高扬程电力提灌泵站节能降耗探索

宁琰娟

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 景泰 730400）

引言

节能降耗工程的全面建设，为我国打造节约型社会的发展提供了重要支撑。基于节能减排的理念，高扬程电力提灌泵站在建设期间，利用高效的节能技术，提升能源的利用效率，保障其良好的经济效益。因此，在进行泵站节能降耗的相关分析时，要根据具体工程情况来找到适合于泵站节能减排的重要技术，满足泵站节能减排的实际要求。

1 案例背景

该项目位于黄河上游，是一项具有较大引水能力的引水系统，该工程建设于20世纪70年代，将黄河水引入472 m高的旱塬，改善灌区的农业生产条件，具备良好的生态效益。但是经过长时间泵站水泵的使用，水泵的机械装置出现了老化现象，能源消耗增加，工作效率降低。因此，为了实现节能减排和工程的可持续发展，需找出该泵站高能耗的实际原因，并根据节能减排的量化指标进行分析，提出针对性的解决措施。

2 工程能耗产生的原因

2.1 机电设备老化情况分析

通过对电机与水泵进行分析发现，部分电机额定功率高、扬程小，尽管具有很高的扬程功率，但水泵长度却很短，导致了大量的能量消耗，难以全面提升水泵的具体运行效率。

2.2 阀门的回水状况十分严重

在水泵使用期间，由于长时间的淤积，水泵损耗较大，并且由于出水阀部位的阀体受损，造成了大量返水[1]。另外，在泥沙的长期冲刷作用下，会出现沟槽。如果沟槽不能闭合，会造成严重的阀返潮问题。当回流的水流量很大时，就会逆流到主机上，不仅会导致主机无法正常运行，也增加了主机运行时的能耗量，甚至会产生较为严重的安全事故。

2.3 出水拍门水头的损失较大

水头拍门也是水泵运行期间常见的主要问题，该问题产生的原因在于水流的动力。水泵一般是利用铸铁工艺制作的，质量较大，在开启水泵期间，会受到大量的水流冲击，容易影响机械设备的安全运行。为了抵挡水流的冲击力，水泵在启动期间将产生巨大的能量消耗，水龙头在长期的流水冲击下，也会受到损坏，而且抽水机的扇板也无法紧闭[2]。大量的水流也会形成倒流，长时间的冲刷，必定会增加泵站运行的能耗量。

3 泵站经济运行的量化指标

针对目前高扬程电力提灌泵站的运行需求，为了实现节能减排，需了解目前多数泵站的能源消耗情况，再针对具体的能源消耗现状制定科学的节能措施。

3.1 能源的单耗计算

在水利部门公布的8个节能目标中，节能是其中之一，它反映了抽水1 000 t，扬高1 m时的能耗。能量消耗由以下公式来表示：

式中：e为能源单耗，kWh/kt；E为一定时间内消耗的总电量，kWh；V为一段时间内的提水量，m3；Hg为一定时间内平均净扬程，m；ρ为水密度，kg/m3；Q为单位时间内泵站的平均流量，m3/s；t为运行时间，h[3]。

从以上的计算公式可以看出，单位能耗与某段时期所耗的电力总量呈正比例关系，与提水量与平均扬程呈反比例。因此，必须将减少能耗作为首要任务。

3.2 泵站装置的效率分析

就整体泵站设备的效能而言，它可以看作是马达、传动装置、输水管道及进入池的效能之积，公式为：

式中：ρg为水重量，N/m3；QHst为一定时间内泵流量扬程，m；P1为轴泵功率，W。

另外，泵房的能耗与泵房效率的关系呈现反比特征，即：

基于此分析，降低泵站能耗的主要方法可以依据减少能源单耗和加强泵站效率等多个方面来实施，进而提升泵站整体的经济效率[4]。

4 高扬程电力提灌泵站节水措施分析

4.1 管路设计优化

管路设计的优化是保障高扬程电力提灌泵站节能降耗的一项重要措施，只有使用符合规范的管道，才能够有效降低整个泵站的能源消耗量。

1）在泵站日常运行期间，需合理选择使用的管道，保障管道管径的参数处于合理范围，并能够满足现有泵站的运行需求，对管道成本加以控制。

2）在选择管道时，以水泵站实际情况合理确定管道的长度，实现节能降耗的目的[5]。

4.2 沉积池的设计

如图1所示的沉积池，是高扬程电力提灌泵站节能降耗的重要设计内容。为了实现科学设计的目标，则需从以下几个方面加以优化。

图1 沉积池

1）设计沉积池之前需先考察泵站周边的环境。本次工程位于黄河上游区域，该区域中的泥沙量较多，会增加泵站能耗量。因此，有效控制其工程的含沙量是降低能耗的主要方式。可采取沉淀的方法来过滤泥沙，将黄河水引入该泵站工程[6]。随后可充分利用所过滤后的泥沙，有效保护当地的生态环境。

2）可提升沉淀池与进水口之间的距离，对前池和沉淀池采取隔离措施，且前池的深度不能高于沉淀池，促进水资源过滤后快速进入到泵站，保障整个泵站的稳定运行。控制进水口与沉淀池出水口之间的距离，增加几台大流量的水泵，虽然成本会升高，但是其设备能耗会降低。

4.3 提升泵站装置的效率

水泵运行的效率是影响整个水泵效率的重要因素，因此，要保证泵站在运转过程中，抽水机的排水量能够满足设计要求，并对泵的有关零件进行定期的检查，如叶轮、轴套、泵壳体等，保障水泵出水量满足要求[7]。

造成水泵零部件损坏的原因有很多，其中最主要的原因是气蚀影响。本工程位于黄河上游，这种高扬程的引水系统以黄河水为主要来源，黄河泥沙浓度高，大量砂石的冲刷不但会造成泵体损伤，而且还会造成零件汽蚀。经过长期观测，普通的抽水机在运行4 000～4 500 h后，由于叶轮的进水部存在严重的磨耗，造成叶板的厚度减薄，易产生“Z”形磨损、且口环的空隙及通道都有一定程度的磨损。在流动通道的部位会有一个蜂窝形的磨蚀，此时口环之间的间隙明显还会扩大。而泵壳的两侧、靠近口环周边位置一般会出现沟壑状的磨损。因此，为了保障水泵能够长期稳定运行，需定期检查水泵的相关构件，及时更换被气蚀损坏的部件，避免造成更大的经济损失。

5 结语

为了减少高扬程电力提灌泵站的能源消耗量，实现节能减排的运行目标，需要根据目前各个泵站的运行情况，找出合理有效的技术措施，在满足泵站运行效率的同时，提升整个泵站的经济效益，实现泵站的可持续发展。