高压变频调速水泵技术在安阳市西区供水中的应用

王春成 王 萌 王光磊

（安阳水务集团公司，河南安阳 455000）

引言

目前，在我国城市供水系统中，变频调速水泵得到了广泛的应用。通常供水方式采用变频调节水泵机组的转速，稳定水泵出口压力，以满足用户用水需求。此种供水方式，由于不能依据城市供水输配水管网最不利点自由压力（水头）的变化，实时调整变频调速水泵的出口压力，供水系统不尽合理。结合安阳市西区供水工程实例，对西区约30平方公里供水区域最大时供水量、最小时供水量和一般时供水量进行了不同时间段研究分析。同时对西区供水输配水管网进行了压力、流量和地形实测分析研究，选择了供水输配水管网最不利压力点。并在最不利压力点设置了远程压力传感器，根据不同时间最不利点压力（水头）数据，通过GPRS系统，将数据压力传输到安阳市第四水厂送水泵房315kW变频调速水泵机组。按最大时供水量、最小时供水量和一般时供水量的时间段，实时调整变频调速水泵岀口压力值。从而调节最大时（段）、最小时（段）和一般时（段）输配水管网最不利点自由压力（水头）值，有效的解决了西区供水压力不足的问题，满足了用户用水需求。

1.安阳市西区供水现状及存在的问题

安阳市城市供水区域地形呈西高东低，高差约29米，东部位于城市下游，供水由第四水厂和其他水厂供给。西部位于城市上游，由第四水厂供水，城市供水输配水管网统一。长期以来，由于西部地势较高，特别是位于钢花路以西至外环路；文昌大道以北至邺城大道，面积约30平方公里供水区域（以下简称西区供水），居民楼前供水压力仅0.14～0.16Mpa，不能满足居民用水需要。若提高安阳市城市供水输配水管网压力，来解决西区供水压力低及供不应求的问题，则会造成运行费用增高、漏损率增大、爆管频率增多等事故发生。

2.安阳市西区供水方案及实施内容

2.1 西区需水量预测及居民楼前服务压力的确定

针对安阳市西区供水存在的问题，进行了供水区域用户水量的调查及输配水管网供水压力的测试。西区供水区域用水量主要分为居民生活用水、工业企业用水、市政用水等，根据供水经营收费用水量统计分析及预测，平均日需水量为3.6万立方米，居民用户楼前基本服务压力为0.23～0.25Mpa，即可满足西区用户用水需求。

2.2 西区供水方案及实施内容

利用安阳市第四水厂送水泵房已装设完好的315kw高压变频调速水泵6号机组向西区供水。（机泵参数见表1）

表1 6号水泵机组参数一览表

该方案启动6号机组，采取以下措施：

关闭第四水厂送水泵房外压力出水东西联络DN1000蝶阀，同时关闭沿钢花路所有输配水管网东西联络阀门。形成独立的西区供水系统。

在西区供水区域内，选择大唐电厂供水管段节点处，确定为西区供水输配水管网为最不利点。

在西区输配水管网最不利点处，装设远传压力传感器，压力数据通过GPRS系统传输到第四水厂送水泵房的控制及显示系统，根据不同时段的压力需求，设置变频调速水泵的出口压力，通过变频控制系统，变频调速，以达到西区供水管网最不利点压力的稳定和调节作用，以满足用户用水需求。

3.6号机组向西区供水运行工况及效果

3.1 最大供水量时和最小供水量时水泵静扬程的确定

考虑到变频调速安全稳定合理运行，计算水泵静扬程（见公式（1）（2））如下：

式中：Z1最不利点自然地面高程（85.00m），Z2第四水厂清水池最低水位高程（79m）；为确保用户用水安全，最大供水量时，确定输配水管网最不利点自由水压（水头）hmax＝0.28Mpa（28m）；最小供水量时，确定输配水管网最不利点自由水压（水头）hmin＝0.26 Mpa（26m）；根据公式求得315kW高压变频调速6号水泵最大供水量时最高静扬程Hoa为34m，求得315kW高压变频调速6号水泵最小供水量时最低静扬程Hob为32m。

3.2 6号水泵运行工况

考虑到西区用水量变化幅度大的特点，为使第四水厂6号水泵合理运行，在运行期间均处于高效率工作区内，依据最大供水量时最高扬程H=Hoa+SQ2和最小供水量时最低扬程H=Hob+SQ2的管线特性曲线（S为吸水管、压力管和输水管摩阻系数总和），绘制水泵特性曲线Q—H和管线特性曲线组合图（见图1）

由水泵特性曲线和管线特性曲线组合图（图1）可知，利用变频调速控制输配水管网最不利点最大供水量时自由水压（水头）hmax＝0.28Mpa（28m）时，水泵工作点“a”为最大供水量时Qa=2400m3/h，最大扬程为Ha=0.39Mpa（39m）；最小供水量时自由水压（水头）hmin＝0.26Mpa（26m）时，水泵工作点“b”为最小供水量时Qb=1300m3/h，最低扬程Hb=0.34Mpa（34m），均在水泵高效率工作区内。

图1 315KW变频调速水泵特性曲线及管线特性曲线组合图

3.3 西区供水系统运行效果

利用6号机组向西区供水，通过在最不利点装设的远传压力传感器，实时将自由压力（水头）数据经GPRS系统传送到第四水厂送水泵房变频调速主控制面板，采用设定水泵出口压力参数方式，变频调速（见表2），以恒定（调节）最不利点压力（自由水头），满足了西区用水需要。该方案至2019年10月实施运行后，系统运行稳定。

表2 315kW变频调速水泵分时段出口压力设定值

该系统依据最不利点自由水压（水头），实时调节水泵出口压力值，与目前普遍采用的变频调速水泵按最大时供水量设置变频调速水泵出口恒压变量供水，或利用用户末端设置变压变量供水更为经济合理。

由水泵特性曲线与管线特性曲线组合图（图1）可知，该水泵在满足近期西区用水量的前提下，随着将来西区用水量的增加，可进行输配水干管改造，形成环状供水等，以减少管线水头损失，从而使水泵工作点“a”向右移动可增加一定供水量，水泵运行仍在高效率区内，系统运行仍经济合理。

4.结论

针对安阳市西区供水压力不足的问题，进行了系统的分析研究。合理划分了西区与东区输配水管网供水分界线，确定了西区输配水管网最不利点。利用第四水厂送水泵房315kw变频调速水泵机组，向西区供水。实时调节最大时（段）、最小时（段）和一般时（段）输配水管网最不利点自由压力（水头）值，有效的解决了西区供水压力不足的问题，满足了用户用水需求。该方案具有投资少、见效快的优势。投入运行后，具有经济实用、运行稳定等特点，取得了较好的效果。