浅谈变频恒压供水在农村安全饮水工程中的应用

2011-05-03王素英王晓娟

陕西水利 2011年2期

杨虹王素英王晓娟

（1.岐山县农村自来水管理站陕西岐山 722400；2.岐山县水利管理工作站陕西岐山 722400）

1 农村饮水概况

岐山县地处八百里秦川西部，南、北分别接秦岭、千山山脉，地势自西北向东南倾斜，境内山、川、塬皆有，形成了“两山夹一川，两水分三塬”的地形地貌特征。全县多年水资源总量为12787万m3,人均水资源占有量仅为279m3,不足全国人均水资源占有量的1／8，仅占全省的1／4，水资源极度缺乏且时空分布不均。南北二山旱腰带地区安全饮水相当困难，渭河川道及部分塬区地下浅层水质污染严重，干旱缺水、水质不良是制约群众生活水平提高和区域经济发展的主要自然因素。多年来，岐山县先后实施了世行贷款农村改水、甘露工程、人饮解困、饮水安全等项目，较大地改善了群众生活饮水条件。截至2009年，共建成农村饮水工程210处，自来水受益人数达到34.64万人，农村自来水普及率达到91%。但目前全县仍有3.8万人存在饮水不安全问题。

2 传统(水塔)供水的缺点

目前，岐山县约80个行政村采取传统的供水模式——水塔供水模式，即在行政村修建15m～25m的水塔，通过对水泵进行通断控制，用水泵将水抽送至水塔顶部的水箱，以重力式向用户供水。水塔高度和水箱大小决定了用水量的大小。主要存在着以下不利因素：

（1）修建水塔造价较大，要用大量的钢材、水泥、砖块等建材。因水箱在水塔的顶部，维修、更换的难度较大，导致水塔使用寿命较短，特别是抗自然灾害能力较差。

（2）水塔水箱的容积为总用水量的15%，水塔建成后，因其高度和水箱容积固定，随着经济社会的快速发展，用水量逐渐增大，供水高度要求更高，水塔供水因其供水量和供水压力无法调整，已不能满足群众生产生活的需要。

（3）水泵电机启动频繁，容易造成电机损坏。青化镇凤家庄村2001年修建的80t、25m砖支筒保温水塔，主要解决凤家庄村4400人的饮水问题。2003年因该村自办企业，用水量无法满足需要，于2004年投入资金10余万元，进行了二期工程扩建。特别是“5·12”地震后,砖支筒筒身局部出现裂缝，又投入大量资金进行了加固维修，充分证明这是一种相对落后的供水方式。

3 变频恒压供水运行模式、技术优势及技术运用

3.1 变频恒压供水技术运行模式

该供水模式采取由机井取水，经潜水泵抽送到蓄水池内，再由2台加压泵变频加压进入供水管网，供水到户。变频恒压环节由微机构成自动闭环控制，采用智能化控制原理，能在0.5s内使变化的压力恢复正常，压力调节精度为设定值的±5%。变频柜主要组成有变频调速器、PLC可编程控制器、控制柜GGD1等。2台加压泵配套功率较小，主线路可直接装入变频柜。清水池内配套安装液位开关1套，向变频柜传输水位信号，再由变频柜控制潜水泵启停，当清水池液位低于底限时，潜水泵自动开启；当液位高于水位高限时，潜水泵自动停止，从而保证清水池内始终有一定高度的水位。

供水工艺流程示意图见图1。

3.2 变频恒压供水技术优势

一是高效节能。该设备能根据实际用水量，进行压力自动检测，通过微机自动调节电动机的转速，在恒压的基础上提高供水量，从而保证了用户在任何时候的用水压力，不会出现用水高峰期、低峰期输水管网承压力的变化，可防止管网压力超限，管道破裂。二是占地小、投资少，易维修。该设备体积小，组装、安装调试方便，特别是由于蓄水池较低，可防止地震等自然灾害对供水设施的破坏。三是控制灵活，运行可靠。变频恒压供水系统可采取分段供水，定时供水，手动选择工作方式供水，适时调节供水量和供水压力的大小，能够满足群众生活的需要。

3.3 变频恒压供水的技术运用

2008年以前，岐山县建成的集中供水工程主要为固定水量和压力的传统供水方式。“5·12”地震后，全县59座供水水塔出现“裂”变“缝”，两千多米供水管道破损，14.5万人生活饮用水受到影响，全县水利设施直接经济损失达1700多万元。面对如此严重的灾情，县水利局决定采用变频恒压供水技术。该技术既保持了供水的连续性、可靠性，又提高了供水保障能力。同时，因为该设备投资少，系统运行稳定可靠，自动化程度高，操作控制方便，节约电耗，压力和流量根据用户需求可调节等优点，县水利局先期在故郡乡郑家桥村进行试点，收到了很好的效果。目前，已有枣林镇罗局村、贾家村、雍川镇渠头村等12处工程采用变频恒压供水，均已投入使用，运行状况良好，已累积增创经济效益36万元，取得了显著的运营效果。

4 水塔供水与变频恒压供水的经济效益对比

4.1 水塔供水的修建成本及运行成本

以2008年修建的岐山县大营乡玉丹村供水工程为例，采用传统水塔供水模式，解决了4个村民小组2250人的安全饮水问题，日供水量149m3；新打了200m机井1眼，修建30t、20m砖支筒保温水塔1座。水塔总造价10.74万元，其中：水塔土建9.39万元，水塔管道安装0.93万元，水塔电照0.17万元，水塔避雷0.25万元。

根据水泵出水量和设计扬程，选定200QJ20-148/11型潜水泵1台，额定流量20 m3/h，扬程148m，电机功率17kW，经计算水泵每天最多抽水8h，年用电量为49640kW，每度电按0.5元计算，年电费支出2.48万元。

4.2 变频恒压供水的修建成本及运行成本

以2009年修建的岐山县枣林镇贾家村供水工程为例，采用变频恒压供水方式供水，供水对象为贾家村8个村民小组2245人的安全饮水问题，日供水量150m3，新打200m机井1眼，50m3蓄水池1座。井水由潜水泵抽送到蓄水池内，再由2台二级加压泵变频加压进入供水管网，供水入户。变频恒压供水的修建成本8.31万元，分别为修建50t蓄水池3.25万元，变频恒压设施1套共5.06万元。

根据加压泵设计流量和设计总扬程，选择ISL50-160A型水泵2台，加压泵额定流量15.2 m3/h，扬程26m，配套功率2.2kW。根据水泵选型，选择KLD-2N-3.0kW型变频柜1台，对2台加压水泵及1台潜水泵运行方式进行调节控制。根据已知泵类在不同控制方式下的流量—负载关系曲线和现场运行的负荷变化情况进行计算，以两台2.2kW离心泵计，根据运行要求水泵连续24h运行，其中每天5h运行在90%负荷（用水高峰，用电量为W1），11h运行在50%负荷（正常用水、用电量为W2），8h运行在20%负荷（夜间用水、用电量为W3）。全年运行时间为365d，则每年的用电量为：