馮紹國(guó)

（九江市水務(wù)有限公司　江西　九江　332000）

九江市某泵站節(jié)能改造實(shí)踐

馮紹國(guó)

（九江市水務(wù)有限公司江西九江332000）

本文介紹了九江某泵站通過(guò)采用優(yōu)化水泵組合運(yùn)行，重新選配高效水泵，并采用變頻調(diào)速的方式對(duì)水泵機(jī)組進(jìn)行節(jié)能改造，有效降低了泵站供水單耗，同時(shí)對(duì)類似項(xiàng)目的改造提出了初略的意見和建議。

電耗；節(jié)能；效率；變頻

1　引言

電耗是制水成本中最主要的組成部分，而水泵機(jī)組是最主要耗電單位。根據(jù)對(duì)多個(gè)送水泵房中運(yùn)行水泵的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一方面由于市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)水量預(yù)測(cè)偏大或隨著城市發(fā)展城市供水格局發(fā)生變化，而水泵又未及時(shí)更新改造，導(dǎo)致大多數(shù)水泵的實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程小于水泵的銘牌揚(yáng)程，水泵在平時(shí)大部分時(shí)間工況點(diǎn)將會(huì)移至高效區(qū)之外，運(yùn)行效率降低，能源浪費(fèi)嚴(yán)重；另一方面受建設(shè)時(shí)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)原因限制，水泵多采用自藕降壓方式啟動(dòng)、節(jié)流調(diào)節(jié)，無(wú)端造成能量浪費(fèi)。因此，對(duì)泵房老舊機(jī)組進(jìn)行合理改造可以降低水泵機(jī)組的單位電耗，是供水企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗的重要途徑。

2　概述

九江某泵站建設(shè)于20世紀(jì)80年代，承擔(dān)城南片區(qū)居民供水。泵房配有“三大一小”四臺(tái)水泵，其中：三臺(tái)14SA-10B（900～ 1260m3/h，41-51m，220kW），一臺(tái)12Sh-9B（504～835m3/h，37-47m，132kW），未設(shè)變頻調(diào)速系統(tǒng)，主要通過(guò)開停水泵臺(tái)數(shù)調(diào)節(jié)供水量。近年來(lái)隨著城市不斷向南擴(kuò)展，供水范圍和供水量不斷增長(zhǎng)，該泵站已難以滿足整個(gè)片區(qū)供水需求。因此，后來(lái)陸續(xù)建設(shè)兩座下一級(jí)增壓泵站，該泵站負(fù)責(zé)下一級(jí)增壓泵站之前管網(wǎng)及泵站清水池供水，泵站的供水時(shí)變化系數(shù)和供水壓力較泵站設(shè)計(jì)時(shí)相應(yīng)降低，導(dǎo)致泵房機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況與原設(shè)計(jì)工況偏離較大，水泵效率偏低。同時(shí)為滿足不同時(shí)段供水要求，通過(guò)不斷頻繁啟停水泵保證供水量，高峰時(shí)甚至需要同時(shí)運(yùn)行三臺(tái)水泵，導(dǎo)致實(shí)際供水壓力偏高，造成能量浪費(fèi)。

根據(jù)公式W=γHT/102η，該泵站理論千噸水單耗約120kWh（綜合效率取75%），而實(shí)際千噸水單耗約165kWh，較理論多耗電30%以上。另外，下一級(jí)增壓泵站清水池的投入使用相當(dāng)于增加了管網(wǎng)調(diào)蓄能力，使得該泵站運(yùn)行狀態(tài)可以更為穩(wěn)定，可以減少水泵啟停次數(shù)和平均同時(shí)運(yùn)行臺(tái)數(shù)。

3　方案介紹

通過(guò)對(duì)泵房機(jī)組主要問題進(jìn)行分析，決定對(duì)該泵站設(shè)備進(jìn)行更新改造，主要改造方案為：

（1）根據(jù)泵站實(shí)際供水量以及所需供水壓力，對(duì)水泵機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化組合，重新配置水泵。

更換與實(shí)際運(yùn)行工況相吻合的水泵，使水泵在高效區(qū)運(yùn)行，提高水泵運(yùn)行效率，是降低單位能耗最直接有效的方式。同時(shí)，根據(jù)泵站實(shí)際供水量選配水泵，使水泵同時(shí)運(yùn)行臺(tái)數(shù)由現(xiàn)在的三臺(tái)降低為兩臺(tái)，避免水泵頻繁啟停，達(dá)到節(jié)能降耗的目的的同時(shí)方便生產(chǎn)調(diào)度。

（2）增加變頻控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速節(jié)能和恒壓供水。

調(diào)速節(jié)能的原理在于提高水泵機(jī)組的能量利用率，使能量的需求與供應(yīng)相匹配，減少能量損失。要提高能量利用率，就應(yīng)提高泵和電機(jī)的利用效率，減小泵的剩余揚(yáng)程（系統(tǒng)需要的揚(yáng)程與實(shí)際揚(yáng)程之差）。當(dāng)泵的制造技術(shù)達(dá)到一定水平時(shí)，其效率已很難繼續(xù)提高。當(dāng)泵和電機(jī)已確定時(shí)，系統(tǒng)的能量利用率主要與泵的剩余揚(yáng)程有關(guān)，其次是泵的運(yùn)行狀態(tài)（是否在高效區(qū)），變頻調(diào)節(jié)就是從這兩個(gè)方面來(lái)提高水泵的效率。由水泵工作原理可知，流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，如果水泵的效率一定，當(dāng)要求調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速可成比例的下降，而此時(shí)功率成立方關(guān)系下降。

圖1是水泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的節(jié)能原理圖。圖1中曲線①為水泵在額定轉(zhuǎn)速下的揚(yáng)程特性曲線，其與管阻特性曲線②交于A點(diǎn)，對(duì)應(yīng)流量QA，此時(shí)水泵軸功率P與矩形QA-AHTA-O的面積成正比。若欲將流量減半，使用閥門控制時(shí)，則新的管阻特性曲線③與揚(yáng)程特性曲線①相交于B點(diǎn)，此時(shí)水泵軸功率P正比于矩形QB-BHTB-O的面積。由圖可見，兩者面積相差不大，如果采用調(diào)速方法將水泵轉(zhuǎn)速降為曲線④，管路特性仍為曲線②，故工作點(diǎn)移至C點(diǎn)。此時(shí)與水泵軸功率P成正比的矩形的面積QB-CHTC-O與QA-AHTA-O相比明顯減少，這說(shuō)明軸功率下降了很多，節(jié)能效果十分明顯。

圖1　水泵變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的節(jié)能原理圖

根據(jù)該泵站實(shí)際情況，本次改造三臺(tái)水泵，預(yù)留一臺(tái)機(jī)位在今后供水量增長(zhǎng)時(shí)做為擴(kuò)容備用。三臺(tái)水泵配置為兩大一小，兩臺(tái)大泵采用變頻調(diào)節(jié)，做為主泵長(zhǎng)期運(yùn)行，一臺(tái)小泵在夜間低峰或應(yīng)急維修時(shí)輔助運(yùn)行。工程投資約60萬(wàn)元，改造后預(yù)期節(jié)能效果在10%以上，年節(jié)省電費(fèi)約15萬(wàn)元。

4　改造效果分析

經(jīng)技術(shù)改造后，該泵站日供水量保持不變，平均供水壓力較改造前降低2～3m，機(jī)組平均運(yùn)行臺(tái)數(shù)和啟停次數(shù)減少，供水單耗明顯降低，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

隨機(jī)選取的改造前后一些生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù)對(duì)比，其千噸水用電單耗如表1。

表1　改造前后千噸水單耗比較

由表1數(shù)據(jù)可以看出，經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后，該泵站千噸水用電單耗由改造前的160～170度降低為130～140度，降幅達(dá)18%左右，節(jié)能效果明顯，達(dá)到預(yù)期效果。

5　結(jié)論與建議

該泵站通過(guò)重新選配水泵，提高水泵運(yùn)行效率，同時(shí)增加變頻調(diào)速系統(tǒng)，有效地降低供水單耗，實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但在實(shí)際工作中，對(duì)類似改造項(xiàng)目應(yīng)注意以下問題：

（1）本泵站供水管網(wǎng)除城區(qū)居民供水管網(wǎng)外，在末端還存在兩座下一級(jí)泵站清水池，供水時(shí)變化系數(shù)相對(duì)較小，供水狀態(tài)波動(dòng)較小。但目前我國(guó)絕大多數(shù)城鎮(zhèn)供水網(wǎng)無(wú)調(diào)蓄設(shè)施，泵站供水時(shí)變化系數(shù)較大，為了適應(yīng)不同用水量的需求，不能一味地選擇大型號(hào)水泵，選用水泵的應(yīng)大小型號(hào)水泵合理搭配，實(shí)行階梯式供水，以保證城市用水需求。

（2）不能簡(jiǎn)單地把變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用于所有供水系統(tǒng)，其用于水泵節(jié)能也是有限制條件的。對(duì)于管路損失占總揚(yáng)程比例較大的系統(tǒng)或流量變幅較大的系統(tǒng)適用于變頻調(diào)速；若靜揚(yáng)程占總揚(yáng)程比例較大以及流量較穩(wěn)定的供水系統(tǒng)則不宜使用變頻調(diào)速技術(shù)。而且頻率不能無(wú)限制下調(diào)，據(jù)相關(guān)研究資料，頻率調(diào)整范圍下限在70%左右為宜。

（3）在水泵選型時(shí)應(yīng)充分結(jié)合泵房現(xiàn)有進(jìn)出水管、供電負(fù)荷等實(shí)際條件，綜合考慮整個(gè)工程投資、預(yù)期收益率、實(shí)施難易程度、停水影響程度等因素。

（4）除本文改造措施外，還可以考慮采取其它措施進(jìn)行水泵節(jié)能改造，如：采用新型涂層材料對(duì)水進(jìn)行涂層修復(fù)、采用新型密封技術(shù)降低水泵機(jī)械磨損、切削葉輪等，具體何種方式還需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析確定。

[1]蔣乃昌.水泵及水泵站（第四版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998.

[2]上海市政工程設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)（第3冊(cè)）（第二版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[3]劉宜，李會(huì)暖，劉曉陽(yáng)，丁思云.變頻調(diào)速技術(shù)在水泵調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].排灌科技，2006，24（4）：44～46.

[4]王瑜瑜，劉少軍.基于變頻技術(shù)的水泵節(jié)能控制系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（15）：166～167.

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2015-10-12