供水系統水泵機組節能改造技術設計效果分析

孫小燕

（惠州市供水有限公司，廣東 惠州 516001）

0 引言

根據機械工業協會統計，水泵驅動著中國20%左右的電能，但由于其運行效率低，導致的能源浪費嚴重、成本過高等問題非常明顯，與國外相比，其效率低2%左右。—般來說，水泵的節能空間較大，具有20%～40%的正常節電潛力。當前，水泵嚴重的能耗問題，已引起了水泵行業持續的關注，因此，在供水系統中，應當將節能降耗作為重中之重，以此才能夠促進供水新技術與供水新設備的快速發展。

當前，對于節能途徑主要可從以下幾個方面考慮：利用電動機以及輸變電設備實現節能、水泵機組運行優化節能以及管理優化節能。第一種節能方法和第三種節能方法實際操作相對容易，但節能作用無法在短時間內充分發揮。第二種節能方法由于水泵機組中設備組成復雜、運行復雜，使得這一節能方法實施難度較大，但若能夠實現對水泵機組的節能，則能夠在短時間內得到理想的節能效果，進而促進整個供水系統的節能運行和可持續發展。

1 工程概況

選擇以惠州某水廠項目作為依托，該水廠以東江水作為水源，供水和遠期規模分別為40 萬m3/d、60 萬m3/d，現在每日平均的供水量為25 萬m3/d。水廠內交通便利，剛開始的地貌多為剝蝕殘丘，但經修整現在場地已平整，每個鉆孔的孔口標準高度17.98～18.70 m，最大高差0.72 m。結合工程施工現場的勘查結果得出，各鉆孔均有揭露，揭露厚度3.80～7.40 m，平均6 m；層頂標高1.80～4.60 m，平均3.74 m，層頂埋深13.90～16.30 m；平均14.54根據巖石抗壓強度。圖1為該水廠衛星圖像，圖2為供水工程工藝流程。

圖1 水廠衛星圖像圖

圖2 供水工程工藝流程圖

該水廠一、二期總供水能力40萬m3/d。一、二期的工程根據工藝流程由南向北在廠區的中部進行布置，水廠西側為預留三期發展用地（20萬m3/d）；西北側為預留污水處理用地；水廠東側為優質水處理用地。凈化構筑物中，格柵間及配水井、二級泵房的土建結構均為一次建成。另外凈水廠的生產廢水一般占水廠總量的4%～5%，該水廠近期規模為40萬m3/d，如果按總量的5%計算，一天要排放20 000 m3的廢水量，造成水資源及經濟上很大的浪費。針對這一問題，為實現對該水廠的節能設計，針對其供水系統中的水泵節能機組進行節能改造，來達到節能的目的。

2 供水系統水泵機組節能改造施工

2.1 供水系統水泵機組構筑物施工

供水系統水泵機組主要處理構筑物主要包括沉淀池、濾池等。排水池接納濾池的反沖洗水及濾池清洗水，排水池上清液均勻提升回流至絮凝池，減少沖擊負荷，底泥提升至排泥池，由于濃度較低，反沖廢水也可全部回流。水廠一、二期共有濾池20格，反沖洗周期約為36 h，反沖間隔1.80 h；遠期再建10格濾池，共30 格，反沖間隔1.20 h；濾池清洗1 周四次，每次5 格，沖洗流量約為600 m3/h，持續2.50 h。排水池入流為間斷性、大流量入流，經調節后，上清液均勻回流至絮凝池，回流流量為一次反沖水量除以反沖間隔，以保證在下一次反沖廢水到來之前排空排水池。表1為一次反沖洗水量計算表。

表1 一次反沖洗水量計算表

按照表1中的內容完成對一次反沖洗水量的測定，并將其作為依據，開展對排水池的施工。排水池設2 格，單格有效容積按可以接納一格濾池的反沖洗水設計，確定為550 m3；上清液排水泵設置4 臺，單泵流量150 m3/h，2 用2 備，2 臺工作時可排除上清液，4臺全部工作時，可滿足濾池清洗排水。

沉淀、絮凝池以及配水井的排泥水和排水池底泥均由排泥池進行接收處理，其中以沉淀池排泥水為主，排泥水在排泥池均質均量后被均勻抽升排入濃縮池。現況一、二期沉淀池各4臺排泥車，共8臺，排泥周期均為24 h，排泥時間為一期每天下午排泥，二期每天上午排泥，排泥時，一期、二期均為四臺排泥車同時排泥。遠期12 臺排泥車，每天3 次排泥，排泥間隔8 h。重力濃縮池接受排泥池污泥水，進泥流量為125 m3/h，總固體為15 t/d。濃縮池排泥與脫水設備的工作時機、持續時間、出流和入流流量并不一致。此外，濃縮池排泥一次排泥周期內的濃度也會有一定的變化，因此在濃縮池排泥與脫水設備設置平衡池，可起到平衡流量和穩定脫水設備的進泥濃度的作用，以此按照上述方式完成對供水系統水泵機組主要處理構筑物的施工，確保各個構筑物的節能作用得到充分發揮。

2.2 各專業節能措施實施

隨著居民節能降耗意識和觀念的增強，以及人生活和生產等方面需求的提升，尤其是節能減排政策的出臺，供水企業更加重視對各個相關環節的優化，希望通過各種方法和途徑來實現節能降耗。為確保供水系統水泵機組達到節能降耗的效果，需要在對各個相關環節實施相應的節能改造措施。首先，針對工藝專業的節能措施實施包括：加藥全部采用投藥自動化，可以根據水量、水質的變化情況，對加藥量進行精確測量；針對部分水泵機組采用調速裝置對其進行控制，從而根據實際供水系統運行需要，實現相應的調度運行。其次，針對電氣專業的節能措施包括：變壓器和電壓等級的合理選擇。盡量讓新建變配電室靠近負荷中心，變壓器所帶負荷保持三相平衡；諧波治理。通過采用滿足國內規范的諧波標準的調速裝置，將調速裝置產生的諧波值控制在允許范圍內，水廠不再單獨設置諧波治理設備。再次，針對建筑專業的節能措施包括：外窗面積采用合理的窗地比；按冬暖夏熱地區節能設計。在具體實施節能改造操作時，應當將表2所示的建筑熱工設計規定指標作為依據。

表2 建筑熱工設計規定指標表

在表2中數據基礎上，針對該工程項目圍護結構熱工節能技術措施進行設計。建筑外墻采用巖棉保溫板與飾面鋁板組合材料系統，并要求達到國家規定的公共建筑節能設計施工標準要求。屋面形式為坡屋面，采用巖棉保溫板保溫措施，達到國家規定的公共建筑節能設計標準要求。最后，對暖通及室內給排水專業節能措施。根據溫度，對散熱量較大的電氣房間或通風量較大房間的通風設備運行臺數及轉速進行合理有效的控制。根據上述論述，完成對施工中各個專業的節能措施實施，確保供水系統水泵機組的節能效果達到理想水平，促進整個水廠工程項目的節能降耗，從而滿足水廠項目的可持續發展要求。

3 施工技術應用效果分析

在完成對上述水廠供水系統水泵機組節能改造的施工后，為驗證這一施工技術的可行性，對施工技術應用后的效果進行分析。選擇將該水廠各個施工區域進行編號，分別為I～V，在完成施工后，對供水系統水泵機組在運行過程中的能耗進行記錄，并將記錄結果與該工程項目設計階段對各個區域要求的能耗約束值進行對比。若記錄結果小于能耗約束值，則說明文中提出的施工技術在實際應用中能夠達到節能降耗的目的，施工技術可行；反之，若記錄結果大于或等于約束值，則說明文章提出的施工技術在實際應用中不符合節能降耗要求，施工技術不可行。根據上述邏輯，將多個區域供水系統水泵機組能耗記錄如表3所示。

表3 多區域供水系統水泵機組能耗記錄表

從表3中記錄的結果可以看出，各個區域實際能源消耗量與約束值相比均更小，說明各個區域能源消耗均控制在了合理范圍內，進一步證明文章上述設計的節能改造施工技術可行。

4 結語

上述論述以某水廠為例，針對其供水系統水泵機組節能進行改造，達到降低能源消耗，提高工程節能性的目的。主要通過對供水系統水泵機組提出相應節能改造措施，以及對各個專業相關環節實施提出相應的節能改造措施，來確保供水系統水泵機組達到節能降耗的效果，并通過對改造效果分析驗證技術的可行性。改造時間歷時半年多，改造投入運行后，節能效果顯著，達到技術改造的目標。