淺談飲用水供水系統(tǒng)節(jié)能管理

文 _ 石巍 肖文京 王春立 馮利慧 劉金亮

北京天壇生物制品股份有限公司

淺談飲用水供水系統(tǒng)節(jié)能管理

文 _ 石巍 肖文京 王春立 馮利慧 劉金亮

北京天壇生物制品股份有限公司

1 運行現(xiàn)狀

公司現(xiàn)用生活飲用水供水系統(tǒng)主要由水泵機組、變頻控制柜、壓力儀表、管路系統(tǒng)等構(gòu)成。變頻柜由變頻調(diào)節(jié)器、PLC（或變頻控制器）、低壓電器等構(gòu)成。系統(tǒng)包括功率為22kW供水泵3臺（以下簡稱小泵），功率為45kW供水泵1臺（以下簡稱大泵），其中45kW水泵一直為備用狀態(tài)。

系統(tǒng)正常工作狀況下，采用3臺22kW水泵變頻加壓供水。首先，1臺變頻供水，供水壓力不足時，先開的泵轉(zhuǎn)為工頻運行，變頻控制再軟啟動第2臺泵；若壓力還不夠，第2臺轉(zhuǎn)為工頻運行，變頻控制再啟動第3臺；若用水量減少，按啟動順序依次停止工頻泵，直到最后一臺變頻恒壓供水。

公司近幾年用水量趨勢11000001000000 900000800000 2010年 2011年 2012年2013年預計

2 存在問題

在班組實際運行工作中發(fā)現(xiàn)3臺22kW水泵運行過程中頻繁出現(xiàn)啟停現(xiàn)象，有時甚至導致壓力報警。同時，供水單耗居高不下，不但工作強度增加，而且能源消耗也隨之增大。

由于公司生活飲用水供應系統(tǒng)既供應生產(chǎn)用水，又供應生活用水，因此造成供水流量波動較大。這也就導致我們之前所說的，供水過程中壓力不穩(wěn)定導致頻繁啟停，以至于超壓報警的現(xiàn)象頻發(fā)。由于水泵的頻繁啟停和超負荷的工作狀態(tài)，造成設備損壞和能源的浪費。

3 解決方案

3.1 實際用量分析

公司近幾年供水量趨勢如圖1。

公司近年通過節(jié)能減排、降本增效等強有力的管理，大規(guī)模浪費情況基本杜絕。但因用水性質(zhì)和特點決定了公司瞬時供水量仍然波動較大，供水量變化較大時間大致在白天生產(chǎn)生活比較密集時間，故我們針對8：00–17∶00進行有針對性的測試（隨機統(tǒng)計2010～2012年供水量），具體數(shù)據(jù)見表1。

通過表1數(shù)據(jù)表明，公司供水高峰期大致在上午8∶00－11∶00，最高用水量不超過200t/h。

3.2 供水系統(tǒng)分析

供水系統(tǒng)的基本特性和工作點揚程特性是以供水系統(tǒng)管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤幔砻魉迷谀骋晦D(zhuǎn)速下?lián)P程H與流量Q之間的關系曲線，如圖2所示。

由圖2可以看出，流量Q越大，揚程H越小。由于在閥門開度和水泵轉(zhuǎn)速都不變的情況下，流量的大小主要取決于用戶的用水情況，因此，揚程特性所反映的是揚程H與用水流量Q間的關系。而管阻特性是以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤幔砻鏖y門在某一開度下，揚程H與流量Q之間的關系。管阻特性反映了水泵的能量用來克服泵系統(tǒng)的水位及壓力差、液體在管道中流動阻力的變化規(guī)律。在同一閥門開度下，揚程H越大，流量Q也越大。由于閥門開度的改變，實際上是改變了在某一揚程下，供水系統(tǒng)向用戶的供水能力。因此，管阻特性所反映的是揚程與供水流量之間的關系。揚程特性曲線和管阻特性曲線的交點，稱為供水系統(tǒng)的工作點，如圖2中A點。在這一點，用戶的用水流量和供水系統(tǒng)的供水流量處于平衡狀態(tài)，供水系統(tǒng)既滿足了揚程特性，也符合了管阻特性，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3.3 改造方案制定

結(jié)合以上分析，我們針對現(xiàn)階段公司供水實際情況，充分利用現(xiàn)有設備，調(diào)整原有供水設備，摸索嘗試了一套新的供水方式。

根據(jù)公司實際供水量分析數(shù)據(jù)可以看出，供水每小時的最大流量不超過200m3。所以，我們嘗試將原有作為備用使用的水泵，即功率為45kW、揚程為50m、流量為200m3/h的供水泵作為工作水泵；將3臺功率為22kW、揚程為50m、流量為100m3/h的供水泵作為備用泵。并且從新調(diào)整大泵的供水參數(shù)及設備的運行參數(shù)，通過變頻器調(diào)節(jié)異步電機的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的出水流量而實現(xiàn)恒壓供水。如圖3。

本次設計方案的變頻恒壓供水系統(tǒng)的供水部分主要由變頻器、水泵、電動機、壓力傳感器、管道和閥門等構(gòu)成。變頻恒壓控制系統(tǒng)以供水出口管網(wǎng)水壓為控制目標，在控制上實現(xiàn)出口總管網(wǎng)的實際供水壓力跟隨設定的供水壓力。設定的供水壓力可以是一個常數(shù)，也可以是一個時間分段函數(shù)，在每一個時段內(nèi)是一個常數(shù)。所以，在某個特定時段內(nèi)，恒壓控制的目標就是使出口總管網(wǎng)的實際供水壓力維持在設定的供水壓力上在系統(tǒng)運行過程中，如果實際供水壓力低于設定壓力，控制系統(tǒng)將得到正的壓力差，這個差值經(jīng)過計算和轉(zhuǎn)換，計算出變頻器輸出頻率的增加值，該值就是為了減小實際供水壓力與設定壓力的差值，將這個增量和變頻器當前的輸出值相加，得出的值即為變頻器當前應該輸出的頻率。該頻率使水泵機組轉(zhuǎn)速增大，從而使實際供水壓力提高，在運行過程中該過程將被重復，直到實際供水壓力和設定壓力相等為止。如果運行過程中實際供水壓力高于設定壓力，情況剛好相反，變頻器的輸出頻率將會降低，水泵的轉(zhuǎn)速減小，實際供水壓力因此而減小。同樣，最后調(diào)節(jié)的結(jié)果是實際供水壓力和設定壓力相等。

圖3 變頻恒壓控制原理圖

表1

表2

表3 2010、2012、2013年1～10月份用水量及能耗表

4 節(jié)能效益分析

4.1 改造后實際供水情況

本次技術(shù)改造后，實測數(shù)據(jù)如表2。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可見，改造后單獨1臺大泵足可以滿足公司現(xiàn)階段生產(chǎn)生活用水量，而且供水壓力安全、穩(wěn)定。

4.2 單位能耗供水量對比

通過對實際運行數(shù)據(jù)比較，單獨運行1臺大泵照比以前3臺小泵的運行方式，單位能耗供水量對比見表3。

4.3 節(jié)能量計算：

根據(jù)表3可知，2013年平均每立方米比2012年節(jié)電13%，如果全年預計供水量按90萬m3計算，2013年全年供水節(jié)電量約為12150 kWh。

按照1元/kWh計算，全年將節(jié)約電費1.2萬元。

5 結(jié)論

通過對飲用水供水系統(tǒng)運行方式的調(diào)整，在不增加額外資金投入的情況下，充分利用現(xiàn)有設備，調(diào)整運行方式，解決了由于公司生活飲用水使用波動較大對供水系統(tǒng)的影響，避免了因使用波動導致水泵、管道等安全隱患，保證了供水的安全穩(wěn)定，改造后，年供水單耗大幅度降低，起到了較好的節(jié)能降耗的作用。

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