淄博市引黃供水節能技術改造探討

邵明廣

（淄博市引黃供水管理局，山東 淄博 255087）

節約能源是我國的一項基本國策，也是企業落實科學發展觀，加快企業經濟發展，提高產品質量、增加企業效益、增強企業核心競爭力的根本要求。為實現節約、創新、高效的行業發展，淄博市引黃供水公司在生產運行管理中，強化措施，注重實效，以科學技術為指導，不斷采用新工藝、新材料、新設備，加大了節能技改力度。

供水企業最大的耗能為電能，所消耗的大部分電量是用來維持供水水泵的運轉。以一般的城鎮供水水廠而言，泵站消耗的電費占制水成本的40%～70%，甚至更多。因此，搞好供水系統的節能工作，對國民經濟的發展具有重要的意義。為此，淄博市引黃供水有限公司對現有運行泵組電耗進行了認真分析，排查原因，發現在滿足供水條件下，有很大的節能空間。為有效降低電耗，連續幾年陸續采取了水泵噴涂、機組變頻、水泵換型等一系列的節能技改措施，這幾項改造技術所帶來的節電效果，現已得到了充分的驗證。

1 水泵噴涂技術

1.1 水泵泵體狀況

水泵經過多年的運行后，受運行環境的影響，泵的過流部件如葉輪、殼體等都遭受了不同程度的侵害，如：氣蝕、磨損及化學腐蝕等，進而葉輪出現溝槽、凹坑、蜂窩狀脫落破壞，泵的流道部位表面比較粗糙，水泵內流體流過時阻力較大，影響泵的運行效率，能耗不斷增加。

1.2 水泵噴涂

2008年，通過對目前市場上，能夠改善流體設備表面粗糙度的涂層材料進行研究和分析，決定采用美國貝爾佐納公司出品的Belzona1341（NSF)高分子復合材料。Belzona1341（NSF)是一種應用于飲水系統的涂層材料，可修補流體設備的腐蝕表面，減小流體表面粗糙度，減少渦流的產生，具有耐磨、抗腐蝕、粗糙度小的特性，有利于提高水泵效率，降低水泵功率消耗。為保證噴涂效果，首先在凈水廠進行了涂覆試驗，凈水廠10#泵涂覆施工歷時8d，中間包括泵的拆安、構件內表面噴砂、Belzona1341（NSF)材料的涂刷、試車等。

1.3 改造效果分析

涂覆施工完成后進行了試運行，在出口閘閥開度保持不變的情況下，改造前后水泵運行數據如表1、表 2示。

表1 10#泵改造前運行數據

表2 10#泵改造后運行數據

通過表1、表2的數據分析比較，改造后電機運行電流平均下降6.2%，電基平均下降8.8%。涂覆后提高了水泵葉輪及泵殼內壁表面的光潔度，改善了水泵的水流條件，降低了水力損失和機械損失，使水泵效率提高了2.5%。

為進一步推廣該技術，2008年下半年又先后對水庫泵站的8#供水泵組、凈水廠2#、7#泵組、配水廠2#、3#、10#、11#泵組均進行了涂覆。通過涂覆前后運行數據比較，改造前配水廠6、7、8月電基平均值為245.60kW·h/km3，改造后9、10月電基平均值為221.76kW·h/km3，電基平均下降9.7%。

2 水泵變頻調速改造

2.1 供水現狀

為適應現有的供水情況（現在的供水量12萬m3/d遠遠達不到設計供水規模25萬m3/d），向凈水廠送水時水庫泵站采取調節水泵出口閥門開度來調節送水量。

在實際運行中，由于水庫泵站6#、8#水泵出口閥門開度較小時，水泵出現嚴重震動現象，所以，泵站向凈水廠送水的運行方式為：6#、8#水泵出口閥門開至35°送水（送水量6000m3/h左右），但公司的供水量現在一般在11～12萬m3/d，為此，泵站需開啟9#閥門，將一部分水送至凈水廠，以滿足公司供水要求，剩余部分水送至水庫。

這種方式運行，水泵經常處于憋閥狀態，效率較低，而且分水方式，浪費資源，不利于節能。

另一方面，由于各需水用戶在不同時段的用水量變化較大，時變化系數一般在1.37左右，配水廠需要頻繁調節出水閥門的開度，來滿足用戶的需求。而通過調節閥門開度方式調節流量必然會造成能源的浪費。為此，采用變頻技術來調節水泵的轉速，避免分水電耗和憋閥運行，無疑是一種較好的選擇。

2.2 配水廠變頻改造

為保證變頻調速改造的順利實施，并能夠有效達到節能降耗和安全運行的目的，通過認真分析泵組運行現狀，編制了《配水廠送水泵房變頻調速改造方案》。

通過對多家同類用戶和變頻器生產廠家的考察，公司選用了北京利德華福公司生產的HARSVERT-A-06型變頻器。該變頻器采用多電平串聯技術，主要由移相變壓器、功率單元和控制器組成，為電壓源型高-高結構，高壓直接輸出，不需要升壓變壓器，對電網電壓波動的適應能力強。而且具有功率單元自動旁路的功能，線電壓能夠保持自動均衡，在旁路故障功率單元的同時，將三相電壓的中心點進行漂移，以保證三相輸出的線電壓對稱。

2009年，在配水廠送水泵房配電室東側建造變頻器室，室內安裝1臺HARSVERT-A-06/100型變頻器，分別拖動張店供水水泵、辛店供水水泵各1臺；安裝1臺HARSVERT-A-06/045型變頻器，拖動周村供水水泵2臺，2臺高壓變頻器于2010年4月28日正式投入運行。

2.3 水庫泵站變頻改造

為進一步降低能耗，改變現有運行方式，2010年3月，公司確定安裝1臺HARSVERT-A-06/100型變頻器，分別拖動6#、8#機組。這樣可有效改變水庫現在的運行方式，提高機組效率，避免無效分水所造成的電耗，達到節能降耗的目的。

2010年7月，在配水廠變頻器運行的基礎上，水庫泵站開始實施變頻改造，經過1個月的緊張安裝調試，水庫泵站6#、8#機組高壓變頻改造工程全部結束，并正式帶載運行。

2.4 試驗驗證

為了驗證變頻器的應用效果，在不影響供水的情況下，配水廠對泵組運行做了變頻器應用前后的對比試驗，按照正常的供水量，運行一大一小2臺機組。

2.4.1 試驗一

將小泵機組調節至最大出水流量1900m3/h，大泵在不同出水量時，分別測得工頻運行時機組的輸入電流和變頻運行時變頻器的輸入電流，通過計算得到節能百分比，如表3所示。

表3 大泵試驗各項數據

2.4.2 試驗二

將大泵機組調節至最大出水流量4000m3/h，小泵在不同出水量時，分別測得工頻運行時機組的輸入電流和變頻運行時變頻器的輸入電流，通過計算得到節能百分比，如表4所示。

表4 小泵試驗各項數據

通過試驗數據可以看出，變頻器在大多數工況條件下都有明顯的節能效果，但在接近50Hz時節能效果不明顯，在工頻運行時不但不能節能，還會增加能耗，這是因為變頻器內部的移相變壓器和功率模塊消耗了一部分能量。由于生產工藝和機組運行方式所決定，變頻器在30Hz以下運行時泵組不能出水，一般運行在38Hz以上。

2.5 改造效果分析

機組變頻改造后與改造前工頻運行對比，有幾個明顯的優點：

一是泵站向凈水廠出水流量保持在4500m3/h時，有功功率從840kW降至360kW左右，減少有功消耗約55%。水庫泵站2009—2011年工頻運行和變頻運行時機組耗電量的統計如表5示，由表5可以看出，2011年變頻運行后供水電基明顯降低，節能效果非常顯著。

表5 2009—2011年水庫泵站機組耗電量統計

二是變頻調節流量替代了憋閥限流的運行方式，變頻器對電機實現了軟啟動，啟動電流大大減小，由于對機組幾乎沒有沖擊，相應延長了設備的使用壽命。

三是電機定子電流從94A降至34A，電機定子線圈溫度從70℃降至48℃，減緩了電機的老化速度，提高了使用壽命；四是利用變頻器的壓力閉環控制功能，可對供水管道起到有效的保護作用。

3 泵組改造

凈水廠送水泵房原泵組是按日供水50萬m3/d設計的，但目前供水量僅為11～12萬m3/d，水泵實際運行工況點遠遠偏離了高效區，造成了能源浪費和設備運行的不穩定，為節約電能，提高設備運行穩定性和供水保證率，于2011年對凈水廠3#、7#泵組實施了改造。

3.1 泵型選擇

3#、7#原水泵型號為24Sh-9J，出流量Q為2 664m3/h，揚程H為40m；配套電機：Y450-8，功率N為400kW。根據現供水情況，通過計算分析，將水泵換型為24Sh—28，出流量Q為2880m3/h，揚程H為21m；配套電機：Y355-6，功率N為250kW，原有微阻緩閉止回閥更換為JD745X型多功能水泵控制閥，其余泵前、泵后各閥門不變。同時，為保證水泵的正確安裝和施工方便，在設計泵組安裝圖時，經過現場實際尺寸和泵組圖紙尺寸的比對計算，在原水泵和電機的混凝土基礎上進行了改造。電機基礎是在原基礎上增焊32d槽鋼支架，保證安裝高度，焊接后，補澆混凝土。

3.2 改造效果分析

通過對原泵組和新泵組運行的耗電量統計，新泵組節電效果非常明顯。運行原泵組平均電耗約為105.5kW·h/km3，運行新泵組平均電耗約為77.37 kW·h/km3，按平均每天供水12萬m3計算，每天可節電3375.6kW·h，每年節電123.21萬kW·h。

4 結語

通過這幾年的節能技術改造，改造前與改造后相比，水庫泵站、凈水廠、配水廠年泵組供水電基都有明顯的下降，如果按日供水12萬m3/d考慮，2010年比2009年節電88.74萬kW·h，2011年比2010年節電143.44萬kW·h，從統計數據可以看出，不斷進行的節能改造，經濟效果非常顯著。