黃河上游提灌工程高揚程泵站耗能分析及節能策略

李峰生

（甘肅省景泰川電力提灌管理局，甘肅 景泰 730400）

甘肅省景電工程是黃河上游高揚程大流量提灌工程，該工程建設完成投入應用后至今灌區的灌溉面積超過了近120萬畝，累計完成的提水量接近140億m3，所獲直接經濟收益超過了140億元，不但有效改善了所在區域的農業生產條件，同時也產生了非常好的經濟效益。但是工程經過了半個世紀的運行，高揚程泵站相應設備都已經老化，設備耗能情況逐漸增加，部分閥門以及水泵都發生了損壞。為了確保該工程能夠最大程度發揮作用、獲取更好的經濟效益，需要對耗能情況進行分析，提出相應的節能策略，從而有效降低運行成本、提升經濟效益。

1 黃河上游提灌工程高揚程泵站耗能分析

1）黃河水體含有大量泥沙，嚴重影響到泵站能耗。黃河水體中含有大量泥沙，并且泥沙顆粒相對較大，這些泥沙會對水泵的正常運行造成較大影響，造成閥門等部件的嚴重磨損。從相應參考文獻資料中可知，黃河水體中泥沙含量要遠大于其他河流，在這些水域中泥沙顆粒會非常快的脫離葉輪，會造成絕對速度的周向分速度降低，影響到揚程以及流量的正常發揮。受到泥沙顆粒的影響，水泵填料和密封環之間的間隙會增加，造成容積效率下降，同時過流部件機械效率的下降直接造成了軸能耗的增加。除此之外，這些泥沙會影響到閥門密封面的質量，通過對軸瓦的磨損造成軸端的滲漏，嚴重影響到閥門密封性，從而引發電機倒轉，造成水泵無法正常運行。總的來說，黃河水質降低了泵站設備的運行效率，大大增加了整個泵站的維護成本[1]。

2）設備配置選型方面的影響。第一，主要水泵的配置選型問題。黃河水質的特殊性決定了水泵要具有較高的性能要求，大量的泥沙會加快水泵過流部件的磨損程度，嚴重影響到水泵的使用周期。特別是受到顆粒較大、具有尖銳棱角的顆粒影響，在葉片半徑相對較大的區域 （該區域線速度較大）葉輪表面的磨損情況更為嚴重，長此以往就會造成泵體過流金屬表面發生嚴重破損，在水泵腔壁、葉輪、軸承等位置出現麻面或者坑洼情況，嚴重影響到水泵的運行效率。第二，主要電動機配置選型的問題。景電工程建設時間較早，當時的技術水平以及產品制造方面能力不足，造成了工程建設所用主要電動機的功率因數相對較低，效率不足，耗能較為嚴重。第三，主要閥門配置選型的問題。該工程在進行出水閥門配置時采取的是電動閘閥+逆止閥的方式，此種配置的水頭損失以及流阻系數都是非常大的，這就造成了泵站能耗增加。一旦出現故障而斷電，就會形成較嚴重的水錘效應，會對高揚程泵站造成非常大的破壞。第四，前池和導流引渠設置的問題。經過多年的發展，當時所設計的前池深度過淺、容積較小，很難滿足現代流量需要。同時，泵站的進水口和導流引渠的位置相對較近，并且在導流引渠中缺少必要的沉沙池，很難科學合理的限制泥沙沿程沉降，無法合理減小水流流速，從而造成前池的泥沙過度淤積，嚴重情況下會造成水泵的氣蝕磨損，從而造成運行效率下降。

2 提灌工程高揚程泵站節能策略分析

2.1 設置初始沉積池

從相應參考資料中可知，在堿性黃河含沙水質情況下，河水中的泥沙存在著大量的有機膠體以及黏性的礦物質，這些物質的聚集會形成大不等顆粒狀物體，這些物體隨著河水流動過程中，粒徑會逐漸變小。這些顆粒物隨著表面積的增加，其負荷也逐漸增加，所具有的吸附性能也會有所增加，會嚴重影響到泵站設備的運行，從而造成設備的耗能較高，同時也需要消耗大量費用進行維護，因此想要實現有效的節能降耗就要控制好源頭，可以在泵站取水之前設置沉積池，通過沉積池的作用來進行生態優化，對于黃河水進行初期的沉淀，降低泥沙對于泵站設備的影響[2]。

2.2 推進智能化設備的應用，選用效率較高的設備

要確保主要水泵所具有的水力性能符合實際工程技術特性的要求，尤其是要滿足黃河含泥沙水質工況的要求，可以通過自動清污機等設備隨時將雜物清理干凈，有效控制柵前柵后的水位落差。可以選擇更加先進的電動機，確保其技術參數符合主要水泵配套功率和轉速等方面的要求。同時，要利用全新的智能化監測設備和云系統，能夠實時監測泵站運行中的流量、揚程、效率等方面的信息，利用更加先進的旋轉設備故障預防判別裝置來及時發現隱患所在，從而確保各設備的正常運行。

2.3 提升相應設備維護保養的規范性，加強泵站的精細化管理水平

1）加強水泵機組和相應設備的維護保養，提升運行效率和安全性。第一，充分利用大數據技術進行提灌工程運行數據的統計，在此基礎上，泵站要按照數據分析結果制定出科學合理的大中維修計劃以及綱要，可以設定如下的維護保養規定：（1）若是水泵葉輪運行臺時數＞15000h/年、運行電流＞85%額定電流的機組需要定期進行葉輪的更換，需要對相應設備進行大修；（2）如果葉輪的葉片以及蓋板等受到比較嚴重的影響而造成了表面破損，需要對其進行表面涂護治理，通過此種方式能夠進一步提升過流表面的光潔度，對于提升整個設備的運行效率是非常有利的；（3）密封環是確保閥門等部件密封的關鍵部件，為了確保有效的密封性，若是密封環運行臺時＞3000h或者間隙＞4mm，需要更換加厚的密封環，確保間隙＜1mm；（4）軸套是確保水泵軸正常運轉的關鍵部件，若是水泵軸套運行時間較長（臺時數＞5000h）或者局部破壞較嚴重就要對其實施更換。同時，要加強水泵軸瓦間隙的控制，正常情況下要控制在0.12～0.17mm范圍，避免水泵運轉過程中震動嚴重；（5）定期對于水泵軸承等容易受損的部件進行維護保養，保證水泵能夠最大程度發揮功效[3]。第二，為了確保電機能夠正常運行，要定期（一般為一年）進行電機和電纜的預防性試驗，一旦發現電機相關引線和電纜等發生老化問題要及時更換。同時要對電機進行必要的絕緣和除塵處理，加強電機軸承的維護保養，保證電機能夠更加安全高效的運行。第三，對于出水蝶閥密封情況進行仔細核查，一旦發現密封問題要及時進行密封橡膠圈的更換，對于密封壓力進行有效調整，最終要保證實際運行時相應管道不會發生回水的問題。同時，要對液壓站所具有的充壓性能以及蓄能的情況進行仔細判定，一旦發現儲能罐氣體不足要第一時間充入相應的氮氣，同時要對液控蝶閥的開關角度進行調整，從而有效控制其開關的快慢。

2）要制定出較為完善的操作標準流程，對于泵站的運行管理進行規范。在實際操作過程中需要嚴格遵照制定好的泵站標準規程來進行，在泵站正式啟動之前需要做好相應的檢查核實工作；要嚴格遵照“兩票三制”的操作規程來進行相應的電業操作，確保其安全性和標準化。同時要加強水泵的有效排氣，保證機組運行過程中的相應監測工作落到實處，真正確保相應設備的高效運行，最大程度降低能耗[4]。

2.4 制定出較為科學合理的運行管理規劃，對于級間水量進行有效調配

充分利用大數據技術對于不同情況下的用水情況進行統計，以此統計分析結果為參照設定出科學合理的供水規劃，確保工農業的錯峰供水，避免集中供水而導致的設備過度消耗。要根據泵站的具體運行情況制定出科學的調度運行規范，對于不同等級泵站運行的水位情況進行限定。通過先進的傳感技術和監控技術準確獲悉水位變化、管道流量變化以及中途分水情況等等，能夠為調配提供可靠依據，防止由于水位較低而引發水泵進氣出現的振動，也能夠避免因為水位較高經過溢流堰而棄水的問題，防止無謂能耗。對于各個泵站來說，如果采取的是同樣的運行方式，那么盡量開啟同步機，增加無功補償，從而提升電網的功率因數，這對于節能是非常有利的[5]。

3 結束語

本文主要分析了黃河上游提灌工程高揚程泵站耗能的原因所在，在此基礎上提出了相應的節能策略。通過本文的介紹能夠對降低高揚程泵站能耗提供一定參考和幫助，對于進一步推動水利工程發展具有現實意義。