九江市某泵站節能改造實踐

馮紹國

（九江市水務有限公司　江西　九江　332000）

九江市某泵站節能改造實踐

馮紹國

（九江市水務有限公司江西九江332000）

本文介紹了九江某泵站通過采用優化水泵組合運行，重新選配高效水泵，并采用變頻調速的方式對水泵機組進行節能改造，有效降低了泵站供水單耗，同時對類似項目的改造提出了初略的意見和建議。

電耗；節能；效率；變頻

1　引言

電耗是制水成本中最主要的組成部分，而水泵機組是最主要耗電單位。根據對多個送水泵房中運行水泵的調查發現，一方面由于市政基礎設施建設時水量預測偏大或隨著城市發展城市供水格局發生變化，而水泵又未及時更新改造，導致大多數水泵的實際運行揚程小于水泵的銘牌揚程，水泵在平時大部分時間工況點將會移至高效區之外，運行效率降低，能源浪費嚴重；另一方面受建設時的技術和經濟原因限制，水泵多采用自藕降壓方式啟動、節流調節，無端造成能量浪費。因此，對泵房老舊機組進行合理改造可以降低水泵機組的單位電耗，是供水企業實現節能減耗的重要途徑。

2　概述

九江某泵站建設于20世紀80年代，承擔城南片區居民供水。泵房配有“三大一小”四臺水泵，其中：三臺14SA-10B（900～ 1260m3/h，41-51m，220kW），一臺12Sh-9B（504～835m3/h，37-47m，132kW），未設變頻調速系統，主要通過開停水泵臺數調節供水量。近年來隨著城市不斷向南擴展，供水范圍和供水量不斷增長，該泵站已難以滿足整個片區供水需求。因此，后來陸續建設兩座下一級增壓泵站，該泵站負責下一級增壓泵站之前管網及泵站清水池供水，泵站的供水時變化系數和供水壓力較泵站設計時相應降低，導致泵房機組實際運行工況與原設計工況偏離較大，水泵效率偏低。同時為滿足不同時段供水要求，通過不斷頻繁啟停水泵保證供水量，高峰時甚至需要同時運行三臺水泵，導致實際供水壓力偏高，造成能量浪費。

根據公式W=γHT/102η，該泵站理論千噸水單耗約120kWh（綜合效率取75%），而實際千噸水單耗約165kWh，較理論多耗電30%以上。另外，下一級增壓泵站清水池的投入使用相當于增加了管網調蓄能力，使得該泵站運行狀態可以更為穩定，可以減少水泵啟停次數和平均同時運行臺數。

3　方案介紹

通過對泵房機組主要問題進行分析，決定對該泵站設備進行更新改造，主要改造方案為：

（1）根據泵站實際供水量以及所需供水壓力，對水泵機組進行優化組合，重新配置水泵。

更換與實際運行工況相吻合的水泵，使水泵在高效區運行，提高水泵運行效率，是降低單位能耗最直接有效的方式。同時，根據泵站實際供水量選配水泵，使水泵同時運行臺數由現在的三臺降低為兩臺，避免水泵頻繁啟停，達到節能降耗的目的的同時方便生產調度。

（2）增加變頻控制系統，實現變頻調速節能和恒壓供水。

調速節能的原理在于提高水泵機組的能量利用率，使能量的需求與供應相匹配，減少能量損失。要提高能量利用率，就應提高泵和電機的利用效率，減小泵的剩余揚程（系統需要的揚程與實際揚程之差）。當泵的制造技術達到一定水平時，其效率已很難繼續提高。當泵和電機已確定時，系統的能量利用率主要與泵的剩余揚程有關，其次是泵的運行狀態（是否在高效區），變頻調節就是從這兩個方面來提高水泵的效率。由水泵工作原理可知，流量與轉速的一次方成正比，揚程與轉速的平方成正比，功率與轉速的立方成正比，如果水泵的效率一定，當要求調節流量下降時，轉速可成比例的下降，而此時功率成立方關系下降。

圖1是水泵變轉速調節的節能原理圖。圖1中曲線①為水泵在額定轉速下的揚程特性曲線，其與管阻特性曲線②交于A點，對應流量QA，此時水泵軸功率P與矩形QA-AHTA-O的面積成正比。若欲將流量減半，使用閥門控制時，則新的管阻特性曲線③與揚程特性曲線①相交于B點，此時水泵軸功率P正比于矩形QB-BHTB-O的面積。由圖可見，兩者面積相差不大，如果采用調速方法將水泵轉速降為曲線④，管路特性仍為曲線②，故工作點移至C點。此時與水泵軸功率P成正比的矩形的面積QB-CHTC-O與QA-AHTA-O相比明顯減少，這說明軸功率下降了很多，節能效果十分明顯。

圖1　水泵變轉速調節的節能原理圖

根據該泵站實際情況，本次改造三臺水泵，預留一臺機位在今后供水量增長時做為擴容備用。三臺水泵配置為兩大一小，兩臺大泵采用變頻調節，做為主泵長期運行，一臺小泵在夜間低峰或應急維修時輔助運行。工程投資約60萬元，改造后預期節能效果在10%以上，年節省電費約15萬元。

4　改造效果分析

經技術改造后，該泵站日供水量保持不變，平均供水壓力較改造前降低2～3m，機組平均運行臺數和啟停次數減少，供水單耗明顯降低，實現了良好的經濟效益。

隨機選取的改造前后一些生產報表數據對比，其千噸水用電單耗如表1。

表1　改造前后千噸水單耗比較

由表1數據可以看出，經過技術改造后，該泵站千噸水用電單耗由改造前的160～170度降低為130～140度，降幅達18%左右，節能效果明顯，達到預期效果。

5　結論與建議

該泵站通過重新選配水泵，提高水泵運行效率，同時增加變頻調速系統，有效地降低供水單耗，實現了良好的經濟效益。但在實際工作中，對類似改造項目應注意以下問題：

（1）本泵站供水管網除城區居民供水管網外，在末端還存在兩座下一級泵站清水池，供水時變化系數相對較小，供水狀態波動較小。但目前我國絕大多數城鎮供水網無調蓄設施，泵站供水時變化系數較大，為了適應不同用水量的需求，不能一味地選擇大型號水泵，選用水泵的應大小型號水泵合理搭配，實行階梯式供水，以保證城市用水需求。

（2）不能簡單地把變頻調速技術應用于所有供水系統，其用于水泵節能也是有限制條件的。對于管路損失占總揚程比例較大的系統或流量變幅較大的系統適用于變頻調速；若靜揚程占總揚程比例較大以及流量較穩定的供水系統則不宜使用變頻調速技術。而且頻率不能無限制下調，據相關研究資料，頻率調整范圍下限在70%左右為宜。

（3）在水泵選型時應充分結合泵房現有進出水管、供電負荷等實際條件，綜合考慮整個工程投資、預期收益率、實施難易程度、停水影響程度等因素。

（4）除本文改造措施外，還可以考慮采取其它措施進行水泵節能改造，如：采用新型涂層材料對水進行涂層修復、采用新型密封技術降低水泵機械磨損、切削葉輪等，具體何種方式還需結合現場實際情況分析確定。

[1]蔣乃昌.水泵及水泵站（第四版）[M].北京：中國建筑工業出版社，1998.

[2]上海市政工程設計研究院.給水排水設計手冊（第3冊）（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[3]劉宜，李會暖，劉曉陽，丁思云.變頻調速技術在水泵調節控制系統中的應用[J].排灌科技，2006，24（4）：44～46.

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2015-10-12