高壓變頻調(diào)速水泵技術(shù)在安陽(yáng)市西區(qū)供水中的應(yīng)用

王春成 王 萌 王光磊

（安陽(yáng)水務(wù)集團(tuán)公司，河南安陽(yáng) 455000）

引言

目前，在我國(guó)城市供水系統(tǒng)中，變頻調(diào)速水泵得到了廣泛的應(yīng)用。通常供水方式采用變頻調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速，穩(wěn)定水泵出口壓力，以滿(mǎn)足用戶(hù)用水需求。此種供水方式，由于不能依據(jù)城市供水輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由壓力（水頭）的變化，實(shí)時(shí)調(diào)整變頻調(diào)速水泵的出口壓力，供水系統(tǒng)不盡合理。結(jié)合安陽(yáng)市西區(qū)供水工程實(shí)例，對(duì)西區(qū)約30平方公里供水區(qū)域最大時(shí)供水量、最小時(shí)供水量和一般時(shí)供水量進(jìn)行了不同時(shí)間段研究分析。同時(shí)對(duì)西區(qū)供水輸配水管網(wǎng)進(jìn)行了壓力、流量和地形實(shí)測(cè)分析研究，選擇了供水輸配水管網(wǎng)最不利壓力點(diǎn)。并在最不利壓力點(diǎn)設(shè)置了遠(yuǎn)程壓力傳感器，根據(jù)不同時(shí)間最不利點(diǎn)壓力（水頭）數(shù)據(jù)，通過(guò)GPRS系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)壓力傳輸?shù)桨碴?yáng)市第四水廠(chǎng)送水泵房315kW變頻調(diào)速水泵機(jī)組。按最大時(shí)供水量、最小時(shí)供水量和一般時(shí)供水量的時(shí)間段，實(shí)時(shí)調(diào)整變頻調(diào)速水泵岀口壓力值。從而調(diào)節(jié)最大時(shí)（段）、最小時(shí)（段）和一般時(shí)（段）輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由壓力（水頭）值，有效的解決了西區(qū)供水壓力不足的問(wèn)題，滿(mǎn)足了用戶(hù)用水需求。

1.安陽(yáng)市西區(qū)供水現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

安陽(yáng)市城市供水區(qū)域地形呈西高東低，高差約29米，東部位于城市下游，供水由第四水廠(chǎng)和其他水廠(chǎng)供給。西部位于城市上游，由第四水廠(chǎng)供水，城市供水輸配水管網(wǎng)統(tǒng)一。長(zhǎng)期以來(lái)，由于西部地勢(shì)較高，特別是位于鋼花路以西至外環(huán)路；文昌大道以北至鄴城大道，面積約30平方公里供水區(qū)域（以下簡(jiǎn)稱(chēng)西區(qū)供水），居民樓前供水壓力僅0.14～0.16Mpa，不能滿(mǎn)足居民用水需要。若提高安陽(yáng)市城市供水輸配水管網(wǎng)壓力，來(lái)解決西區(qū)供水壓力低及供不應(yīng)求的問(wèn)題，則會(huì)造成運(yùn)行費(fèi)用增高、漏損率增大、爆管頻率增多等事故發(fā)生。

2.安陽(yáng)市西區(qū)供水方案及實(shí)施內(nèi)容

2.1 西區(qū)需水量預(yù)測(cè)及居民樓前服務(wù)壓力的確定

針對(duì)安陽(yáng)市西區(qū)供水存在的問(wèn)題，進(jìn)行了供水區(qū)域用戶(hù)水量的調(diào)查及輸配水管網(wǎng)供水壓力的測(cè)試。西區(qū)供水區(qū)域用水量主要分為居民生活用水、工業(yè)企業(yè)用水、市政用水等，根據(jù)供水經(jīng)營(yíng)收費(fèi)用水量統(tǒng)計(jì)分析及預(yù)測(cè)，平均日需水量為3.6萬(wàn)立方米，居民用戶(hù)樓前基本服務(wù)壓力為0.23～0.25Mpa，即可滿(mǎn)足西區(qū)用戶(hù)用水需求。

2.2 西區(qū)供水方案及實(shí)施內(nèi)容

利用安陽(yáng)市第四水廠(chǎng)送水泵房已裝設(shè)完好的315kw高壓變頻調(diào)速水泵6號(hào)機(jī)組向西區(qū)供水。（機(jī)泵參數(shù)見(jiàn)表1）

表1 6號(hào)水泵機(jī)組參數(shù)一覽表

該方案啟動(dòng)6號(hào)機(jī)組，采取以下措施：

關(guān)閉第四水廠(chǎng)送水泵房外壓力出水東西聯(lián)絡(luò)DN1000蝶閥，同時(shí)關(guān)閉沿鋼花路所有輸配水管網(wǎng)東西聯(lián)絡(luò)閥門(mén)。形成獨(dú)立的西區(qū)供水系統(tǒng)。

在西區(qū)供水區(qū)域內(nèi)，選擇大唐電廠(chǎng)供水管段節(jié)點(diǎn)處，確定為西區(qū)供水輸配水管網(wǎng)為最不利點(diǎn)。

在西區(qū)輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)處，裝設(shè)遠(yuǎn)傳壓力傳感器，壓力數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS系統(tǒng)傳輸?shù)降谒乃畯S(chǎng)送水泵房的控制及顯示系統(tǒng)，根據(jù)不同時(shí)段的壓力需求，設(shè)置變頻調(diào)速水泵的出口壓力，通過(guò)變頻控制系統(tǒng)，變頻調(diào)速，以達(dá)到西區(qū)供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)作用，以滿(mǎn)足用戶(hù)用水需求。

3.6號(hào)機(jī)組向西區(qū)供水運(yùn)行工況及效果

3.1 最大供水量時(shí)和最小供水量時(shí)水泵靜揚(yáng)程的確定

考慮到變頻調(diào)速安全穩(wěn)定合理運(yùn)行，計(jì)算水泵靜揚(yáng)程（見(jiàn)公式（1）（2））如下：

式中：Z1最不利點(diǎn)自然地面高程（85.00m），Z2第四水廠(chǎng)清水池最低水位高程（79m）；為確保用戶(hù)用水安全，最大供水量時(shí)，確定輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由水壓（水頭）hmax＝0.28Mpa（28m）；最小供水量時(shí)，確定輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由水壓（水頭）hmin＝0.26 Mpa（26m）；根據(jù)公式求得315kW高壓變頻調(diào)速6號(hào)水泵最大供水量時(shí)最高靜揚(yáng)程Hoa為34m，求得315kW高壓變頻調(diào)速6號(hào)水泵最小供水量時(shí)最低靜揚(yáng)程Hob為32m。

3.2 6號(hào)水泵運(yùn)行工況

考慮到西區(qū)用水量變化幅度大的特點(diǎn)，為使第四水廠(chǎng)6號(hào)水泵合理運(yùn)行，在運(yùn)行期間均處于高效率工作區(qū)內(nèi)，依據(jù)最大供水量時(shí)最高揚(yáng)程H=Hoa+SQ2和最小供水量時(shí)最低揚(yáng)程H=Hob+SQ2的管線(xiàn)特性曲線(xiàn)（S為吸水管、壓力管和輸水管摩阻系數(shù)總和），繪制水泵特性曲線(xiàn)Q—H和管線(xiàn)特性曲線(xiàn)組合圖（見(jiàn)圖1）

由水泵特性曲線(xiàn)和管線(xiàn)特性曲線(xiàn)組合圖（圖1）可知，利用變頻調(diào)速控制輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)最大供水量時(shí)自由水壓（水頭）hmax＝0.28Mpa（28m）時(shí)，水泵工作點(diǎn)“a”為最大供水量時(shí)Qa=2400m3/h，最大揚(yáng)程為Ha=0.39Mpa（39m）；最小供水量時(shí)自由水壓（水頭）hmin＝0.26Mpa（26m）時(shí)，水泵工作點(diǎn)“b”為最小供水量時(shí)Qb=1300m3/h，最低揚(yáng)程Hb=0.34Mpa（34m），均在水泵高效率工作區(qū)內(nèi)。

圖1 315KW變頻調(diào)速水泵特性曲線(xiàn)及管線(xiàn)特性曲線(xiàn)組合圖

3.3 西區(qū)供水系統(tǒng)運(yùn)行效果

利用6號(hào)機(jī)組向西區(qū)供水，通過(guò)在最不利點(diǎn)裝設(shè)的遠(yuǎn)傳壓力傳感器，實(shí)時(shí)將自由壓力（水頭）數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS系統(tǒng)傳送到第四水廠(chǎng)送水泵房變頻調(diào)速主控制面板，采用設(shè)定水泵出口壓力參數(shù)方式，變頻調(diào)速（見(jiàn)表2），以恒定（調(diào)節(jié)）最不利點(diǎn)壓力（自由水頭），滿(mǎn)足了西區(qū)用水需要。該方案至2019年10月實(shí)施運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

表2 315kW變頻調(diào)速水泵分時(shí)段出口壓力設(shè)定值

該系統(tǒng)依據(jù)最不利點(diǎn)自由水壓（水頭），實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)水泵出口壓力值，與目前普遍采用的變頻調(diào)速水泵按最大時(shí)供水量設(shè)置變頻調(diào)速水泵出口恒壓變量供水，或利用用戶(hù)末端設(shè)置變壓變量供水更為經(jīng)濟(jì)合理。

由水泵特性曲線(xiàn)與管線(xiàn)特性曲線(xiàn)組合圖（圖1）可知，該水泵在滿(mǎn)足近期西區(qū)用水量的前提下，隨著將來(lái)西區(qū)用水量的增加，可進(jìn)行輸配水干管改造，形成環(huán)狀供水等，以減少管線(xiàn)水頭損失，從而使水泵工作點(diǎn)“a”向右移動(dòng)可增加一定供水量，水泵運(yùn)行仍在高效率區(qū)內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行仍經(jīng)濟(jì)合理。

4.結(jié)論

針對(duì)安陽(yáng)市西區(qū)供水壓力不足的問(wèn)題，進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。合理劃分了西區(qū)與東區(qū)輸配水管網(wǎng)供水分界線(xiàn)，確定了西區(qū)輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)。利用第四水廠(chǎng)送水泵房315kw變頻調(diào)速水泵機(jī)組，向西區(qū)供水。實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)最大時(shí)（段）、最小時(shí)（段）和一般時(shí)（段）輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由壓力（水頭）值，有效的解決了西區(qū)供水壓力不足的問(wèn)題，滿(mǎn)足了用戶(hù)用水需求。該方案具有投資少、見(jiàn)效快的優(yōu)勢(shì)。投入運(yùn)行后，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)，取得了較好的效果。