智能化水網供水管理

文/ Hans-Jürgen Bittermann

智能化水網供水管理

文/ Hans-Jürgen Bittermann

給水供水系統中節約能源消費的幾大措施——使用節能水泵，結合智能化的控制技術以及IT技術支持，可保證給水供水的可靠性，節約能源費用。

在19世紀和20世紀時代，水塔是提供飲用水的核心設備，在今天的一些特殊情況下，水塔仍然用來提供飲用水。根據連通管的原理，水塔保證了低于水塔水位的用戶始終都有著相同的水壓，而水泵的任務是在夜間向水塔補充白天消耗掉的水量。如今，這種供水方式受到了限制，在現代化工業生產環境中，用水量的變化和控制閥門的快速關閉都會對水網中的元器件產生壓力沖擊，增大工作負荷也會帶來噪音，因此，自來水的壓力要靠水泵和閥門進行控制，尤其是要保證調節的壓力均勻一致。

大型水利基礎設施中的水泵要消耗一定的電力能源，例如Wilo水泵，高度將近14 m，大約20 t，每秒鐘的輸水量高達1 850 L，1 000 kW的電動機保證了這臺水泵的功率，也保證了0.4 Mpa的穩定水壓，這一立式的渦輪泵也是當今歐洲供應商提供給亞洲用戶的最大水泵類產品之一。

這種先進的水泵節能潛力巨大，當人們能更高效地設置水網中的壓力區、降低過高的壓力儲備時，才能夠更好地節約能源。

現代化原材料和工藝技術使得立式渦輪泵有著很高的水力效率

定期檢查

這類水泵使用過程中典型的錯誤是使用磨損和錯誤的型號規格，因此所有的水泵生產廠家都建議要定期對水泵進行檢驗，為此，有些水泵生產廠家還專門設計了定期檢驗的方法。

例如，Grundfos公司就開發了SP節能工具，以便盡快得知水泵節能的信息。在詳細評估水泵節能潛力時，水泵生產廠家們建議進行能源檢查和水泵的能源審計。如果檢查、審計得到的結果是“更換水泵”，則最佳的方案是平行安裝多臺小型水泵，利用多泵調節控制系統控制它們的運行，利用電動機轉速調節的聯機控制方式，保證水泵主要在經濟運行的工作點處運行。

這種水泵系統的設計通常要在水泵的每日電力能源消耗狀態曲線的幫助下完成，通過狀態曲線可以知道，水泵在特定的工作范圍內工作了多長時間。與傳統方法相比，新的水泵系統設計方案能夠明顯減少泵站的投資費用，投資回收期一般在1～3年。據Xylem公司介紹，用轉速可調的水泵電機替代恒定轉速的升壓站，可以節約高達50%的電能。

關于如何將恒定轉速的水泵電機更換為轉速可調，以及更換費用等問題，解決的前提條件是要有與現有水泵系統兼容的轉速調節器。Xylem公司最新一代Loware品牌的Hydrovar變頻器適用于此，這種變頻器調節轉速的自我流體控制的Pico調節閥能夠在不消耗外部能源的情況下，用于給水供水領域中的水壓和流量的自動調節。電力驅動裝置，可以補充安裝在所有現在仍然工作著的升壓站中。據Xylem公司介紹，對于有經驗的水泵安裝工來說，這種結構緊湊的變頻電機的安裝十分簡單快捷，變頻器安裝后，其內部的總線系統就能夠可靠地保證所使用的電力能源與要求的輸水量保持一致。

管理水網壓力

給水供水網絡一般要在幾十年的時間里，承受雨雪風霜、公路交通、土方工程和水壓帶來的負荷。這一切負載作用導致水網管道的疲勞、裂紋和泄漏，并因此導致漏水。大多數水管漏水不是因為水管斷裂，而是許多微小的泄漏。專家估計，大約有1/3的自來水在到達用戶家中的水龍頭之前，就損失在水網管道中了。

大多數情況下，漏水檢測和設置備用設備既不現實，成本也相對高昂。另外，當堵住了一部分泄漏后，生物管道中的壓力就會升高，并導致更加嚴重的泄漏。

VAG公司的壓力管理方法是根據用水量或者用水時間來調節管道網絡中的水壓，利用先導式控制的調節閥同時調節水壓和水位。Riko公司的柱塞閥也能夠精確地調節壓力和流量，從而保證恒定的給水供水。

水網中的智能化

Software股份公司預測，大數據帶來的經驗和評估結果將在2017年的公共事業企業中發揮著重要的作用。但這里涉及到的不僅僅只是大數據，大數據領域中的流分析也扮演著更重要的角色。這里的區別是，傳統的大數據應用在一定程度上允許回頭查閱數據，流分析則是對來自不同數據源數據流進行實時分析，發現這些數據流中的模式，并允許主動采用相關措施，流分析技術是大數據分析的未來發展趨勢。

西門子公司基于Simatic PCS 7系統的智能化水利技術管理軟件Siwa，有著內容豐富的軟件模塊，可以靈活地組合在一個系統中運行

目前，大數據仍然是一個非常重要的話題。在水網中進行預防性維護保養時，大數據可幫助制定出更好的維護保養計劃，對目前的計劃進行優化，以達到對管道閥門、渦輪機和水泵更好的監控效果，預先得知潛在的故障原因，及時排除故障。

對此，西門子公司開發設計了水利專業領域中使用的水資源管理系統軟件Siwa，它是適用于水網管道、飲用水網絡和污水網絡使用的模塊化解決方案。這一智能化的水利技術管理軟件是基于西門子Simatic PCS 7上的過程控制軟件，有著內容豐富的軟件模塊，可以靈活地組合在系統中使用運行。根據不同使用要求，它支持用戶對給水供水過程進行優化，確定水網系統的泄漏點以及模擬水網系統管道。這一軟件系統的優點是，除了提供給水供水的可靠判斷外，還能有效地降低能耗，從而降低水利設施的運行費用。

Siwa Optim公司則是利用高效的水利設備運行計劃來優化水網運行。包括有著很高生產能力的水利設備，如水泵、蓄水池和水廠等。經驗告訴我們，采用這一方法可以把給水供水的相關費用減少15%。Siwa Leak和Siwa Leak Control是兩款能夠采集給水供水管網系統緩慢泄漏的管理軟件，作為現有控制系統和自動化系統的補充，這些軟件工具能夠連續地向操作控制臺提供輸水管道的狀態信息，從而能在管道系統出現泄漏時為堵漏措施決策提供準確信息。

結語

產生水壓需要消耗能源，這是給水供水系統中最大的電力能源消費。使用具有很高節能性能的水泵,結合智能化的控制條件技術就能夠節約能源費用。自動化的水網壓力管理系統所需條件遠比水泵和閥門多得多，在IT技術支持的控制調節技術和智能化數據分析幫助下，可保證給水供水的可靠性和水網壓力的穩定。

本文作者系PROCESS德文版特約撰稿人。