改造后運(yùn)行效果

提升泵房2#、3#泵改造完畢后，開始試運(yùn)行。機(jī)組搭配為運(yùn)行2#離心泵和4、6#電潛泵，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，提升泵房平均單方水電耗0.029 kWh/m3。在滿足水量要求的情況下，我們認(rèn)為此種搭配形式不夠經(jīng)濟(jì)。決定改變提升泵房機(jī)泵組合搭配形式，啟用3#離心泵替代6#電潛泵運(yùn)行。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，水廠這種機(jī)泵組合方式更加經(jīng)濟(jì)合理，水泵機(jī)組能夠保持長(zhǎng)期高效運(yùn)行，單方水電耗大幅下降，統(tǒng)計(jì)單方水電耗下降為0.021 kWh/m3，節(jié)能降耗效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

變頻改造后提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，減少了操作量，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。改造后的系統(tǒng)由運(yùn)行人員對(duì)各運(yùn)行的水泵或構(gòu)筑物運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整。根據(jù)提升泵房在線流量計(jì)瞬時(shí)流量值，在滿足系統(tǒng)的壓力前提下，及時(shí)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率來調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)供水量的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

改造后系統(tǒng)的能耗降低。改造前只能通過調(diào)節(jié)水泵的出水閥門的開度調(diào)節(jié)供水量，改造后通過調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供水量。泵的轉(zhuǎn)速變化定會(huì)改變軸功率的需求實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

由于電機(jī)為直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流等于（4～7）倍的額定電流，這樣會(huì)對(duì)機(jī)電設(shè)備和供電電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，而且啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大電流和震動(dòng)時(shí)對(duì)閥門的損害極大，對(duì)設(shè)備、管路的使用壽命極為不利。使用變頻節(jié)能裝置后，利用變頻器的軟啟動(dòng)功能，將使啟動(dòng)電流從零開始，最大值也不超過額定電流，減輕了對(duì)電網(wǎng)的沖擊和對(duì)供電容量的要求，延長(zhǎng)了設(shè)備和閥門的使用壽命，節(jié)省了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用。

3 ?效益分析

3.1 ?經(jīng)濟(jì)效益分析

水廠提升泵房2、3#機(jī)組改造以來，設(shè)備運(yùn)行良好，流量調(diào)節(jié)方式經(jīng)濟(jì)可靠。為摸清設(shè)備性能，發(fā)揮新技術(shù)的最大潛能，水廠技術(shù)人員對(duì)變頻機(jī)組的運(yùn)行進(jìn)行了多次測(cè)量。改造前后的單耗分別為0.028 kWh/m3和0.021 kWh/m3。

年節(jié)省電耗：

W=（0.028-0.021）×4 400萬m3/a=30.8萬 kWh

每度電按0.60元計(jì)算，則每年可節(jié)約電費(fèi)18.48萬元?，F(xiàn)低壓變頻設(shè)備價(jià)格約10萬余元，根據(jù)估算節(jié)電效益和安裝等費(fèi)用，預(yù)期回收周期約7個(gè)月。

3.2 ?社會(huì)效益分析

由于機(jī)泵變頻改造項(xiàng)目的實(shí)施，使絮凝沉淀池等后續(xù)工藝受水量的沖擊減小，避免了沉淀池礬花的上浮現(xiàn)象的發(fā)生，使沉淀池出水得到了明顯改善，降低了后續(xù)濾池工藝的處理難度，從而確保了出水水質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 仝慶居.變頻調(diào)速技術(shù)原理及其在節(jié)能中的應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009，（18）.