黄河上游提灌工程高扬程泵站耗能分析及节能策略

2020-03-08李峰生

甘肃科技 2020年16期

李峰生

（甘肃省景泰川电力提灌管理局，甘肃景泰 730400）

甘肃省景电工程是黄河上游高扬程大流量提灌工程，该工程建设完成投入应用后至今灌区的灌溉面积超过了近120万亩，累计完成的提水量接近140亿m3，所获直接经济收益超过了140亿元，不但有效改善了所在区域的农业生产条件，同时也产生了非常好的经济效益。但是工程经过了半个世纪的运行，高扬程泵站相应设备都已经老化，设备耗能情况逐渐增加，部分阀门以及水泵都发生了损坏。为了确保该工程能够最大程度发挥作用、获取更好的经济效益，需要对耗能情况进行分析，提出相应的节能策略，从而有效降低运行成本、提升经济效益。

1 黄河上游提灌工程高扬程泵站耗能分析

1）黄河水体含有大量泥沙，严重影响到泵站能耗。黄河水体中含有大量泥沙，并且泥沙颗粒相对较大，这些泥沙会对水泵的正常运行造成较大影响，造成阀门等部件的严重磨损。从相应参考文献资料中可知，黄河水体中泥沙含量要远大于其他河流，在这些水域中泥沙颗粒会非常快的脱离叶轮，会造成绝对速度的周向分速度降低，影响到扬程以及流量的正常发挥。受到泥沙颗粒的影响，水泵填料和密封环之间的间隙会增加，造成容积效率下降，同时过流部件机械效率的下降直接造成了轴能耗的增加。除此之外，这些泥沙会影响到阀门密封面的质量，通过对轴瓦的磨损造成轴端的渗漏，严重影响到阀门密封性，从而引发电机倒转，造成水泵无法正常运行。总的来说，黄河水质降低了泵站设备的运行效率，大大增加了整个泵站的维护成本[1]。

2）设备配置选型方面的影响。第一，主要水泵的配置选型问题。黄河水质的特殊性决定了水泵要具有较高的性能要求，大量的泥沙会加快水泵过流部件的磨损程度，严重影响到水泵的使用周期。特别是受到颗粒较大、具有尖锐棱角的颗粒影响，在叶片半径相对较大的区域（该区域线速度较大）叶轮表面的磨损情况更为严重，长此以往就会造成泵体过流金属表面发生严重破损，在水泵腔壁、叶轮、轴承等位置出现麻面或者坑洼情况，严重影响到水泵的运行效率。第二，主要电动机配置选型的问题。景电工程建设时间较早，当时的技术水平以及产品制造方面能力不足，造成了工程建设所用主要电动机的功率因数相对较低，效率不足，耗能较为严重。第三，主要阀门配置选型的问题。该工程在进行出水阀门配置时采取的是电动闸阀+逆止阀的方式，此种配置的水头损失以及流阻系数都是非常大的，这就造成了泵站能耗增加。一旦出现故障而断电，就会形成较严重的水锤效应，会对高扬程泵站造成非常大的破坏。第四，前池和导流引渠设置的问题。经过多年的发展，当时所设计的前池深度过浅、容积较小，很难满足现代流量需要。同时，泵站的进水口和导流引渠的位置相对较近，并且在导流引渠中缺少必要的沉沙池，很难科学合理的限制泥沙沿程沉降，无法合理减小水流流速，从而造成前池的泥沙过度淤积，严重情况下会造成水泵的气蚀磨损，从而造成运行效率下降。

2 提灌工程高扬程泵站节能策略分析

2.1 设置初始沉积池

从相应参考资料中可知，在碱性黄河含沙水质情况下，河水中的泥沙存在着大量的有机胶体以及黏性的矿物质，这些物质的聚集会形成大不等颗粒状物体，这些物体随着河水流动过程中，粒径会逐渐变小。这些颗粒物随着表面积的增加，其负荷也逐渐增加，所具有的吸附性能也会有所增加，会严重影响到泵站设备的运行，从而造成设备的耗能较高，同时也需要消耗大量费用进行维护，因此想要实现有效的节能降耗就要控制好源头，可以在泵站取水之前设置沉积池，通过沉积池的作用来进行生态优化，对于黄河水进行初期的沉淀，降低泥沙对于泵站设备的影响[2]。

2.2 推进智能化设备的应用，选用效率较高的设备

要确保主要水泵所具有的水力性能符合实际工程技术特性的要求，尤其是要满足黄河含泥沙水质工况的要求，可以通过自动清污机等设备随时将杂物清理干净，有效控制栅前栅后的水位落差。可以选择更加先进的电动机，确保其技术参数符合主要水泵配套功率和转速等方面的要求。同时，要利用全新的智能化监测设备和云系统，能够实时监测泵站运行中的流量、扬程、效率等方面的信息，利用更加先进的旋转设备故障预防判别装置来及时发现隐患所在，从而确保各设备的正常运行。

2.3 提升相应设备维护保养的规范性，加强泵站的精细化管理水平

1）加强水泵机组和相应设备的维护保养，提升运行效率和安全性。第一，充分利用大数据技术进行提灌工程运行数据的统计，在此基础上，泵站要按照数据分析结果制定出科学合理的大中维修计划以及纲要，可以设定如下的维护保养规定：（1）若是水泵叶轮运行台时数＞15000h/年、运行电流＞85%额定电流的机组需要定期进行叶轮的更换，需要对相应设备进行大修；（2）如果叶轮的叶片以及盖板等受到比较严重的影响而造成了表面破损，需要对其进行表面涂护治理，通过此种方式能够进一步提升过流表面的光洁度，对于提升整个设备的运行效率是非常有利的；（3）密封环是确保阀门等部件密封的关键部件，为了确保有效的密封性，若是密封环运行台时＞3000h或者间隙＞4mm，需要更换加厚的密封环，确保间隙＜1mm；（4）轴套是确保水泵轴正常运转的关键部件，若是水泵轴套运行时间较长（台时数＞5000h）或者局部破坏较严重就要对其实施更换。同时，要加强水泵轴瓦间隙的控制，正常情况下要控制在0.12～0.17mm范围，避免水泵运转过程中震动严重；（5）定期对于水泵轴承等容易受损的部件进行维护保养，保证水泵能够最大程度发挥功效[3]。第二，为了确保电机能够正常运行，要定期（一般为一年）进行电机和电缆的预防性试验，一旦发现电机相关引线和电缆等发生老化问题要及时更换。同时要对电机进行必要的绝缘和除尘处理，加强电机轴承的维护保养，保证电机能够更加安全高效的运行。第三，对于出水蝶阀密封情况进行仔细核查，一旦发现密封问题要及时进行密封橡胶圈的更换，对于密封压力进行有效调整，最终要保证实际运行时相应管道不会发生回水的问题。同时，要对液压站所具有的充压性能以及蓄能的情况进行仔细判定，一旦发现储能罐气体不足要第一时间充入相应的氮气，同时要对液控蝶阀的开关角度进行调整，从而有效控制其开关的快慢。

2）要制定出较为完善的操作标准流程，对于泵站的运行管理进行规范。在实际操作过程中需要严格遵照制定好的泵站标准规程来进行，在泵站正式启动之前需要做好相应的检查核实工作；要严格遵照“两票三制”的操作规程来进行相应的电业操作，确保其安全性和标准化。同时要加强水泵的有效排气，保证机组运行过程中的相应监测工作落到实处，真正确保相应设备的高效运行，最大程度降低能耗[4]。

2.4 制定出较为科学合理的运行管理规划，对于级间水量进行有效调配

充分利用大数据技术对于不同情况下的用水情况进行统计，以此统计分析结果为参照设定出科学合理的供水规划，确保工农业的错峰供水，避免集中供水而导致的设备过度消耗。要根据泵站的具体运行情况制定出科学的调度运行规范，对于不同等级泵站运行的水位情况进行限定。通过先进的传感技术和监控技术准确获悉水位变化、管道流量变化以及中途分水情况等等，能够为调配提供可靠依据，防止由于水位较低而引发水泵进气出现的振动，也能够避免因为水位较高经过溢流堰而弃水的问题，防止无谓能耗。对于各个泵站来说，如果采取的是同样的运行方式，那么尽量开启同步机，增加无功补偿，从而提升电网的功率因数，这对于节能是非常有利的[5]。