關(guān)于建設(shè)節(jié)能型泵站途徑的探討

【摘 要】只要水務(wù)行業(yè)堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，充分發(fā)揮第一生產(chǎn)力的作用，在節(jié)能降耗工作中采用現(xiàn)代先進(jìn)的變頻調(diào)速、無(wú)負(fù)壓供水、水泵自灌式啟動(dòng)、優(yōu)化調(diào)度等先進(jìn)技術(shù)，就能在建設(shè)高效、節(jié)能、安全、和諧的水務(wù)工作中取得卓著的成效。

【關(guān)鍵詞】 變頻調(diào)速;無(wú)負(fù)壓供水;自灌式啟動(dòng);節(jié)能降耗

Discussing about the ways of constructing energy saving pumping stations

Zhang Zhe-ming ， Wei Wen-zhang

(1.Jilin Waterworks Design Institute of Jilin Water(Group) Jilin Jilin 132011;2.Water(Group) CO.LTD of JilincityJilin Jilin 132011)

【Abstract】As long as the water supplies insist the scientific development concept， display fully the production action of force， use the modern advanced technologies of changing frequency to control speed ， non-negative pressure water supply， using gravity irrigation to start thewater pumps and optimizing dispatchers in the energy saving and consumes falling work， we can obtain the outstanding result in the work of constructinghighly effective energy conservation ， safe and harmonious water supplies.

【Key words】Changing frequency to control speed; Non-negative pressure water supply; Using gravity irrigation to start the water pumps; Energy saving and consumes falling

1. 認(rèn)清形勢(shì)，堅(jiān)定信念，創(chuàng)建資源節(jié)約型水務(wù)刻不容緩

節(jié)能降耗是我國(guó)的基本國(guó)策，是緩解能源緊張的重要措施，也是水務(wù)行業(yè)保證優(yōu)質(zhì)供水，提高經(jīng)濟(jì)效益，可持續(xù)和諧發(fā)展的重要環(huán)節(jié)和工作目標(biāo)。吉林市水務(wù)集團(tuán)是個(gè)用電大戶，供排水機(jī)組裝機(jī)總?cè)萘?9390KW，其中供水廠與污水廠裝機(jī)容量為14950KW，城市管網(wǎng)二次供水加壓泵站裝機(jī)容量為3422KW。因此，水務(wù)集團(tuán)也是吉林市重點(diǎn)用電保護(hù)單位。

能源屬于戰(zhàn)略性資源，關(guān)乎國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈，而且往往是牽動(dòng)一發(fā)而動(dòng)全身，會(huì)對(duì)下游產(chǎn)品產(chǎn)生較大影響。近年來(lái)隨著國(guó)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展與激烈競(jìng)爭(zhēng)，加劇了能源的過(guò)度開發(fā)，過(guò)度需求和過(guò)度浪費(fèi)。國(guó)家主席胡錦濤在2008年7月于日本北海道洞爺湖召開的八國(guó)集團(tuán)峰會(huì)上宣布:到2010年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值和能源消耗比2005年降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%;溫家寶總理在2009年末于哥本哈根世界氣候變化大會(huì)上宣布:“中國(guó)到2020年將實(shí)現(xiàn)單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%”的量化減排指標(biāo)。足見能源漲價(jià)和緊缺已是大勢(shì)所趨。以我公司為例，因近年來(lái)多次電漲價(jià)使電費(fèi)在制水成本中所占比例已由上個(gè)世紀(jì)末的21%上升到目前的34%，加大了供水企業(yè)的經(jīng)營(yíng)壓力。因此，節(jié)能降耗，增加生產(chǎn)，厲行節(jié)約是應(yīng)對(duì)世界金融海嘯，構(gòu)建和諧社會(huì)和民族復(fù)興的當(dāng)務(wù)之急，全力創(chuàng)建資源節(jié)約型水務(wù)，不斷探索水務(wù)行業(yè)節(jié)能降耗的蹊徑，刻不容緩。

2. 建設(shè)節(jié)能型泵站的對(duì)策與效益

在水務(wù)行業(yè)，取、凈、送、配、治二十多道全系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程中，每道工序中都存在著節(jié)能(節(jié)電、節(jié)水、節(jié)藥、節(jié)熱)的問(wèn)題與潛力，其中泵站的節(jié)電問(wèn)題最為突出，現(xiàn)就此課題探討如下:

2.1 較大型的水泵盡量采用自灌式啟動(dòng)。

水泵的啟動(dòng)方式通常有自灌式、真空式、吸水管上安底閥式三種。實(shí)踐證明，上述三種啟動(dòng)方式中，自灌式啟動(dòng)省電、快速、效果最佳;其他兩種啟動(dòng)方式費(fèi)時(shí)、費(fèi)電、啟動(dòng)慢、流量增速慢，有時(shí)甚至抽不上水來(lái)，水泵易氣蝕，不安全。以我公司三水廠舊系統(tǒng)取水泵站為例，該泵站始建于1975年，由于設(shè)計(jì)原因，泵室內(nèi)三種型號(hào)臥式離心泵的安裝高度(水泵軸心)分別高出最低江水位3.16m，2.66m和2.82m，水泵為真空啟動(dòng)。如果從三種型號(hào)水泵的允許吸上真空高度Hs值中減去以上三個(gè)數(shù)值，則所剩的允許吸上真空高度分別為2.54m，2.34m，0.68m，而自流管線長(zhǎng)達(dá)350m，減去自流管線的水頭損失，以上3個(gè)數(shù)值所剩無(wú)幾，可見這些數(shù)值嚴(yán)重偏低，致使水泵抽力差，若水泵稍有點(diǎn)汽蝕，或吸水管漏氣，就可能抽不上水來(lái)。其結(jié)果造成投產(chǎn)后泵站的吸水能力滿足不了每日10.8萬(wàn)m3d要求，最大取水量?jī)H為9.5萬(wàn)m3/d，為設(shè)計(jì)值的88%，為水泵額定值的79%。每m?水耗電量為0.124KW，比三水廠新建泵站自灌式取水機(jī)組每m?水耗電量高36%，節(jié)能降耗效果不好。鑒于上述情況，我們?cè)?006年投產(chǎn)的新取水泵站中，安裝了三臺(tái)上海KSB水泵廠生產(chǎn)的RDL-600-670A水泵，其性能參數(shù)為Q=2800~4800m3/h，H=22~30m，配套電機(jī)功率為355KW。該泵的特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)合理，效率高，抗汽蝕能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠，效率η≥80%，(比原來(lái)提高3%~5%)，水泵設(shè)計(jì)安裝標(biāo)高比舊系統(tǒng)取水泵低4.86m，達(dá)到自灌啟動(dòng)，單機(jī)平均出水流量經(jīng)測(cè)試為4500m3/h，僅開一臺(tái)機(jī)組就能達(dá)到一期設(shè)計(jì)流量(而舊系統(tǒng)開4臺(tái)機(jī)組才能勉強(qiáng)達(dá)到)。

2.2 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，使水泵在高效區(qū)工作。

提高水泵的效率是水泵節(jié)電的關(guān)鍵，所謂水泵效率即有效功率與軸功率的比值，因此，提高水泵效率實(shí)際上就是提高水泵的有效功率。在實(shí)際生活中，居民用水規(guī)律每天24小時(shí)都是不一樣的，通常分峰、谷、平三個(gè)階段，而這三個(gè)階段中，逐時(shí)的用水量也是變化的，因此城市供水管網(wǎng)的水壓也是變化的。而供水泵卻始終以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行著，造成了功率的浪費(fèi)。如果水泵的轉(zhuǎn)速能夠隨著用水量的大小而隨機(jī)變化，保持恒壓供水，就會(huì)大大提高水泵的有效功率，達(dá)到節(jié)電的目的。這就是通常所說(shuō)的變頻調(diào)速，恒壓供水技術(shù)，也是生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用最多、最奏效的節(jié)電方法。 例如我公司三水廠擴(kuò)建后，在可預(yù)見的十年內(nèi)，水廠供水能力必然有較大的冗余量，故采用高壓變頻調(diào)速，以滿足未來(lái)十年供水量的頻繁變化與調(diào)節(jié)，確保供水時(shí)效性與經(jīng)濟(jì)性這兩個(gè)指標(biāo)有效統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能環(huán)保與穩(wěn)定生產(chǎn)的可控制動(dòng)態(tài)平衡。故對(duì)取水泵355KW/10KV 臺(tái)機(jī)組采用北京利德華福HVRSVERT-A10/030大功率變頻器對(duì)兩臺(tái)變頻機(jī)組進(jìn)行一拖二開環(huán)運(yùn)行方式，即根據(jù)水池水位手動(dòng)調(diào)節(jié)頻率，一般頻率運(yùn)行在38Hz~45Hz之間。供水泵560KW/10KV 3臺(tái)機(jī)組選用HVRSVERT-A10/045帶手動(dòng)一拖二旁路的變頻器進(jìn)行閉環(huán)運(yùn)行。變頻器有效的水泵閉環(huán)控制功能使水泵調(diào)節(jié)平滑可靠，轉(zhuǎn)速無(wú)波動(dòng)，電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)提高到0.96以上，單臺(tái)機(jī)組節(jié)電率達(dá)32%，三水廠每年可節(jié)省電費(fèi)100多萬(wàn)元。二水廠新系統(tǒng)取送水機(jī)組已經(jīng)采用變頻調(diào)速，運(yùn)行十年來(lái)效益顯著，2008年開始，舊系統(tǒng)132KW送水機(jī)組也采用了一拖二變頻調(diào)速，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，每天節(jié)電800KWh，節(jié)電率為25%，每年可節(jié)省電費(fèi)19.2萬(wàn)元;同時(shí)，一水廠560KVA送水機(jī)組也實(shí)現(xiàn)了一拖二變頻調(diào)速，每天節(jié)電1320KWh，節(jié)電率為14%，每年可節(jié)省電費(fèi)31.2萬(wàn)元。目前四水廠的取送水機(jī)組也應(yīng)用了變頻調(diào)速、恒壓供水技術(shù)，效果亦然。

2.3 在二次供水改造工程中實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效地控制了能源的消耗。

吉林市水務(wù)集團(tuán)有限公司擔(dān)負(fù)著吉林市140萬(wàn)用水人口的供水任務(wù)，除23%的用戶由水廠直供外，其余77%即108萬(wàn)人口需二次加壓泵站供水。在二次供水改造前，全市有加壓泵站935個(gè)，其中水務(wù)集團(tuán)管理的有120個(gè)，占13%，其余87%即415個(gè)由產(chǎn)權(quán)單位自管，雖然泵站數(shù)量很多，耗電量也很大，仍然解決不了群眾吃水難問(wèn)題，管網(wǎng)漏失率高達(dá)40%，用戶的水龍頭經(jīng)常流出黃水來(lái)，高層樓房成了上甘嶺，群眾怨聲載道。2002至2009年進(jìn)行二次供水改造，在集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)的精心安排下，改造工作進(jìn)行的比較順利，達(dá)到了精心設(shè)計(jì)、精心施工，用七年的時(shí)間將原來(lái)935座舊泵站改造成100座大中型的區(qū)域加壓泵站。新建泵站實(shí)行無(wú)人值守遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程監(jiān)視，設(shè)有自動(dòng)記錄、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，采用專為泵站研制的PLC循環(huán)VVVF(變壓變頻)，PID(比例、積分、微分)控制和DWY-98系統(tǒng)終端的通訊通道，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)組集中監(jiān)控，故障報(bào)警，恒水壓輸出及自動(dòng)切換功能，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化控制，采用有線測(cè)控、無(wú)線測(cè)控或混合測(cè)控方式。軟件可上網(wǎng)運(yùn)行，測(cè)控?cái)?shù)據(jù)可實(shí)時(shí)發(fā)送，形成多級(jí)測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)行對(duì)二次供水泵站的現(xiàn)場(chǎng)儀器、儀表、設(shè)備及開關(guān)車情況、運(yùn)行情況、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制。二次供水改造工程的節(jié)電效應(yīng)特別好，改造前加壓泵電機(jī)總?cè)萘繛?5000KW，全年耗電量為9198萬(wàn)KWh，改造后加壓泵電機(jī)總?cè)萘繛?900KW，為改造前的33%;改造后全年總耗電量為2125萬(wàn)KWh，比改造前節(jié)電77%，相當(dāng)于每年節(jié)省電費(fèi)5814萬(wàn)元，并且群眾吃水難的問(wèn)題基本得到解決。

2.4 采用WWG系列無(wú)負(fù)壓(無(wú)吸程)管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水技術(shù)。

(1)設(shè)備的功能與特點(diǎn)。

通常城市二次供水加壓泵站的供水流程是:首先城市管網(wǎng)輸配水管線的來(lái)水進(jìn)入泵站的清水池，然后水泵從清水池中抽水送給用戶。這種供水方式必須建造占地面積較大的清水池及其附屬設(shè)施，如水位計(jì)、溢流井、通風(fēng)口和相應(yīng)的維護(hù)結(jié)構(gòu)等。且來(lái)水管線的水壓全部消失，變成零，水泵一停車，用戶就斷水，浪費(fèi)能源(見圖1)。

如果采用無(wú)負(fù)壓(無(wú)吸程)給水設(shè)備，水泵與自來(lái)水管道直接串接，可以充分利用自來(lái)水原有壓力，差多少補(bǔ)多少，自來(lái)水滿足要求時(shí)設(shè)備就停止工作，設(shè)備大部分時(shí)間在較低頻率下運(yùn)行，耗電量少。例如吉林市松北小區(qū)自一九九六年采用WWG無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流設(shè)備以來(lái)，節(jié)電率達(dá)到57%。并且不用建水池，降低工程造價(jià)，全封閉結(jié)構(gòu)運(yùn)行，節(jié)能，環(huán)保，安全可靠。

(2)設(shè)備的組成及工作原理。

WWG無(wú)負(fù)壓(無(wú)吸程)管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備主要由微機(jī)變頻控制系統(tǒng)、負(fù)壓檢測(cè)及處理系統(tǒng)、水泵機(jī)組、穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、各種管件、閥門等構(gòu)成(見圖2)。

該設(shè)備采用微機(jī)控制變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)恒壓給水，通過(guò)真空補(bǔ)償系統(tǒng)及全封閉結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了與自來(lái)水管網(wǎng)的直接串接，并且克服了對(duì)管網(wǎng)的不良影響(如圖3所示)。

通過(guò)微機(jī)檢測(cè)管網(wǎng)壓力的負(fù)壓反饋來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的頻率。首先根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定用水點(diǎn)工作壓力，檢測(cè)出水管實(shí)際壓力并與設(shè)定壓力進(jìn)行比較，如果實(shí)際壓力高于設(shè)定壓力，則降低變頻器頻率，反之提高變頻器頻率。工控微機(jī)隨時(shí)檢測(cè)管網(wǎng)壓力，計(jì)算速度很快，調(diào)節(jié)也是瞬時(shí)完成的，使管網(wǎng)壓力始終保持在設(shè)定壓力上。

另外如無(wú)負(fù)壓供水泵站自動(dòng)控制程序示意圖所示，全密封結(jié)構(gòu)及負(fù)壓反饋抑制系統(tǒng)使設(shè)備可以和自來(lái)水管網(wǎng)直接串接，由水泵工作的疊加原理，使設(shè)備可以充分利用自來(lái)水原有的壓力，增加了變頻調(diào)速恒壓給水設(shè)備的節(jié)能點(diǎn)。當(dāng)自來(lái)水壓力不足致使壓力下降時(shí)，該設(shè)備通過(guò)真空抑制器及穩(wěn)流補(bǔ)償器中的特殊裝置動(dòng)作，抑制負(fù)壓產(chǎn)生，保證設(shè)備不對(duì)城市管網(wǎng)產(chǎn)生任何影響。

目前，全市已有33%的二次供水加壓泵站采用WWG無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流設(shè)備，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果顯著。

綜上所述，可見吉林市水務(wù)集團(tuán)有限公司，認(rèn)真貫徹落實(shí)胡錦濤主席和溫家寶總理關(guān)于節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的重要指示。在水務(wù)工作中，堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀，充分發(fā)揮第一生產(chǎn)力的作用，在建設(shè)節(jié)能型泵站中積極采用水泵自灌式啟動(dòng)、變頻調(diào)速恒壓供水、在二次供水改造中建立區(qū)域加壓泵站、無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)增壓穩(wěn)流給水設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)，成效卓著，為建設(shè)節(jié)能、高效、安全、穩(wěn)定水務(wù)做出了一定的貢獻(xiàn)。

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[文章編號(hào)]1619-2737(2010)03-22-66

[作者簡(jiǎn)介]張哲銘，2007年畢業(yè)于吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院自動(dòng)化系，現(xiàn)在吉林市水務(wù)集團(tuán)吉林市水務(wù)工程設(shè)計(jì)院有限公司從事電氣設(shè)計(jì)工作，業(yè)務(wù)純熟，技術(shù)素質(zhì)較高，助理工程師。魏文章:吉林市水務(wù)集團(tuán)有限公司董事長(zhǎng)總經(jīng)理技術(shù)顧問(wèn)，高級(jí)工程師。