水源出口泵房機組技術改造方案

王　薇（沈陽渾南水務集團有限公司，遼寧 沈陽 110168）

水源出口泵房機組技術改造方案

王薇
（沈陽渾南水務集團有限公司，遼寧 沈陽 110168）

摘要：為解決沈陽渾南水務集團二水廠出口泵房在地表水置換地下水后，泵房機組夜間用水低峰時水泵效率低能耗高的問題，根據水泵運行工況，結合管網用戶所需要的流量、揚程，選擇相匹配的水泵機組，與原有的水泵機組形成階梯供水的組合。通過實施水泵機組改造，使低峰時段的機組效率大幅度提高，從而避免大功率水泵長時間低效運行，達到降低能耗的目的。

關鍵詞：泵房；水泵；機組；改造

沈陽市渾南地區大伙房地表水置換地下水以后，第三配水廠供出的地表水直接進入渾南市政供水管網。按照沈陽水務集團的總體部署，由渾南水務二水源出口泵房用地下水進行補充，以滿足供水管網對服務壓力和水量的要求。目前渾南水務二水源采用一臺水泵機組變頻調速的方式運行，由于管網在用水高峰和低峰時補充水量差值較大，白天最高時出水流量為1300m3，夜間最低時流量僅為200m3，低流量運行時間接近10個小時，嚴重偏離水泵的高效區，機組整體運行效率低，建議對二水源泵房機組進行改造。

圖1　流量隨時間變化曲線

一、二水源供水系統技術現狀

1泵站水泵機組配置狀況

二水源原計劃分二期建設，一期設計供水能力為3萬m3/d，二期設計供水能力為5萬m3/d。目前運行的是一期水泵機組，二期沒有建設，但預留了二期未來的發展空間。

泵站日供水設計能力為30000 m3/d。泵房機組3臺套，電壓等級0.4kV。在裝上海連成泵業有限公司產品。

1#-3#機組具體型號及參數見表1。

2泵房運行現狀

（1）水工藝運行現狀

泵房日供水設計能力為3萬 m3/ d，共有3臺相同型號機組。泵房每臺水泵進水管管徑為500 mm，出水管徑為450 mm，泵房出水聯絡管管徑為700 mm。其每臺水泵電動機為0.4kV、160kW，額定電流287A。泵站出口水壓為 0.1MPa-0.13MPa，6：00~20：00為0.13 MPa，20：00~6：00為0.10 MPa，平均流量為970m3/h，最大流量為1300m3/h，最小流量為200m3/h（如圖1、圖2所示）。

泵站共有3臺相同型號機組，現平時均為1號機組常年調速運行，采用人工設定出口壓力水泵機組自動調頻的方式運行，高峰期為全頻運行，低峰期為20Hz左右。

圖2　壓力隨時間變化曲線

（2）電氣及自動化運行現狀

1號至3號水泵機組拖動電機均為380V、160kW，型號為Y2-315L1-4的三相鼠籠異步電動機。1號機組采用400V350kVA的低壓變頻器調速控制運行；2（3）號機組由低壓軟啟動器控制全速運行（一用一備）。

（3）泵房運行自動化控制

可在中控室監測到在裝三臺送水機組的運行狀態，并可實現根據出口管道的流量調解1#機組的頻率，控制出口管道的壓力；也可以在水廠的中心控制室計算機終端上，人工設定泵站的出口壓力值，泵站的計算機控制系統自動地控制泵房1號機組的運行速度，從而保證泵站出口的供水壓力恒定在設定值上運行。

（4）分期建設現狀

二水源計劃是分期建設，一期設計規模為3萬 m3/d，二期設計規模為5萬m3/d。目前使用的為一期。廠區建設時，預留了二期凈水車間的位置和1萬 m3的儲水池的位置。泵房土建工程一次完工。在泵房內預留了三臺機組的進出水管路，進水囗管徑DN700mm，出水囗管徑DN600mm。

二水源高壓供電系統有：現在使用的兩個1000kVA的變壓器供電系統；以及為二期改造預留兩個高壓電機水泵的配電盤。

表1　泵房工藝設備配置表

二、技術改造方案

根據現有系統及遠期改造供水量需求，擬進行以下改造。

1 水泵改造

根據現有的水量情況，以及近期的水量預測，擬在二期預留的位置安裝一臺380V臥式離心泵。型號：SLOW 150-280，額定流量：397 m3/h，揚程：20.4 m，軸功率：22 kW，轉速：1450r/min，η效率：85.8%，（NPSH）r：3.8m，配套電機功率：30 kW，型號：200L。

表2　水泵機組改造費用概算

當二水源的出口壓力控制在0.1 MPa，流量為200m3/h~600 m3/h時，切換到小水泵變頻調速運行，取代現有的供水機組，可基本滿足夜間小流量用水需求。

當二水源的出口壓力控制在0.13 MPa ，流量為大于600 m3/h時，切換到大水泵變頻調速運行，可滿足白天大流量用水需求。如果仍不能滿足需求，可再啟動一臺工頻泵運行，用變頻泵做調節。

2電氣改造

（1）安裝水泵配套的電機200L型電機1臺。

（2）需要重新調整自動化控制系統，以達到以壓定頻，自動化運行的目的。

（3）需要重新鋪設從低壓間到改造泵的電纜30m，規格：35mm2。

改造所需要費用概算見表2。

表3　原有機組供水低峰能耗情況統計表

三、技術經濟分析

1節能效果測算

水泵實施改造以后，每天用水低峰的10個小時由原160kW水泵改為30kW水泵運行。

根據SLOW250-470、SLOW150-280水泵性能曲線及水廠運行的生產數據，由泵站的基本能耗關系（即水泵機組的單臺能耗功率大約等于）：

P=QH/102η

流量Q：按實際發生數據計算；

揚程H：按流量查水泵樣本得出；

水泵機組效率η：按流量查水泵樣本得出；由于在改造前后電動機及傳動裝置的效率基本不變，在計算中省略。

同時，根據水泵調速理論，我們分析結果如下：

（1）原來機組在供水低峰能耗情況見表3。

（2）用SLOW150-280水泵機組在用水低峰能耗情況見表4。

（3）節電測算

表4　改造后的水泵機組在供水低峰時的能耗情況統計表

每天節電量：283.22-159.41=123.81 （kW·h）

每年節電量：123.81×365=45190 （kW·h）

按照每度電0.85元計算，每年節約電費：45190×0.85=38411（元），考慮到系統實施后，隨著進入市政供水管網的地表水量日益增長，地下水補充的水量將越來越少，平均年運行在小泵的高效段時間要遠高于估算分析的時段10%以上。因此，我們取預期系數1.2，這樣年可節電：

38411×1.2=4.6（萬元）

2投資回報

投資凈回收期為：

9÷4.6=1.95年=24個月

預計24個月可收回投資。

四、分析結論

此項技術改造，可大大的提高水廠工藝運行安全，提高機組運行效率、改善供水的靈活性，具有一定的節能效果，投資回報率較高。方案可行，建議盡快實施。

參考文獻

[1]朱滿林，楊曉東，田峰巍．水源泵站調速技術改造方案研究[J]．陜西水力發電，1998 （01）．

中圖分類號：TU991

文獻標識碼：A