水廠水泵變頻調(diào)速技改方案及節(jié)能效益分析

許星輝

（湘鄉(xiāng)市供水管理處 湖南 湘鄉(xiāng) 411400）

0 引言

水泵是水廠供水系統(tǒng)中的核心部分，它運(yùn)行的安全性和可靠性都會(huì)在很大程度上影響到水廠供水服務(wù)質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)水廠運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效益帶來很大的影響。在水廠的供水系統(tǒng)中，水泵是消耗較多的一個(gè)環(huán)節(jié)，所以，水泵所需要的投資成本相對(duì)來說比較高。而要想在有效控制水泵投資成本的同時(shí)，準(zhǔn)確掌握管網(wǎng)壓力，有效的調(diào)整水泵出口節(jié)流閥開度，并完成水量調(diào)節(jié)等工作，水廠就需要采取合理的措施，對(duì)變頻調(diào)速技能進(jìn)行改造升級(jí)，進(jìn)而提高水廠供水的安全性和可靠性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

1 水泵變頻調(diào)速的必要性

一般來說，供水系統(tǒng)的供水量會(huì)受到外界各方面因素的影響而發(fā)生一定變化，而且是極不均衡的。通常情況下，水廠主要是根據(jù)最高用水量來選擇符合需求和規(guī)定能力的供水水泵；在水泵揚(yáng)程的選擇方面，水廠需考慮管網(wǎng)能量與水泵凈揚(yáng)程之和，然后再做出合理的選擇，而且，水廠需要采取科學(xué)的手段，保障水泵運(yùn)行中的最高揚(yáng)程。另外，水量的預(yù)測具有不準(zhǔn)確性，而要想確保水泵運(yùn)行的安全性和可靠性，水廠所選擇的水泵流量及其揚(yáng)程都會(huì)有一定的富余量，而且富余量也是不相同的。除此之外，從建成供水系統(tǒng)，到供水系統(tǒng)能力到達(dá)規(guī)定要求，這需要一個(gè)過渡期，而這個(gè)過渡期的時(shí)長取決于供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模，而且其他各方面的因素的影響也會(huì)對(duì)過渡期時(shí)長帶來一定影響?？傊?，水廠水泵實(shí)際運(yùn)行的工況點(diǎn)往往會(huì)偏移高效區(qū)。所以，水廠需要安排人員對(duì)其運(yùn)行工況點(diǎn)進(jìn)行控制，必要時(shí)需要做出改變，進(jìn)而更好的適應(yīng)水泵管網(wǎng)中流量和壓力的變化，進(jìn)一步提高水廠供水服務(wù)效率。

2 水泵調(diào)速技術(shù)的優(yōu)越性分析

就目前而言，我國水廠生產(chǎn)以及大部分工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)中，水泵變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，而且也為企業(yè)贏得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在多年的運(yùn)行和使用過程中，水廠和相關(guān)技術(shù)人員也總結(jié)和積累了豐富的水泵運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目標(biāo)。水廠現(xiàn)階段使用的水泵變頻調(diào)速技術(shù)不僅可以確保設(shè)備機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，而且其操作也變得更加簡單，這樣以來，相關(guān)人員的管控工作也會(huì)變得更加便捷，效率也會(huì)有所提高。近幾年來，在計(jì)算技術(shù)的推動(dòng)下，我國大部分水廠水泵變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化管理，這不僅有效的提高了水廠供水服務(wù)質(zhì)量，而且也增加了水廠的經(jīng)濟(jì)效益。另外，水泵調(diào)速技術(shù)有效的實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)。隨著水泵變速技術(shù)的進(jìn)一步普及，水廠生產(chǎn)的能耗不斷降低，但水泵的應(yīng)用仍需要比較多的電力設(shè)備等，這就需要水廠投入大量的成本，要想獲得長遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，水廠仍需要對(duì)水泵調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造。

3 影響水泵變頻調(diào)速節(jié)能效果的主要因素

在改造水泵變頻調(diào)速技術(shù)的過程中，其節(jié)能效果往往會(huì)受到多個(gè)方面因素的影響。首先，水泵的最佳運(yùn)行狀況，也就是水泵效率較高的狀態(tài)是水泵運(yùn)行工況點(diǎn)沿管路特性曲線變化時(shí)，而這時(shí)的管路的壓力相對(duì)來說比較合理。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，水泵的變頻調(diào)速無法保障其運(yùn)行工況始終處于合格標(biāo)準(zhǔn)或者高效區(qū)內(nèi)。而如果水泵電機(jī)出現(xiàn)輸出功率過度偏移的問題，電機(jī)效率就會(huì)受到很大的影響，快速下降，同時(shí)，如果水泵電機(jī)工作頻率過低，電機(jī)的效率也會(huì)受到很大的影響，這也就無法實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。所以，水泵調(diào)速范圍過大會(huì)在很大程度上影響到水泵電機(jī)及其自身的效率，進(jìn)而導(dǎo)致水泵變頻調(diào)速技能效果不佳。

其次，多臺(tái)水泵并聯(lián)供水系統(tǒng)是我國各地水廠比較常見的，而且這種供水系統(tǒng)聯(lián)合了調(diào)速泵和定速泵進(jìn)行供水。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于定速泵的因素，調(diào)速泵的調(diào)速范圍會(huì)受到很大影響。而隨著水泵的不斷運(yùn)行，變頻泵調(diào)速范圍最大的情況是其工況點(diǎn)在水泵高效區(qū)最右端；而工頻泵調(diào)速范圍最大的情況是工況點(diǎn)若最左端。由于同型號(hào)水泵的調(diào)速和定速的要求完全相反，供水系統(tǒng)中多臺(tái)水泵并列運(yùn)行會(huì)在很大程度上影響到定速泵的效率。

另外，在應(yīng)用水泵變頻調(diào)速技術(shù)的過程中，水廠通常會(huì)采用兩種流量供水方式，分別是恒壓和變壓。一般來說，變壓供水的工況點(diǎn)會(huì)發(fā)生一定的移動(dòng)情況。但使用這兩種供水方式進(jìn)行供水時(shí)，恒壓供水沒有考慮到能耗的問題，所以，恒壓供水方式的經(jīng)濟(jì)性相對(duì)來說比較差。因此，調(diào)速供水方式的不同會(huì)對(duì)節(jié)能效果帶來很大的影響。

4 水泵調(diào)速運(yùn)行情況分析

為了更好的確保水泵在長期運(yùn)行中處于高效工況區(qū)，水廠往往需要根據(jù)具體的情況而采取不同的調(diào)節(jié)方式，進(jìn)而改變水泵運(yùn)行的工況點(diǎn)，這樣一來，水廠僅以實(shí)現(xiàn)水泵運(yùn)行的節(jié)能目的。假設(shè)水泵在額定運(yùn)轉(zhuǎn)速度條件下運(yùn)行時(shí)，其揚(yáng)程特性和管阻特性交點(diǎn)就是水泵額定運(yùn)轉(zhuǎn)的工況點(diǎn)，而此時(shí)的水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度一直是額定全速的。根據(jù)水廠供水系統(tǒng)的需求和要求，當(dāng)水泵的流量需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，一般有兩種調(diào)節(jié)方式，分別是調(diào)整水泵出口節(jié)流閥開度和變頻調(diào)速。首先，在采用調(diào)整水泵出口節(jié)流閥開度進(jìn)行流量調(diào)節(jié)時(shí)，其轉(zhuǎn)速一直處于額定轉(zhuǎn)速，而且水泵揚(yáng)程特性的變化非常小。所以，通過調(diào)整水泵出口節(jié)流閥開度可以實(shí)現(xiàn)水泵流量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，而且管阻特性和水泵工況點(diǎn)，及其軸功率的變化都比較小。另外，與節(jié)流閥調(diào)節(jié)原理剛好相反，變頻調(diào)速不僅可以保持原管阻特性，而且可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速及其揚(yáng)程特性，這樣對(duì)實(shí)現(xiàn)水泵流量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)有一定推動(dòng)作用。總的來說，對(duì)大功率水泵進(jìn)行變頻調(diào)速技改和生積，不僅可以維持管網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，而且水泵轉(zhuǎn)速也可以得到很好的控制，進(jìn)而使水廠實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

5 水泵變頻調(diào)速技改方案分析

我國不同地區(qū)的水廠用戶類型比較多，而且各方面的用水量比較多，所以，水廠供水管網(wǎng)相對(duì)來說比較復(fù)雜，水流量和水壓波動(dòng)都比較大。雖然水廠常用的節(jié)流閥調(diào)節(jié)等方案能夠有效的確保水泵調(diào)速的可靠性和節(jié)能經(jīng)濟(jì)性，但已經(jīng)無法滿足現(xiàn)在水廠精細(xì)化調(diào)節(jié)和高質(zhì)量供水服務(wù)的需求。所以，某水廠結(jié)合其工程特性，為了滿足供水高峰和低谷期間多臺(tái)水泵輪流工作，并實(shí)現(xiàn)多臺(tái)水泵的協(xié)調(diào)運(yùn)行。該水廠在改造調(diào)速技術(shù)中，采用了“一拖三”的變頻調(diào)速方案，選用的是“HD-3000 型”水泵循環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)，和1 面3 泵循環(huán)控制柜。在水泵變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中，水廠相關(guān)工作人員在供水控制器中輸入了管網(wǎng)預(yù)設(shè)壓力值，并采集了壓力信號(hào)間的差值，再經(jīng)過運(yùn)算得出頻率差值，然后合理的改變水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水泵揚(yáng)程特性的平穩(wěn)過渡。

6 水泵變頻調(diào)速技改的節(jié)能效益分析

經(jīng)過對(duì)水泵變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和改造之后，水泵運(yùn)行中節(jié)能效益的效果還是十分明顯的。在節(jié)能降耗方面，水泵配水能耗和綜合配水能耗都在不斷降低。一般來說，4-9 月是用水高峰期，多臺(tái)水泵在長時(shí)間運(yùn)行之后會(huì)導(dǎo)致能耗不斷增加，但經(jīng)過技術(shù)改造之后，用水高峰期的能耗相比以前有所減少，水廠整體節(jié)能降耗的效果也不斷提高。節(jié)電方面，在同一供水時(shí)段，改造后的水泵運(yùn)行電流和出口壓力以及頻率等都有所降低，而且水廠水泵運(yùn)行的條件也得到了明顯的改善。在供水服務(wù)質(zhì)量方面，通過對(duì)水泵變頻調(diào)速技術(shù)的改造，管網(wǎng)壓力恒定以及供水服務(wù)的質(zhì)量都有所提高，而且，水廠也有效的避免了突發(fā)性爆管事故的發(fā)生，進(jìn)一步提高了水廠供水的安全性和可靠性。

7 結(jié)束語

結(jié)合技術(shù)改造之后的運(yùn)行效果，我們可以看出，水泵變頻調(diào)速不僅可以更好地滿足企業(yè)日常生產(chǎn)工藝的具體需求，而且可以有效的解決水廠水泵運(yùn)行效率較低，運(yùn)行消耗高等一系列問題。同時(shí)，通過改造水泵變頻調(diào)速技術(shù)，水廠及相關(guān)行業(yè)不僅可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)，而且也可以使水泵機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性得到充分的保障，進(jìn)而降低了設(shè)備及相關(guān)附近的維修費(fèi)用，從而給水廠帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)水廠水泵變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行改造是很有必要的，這不僅符合國家節(jié)能減排的政策，而且也對(duì)企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展起到了推動(dòng)作用。