智能化水網(wǎng)供水管理

文/ Hans-Jürgen Bittermann

智能化水網(wǎng)供水管理

文/ Hans-Jürgen Bittermann

給水供水系統(tǒng)中節(jié)約能源消費(fèi)的幾大措施——使用節(jié)能水泵，結(jié)合智能化的控制技術(shù)以及IT技術(shù)支持，可保證給水供水的可靠性，節(jié)約能源費(fèi)用。

在19世紀(jì)和20世紀(jì)時(shí)代，水塔是提供飲用水的核心設(shè)備，在今天的一些特殊情況下，水塔仍然用來提供飲用水。根據(jù)連通管的原理，水塔保證了低于水塔水位的用戶始終都有著相同的水壓，而水泵的任務(wù)是在夜間向水塔補(bǔ)充白天消耗掉的水量。如今，這種供水方式受到了限制，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，用水量的變化和控制閥門的快速關(guān)閉都會(huì)對(duì)水網(wǎng)中的元器件產(chǎn)生壓力沖擊，增大工作負(fù)荷也會(huì)帶來噪音，因此，自來水的壓力要靠水泵和閥門進(jìn)行控制，尤其是要保證調(diào)節(jié)的壓力均勻一致。

大型水利基礎(chǔ)設(shè)施中的水泵要消耗一定的電力能源，例如Wilo水泵，高度將近14 m，大約20 t，每秒鐘的輸水量高達(dá)1 850 L，1 000 kW的電動(dòng)機(jī)保證了這臺(tái)水泵的功率，也保證了0.4 Mpa的穩(wěn)定水壓，這一立式的渦輪泵也是當(dāng)今歐洲供應(yīng)商提供給亞洲用戶的最大水泵類產(chǎn)品之一。

這種先進(jìn)的水泵節(jié)能潛力巨大，當(dāng)人們能更高效地設(shè)置水網(wǎng)中的壓力區(qū)、降低過高的壓力儲(chǔ)備時(shí)，才能夠更好地節(jié)約能源。

現(xiàn)代化原材料和工藝技術(shù)使得立式渦輪泵有著很高的水力效率

定期檢查

這類水泵使用過程中典型的錯(cuò)誤是使用磨損和錯(cuò)誤的型號(hào)規(guī)格，因此所有的水泵生產(chǎn)廠家都建議要定期對(duì)水泵進(jìn)行檢驗(yàn)，為此，有些水泵生產(chǎn)廠家還專門設(shè)計(jì)了定期檢驗(yàn)的方法。

例如，Grundfos公司就開發(fā)了SP節(jié)能工具，以便盡快得知水泵節(jié)能的信息。在詳細(xì)評(píng)估水泵節(jié)能潛力時(shí)，水泵生產(chǎn)廠家們建議進(jìn)行能源檢查和水泵的能源審計(jì)。如果檢查、審計(jì)得到的結(jié)果是“更換水泵”，則最佳的方案是平行安裝多臺(tái)小型水泵，利用多泵調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)控制它們的運(yùn)行，利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的聯(lián)機(jī)控制方式，保證水泵主要在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的工作點(diǎn)處運(yùn)行。

這種水泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)通常要在水泵的每日電力能源消耗狀態(tài)曲線的幫助下完成，通過狀態(tài)曲線可以知道，水泵在特定的工作范圍內(nèi)工作了多長(zhǎng)時(shí)間。與傳統(tǒng)方法相比，新的水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案能夠明顯減少泵站的投資費(fèi)用，投資回收期一般在1～3年。據(jù)Xylem公司介紹，用轉(zhuǎn)速可調(diào)的水泵電機(jī)替代恒定轉(zhuǎn)速的升壓站，可以節(jié)約高達(dá)50%的電能。

關(guān)于如何將恒定轉(zhuǎn)速的水泵電機(jī)更換為轉(zhuǎn)速可調(diào)，以及更換費(fèi)用等問題，解決的前提條件是要有與現(xiàn)有水泵系統(tǒng)兼容的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。Xylem公司最新一代Loware品牌的Hydrovar變頻器適用于此，這種變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的自我流體控制的Pico調(diào)節(jié)閥能夠在不消耗外部能源的情況下，用于給水供水領(lǐng)域中的水壓和流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。電力驅(qū)動(dòng)裝置，可以補(bǔ)充安裝在所有現(xiàn)在仍然工作著的升壓站中。據(jù)Xylem公司介紹，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的水泵安裝工來說，這種結(jié)構(gòu)緊湊的變頻電機(jī)的安裝十分簡(jiǎn)單快捷，變頻器安裝后，其內(nèi)部的總線系統(tǒng)就能夠可靠地保證所使用的電力能源與要求的輸水量保持一致。

管理水網(wǎng)壓力

給水供水網(wǎng)絡(luò)一般要在幾十年的時(shí)間里，承受雨雪風(fēng)霜、公路交通、土方工程和水壓帶來的負(fù)荷。這一切負(fù)載作用導(dǎo)致水網(wǎng)管道的疲勞、裂紋和泄漏，并因此導(dǎo)致漏水。大多數(shù)水管漏水不是因?yàn)樗軘嗔?，而是許多微小的泄漏。專家估計(jì)，大約有1/3的自來水在到達(dá)用戶家中的水龍頭之前，就損失在水網(wǎng)管道中了。

大多數(shù)情況下，漏水檢測(cè)和設(shè)置備用設(shè)備既不現(xiàn)實(shí)，成本也相對(duì)高昂。另外，當(dāng)堵住了一部分泄漏后，生物管道中的壓力就會(huì)升高，并導(dǎo)致更加嚴(yán)重的泄漏。

VAG公司的壓力管理方法是根據(jù)用水量或者用水時(shí)間來調(diào)節(jié)管道網(wǎng)絡(luò)中的水壓，利用先導(dǎo)式控制的調(diào)節(jié)閥同時(shí)調(diào)節(jié)水壓和水位。Riko公司的柱塞閥也能夠精確地調(diào)節(jié)壓力和流量，從而保證恒定的給水供水。

水網(wǎng)中的智能化

Software股份公司預(yù)測(cè)，大數(shù)據(jù)帶來的經(jīng)驗(yàn)和評(píng)估結(jié)果將在2017年的公共事業(yè)企業(yè)中發(fā)揮著重要的作用。但這里涉及到的不僅僅只是大數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)領(lǐng)域中的流分析也扮演著更重要的角色。這里的區(qū)別是，傳統(tǒng)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用在一定程度上允許回頭查閱數(shù)據(jù)，流分析則是對(duì)來自不同數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)流中的模式，并允許主動(dòng)采用相關(guān)措施，流分析技術(shù)是大數(shù)據(jù)分析的未來發(fā)展趨勢(shì)。

西門子公司基于Simatic PCS 7系統(tǒng)的智能化水利技術(shù)管理軟件Siwa，有著內(nèi)容豐富的軟件模塊，可以靈活地組合在一個(gè)系統(tǒng)中運(yùn)行

目前，大數(shù)據(jù)仍然是一個(gè)非常重要的話題。在水網(wǎng)中進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，大數(shù)據(jù)可幫助制定出更好的維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，對(duì)目前的計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到對(duì)管道閥門、渦輪機(jī)和水泵更好的監(jiān)控效果，預(yù)先得知潛在的故障原因，及時(shí)排除故障。

對(duì)此，西門子公司開發(fā)設(shè)計(jì)了水利專業(yè)領(lǐng)域中使用的水資源管理系統(tǒng)軟件Siwa，它是適用于水網(wǎng)管道、飲用水網(wǎng)絡(luò)和污水網(wǎng)絡(luò)使用的模塊化解決方案。這一智能化的水利技術(shù)管理軟件是基于西門子Simatic PCS 7上的過程控制軟件，有著內(nèi)容豐富的軟件模塊，可以靈活地組合在系統(tǒng)中使用運(yùn)行。根據(jù)不同使用要求，它支持用戶對(duì)給水供水過程進(jìn)行優(yōu)化，確定水網(wǎng)系統(tǒng)的泄漏點(diǎn)以及模擬水網(wǎng)系統(tǒng)管道。這一軟件系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，除了提供給水供水的可靠判斷外，還能有效地降低能耗，從而降低水利設(shè)施的運(yùn)行費(fèi)用。

Siwa Optim公司則是利用高效的水利設(shè)備運(yùn)行計(jì)劃來優(yōu)化水網(wǎng)運(yùn)行。包括有著很高生產(chǎn)能力的水利設(shè)備，如水泵、蓄水池和水廠等。經(jīng)驗(yàn)告訴我們，采用這一方法可以把給水供水的相關(guān)費(fèi)用減少15%。Siwa Leak和Siwa Leak Control是兩款能夠采集給水供水管網(wǎng)系統(tǒng)緩慢泄漏的管理軟件，作為現(xiàn)有控制系統(tǒng)和自動(dòng)化系統(tǒng)的補(bǔ)充，這些軟件工具能夠連續(xù)地向操作控制臺(tái)提供輸水管道的狀態(tài)信息，從而能在管道系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏時(shí)為堵漏措施決策提供準(zhǔn)確信息。

結(jié)語

產(chǎn)生水壓需要消耗能源，這是給水供水系統(tǒng)中最大的電力能源消費(fèi)。使用具有很高節(jié)能性能的水泵,結(jié)合智能化的控制條件技術(shù)就能夠節(jié)約能源費(fèi)用。自動(dòng)化的水網(wǎng)壓力管理系統(tǒng)所需條件遠(yuǎn)比水泵和閥門多得多，在IT技術(shù)支持的控制調(diào)節(jié)技術(shù)和智能化數(shù)據(jù)分析幫助下，可保證給水供水的可靠性和水網(wǎng)壓力的穩(wěn)定。

本文作者系PROCESS德文版特約撰稿人。