供水管網(wǎng)二次增壓泵站節(jié)能降耗分析

摘要：本文主要針對(duì)供水管網(wǎng)二次增壓泵站節(jié)能降耗展開(kāi)了系統(tǒng)分析，詳細(xì)闡述了增壓泵站的增壓方式，通過(guò)結(jié)合了具體的工程實(shí)例，對(duì)增壓泵站的改造作了探討，并深入分析了機(jī)泵特性曲線測(cè)試，以期能為有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗而提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)；二次增壓；節(jié)能降耗

城鎮(zhèn)的供水管網(wǎng)是城鎮(zhèn)市政工程的重要組成部分，但是由于供水管網(wǎng)的增加和供水范圍的擴(kuò)大，增大了供水管網(wǎng)的壓力，造成了能源的浪費(fèi)。在如今倡導(dǎo)節(jié)能降耗的環(huán)保型社會(huì)的主題下，合理規(guī)劃增壓供水和管網(wǎng)直供范圍，減少供水管網(wǎng)的能耗有著一定的重要性。鑒于此，本文就供水管網(wǎng)二次增壓泵站節(jié)能降耗進(jìn)行了分析，旨在為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

1 增壓泵站增壓方式

為了降低出廠壓力，一般在管網(wǎng)的適當(dāng)位置設(shè)置增壓泵站，兼起調(diào)節(jié)水量和提高水壓的作用。常見(jiàn)增壓方式有3種：①水庫(kù)增壓方式，即管網(wǎng)來(lái)水先進(jìn)入蓄水池，然后由水泵加壓提升轉(zhuǎn)輸至用戶(hù)。該增壓方式除加壓轉(zhuǎn)輸外，還有一定的調(diào)蓄作用。但進(jìn)入水庫(kù)的水的作用水頭完全消耗，且泵組揚(yáng)程和能耗高。②直抽式管道增壓泵站，即由泵組直接從市政輸水干管抽水，加壓后再送至管網(wǎng)。該增壓方式的優(yōu)點(diǎn)是可充分利用管網(wǎng)的來(lái)水壓力，且泵組揚(yáng)程和能耗低。③水庫(kù)和管道聯(lián)合增壓的方式，既具有直抽功能又具有水庫(kù)加壓功能。該增壓方式既可為區(qū)域增加管道壓力和轉(zhuǎn)輸部分管網(wǎng)水量，又可充分發(fā)揮對(duì)管網(wǎng)壓力削峰填谷的作用。

1.1 水庫(kù)增壓

1.1.1 基本原理

從市政管網(wǎng)進(jìn)水并釋放水壓后經(jīng)水泵增壓至用戶(hù)，具體見(jiàn)圖1。

圖1水庫(kù)增壓方式示意

1.1.2 優(yōu)、缺點(diǎn)及適用范圍

①優(yōu)點(diǎn)：保證供水管網(wǎng)壓力、供水能力以及增壓水泵穩(wěn)定正常工作。②缺點(diǎn)：浪費(fèi)能量，運(yùn)行費(fèi)用高，增加了投藥量和清水池的維護(hù)成本，占地面積大，存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。③適用范圍：管網(wǎng)余壓小、供水量較大的泵站。

1.2 直抽式管道增壓

1.2.1 基本原理

自來(lái)水流入壓力平衡器，水泵從壓力平衡器吸水送至用戶(hù)，具體見(jiàn)圖2。

圖2 直抽式管道增壓示意

1.2.2 優(yōu)、缺點(diǎn)及適用范圍

①優(yōu)點(diǎn)：充分利用了自由水壓，與傳統(tǒng)供水方式相比省去了水池和水箱，節(jié)省了土建投資，避免了二次污染。②缺點(diǎn)：給周?chē)芫W(wǎng)用水壓力和水量帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。③適用范圍：供水范圍、用水量較小的泵站與高層建筑用水。

1.3 水庫(kù)和管道聯(lián)合增壓

1.3.1 基本原理

根據(jù)外網(wǎng)進(jìn)水壓力的變化，合理確定水庫(kù)管道進(jìn)水和直接增壓管道進(jìn)水的比例。變頻水泵根據(jù)壓力傳感器傳出的壓力信號(hào)，直接從增壓管道吸水進(jìn)行二次增壓供水，水庫(kù)增壓供水在用水高峰時(shí)啟用，具體見(jiàn)圖3。

圖3 水庫(kù)和管道聯(lián)合增壓示意

1.3.2 優(yōu)點(diǎn)及適用范圍

①優(yōu)點(diǎn)：在不影響管網(wǎng)供水能力的條件下，充分利用進(jìn)水余壓，節(jié)約了能量，降低了二次藥耗量，減小了供水水庫(kù)容積，降低了改造成本，保留了必要的水量調(diào)蓄功能，能有效降低二次污染風(fēng)險(xiǎn)。②適用范圍：管網(wǎng)余壓較富余的泵站。

2 增壓泵站改造

某自來(lái)水公司管理轄區(qū)內(nèi)共有15座泵站，其中運(yùn)行泵站為13座，泵站運(yùn)行消耗的電費(fèi)占整個(gè)輸配費(fèi)用的25%左右，占變動(dòng)成本的93%左右。針對(duì)電單耗偏高的2座泵站，泵管所對(duì)其進(jìn)行改造：通過(guò)管道改接，將原先的水庫(kù)泵改造為管道泵，增壓方式由水庫(kù)增壓變?yōu)樗畮?kù)和管道聯(lián)合增壓。

調(diào)度部門(mén)根據(jù)供水區(qū)域管網(wǎng)的整體壓力以及泵站的進(jìn)出水量和進(jìn)站壓力，發(fā)出調(diào)度指令。在早、晚用水高峰時(shí)段：5：00—8：00和17：00—20：00，開(kāi)啟水庫(kù)泵供水；非高峰時(shí)段，待供區(qū)域管網(wǎng)壓力整體上升后，泵站根據(jù)調(diào)度指令開(kāi)啟增壓泵供水。

調(diào)試結(jié)束后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間嚴(yán)密仔細(xì)的運(yùn)行觀察，設(shè)備安裝良好，運(yùn)行正常。

3 機(jī)泵特性曲線測(cè)試

為進(jìn)一步提高機(jī)泵的運(yùn)行效率，在增壓泵運(yùn)行的情況下，考察了機(jī)泵的運(yùn)行曲線是否有利于調(diào)度，以確保機(jī)組效率最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

3.1 試驗(yàn)方法

3.1.1 相關(guān)測(cè)試計(jì)量設(shè)備的校正

相關(guān)測(cè)試計(jì)量設(shè)備的校正包括壓強(qiáng)表、真空表、電壓表、電流表的校正。

3.1.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

泵啟動(dòng)后，葉輪旋轉(zhuǎn)無(wú)振動(dòng)和噪聲，電壓表、電流表、壓力表和真空表指示穩(wěn)定，表明泵運(yùn)行穩(wěn)定，即可進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，逐漸調(diào)節(jié)泵出口調(diào)節(jié)閥，每調(diào)定一次泵的開(kāi)啟度，待工況穩(wěn)定后，即可進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量?jī)?nèi)容如下：①讀取流量?jī)x上的數(shù)值；②從壓強(qiáng)表和真空表上讀取壓強(qiáng)值和真空值；③從變電柜上讀取電機(jī)的功率。以上數(shù)據(jù)的讀取應(yīng)同步進(jìn)行，以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確性。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論

在相同的運(yùn)行條件下，對(duì)改造前后的泰日泵站和華亭泵站的1#機(jī)組進(jìn)行了試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到機(jī)泵改造前后的特性曲線，結(jié)果見(jiàn)圖4～圖7。

通過(guò)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比1號(hào)泵站、2號(hào)泵站改造前后機(jī)泵的特性曲線，可以得出如下結(jié)論。

①不論是水庫(kù)泵還是管道泵，機(jī)泵的H-Q和N-Q曲線總體走勢(shì)相同。隨著流量的增加，揚(yáng)程逐漸降低，泵軸功率呈上升趨勢(shì)；η-Q效率曲線的走勢(shì)有所不同，水庫(kù)泵的效率曲線隨流量的增加呈上升趨勢(shì)，而對(duì)于改造后的管道泵，該曲線呈下降趨勢(shì)。

圖6 2號(hào)泵站1#水庫(kù)泵特性曲線

②比較管道泵特性曲線與水庫(kù)泵特性曲線可以發(fā)現(xiàn)，雖然H-Q和N-Q曲線總體走勢(shì)相同，但隨著流量的增加，管道泵揚(yáng)程曲線降低幅度比水庫(kù)泵明顯，軸功率曲線較平緩。

③在相同流量條件下，管道泵的效率低于水庫(kù)泵。以2號(hào)泵站的1#機(jī)泵為例，在流量為130m3/h時(shí)，水庫(kù)泵的效率大約為53%，管道泵效率為47%左右。改造后1號(hào)泵站1#機(jī)泵效率較高時(shí)對(duì)應(yīng)的流量區(qū)間為360～420m3/h，2號(hào)泵站1#機(jī)泵效率較高時(shí)對(duì)應(yīng)的流量區(qū)間為100～130m3/h。調(diào)度時(shí)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，選擇水泵配比或調(diào)速泵調(diào)速可以將流量調(diào)整到此范圍，此時(shí)機(jī)泵效率最高。

圖7 2號(hào)泵站1#管道泵特性曲線

4 結(jié)論

綜上所述，隨著人們環(huán)保意識(shí)的提高，供水泵站的節(jié)能改造已是不可避免的。在泵站節(jié)能降耗的改造中，應(yīng)該由調(diào)度中心根據(jù)實(shí)際用水需求，將供水量和壓力適時(shí)控制在合理區(qū)間，以確保機(jī)組效率最優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

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