某工业园区供水系统节能改造案例分析

雷红霞 国志鹏 张 晨

摘 要：通过对某工业园区供水系统的节能分析，对园区现有供水系统进行了优化改造，并对改造后的运行情况进行了跟踪，对改造后的实际运行费用与往年进行了对比，经评估达到了安全稳定、节能降耗的目的。

关键词：供水系统;水泵;节能改造

0  引言

近年来，我国水资源短缺问题日趋严重，调水规模不断扩大，供水系统的稳定和降耗成为急需解决的问题。随着供水技术和控制检测技术的不断发展，为了降低供水成本，确保系统运行稳定，一些老旧的高能耗供水系统的更新改造成为必然。

1  节能改造的必要性

在供水系统中，供水泵是最大的耗能设备，控制系统是否科学，也在一定程度上决定了水泵的能耗。在一些老旧的供水系统中，存在供水泵长期偏离高效区工作、系统设计不合理或设计参数与实际运行参数严重偏离、控制系统不合理等问题，造成水泵实际运行效率较低，能耗增加，吨水输送成本偏高。

2  供水系统节能改造的途径

供水系统的节能改造主要从以下两个方面入手。

（1）提高泵机组本身的效率。泵机组效率的提升包括泵效率的提升和电机效率的提升。随着泵类和电机产品的技术革新，其效率有了很大提升，有必要对一些老旧设备进行升级改造。

（2）提高系统的运行效率。这主要包括对系统和水泵选型进行优化设计、确保水泵在高效点运行、采用变频控制、合理设计管道、降低管损等措施。

供水系统的节能改造流程如图1所示。

3  某有色金属厂供水系统改造

厂区内原有6套供水系统，分别为厂区提供工艺用水及园区内生活用水，先期仅对四泵站矿区生活供水系统进行改造。

3.1  原有供水系统状况

3.1.1  原有系统工艺

在原有系统中，共设计2台套多级给水泵，一用一备运行。给水泵从取水池中取水，加压后供给矿区住宅区二次加压设备，经二次加压后提供给住户。水泵工频运行。原有给水系统原理如图2所示。

3.1.2  原有设备主要参数

原有设备主要参数如表1所示。

3.1.3  原有系统主要运行参数及运行费用

（1）对1#供水泵的实际运行参数采用电能质量分析表（图3）进行了实测，实测数据如表2所示，从表中可以看出，1#供水泵的实际效率只有0.59。

（2）根据表2中数据及电脑记录的年实际运行时间，经计算可得出年运行费用，如表3所示。

从表3数据中可知，1#供水泵常年在 83～138 m3/h区间内运行，而从表1中数据可看出，1#供水泵的高效工况点为162 m3/h。因此，1#供水泵常年运行于高效工况点之外，导致运行效率低下。

3.2  改造设想

3.2.1  原系统分析

根据实测数据和自控系统记录数据，经分析，发现该系统存在以下问题：

（1）在该系统中，给水泵属多年前国产产品，产品自身效率较低;

（2）给水泵额定流量为162 m3/h（铭牌流量），而实际常年运行在83～138 m3/h，导致泵实际运行参数严重偏离高效区;

（3）原系统虽然加装了流量計、压力模块等计量仪表，却一直采用工频控制，没有根据供水压力对泵进行调节，导致整个系统运行效率低下。

3.2.2  改造方案

（1）针对实际供水瞬时流量变化范围大的问题，将1#供水泵更换为3台50 m3/h泵（1-1#泵、1-2#泵、1-3#泵），采取在低峰负荷开启1台，在高峰负荷开启3台的形式，确保每台泵在高效区运行;

（2）考虑到整个系统的运行情况，将其中的1-1#泵采用变频控制，1-2#、1-3#泵采用工频控制的形式运行，通过PLC控制系统根据实际供水压力对3台泵进行调节运行，以达到节能的目的;

（3）将原2#供水泵作为备用，不作更换，以节省改造费用。

3.3  改造后效果

3.3.1  改造后工艺原理

经过改造后的供水系统原理如图4所示，改造后供水泵参数如表4所示。

3.3.2  改造后实际运行效果

经过3个月的实际运行后，调取控制系统自动记录的输水总量和耗电量，经分析计算，最终确认电耗从改造前的0.92 kWh/m3降至0.685 kWh/m3，供水泵效率从改造前的59%上升至77%，预计年节省电耗25万kWh。

4  结语

我国城镇供水系统是一个庞大的耗能系统，其中电能的消耗约占整个系统生命周期成本的50%以上。因此，在确保供水系统稳定运行的基础上，最大程度地降低吨水输送电耗，对供水企业和国计民生都有着重大的意义。从上述案例中可以看到，随着技术的进步，城镇供水系统有着很大的降耗空间。

在实际案例中，我们应清楚地认识到节能改造绝不是对某一设备的简单更换，而是通过对整个工艺系统的实际运行状态的监测和分析判断，对整个系统进行优化和量化，从而选择适合的工艺和设备，这样才能保证设备以及整个系统高效可靠的运行。

[参考文献]

[1]  李艺.给水排水设计手册[M].3版.北京 ：中国建筑工业出版社，2017.

收稿日期：2020-06-07

作者简介：雷红霞（1973—），女，湖北汉川人，工程师，研究方向：工业及民用工程的余热利用、暖通空调及给排水设计。