智能化水网供水管理

文/ Hans-Jürgen Bittermann

智能化水网供水管理

文/ Hans-Jürgen Bittermann

给水供水系统中节约能源消费的几大措施——使用节能水泵，结合智能化的控制技术以及IT技术支持，可保证给水供水的可靠性，节约能源费用。

在19世纪和20世纪时代，水塔是提供饮用水的核心设备，在今天的一些特殊情况下，水塔仍然用来提供饮用水。根据连通管的原理，水塔保证了低于水塔水位的用户始终都有着相同的水压，而水泵的任务是在夜间向水塔补充白天消耗掉的水量。如今，这种供水方式受到了限制，在现代化工业生产环境中，用水量的变化和控制阀门的快速关闭都会对水网中的元器件产生压力冲击，增大工作负荷也会带来噪音，因此，自来水的压力要靠水泵和阀门进行控制，尤其是要保证调节的压力均匀一致。

大型水利基础设施中的水泵要消耗一定的电力能源，例如Wilo水泵，高度将近14 m，大约20 t，每秒钟的输水量高达1 850 L，1 000 kW的电动机保证了这台水泵的功率，也保证了0.4 Mpa的稳定水压，这一立式的涡轮泵也是当今欧洲供应商提供给亚洲用户的最大水泵类产品之一。

这种先进的水泵节能潜力巨大，当人们能更高效地设置水网中的压力区、降低过高的压力储备时，才能够更好地节约能源。

现代化原材料和工艺技术使得立式涡轮泵有着很高的水力效率

定期检查

这类水泵使用过程中典型的错误是使用磨损和错误的型号规格，因此所有的水泵生产厂家都建议要定期对水泵进行检验，为此，有些水泵生产厂家还专门设计了定期检验的方法。

例如，Grundfos公司就开发了SP节能工具，以便尽快得知水泵节能的信息。在详细评估水泵节能潜力时，水泵生产厂家们建议进行能源检查和水泵的能源审计。如果检查、审计得到的结果是“更换水泵”，则最佳的方案是平行安装多台小型水泵，利用多泵调节控制系统控制它们的运行，利用电动机转速调节的联机控制方式，保证水泵主要在经济运行的工作点处运行。

这种水泵系统的设计通常要在水泵的每日电力能源消耗状态曲线的帮助下完成，通过状态曲线可以知道，水泵在特定的工作范围内工作了多长时间。与传统方法相比，新的水泵系统设计方案能够明显减少泵站的投资费用，投资回收期一般在1～3年。据Xylem公司介绍，用转速可调的水泵电机替代恒定转速的升压站，可以节约高达50%的电能。

关于如何将恒定转速的水泵电机更换为转速可调，以及更换费用等问题，解决的前提条件是要有与现有水泵系统兼容的转速调节器。Xylem公司最新一代Loware品牌的Hydrovar变频器适用于此，这种变频器调节转速的自我流体控制的Pico调节阀能够在不消耗外部能源的情况下，用于给水供水领域中的水压和流量的自动调节。电力驱动装置，可以补充安装在所有现在仍然工作着的升压站中。据Xylem公司介绍，对于有经验的水泵安装工来说，这种结构紧凑的变频电机的安装十分简单快捷，变频器安装后，其内部的总线系统就能够可靠地保证所使用的电力能源与要求的输水量保持一致。

管理水网压力

给水供水网络一般要在几十年的时间里，承受雨雪风霜、公路交通、土方工程和水压带来的负荷。这一切负载作用导致水网管道的疲劳、裂纹和泄漏，并因此导致漏水。大多数水管漏水不是因为水管断裂，而是许多微小的泄漏。专家估计，大约有1/3的自来水在到达用户家中的水龙头之前，就损失在水网管道中了。

大多数情况下，漏水检测和设置备用设备既不现实，成本也相对高昂。另外，当堵住了一部分泄漏后，生物管道中的压力就会升高，并导致更加严重的泄漏。

VAG公司的压力管理方法是根据用水量或者用水时间来调节管道网络中的水压，利用先导式控制的调节阀同时调节水压和水位。Riko公司的柱塞阀也能够精确地调节压力和流量，从而保证恒定的给水供水。

水网中的智能化

Software股份公司预测，大数据带来的经验和评估结果将在2017年的公共事业企业中发挥着重要的作用。但这里涉及到的不仅仅只是大数据，大数据领域中的流分析也扮演着更重要的角色。这里的区别是，传统的大数据应用在一定程度上允许回头查阅数据，流分析则是对来自不同数据源数据流进行实时分析，发现这些数据流中的模式，并允许主动采用相关措施，流分析技术是大数据分析的未来发展趋势。

西门子公司基于Simatic PCS 7系统的智能化水利技术管理软件Siwa，有着内容丰富的软件模块，可以灵活地组合在一个系统中运行

目前，大数据仍然是一个非常重要的话题。在水网中进行预防性维护保养时，大数据可帮助制定出更好的维护保养计划，对目前的计划进行优化，以达到对管道阀门、涡轮机和水泵更好的监控效果，预先得知潜在的故障原因，及时排除故障。

对此，西门子公司开发设计了水利专业领域中使用的水资源管理系统软件Siwa，它是适用于水网管道、饮用水网络和污水网络使用的模块化解决方案。这一智能化的水利技术管理软件是基于西门子Simatic PCS 7上的过程控制软件，有着内容丰富的软件模块，可以灵活地组合在系统中使用运行。根据不同使用要求，它支持用户对给水供水过程进行优化，确定水网系统的泄漏点以及模拟水网系统管道。这一软件系统的优点是，除了提供给水供水的可靠判断外，还能有效地降低能耗，从而降低水利设施的运行费用。

Siwa Optim公司则是利用高效的水利设备运行计划来优化水网运行。包括有着很高生产能力的水利设备，如水泵、蓄水池和水厂等。经验告诉我们，采用这一方法可以把给水供水的相关费用减少15%。Siwa Leak和Siwa Leak Control是两款能够采集给水供水管网系统缓慢泄漏的管理软件，作为现有控制系统和自动化系统的补充，这些软件工具能够连续地向操作控制台提供输水管道的状态信息，从而能在管道系统出现泄漏时为堵漏措施决策提供准确信息。

结语

产生水压需要消耗能源，这是给水供水系统中最大的电力能源消费。使用具有很高节能性能的水泵,结合智能化的控制条件技术就能够节约能源费用。自动化的水网压力管理系统所需条件远比水泵和阀门多得多，在IT技术支持的控制调节技术和智能化数据分析帮助下，可保证给水供水的可靠性和水网压力的稳定。

本文作者系PROCESS德文版特约撰稿人。