高揚(yáng)程電力提灌泵站節(jié)能降耗探索

寧琰娟

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400）

引言

節(jié)能降耗工程的全面建設(shè)，為我國(guó)打造節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展提供了重要支撐。基于節(jié)能減排的理念，高揚(yáng)程電力提灌泵站在建設(shè)期間，利用高效的節(jié)能技術(shù)，提升能源的利用效率，保障其良好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在進(jìn)行泵站節(jié)能降耗的相關(guān)分析時(shí)，要根據(jù)具體工程情況來(lái)找到適合于泵站節(jié)能減排的重要技術(shù)，滿足泵站節(jié)能減排的實(shí)際要求。

1 案例背景

該項(xiàng)目位于黃河上游，是一項(xiàng)具有較大引水能力的引水系統(tǒng)，該工程建設(shè)于20世紀(jì)70年代，將黃河水引入472 m高的旱塬，改善灌區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，具備良好的生態(tài)效益。但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間泵站水泵的使用，水泵的機(jī)械裝置出現(xiàn)了老化現(xiàn)象，能源消耗增加，工作效率降低。因此，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和工程的可持續(xù)發(fā)展，需找出該泵站高能耗的實(shí)際原因，并根據(jù)節(jié)能減排的量化指標(biāo)進(jìn)行分析，提出針對(duì)性的解決措施。

2 工程能耗產(chǎn)生的原因

2.1 機(jī)電設(shè)備老化情況分析

通過(guò)對(duì)電機(jī)與水泵進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，部分電機(jī)額定功率高、揚(yáng)程小，盡管具有很高的揚(yáng)程功率，但水泵長(zhǎng)度卻很短，導(dǎo)致了大量的能量消耗，難以全面提升水泵的具體運(yùn)行效率。

2.2 閥門的回水狀況十分嚴(yán)重

在水泵使用期間，由于長(zhǎng)時(shí)間的淤積，水泵損耗較大，并且由于出水閥部位的閥體受損，造成了大量返水[1]。另外，在泥沙的長(zhǎng)期沖刷作用下，會(huì)出現(xiàn)溝槽。如果溝槽不能閉合，會(huì)造成嚴(yán)重的閥返潮問(wèn)題。當(dāng)回流的水流量很大時(shí)，就會(huì)逆流到主機(jī)上，不僅會(huì)導(dǎo)致主機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行，也增加了主機(jī)運(yùn)行時(shí)的能耗量，甚至?xí)a(chǎn)生較為嚴(yán)重的安全事故。

2.3 出水拍門水頭的損失較大

水頭拍門也是水泵運(yùn)行期間常見(jiàn)的主要問(wèn)題，該問(wèn)題產(chǎn)生的原因在于水流的動(dòng)力。水泵一般是利用鑄鐵工藝制作的，質(zhì)量較大，在開(kāi)啟水泵期間，會(huì)受到大量的水流沖擊，容易影響機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行。為了抵擋水流的沖擊力，水泵在啟動(dòng)期間將產(chǎn)生巨大的能量消耗，水龍頭在長(zhǎng)期的流水沖擊下，也會(huì)受到損壞，而且抽水機(jī)的扇板也無(wú)法緊閉[2]。大量的水流也會(huì)形成倒流，長(zhǎng)時(shí)間的沖刷，必定會(huì)增加泵站運(yùn)行的能耗量。

3 泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的量化指標(biāo)

針對(duì)目前高揚(yáng)程電力提灌泵站的運(yùn)行需求，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，需了解目前多數(shù)泵站的能源消耗情況，再針對(duì)具體的能源消耗現(xiàn)狀制定科學(xué)的節(jié)能措施。

3.1 能源的單耗計(jì)算

在水利部門公布的8個(gè)節(jié)能目標(biāo)中，節(jié)能是其中之一，它反映了抽水1 000 t，揚(yáng)高1 m時(shí)的能耗。能量消耗由以下公式來(lái)表示：

式中：e為能源單耗，kWh/kt；E為一定時(shí)間內(nèi)消耗的總電量，kWh；V為一段時(shí)間內(nèi)的提水量，m3；Hg為一定時(shí)間內(nèi)平均凈揚(yáng)程，m；ρ為水密度，kg/m3；Q為單位時(shí)間內(nèi)泵站的平均流量，m3/s；t為運(yùn)行時(shí)間，h[3]。

從以上的計(jì)算公式可以看出，單位能耗與某段時(shí)期所耗的電力總量呈正比例關(guān)系，與提水量與平均揚(yáng)程呈反比例。因此，必須將減少能耗作為首要任務(wù)。

3.2 泵站裝置的效率分析

就整體泵站設(shè)備的效能而言，它可以看作是馬達(dá)、傳動(dòng)裝置、輸水管道及進(jìn)入池的效能之積，公式為：

式中：ρg為水重量，N/m3；QHst為一定時(shí)間內(nèi)泵流量揚(yáng)程，m；P1為軸泵功率，W。

另外，泵房的能耗與泵房效率的關(guān)系呈現(xiàn)反比特征，即：

基于此分析，降低泵站能耗的主要方法可以依據(jù)減少能源單耗和加強(qiáng)泵站效率等多個(gè)方面來(lái)實(shí)施，進(jìn)而提升泵站整體的經(jīng)濟(jì)效率[4]。

4 高揚(yáng)程電力提灌泵站節(jié)水措施分析

4.1 管路設(shè)計(jì)優(yōu)化

管路設(shè)計(jì)的優(yōu)化是保障高揚(yáng)程電力提灌泵站節(jié)能降耗的一項(xiàng)重要措施，只有使用符合規(guī)范的管道，才能夠有效降低整個(gè)泵站的能源消耗量。

1）在泵站日常運(yùn)行期間，需合理選擇使用的管道，保障管道管徑的參數(shù)處于合理范圍，并能夠滿足現(xiàn)有泵站的運(yùn)行需求，對(duì)管道成本加以控制。

2）在選擇管道時(shí)，以水泵站實(shí)際情況合理確定管道的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的[5]。

4.2 沉積池的設(shè)計(jì)

如圖1所示的沉積池，是高揚(yáng)程電力提灌泵站節(jié)能降耗的重要設(shè)計(jì)內(nèi)容。為了實(shí)現(xiàn)科學(xué)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，則需從以下幾個(gè)方面加以優(yōu)化。

圖1 沉積池

1）設(shè)計(jì)沉積池之前需先考察泵站周邊的環(huán)境。本次工程位于黃河上游區(qū)域，該區(qū)域中的泥沙量較多，會(huì)增加泵站能耗量。因此，有效控制其工程的含沙量是降低能耗的主要方式?？刹扇〕恋淼姆椒▉?lái)過(guò)濾泥沙，將黃河水引入該泵站工程[6]。隨后可充分利用所過(guò)濾后的泥沙，有效保護(hù)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。

2）可提升沉淀池與進(jìn)水口之間的距離，對(duì)前池和沉淀池采取隔離措施，且前池的深度不能高于沉淀池，促進(jìn)水資源過(guò)濾后快速進(jìn)入到泵站，保障整個(gè)泵站的穩(wěn)定運(yùn)行。控制進(jìn)水口與沉淀池出水口之間的距離，增加幾臺(tái)大流量的水泵，雖然成本會(huì)升高，但是其設(shè)備能耗會(huì)降低。

4.3 提升泵站裝置的效率

水泵運(yùn)行的效率是影響整個(gè)水泵效率的重要因素，因此，要保證泵站在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，抽水機(jī)的排水量能夠滿足設(shè)計(jì)要求，并對(duì)泵的有關(guān)零件進(jìn)行定期的檢查，如葉輪、軸套、泵殼體等，保障水泵出水量滿足要求[7]。

造成水泵零部件損壞的原因有很多，其中最主要的原因是氣蝕影響。本工程位于黃河上游，這種高揚(yáng)程的引水系統(tǒng)以黃河水為主要來(lái)源，黃河泥沙濃度高，大量砂石的沖刷不但會(huì)造成泵體損傷，而且還會(huì)造成零件汽蝕。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)，普通的抽水機(jī)在運(yùn)行4 000～4 500 h后，由于葉輪的進(jìn)水部存在嚴(yán)重的磨耗，造成葉板的厚度減薄，易產(chǎn)生“Z”形磨損、且口環(huán)的空隙及通道都有一定程度的磨損。在流動(dòng)通道的部位會(huì)有一個(gè)蜂窩形的磨蝕，此時(shí)口環(huán)之間的間隙明顯還會(huì)擴(kuò)大。而泵殼的兩側(cè)、靠近口環(huán)周邊位置一般會(huì)出現(xiàn)溝壑狀的磨損。因此，為了保障水泵能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，需定期檢查水泵的相關(guān)構(gòu)件，及時(shí)更換被氣蝕損壞的部件，避免造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)語(yǔ)

為了減少高揚(yáng)程電力提灌泵站的能源消耗量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的運(yùn)行目標(biāo)，需要根據(jù)目前各個(gè)泵站的運(yùn)行情況，找出合理有效的技術(shù)措施，在滿足泵站運(yùn)行效率的同時(shí)，提升整個(gè)泵站的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)泵站的可持續(xù)發(fā)展。