供水需求改變下的經(jīng)濟(jì)可行性運(yùn)行方案改進(jìn)研究

魏 鑫 （太原供水集團(tuán)有限公司草坪制水分公司，山西 太原 030027）

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加大人口密度不斷增加而帶來了供水需求不斷擴(kuò)大，對于供水壓力和數(shù)量需求帶來了更高和更精準(zhǔn)的要求。如何綜合考慮經(jīng)濟(jì)社會效益和供水企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營效益之間的平衡，達(dá)到最優(yōu)資源配置，水泵的性能參數(shù)作為供水機(jī)泵重要技術(shù)參數(shù)，流量和揚(yáng)程是水泵選擇的決定性指標(biāo)。切合實(shí)際的水泵能夠保證既定區(qū)域內(nèi)供水管網(wǎng)的壓力和流量滿足用戶需求等穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)能夠讓機(jī)組在高效區(qū)間運(yùn)行達(dá)到節(jié)能降耗的經(jīng)濟(jì)性能要求。

1 原機(jī)組的運(yùn)行工況概述

在城鎮(zhèn)人口增加供水需求不斷增加而供水區(qū)域不斷擴(kuò)大的實(shí)際情形之下，提升水質(zhì)和供水保障能力也是城市公共服務(wù)極其重要的一個環(huán)節(jié)。因此，在綜合要求發(fā)生大幅度的提升之后，供水機(jī)組的實(shí)際需求就需要精準(zhǔn)的定位，對于供水機(jī)組的性能要求也發(fā)生了變化。在科學(xué)把握供水區(qū)域的實(shí)際情況，進(jìn)行精準(zhǔn)的供水需求定位，選擇合適的供水工藝流程，以科學(xué)發(fā)展觀為基本導(dǎo)向以節(jié)能降耗為重要參照指標(biāo)，是H市供水公共服務(wù)提升的目標(biāo)所在。同時(shí)，目前我國的供水工藝流程中，多數(shù)地市的供水水源單一，應(yīng)對應(yīng)急性風(fēng)險(xiǎn)的能力較弱，為了保障安全穩(wěn)定和保質(zhì)保量的供水，滿足城市居民和工業(yè)運(yùn)行的需求，有必要結(jié)合H市的供水實(shí)際情況，充分了解城市供水需求，以特定的區(qū)域?yàn)槔M(jìn)行準(zhǔn)確的定位，提出在供水需求改變下如何對供水流程進(jìn)行改進(jìn)的措施，選擇最佳經(jīng)濟(jì)社會效益的方案，是本研究的本質(zhì)之所在。

根據(jù)當(dāng)時(shí)的實(shí)際需求設(shè)計(jì)要求，H市T水廠的機(jī)組中，水泵的揚(yáng)程為9.22m，流量為3580 m/h，依據(jù)水泵的技術(shù)指標(biāo)檢測報(bào)告，按照我們國家現(xiàn)行的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)ISO 9906-1999，選定的水泵能夠滿足現(xiàn)行的實(shí)際需求設(shè)計(jì)要求。但是，在實(shí)際運(yùn)行一段時(shí)間之后，經(jīng)過流量計(jì)指數(shù)等相關(guān)的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際中的流量達(dá)到了4320 m/h，高出了原來設(shè)計(jì)流量3580 m/h大約20.67%，表明原來的設(shè)計(jì)工況與實(shí)際運(yùn)行的工況不符。按照實(shí)際需求要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的水泵運(yùn)行曲線圖如圖1所示。

從下圖可以看出，當(dāng)機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中流量達(dá)到了4320 m/h及以上的時(shí)候，工況點(diǎn)在特性的曲線的右端，耗能不斷加大，增速變快，明顯遠(yuǎn)離了機(jī)泵高效運(yùn)行的區(qū)域，并且，長期超負(fù)荷運(yùn)行容易引起機(jī)組發(fā)熱而更容易磨蹭加快等問題導(dǎo)致機(jī)組故障。根據(jù)現(xiàn)有的供水管網(wǎng)實(shí)際情況，運(yùn)行機(jī)組的固定資產(chǎn)折舊情況等，綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益，采取水泵葉輪切削的措施是最佳選擇方案。

水泵運(yùn)行曲線圖

水泵試運(yùn)行的運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表 表1

2 水泵葉輪切削方案設(shè)計(jì)

根據(jù)切削比例公式，如果利用公式H/H=（D/D）之間的關(guān)系，其中公式中的H、D表示水泵葉輪切削前的揚(yáng)程和葉輪直徑，而H和D表示切削后的水泵揚(yáng)程和葉輪直徑。由于城鎮(zhèn)供水要求的提升，在實(shí)際供水過程中，管網(wǎng)的更新、消毒的工藝流程改進(jìn)和水源的水質(zhì)變好等因素使得流量相對變大，進(jìn)水量必然增加。依據(jù)水泵特性曲線，將H=13m、H=9.22m，水泵現(xiàn)在的葉輪直徑700mm代入到公式H/H=（D/D）中，可以計(jì)算得到，D=589.51mm。我們進(jìn)行流量的驗(yàn)算，計(jì)算得到的流量不能滿足實(shí)際的需要。因此，我利用另外一個的水泵葉輪切削公式Q/Q=D/D進(jìn)行計(jì)算。在原設(shè)計(jì)揚(yáng)程9.22m，設(shè)計(jì)流量3580 m/h的條件下，依據(jù)上圖1-1的水泵特性曲線，原來的流量滿足揚(yáng)程9.22m時(shí)流量為3900 m/h，將葉輪的直徑700mm代入公式Q/Q=D/D，可以計(jì)算得到D=642.56mm，那么，需要切削的就是700-642.56=57.44mm。如果我們考慮水泵在后續(xù)的運(yùn)行中產(chǎn)生一定的磨損量，適當(dāng)預(yù)留切削的尺度，那么先切削去40mm后水泵葉輪的直徑就是660mm。為了驗(yàn)證切削量是否符合實(shí)際的運(yùn)行需求，筆者進(jìn)行了運(yùn)行試機(jī)，運(yùn)行試機(jī)在各個出口壓力調(diào)試下的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

3 變頻調(diào)速下的水泵運(yùn)行工況

在供水的實(shí)際需求中，往往出現(xiàn)用水高峰時(shí)機(jī)組在運(yùn)行，用水低峰時(shí)會出現(xiàn)機(jī)組空載的現(xiàn)象。為了解決這樣的問題，采取變頻調(diào)速的辦法是比較通用的做法。采用變頻器可使系統(tǒng)工作狀態(tài)平緩穩(wěn)定，改變轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)用水供應(yīng)，避免機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)過載、空蝕、氣蝕等問題，并可降低轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。基于此，對機(jī)組進(jìn)行變頻調(diào)速的運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行，最佳經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)行和節(jié)能降耗的作用。根據(jù)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況，輔助以變頻器通過改變電動機(jī)頻率來調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，根據(jù)白天用水平峰谷、夜間用水平峰谷幾種實(shí)際運(yùn)行的常用工況，測出給水泵總流量、對應(yīng)的給水泵進(jìn)出口壓力、進(jìn)出水池水位、開泵數(shù)量，校核實(shí)際管路阻力，方便根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況及管路阻力調(diào)整運(yùn)行方案。工況分析如表2所示。

機(jī)泵運(yùn)行工況分析對比表 表2

從表2可以看出，經(jīng)過變頻調(diào)速后的機(jī)組在實(shí)際的運(yùn)行中，七種工況下，效率都能達(dá)到80%以上，基本上滿足了節(jié)能降耗和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。依據(jù)前期我們對于H市T水廠供水區(qū)域的調(diào)研分析，在供水高峰階段時(shí)的供水量最高值為3820m/h，供水平穩(wěn)時(shí)段一般在3400m/h左右，供水低谷時(shí)段的供水一般在2900 m/h及之下。選取了7種具有典型代表性的運(yùn)行工況實(shí)際情形，能夠?qū)?shí)際供水中的各種情況進(jìn)行有效覆蓋，所以，改進(jìn)后的供水方案能夠滿足供水的實(shí)際需求。并且，在以后的實(shí)際運(yùn)行中，可能會因進(jìn)出水位變化、系統(tǒng)阻力誤差、電機(jī)轉(zhuǎn)速波動等因素，實(shí)際工況有所偏差，可通過校核實(shí)際管路阻力，根據(jù)實(shí)際工況及管路阻力在現(xiàn)有運(yùn)行方案的基礎(chǔ)上精準(zhǔn)調(diào)整運(yùn)行方案，保證水泵高效運(yùn)行。