供水站節能運行方式的探討與應用

【摘要】任丘礦區現有供水站22個，每個供水站多采用一臺泵24小時變頻運行，設備選型大，運行方式單一，供水站節能效果沒有達到最佳。該文主要從變頻器的合理應用、大小泵搭配、多臺小泵并聯運行、系統管網余壓利用、根據供水時變化系數，合理選配供水設備等方面來探討供水站的節能運行。

【關鍵詞】變頻器；大小泵搭配；多臺小泵并聯運行；合理選配供水設備

前言

節能降耗是我國經濟和社會發展的一項長遠的戰略方針，也是當前一項極為緊迫的任務，是緩解我國資源約束的根本出路，也是促進經濟安全有序發展的根本手段。對企業而言，是降低生產成本提高自身競爭能力的客觀需要。做好節能工作，對供水系統而言顯得尤為重要。本文對如何進一步降低供水能耗，進行了探討。

1、無限度地降低水泵轉速并不能實現完全意義的節能

變頻供水節能是普遍被認識到的，它按以下規律進行控制。即用水量↗→水壓↘→電源頻率↗→電機轉速↗→供水量↗。用水量↘→水壓↗→電源頻率↘→電機轉速↘→供水量↘。同一臺水泵24小時變頻供水是不能實現完全意義的節能的。只有在用水量和用水壓力基本吻合于水泵的流量和揚程時，其節能效果最佳。但是當管網用水量下降乃至用水量很小時，為了克服水的重力，來滿足用水點的水壓要求，變頻供水設備仍需出力運行。由于變頻器、電機、水泵在不同頻率和轉速時的工作效率差別很大，頻率過小，轉速過低，就不節能了。

采一供水站 供水量-時變化系數-工作時間表：

該兩個站的供水量差不多，設備也基本相同，運行的水泵為22kW。均是同一臺水泵24小時全天侯運行。根據流體力學原理，水泵的轉速變化時，水泵的流量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，功率與轉速的立方成正比。變頻與工頻運行相比，其節能效果可通過以下的水泵的有效功率和流量間的關系曲線表示。

圖中，曲線①是調節閥門開度時的功率曲線，當供水量Q=65m3/h時，所消耗功率由B點決定；曲線②是調節轉速時的功率曲線，當供水量Q=65m3/h時，所消耗功率由C點決定。由圖可知，與工頻運行相比，變頻運行所節約的△P是很大的。

但當時變系數小于1.30時，供水量低于65m3/h，對應的有效功率僅45%。全天約有12小時左右在此范圍工作。特別是時變化系數小于0.65時，供水量低于30m3/h，全天有7小時在此范圍工作，同一臺離心泵的變頻運行絕不是最佳運行方式。

在供水量低于30m3/h以下時，由曲線2可知：離心泵的功率只相當于其額定功率的20%左右。也就是說，如果以22KW的離心泵變頻運行，在供水量低于30m3/h以下時，實際只相當于4.4KW的離心泵運行。22KW的離心泵變頻運行和5.5KW（軸功率）的離心泵變頻運行那個更節能？回答肯定是：5.5KW的離心泵變頻運行要比22KW的離心泵變頻運行更節能。

所以說變頻調速無限制調速并不能實現完全意義的節能。一般認為變頻調速宜在額定轉速的70%～100%范圍內。由于泵流量與轉速成正比關系，上述兩站運行的水泵額定流量（Q=100m3/h），只有兩個小時在高效區運行（供水量Q>70m3/h）。其余時間都是不宜節能的。必須把用水量的劇烈變化的干擾和水泵的高效區運行結合起來，用大流量小流量可以大小泵自動切換的變頻控制設備，才能得到滿意的節能效果。

2、合理地精選供水設備是節約能源的關鍵

現在的供水量和供水壓力是基本確定的，更新設備時不要考慮舊泵的流量和揚程，應以滿足現狀為主。不要單個水泵考慮發展而增加水泵的流量，不要揚程過高而增加水泵的功率。不要認為現在都變頻運行了，揚程高些，流量大些沒關系，這是錯誤的想法。前面已經講過其不合理性。如果水泵的揚程和流量同管網的需求吻合的好，不變頻也節能。

選泵揚程偏高、流量偏大是設計人員在選泵過程中普遍存在的。工作揚程30-35米的水站，往往都選50米揚程的水泵。增加了電機容量，白白浪費了能源和資源。如前面所講述的供應水站，設計的水泵額定揚程50米，額定流量100m3/h，配用電機22KW。三臺同一型號，一臺運行，兩臺備用。這種配置水泵是不節能的。

據供應水站現供水量情況，考慮最高日供水再增加20%，應選流量分別為100m3/h、65m3/h、30m3/h，揚程35米（由于正壓進水，完全能滿足），電機功率15KW、11KW、5.5KW的水泵，這樣高峰期減少7KW負荷，每天運行5-6小時，正常期減少11KW負荷，每天運行10-12小時。低谷期減少16.5KW負荷，每天運行6-7小時。如真能這樣運行起來，一個加壓供水站節電量會超過30%。供應水站不是特殊現象，而是普遍存在的問題。全供水系統都這樣改造一下，每年節電量是非常可觀的。

并聯運行是供水企業常用的技術手段之一。也是非常節能的，關鍵是水泵的揚程和流量選擇要合適，我們在二醫院供水站進行了并聯改造，運行電機總功率由原來的22KW降為6KW左右。節能效果非常明顯。

這里重點強調一下自動控制問題，結合油田公司提倡的無人值守水站改造，應把按流量自動切換大、中、小泵變頻設備改造結合起來，以避免人為操作，不按設計要求切換大小水泵，而造成的電能浪費。

3、充分利用余壓是節約能源的重要手段

余壓利用是最簡易、最有效的節能方式，行業上叫疊壓供水，疊壓供水必須繞開集水罐（池），用管網的壓力直接供到離心泵的進水口，從而減少離心泵的揚程，達到節能目的。我們現在系統管網壓力在0.16-0.2MPa之間，一般小區供水壓力0.3-0.35MPa之間。疊壓后，離心泵再增加0.1-0.2MPa就滿足了小區供水的需求?，F在我們已對幾個水站進行了改造，有的正在運行，但目前存在著不足。

3.1 不是全天24小時運行，擔心儲水罐內的水，長期不用會變質，影響供水質量。

可以改為全天運行，儲水罐內的水可以作為消防備用水源。緊急時使用，繞過儲水罐大膽運行，系統水源一般是不會停水的。這樣運行可減少水在儲水罐的一次停留，有利于水質、還節能。

3.2 原泵疊壓后，其揚程和流量不適宜。必須更換疊壓供水水站的水泵，將其揚程控制在20米左右，按大小泵配置，或多泵并聯運行，可以減少電機負荷1/2左右，使其更加節電。

4、應用還不夠廣泛

對一些水站還可以再改造一些，為全天侯疊壓供水。對供水量較大的水站，改造要慎重，改造過多，影響系統的集水能力，破壞管網的平衡，會造成高峰期用水緊張。但可改為分時段疊壓供水，如用水低谷，疊壓供水。每天運行6-7小時，用一臺小水泵專用。既節約能源，又保證用水高峰期有充足的備用水源。

對于有自備井的小區水站，可改為水井雙向供水。即水井出水與離心泵進水口聯接，又與儲水罐聯接，用水低谷時，多余水量進儲水罐，用水高峰期水罐和水井同時向離心泵供水。既滿足了高峰期用水，又使儲水罐起到很好的調節作用。這樣運行節能效果也是很明顯的。

5、總結

節約能源、功在當代、利在千秋，以上改造想法都經過實踐檢驗，技術是成熟的，節能效果時明顯的。是值得大面積推廣應用的。

參考文獻：

[1]張燕賓，李鶴軒.電動機變頻調速圖解[M].北京：中國電力出版社，2006.