九江市某泵站节能改造实践

冯绍国

（九江市水务有限公司　江西　九江　332000）

九江市某泵站节能改造实践

冯绍国

（九江市水务有限公司江西九江332000）

本文介绍了九江某泵站通过采用优化水泵组合运行，重新选配高效水泵，并采用变频调速的方式对水泵机组进行节能改造，有效降低了泵站供水单耗，同时对类似项目的改造提出了初略的意见和建议。

电耗；节能；效率；变频

1　引言

电耗是制水成本中最主要的组成部分，而水泵机组是最主要耗电单位。根据对多个送水泵房中运行水泵的调查发现，一方面由于市政基础设施建设时水量预测偏大或随着城市发展城市供水格局发生变化，而水泵又未及时更新改造，导致大多数水泵的实际运行扬程小于水泵的铭牌扬程，水泵在平时大部分时间工况点将会移至高效区之外，运行效率降低，能源浪费严重；另一方面受建设时的技术和经济原因限制，水泵多采用自藕降压方式启动、节流调节，无端造成能量浪费。因此，对泵房老旧机组进行合理改造可以降低水泵机组的单位电耗，是供水企业实现节能减耗的重要途径。

2　概述

九江某泵站建设于20世纪80年代，承担城南片区居民供水。泵房配有“三大一小”四台水泵，其中：三台14SA-10B（900～ 1260m3/h，41-51m，220kW），一台12Sh-9B（504～835m3/h，37-47m，132kW），未设变频调速系统，主要通过开停水泵台数调节供水量。近年来随着城市不断向南扩展，供水范围和供水量不断增长，该泵站已难以满足整个片区供水需求。因此，后来陆续建设两座下一级增压泵站，该泵站负责下一级增压泵站之前管网及泵站清水池供水，泵站的供水时变化系数和供水压力较泵站设计时相应降低，导致泵房机组实际运行工况与原设计工况偏离较大，水泵效率偏低。同时为满足不同时段供水要求，通过不断频繁启停水泵保证供水量，高峰时甚至需要同时运行三台水泵，导致实际供水压力偏高，造成能量浪费。

根据公式W=γHT/102η，该泵站理论千吨水单耗约120kWh（综合效率取75%），而实际千吨水单耗约165kWh，较理论多耗电30%以上。另外，下一级增压泵站清水池的投入使用相当于增加了管网调蓄能力，使得该泵站运行状态可以更为稳定，可以减少水泵启停次数和平均同时运行台数。

3　方案介绍

通过对泵房机组主要问题进行分析，决定对该泵站设备进行更新改造，主要改造方案为：

（1）根据泵站实际供水量以及所需供水压力，对水泵机组进行优化组合，重新配置水泵。

更换与实际运行工况相吻合的水泵，使水泵在高效区运行，提高水泵运行效率，是降低单位能耗最直接有效的方式。同时，根据泵站实际供水量选配水泵，使水泵同时运行台数由现在的三台降低为两台，避免水泵频繁启停，达到节能降耗的目的的同时方便生产调度。

（2）增加变频控制系统，实现变频调速节能和恒压供水。

调速节能的原理在于提高水泵机组的能量利用率，使能量的需求与供应相匹配，减少能量损失。要提高能量利用率，就应提高泵和电机的利用效率，减小泵的剩余扬程（系统需要的扬程与实际扬程之差）。当泵的制造技术达到一定水平时，其效率已很难继续提高。当泵和电机已确定时，系统的能量利用率主要与泵的剩余扬程有关，其次是泵的运行状态（是否在高效区），变频调节就是从这两个方面来提高水泵的效率。由水泵工作原理可知，流量与转速的一次方成正比，扬程与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速可成比例的下降，而此时功率成立方关系下降。

图1是水泵变转速调节的节能原理图。图1中曲线①为水泵在额定转速下的扬程特性曲线，其与管阻特性曲线②交于A点，对应流量QA，此时水泵轴功率P与矩形QA-AHTA-O的面积成正比。若欲将流量减半，使用阀门控制时，则新的管阻特性曲线③与扬程特性曲线①相交于B点，此时水泵轴功率P正比于矩形QB-BHTB-O的面积。由图可见，两者面积相差不大，如果采用调速方法将水泵转速降为曲线④，管路特性仍为曲线②，故工作点移至C点。此时与水泵轴功率P成正比的矩形的面积QB-CHTC-O与QA-AHTA-O相比明显减少，这说明轴功率下降了很多，节能效果十分明显。

图1　水泵变转速调节的节能原理图

根据该泵站实际情况，本次改造三台水泵，预留一台机位在今后供水量增长时做为扩容备用。三台水泵配置为两大一小，两台大泵采用变频调节，做为主泵长期运行，一台小泵在夜间低峰或应急维修时辅助运行。工程投资约60万元，改造后预期节能效果在10%以上，年节省电费约15万元。

4　改造效果分析

经技术改造后，该泵站日供水量保持不变，平均供水压力较改造前降低2～3m，机组平均运行台数和启停次数减少，供水单耗明显降低，实现了良好的经济效益。

随机选取的改造前后一些生产报表数据对比，其千吨水用电单耗如表1。

表1　改造前后千吨水单耗比较

由表1数据可以看出，经过技术改造后，该泵站千吨水用电单耗由改造前的160～170度降低为130～140度，降幅达18%左右，节能效果明显，达到预期效果。

5　结论与建议

该泵站通过重新选配水泵，提高水泵运行效率，同时增加变频调速系统，有效地降低供水单耗，实现了良好的经济效益。但在实际工作中，对类似改造项目应注意以下问题：

（1）本泵站供水管网除城区居民供水管网外，在末端还存在两座下一级泵站清水池，供水时变化系数相对较小，供水状态波动较小。但目前我国绝大多数城镇供水网无调蓄设施，泵站供水时变化系数较大，为了适应不同用水量的需求，不能一味地选择大型号水泵，选用水泵的应大小型号水泵合理搭配，实行阶梯式供水，以保证城市用水需求。

（2）不能简单地把变频调速技术应用于所有供水系统，其用于水泵节能也是有限制条件的。对于管路损失占总扬程比例较大的系统或流量变幅较大的系统适用于变频调速；若静扬程占总扬程比例较大以及流量较稳定的供水系统则不宜使用变频调速技术。而且频率不能无限制下调，据相关研究资料，频率调整范围下限在70%左右为宜。

（3）在水泵选型时应充分结合泵房现有进出水管、供电负荷等实际条件，综合考虑整个工程投资、预期收益率、实施难易程度、停水影响程度等因素。

（4）除本文改造措施外，还可以考虑采取其它措施进行水泵节能改造，如：采用新型涂层材料对水进行涂层修复、采用新型密封技术降低水泵机械磨损、切削叶轮等，具体何种方式还需结合现场实际情况分析确定。

[1]蒋乃昌.水泵及水泵站（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

[2]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册（第3册）（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.

[3]刘宜，李会暖，刘晓阳，丁思云.变频调速技术在水泵调节控制系统中的应用[J].排灌科技，2006，24（4）：44～46.

[4]王瑜瑜，刘少军.基于变频技术的水泵节能控制系统的研究[J].现代电子技术，2013，36（15）：166～167.

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2015-10-12