供水站節(jié)能運(yùn)行方式的探討與應(yīng)用

【摘要】任丘礦區(qū)現(xiàn)有供水站22個(gè)，每個(gè)供水站多采用一臺(tái)泵24小時(shí)變頻運(yùn)行，設(shè)備選型大，運(yùn)行方式單一，供水站節(jié)能效果沒(méi)有達(dá)到最佳。該文主要從變頻器的合理應(yīng)用、大小泵搭配、多臺(tái)小泵并聯(lián)運(yùn)行、系統(tǒng)管網(wǎng)余壓利用、根據(jù)供水時(shí)變化系數(shù)，合理選配供水設(shè)備等方面來(lái)探討供水站的節(jié)能運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】變頻器；大小泵搭配；多臺(tái)小泵并聯(lián)運(yùn)行；合理選配供水設(shè)備

前言

節(jié)能降耗是我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略方針，也是當(dāng)前一項(xiàng)極為緊迫的任務(wù)，是緩解我國(guó)資源約束的根本出路，也是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)安全有序發(fā)展的根本手段。對(duì)企業(yè)而言，是降低生產(chǎn)成本提高自身競(jìng)爭(zhēng)能力的客觀需要。做好節(jié)能工作，對(duì)供水系統(tǒng)而言顯得尤為重要。本文對(duì)如何進(jìn)一步降低供水能耗，進(jìn)行了探討。

1、無(wú)限度地降低水泵轉(zhuǎn)速并不能實(shí)現(xiàn)完全意義的節(jié)能

變頻供水節(jié)能是普遍被認(rèn)識(shí)到的，它按以下規(guī)律進(jìn)行控制。即用水量↗→水壓↘→電源頻率↗→電機(jī)轉(zhuǎn)速↗→供水量↗。用水量↘→水壓↗→電源頻率↘→電機(jī)轉(zhuǎn)速↘→供水量↘。同一臺(tái)水泵24小時(shí)變頻供水是不能實(shí)現(xiàn)完全意義的節(jié)能的。只有在用水量和用水壓力基本吻合于水泵的流量和揚(yáng)程時(shí)，其節(jié)能效果最佳。但是當(dāng)管網(wǎng)用水量下降乃至用水量很小時(shí)，為了克服水的重力，來(lái)滿足用水點(diǎn)的水壓要求，變頻供水設(shè)備仍需出力運(yùn)行。由于變頻器、電機(jī)、水泵在不同頻率和轉(zhuǎn)速時(shí)的工作效率差別很大，頻率過(guò)小，轉(zhuǎn)速過(guò)低，就不節(jié)能了。

采一供水站 供水量-時(shí)變化系數(shù)-工作時(shí)間表：

該兩個(gè)站的供水量差不多，設(shè)備也基本相同，運(yùn)行的水泵為22kW。均是同一臺(tái)水泵24小時(shí)全天侯運(yùn)行。根據(jù)流體力學(xué)原理，水泵的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，水泵的流量與轉(zhuǎn)速成正比，壓力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比。變頻與工頻運(yùn)行相比，其節(jié)能效果可通過(guò)以下的水泵的有效功率和流量間的關(guān)系曲線表示。

圖中，曲線①是調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度時(shí)的功率曲線，當(dāng)供水量Q=65m3/h時(shí)，所消耗功率由B點(diǎn)決定；曲線②是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)的功率曲線，當(dāng)供水量Q=65m3/h時(shí)，所消耗功率由C點(diǎn)決定。由圖可知，與工頻運(yùn)行相比，變頻運(yùn)行所節(jié)約的△P是很大的。

但當(dāng)時(shí)變系數(shù)小于1.30時(shí)，供水量低于65m3/h，對(duì)應(yīng)的有效功率僅45%。全天約有12小時(shí)左右在此范圍工作。特別是時(shí)變化系數(shù)小于0.65時(shí)，供水量低于30m3/h，全天有7小時(shí)在此范圍工作，同一臺(tái)離心泵的變頻運(yùn)行絕不是最佳運(yùn)行方式。

在供水量低于30m3/h以下時(shí)，由曲線2可知：離心泵的功率只相當(dāng)于其額定功率的20%左右。也就是說(shuō)，如果以22KW的離心泵變頻運(yùn)行，在供水量低于30m3/h以下時(shí)，實(shí)際只相當(dāng)于4.4KW的離心泵運(yùn)行。22KW的離心泵變頻運(yùn)行和5.5KW（軸功率）的離心泵變頻運(yùn)行那個(gè)更節(jié)能？回答肯定是：5.5KW的離心泵變頻運(yùn)行要比22KW的離心泵變頻運(yùn)行更節(jié)能。

所以說(shuō)變頻調(diào)速無(wú)限制調(diào)速并不能實(shí)現(xiàn)完全意義的節(jié)能。一般認(rèn)為變頻調(diào)速宜在額定轉(zhuǎn)速的70%～100%范圍內(nèi)。由于泵流量與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，上述兩站運(yùn)行的水泵額定流量（Q=100m3/h），只有兩個(gè)小時(shí)在高效區(qū)運(yùn)行（供水量Q>70m3/h）。其余時(shí)間都是不宜節(jié)能的。必須把用水量的劇烈變化的干擾和水泵的高效區(qū)運(yùn)行結(jié)合起來(lái)，用大流量小流量可以大小泵自動(dòng)切換的變頻控制設(shè)備，才能得到滿意的節(jié)能效果。

2、合理地精選供水設(shè)備是節(jié)約能源的關(guān)鍵

現(xiàn)在的供水量和供水壓力是基本確定的，更新設(shè)備時(shí)不要考慮舊泵的流量和揚(yáng)程，應(yīng)以滿足現(xiàn)狀為主。不要單個(gè)水泵考慮發(fā)展而增加水泵的流量，不要揚(yáng)程過(guò)高而增加水泵的功率。不要認(rèn)為現(xiàn)在都變頻運(yùn)行了，揚(yáng)程高些，流量大些沒(méi)關(guān)系，這是錯(cuò)誤的想法。前面已經(jīng)講過(guò)其不合理性。如果水泵的揚(yáng)程和流量同管網(wǎng)的需求吻合的好，不變頻也節(jié)能。

選泵揚(yáng)程偏高、流量偏大是設(shè)計(jì)人員在選泵過(guò)程中普遍存在的。工作揚(yáng)程30-35米的水站，往往都選50米揚(yáng)程的水泵。增加了電機(jī)容量，白白浪費(fèi)了能源和資源。如前面所講述的供應(yīng)水站，設(shè)計(jì)的水泵額定揚(yáng)程50米，額定流量100m3/h，配用電機(jī)22KW。三臺(tái)同一型號(hào)，一臺(tái)運(yùn)行，兩臺(tái)備用。這種配置水泵是不節(jié)能的。

據(jù)供應(yīng)水站現(xiàn)供水量情況，考慮最高日供水再增加20%，應(yīng)選流量分別為100m3/h、65m3/h、30m3/h，揚(yáng)程35米（由于正壓進(jìn)水，完全能滿足），電機(jī)功率15KW、11KW、5.5KW的水泵，這樣高峰期減少7KW負(fù)荷，每天運(yùn)行5-6小時(shí)，正常期減少11KW負(fù)荷，每天運(yùn)行10-12小時(shí)。低谷期減少16.5KW負(fù)荷，每天運(yùn)行6-7小時(shí)。如真能這樣運(yùn)行起來(lái)，一個(gè)加壓供水站節(jié)電量會(huì)超過(guò)30%。供應(yīng)水站不是特殊現(xiàn)象，而是普遍存在的問(wèn)題。全供水系統(tǒng)都這樣改造一下，每年節(jié)電量是非常可觀的。

并聯(lián)運(yùn)行是供水企業(yè)常用的技術(shù)手段之一。也是非常節(jié)能的，關(guān)鍵是水泵的揚(yáng)程和流量選擇要合適，我們?cè)诙t(yī)院供水站進(jìn)行了并聯(lián)改造，運(yùn)行電機(jī)總功率由原來(lái)的22KW降為6KW左右。節(jié)能效果非常明顯。

這里重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)一下自動(dòng)控制問(wèn)題，結(jié)合油田公司提倡的無(wú)人值守水站改造，應(yīng)把按流量自動(dòng)切換大、中、小泵變頻設(shè)備改造結(jié)合起來(lái)，以避免人為操作，不按設(shè)計(jì)要求切換大小水泵，而造成的電能浪費(fèi)。

3、充分利用余壓是節(jié)約能源的重要手段

余壓利用是最簡(jiǎn)易、最有效的節(jié)能方式，行業(yè)上叫疊壓供水，疊壓供水必須繞開(kāi)集水罐（池），用管網(wǎng)的壓力直接供到離心泵的進(jìn)水口，從而減少離心泵的揚(yáng)程，達(dá)到節(jié)能目的。我們現(xiàn)在系統(tǒng)管網(wǎng)壓力在0.16-0.2MPa之間，一般小區(qū)供水壓力0.3-0.35MPa之間。疊壓后，離心泵再增加0.1-0.2MPa就滿足了小區(qū)供水的需求。現(xiàn)在我們已對(duì)幾個(gè)水站進(jìn)行了改造，有的正在運(yùn)行，但目前存在著不足。

3.1 不是全天24小時(shí)運(yùn)行，擔(dān)心儲(chǔ)水罐內(nèi)的水，長(zhǎng)期不用會(huì)變質(zhì)，影響供水質(zhì)量。

可以改為全天運(yùn)行，儲(chǔ)水罐內(nèi)的水可以作為消防備用水源。緊急時(shí)使用，繞過(guò)儲(chǔ)水罐大膽運(yùn)行，系統(tǒng)水源一般是不會(huì)停水的。這樣運(yùn)行可減少水在儲(chǔ)水罐的一次停留，有利于水質(zhì)、還節(jié)能。

3.2 原泵疊壓后，其揚(yáng)程和流量不適宜。必須更換疊壓供水水站的水泵，將其揚(yáng)程控制在20米左右，按大小泵配置，或多泵并聯(lián)運(yùn)行，可以減少電機(jī)負(fù)荷1/2左右，使其更加節(jié)電。

4、應(yīng)用還不夠廣泛

對(duì)一些水站還可以再改造一些，為全天侯疊壓供水。對(duì)供水量較大的水站，改造要慎重，改造過(guò)多，影響系統(tǒng)的集水能力，破壞管網(wǎng)的平衡，會(huì)造成高峰期用水緊張。但可改為分時(shí)段疊壓供水，如用水低谷，疊壓供水。每天運(yùn)行6-7小時(shí)，用一臺(tái)小水泵專(zhuān)用。既節(jié)約能源，又保證用水高峰期有充足的備用水源。

對(duì)于有自備井的小區(qū)水站，可改為水井雙向供水。即水井出水與離心泵進(jìn)水口聯(lián)接，又與儲(chǔ)水罐聯(lián)接，用水低谷時(shí)，多余水量進(jìn)儲(chǔ)水罐，用水高峰期水罐和水井同時(shí)向離心泵供水。既滿足了高峰期用水，又使儲(chǔ)水罐起到很好的調(diào)節(jié)作用。這樣運(yùn)行節(jié)能效果也是很明顯的。

5、總結(jié)

節(jié)約能源、功在當(dāng)代、利在千秋，以上改造想法都經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，技術(shù)是成熟的，節(jié)能效果時(shí)明顯的。是值得大面積推廣應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張燕賓，李鶴軒.電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速圖解[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.