邵明廣

（淄博市引黃供水管理局，山東 淄博 255087）

節(jié)約能源是我國的一項(xiàng)基本國策，也是企業(yè)落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，加快企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加企業(yè)效益、增強(qiáng)企業(yè)核心競爭力的根本要求。為實(shí)現(xiàn)節(jié)約、創(chuàng)新、高效的行業(yè)發(fā)展，淄博市引黃供水公司在生產(chǎn)運(yùn)行管理中，強(qiáng)化措施，注重實(shí)效，以科學(xué)技術(shù)為指導(dǎo)，不斷采用新工藝、新材料、新設(shè)備，加大了節(jié)能技改力度。

供水企業(yè)最大的耗能為電能，所消耗的大部分電量是用來維持供水水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。以一般的城鎮(zhèn)供水水廠而言，泵站消耗的電費(fèi)占制水成本的40%～70%，甚至更多。因此，搞好供水系統(tǒng)的節(jié)能工作，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的意義。為此，淄博市引黃供水有限公司對(duì)現(xiàn)有運(yùn)行泵組電耗進(jìn)行了認(rèn)真分析，排查原因，發(fā)現(xiàn)在滿足供水條件下，有很大的節(jié)能空間。為有效降低電耗，連續(xù)幾年陸續(xù)采取了水泵噴涂、機(jī)組變頻、水泵換型等一系列的節(jié)能技改措施，這幾項(xiàng)改造技術(shù)所帶來的節(jié)電效果，現(xiàn)已得到了充分的驗(yàn)證。

1 水泵噴涂技術(shù)

1.1 水泵泵體狀況

水泵經(jīng)過多年的運(yùn)行后，受運(yùn)行環(huán)境的影響，泵的過流部件如葉輪、殼體等都遭受了不同程度的侵害，如：氣蝕、磨損及化學(xué)腐蝕等，進(jìn)而葉輪出現(xiàn)溝槽、凹坑、蜂窩狀脫落破壞，泵的流道部位表面比較粗糙，水泵內(nèi)流體流過時(shí)阻力較大，影響泵的運(yùn)行效率，能耗不斷增加。

1.2 水泵噴涂

2008年，通過對(duì)目前市場上，能夠改善流體設(shè)備表面粗糙度的涂層材料進(jìn)行研究和分析，決定采用美國貝爾佐納公司出品的Belzona1341（NSF)高分子復(fù)合材料。Belzona1341（NSF)是一種應(yīng)用于飲水系統(tǒng)的涂層材料，可修補(bǔ)流體設(shè)備的腐蝕表面，減小流體表面粗糙度，減少渦流的產(chǎn)生，具有耐磨、抗腐蝕、粗糙度小的特性，有利于提高水泵效率，降低水泵功率消耗。為保證噴涂效果，首先在凈水廠進(jìn)行了涂覆試驗(yàn)，凈水廠10#泵涂覆施工歷時(shí)8d，中間包括泵的拆安、構(gòu)件內(nèi)表面噴砂、Belzona1341（NSF)材料的涂刷、試車等。

1.3 改造效果分析

涂覆施工完成后進(jìn)行了試運(yùn)行，在出口閘閥開度保持不變的情況下，改造前后水泵運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1、表 2示。

表1 10#泵改造前運(yùn)行數(shù)據(jù)

表2 10#泵改造后運(yùn)行數(shù)據(jù)

通過表1、表2的數(shù)據(jù)分析比較，改造后電機(jī)運(yùn)行電流平均下降6.2%，電基平均下降8.8%。涂覆后提高了水泵葉輪及泵殼內(nèi)壁表面的光潔度，改善了水泵的水流條件，降低了水力損失和機(jī)械損失，使水泵效率提高了2.5%。

為進(jìn)一步推廣該技術(shù)，2008年下半年又先后對(duì)水庫泵站的8#供水泵組、凈水廠2#、7#泵組、配水廠2#、3#、10#、11#泵組均進(jìn)行了涂覆。通過涂覆前后運(yùn)行數(shù)據(jù)比較，改造前配水廠6、7、8月電基平均值為245.60kW·h/km3，改造后9、10月電基平均值為221.76kW·h/km3，電基平均下降9.7%。

2 水泵變頻調(diào)速改造

2.1 供水現(xiàn)狀

為適應(yīng)現(xiàn)有的供水情況（現(xiàn)在的供水量12萬m3/d遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)供水規(guī)模25萬m3/d），向凈水廠送水時(shí)水庫泵站采取調(diào)節(jié)水泵出口閥門開度來調(diào)節(jié)送水量。

在實(shí)際運(yùn)行中，由于水庫泵站6#、8#水泵出口閥門開度較小時(shí)，水泵出現(xiàn)嚴(yán)重震動(dòng)現(xiàn)象，所以，泵站向凈水廠送水的運(yùn)行方式為：6#、8#水泵出口閥門開至35°送水（送水量6000m3/h左右），但公司的供水量現(xiàn)在一般在11～12萬m3/d，為此，泵站需開啟9#閥門，將一部分水送至凈水廠，以滿足公司供水要求，剩余部分水送至水庫。

這種方式運(yùn)行，水泵經(jīng)常處于憋閥狀態(tài)，效率較低，而且分水方式，浪費(fèi)資源，不利于節(jié)能。

另一方面，由于各需水用戶在不同時(shí)段的用水量變化較大，時(shí)變化系數(shù)一般在1.37左右，配水廠需要頻繁調(diào)節(jié)出水閥門的開度，來滿足用戶的需求。而通過調(diào)節(jié)閥門開度方式調(diào)節(jié)流量必然會(huì)造成能源的浪費(fèi)。為此，采用變頻技術(shù)來調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，避免分水電耗和憋閥運(yùn)行，無疑是一種較好的選擇。

2.2 配水廠變頻改造

為保證變頻調(diào)速改造的順利實(shí)施，并能夠有效達(dá)到節(jié)能降耗和安全運(yùn)行的目的，通過認(rèn)真分析泵組運(yùn)行現(xiàn)狀，編制了《配水廠送水泵房變頻調(diào)速改造方案》。

通過對(duì)多家同類用戶和變頻器生產(chǎn)廠家的考察，公司選用了北京利德華福公司生產(chǎn)的HARSVERT-A-06型變頻器。該變頻器采用多電平串聯(lián)技術(shù)，主要由移相變壓器、功率單元和控制器組成，為電壓源型高-高結(jié)構(gòu)，高壓直接輸出，不需要升壓變壓器，對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力強(qiáng)。而且具有功率單元自動(dòng)旁路的功能，線電壓能夠保持自動(dòng)均衡，在旁路故障功率單元的同時(shí)，將三相電壓的中心點(diǎn)進(jìn)行漂移，以保證三相輸出的線電壓對(duì)稱。

2009年，在配水廠送水泵房配電室東側(cè)建造變頻器室，室內(nèi)安裝1臺(tái)HARSVERT-A-06/100型變頻器，分別拖動(dòng)張店供水水泵、辛店供水水泵各1臺(tái)；安裝1臺(tái)HARSVERT-A-06/045型變頻器，拖動(dòng)周村供水水泵2臺(tái)，2臺(tái)高壓變頻器于2010年4月28日正式投入運(yùn)行。

2.3 水庫泵站變頻改造

為進(jìn)一步降低能耗，改變現(xiàn)有運(yùn)行方式，2010年3月，公司確定安裝1臺(tái)HARSVERT-A-06/100型變頻器，分別拖動(dòng)6#、8#機(jī)組。這樣可有效改變水庫現(xiàn)在的運(yùn)行方式，提高機(jī)組效率，避免無效分水所造成的電耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2010年7月，在配水廠變頻器運(yùn)行的基礎(chǔ)上，水庫泵站開始實(shí)施變頻改造，經(jīng)過1個(gè)月的緊張安裝調(diào)試，水庫泵站6#、8#機(jī)組高壓變頻改造工程全部結(jié)束，并正式帶載運(yùn)行。

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證變頻器的應(yīng)用效果，在不影響供水的情況下，配水廠對(duì)泵組運(yùn)行做了變頻器應(yīng)用前后的對(duì)比試驗(yàn)，按照正常的供水量，運(yùn)行一大一小2臺(tái)機(jī)組。

2.4.1 試驗(yàn)一

將小泵機(jī)組調(diào)節(jié)至最大出水流量1900m3/h，大泵在不同出水量時(shí)，分別測得工頻運(yùn)行時(shí)機(jī)組的輸入電流和變頻運(yùn)行時(shí)變頻器的輸入電流，通過計(jì)算得到節(jié)能百分比，如表3所示。

表3 大泵試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)

2.4.2 試驗(yàn)二

將大泵機(jī)組調(diào)節(jié)至最大出水流量4000m3/h，小泵在不同出水量時(shí)，分別測得工頻運(yùn)行時(shí)機(jī)組的輸入電流和變頻運(yùn)行時(shí)變頻器的輸入電流，通過計(jì)算得到節(jié)能百分比，如表4所示。

表4 小泵試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，變頻器在大多數(shù)工況條件下都有明顯的節(jié)能效果，但在接近50Hz時(shí)節(jié)能效果不明顯，在工頻運(yùn)行時(shí)不但不能節(jié)能，還會(huì)增加能耗，這是因?yàn)樽冾l器內(nèi)部的移相變壓器和功率模塊消耗了一部分能量。由于生產(chǎn)工藝和機(jī)組運(yùn)行方式所決定，變頻器在30Hz以下運(yùn)行時(shí)泵組不能出水，一般運(yùn)行在38Hz以上。

2.5 改造效果分析

機(jī)組變頻改造后與改造前工頻運(yùn)行對(duì)比，有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：

一是泵站向凈水廠出水流量保持在4500m3/h時(shí)，有功功率從840kW降至360kW左右，減少有功消耗約55%。水庫泵站2009—2011年工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行時(shí)機(jī)組耗電量的統(tǒng)計(jì)如表5示，由表5可以看出，2011年變頻運(yùn)行后供水電基明顯降低，節(jié)能效果非常顯著。

表5 2009—2011年水庫泵站機(jī)組耗電量統(tǒng)計(jì)

二是變頻調(diào)節(jié)流量替代了憋閥限流的運(yùn)行方式，變頻器對(duì)電機(jī)實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大大減小，由于對(duì)機(jī)組幾乎沒有沖擊，相應(yīng)延長了設(shè)備的使用壽命。

三是電機(jī)定子電流從94A降至34A，電機(jī)定子線圈溫度從70℃降至48℃，減緩了電機(jī)的老化速度，提高了使用壽命；四是利用變頻器的壓力閉環(huán)控制功能，可對(duì)供水管道起到有效的保護(hù)作用。

3 泵組改造

凈水廠送水泵房原泵組是按日供水50萬m3/d設(shè)計(jì)的，但目前供水量僅為11～12萬m3/d，水泵實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了高效區(qū)，造成了能源浪費(fèi)和設(shè)備運(yùn)行的不穩(wěn)定，為節(jié)約電能，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和供水保證率，于2011年對(duì)凈水廠3#、7#泵組實(shí)施了改造。

3.1 泵型選擇

3#、7#原水泵型號(hào)為24Sh-9J，出流量Q為2 664m3/h，揚(yáng)程H為40m；配套電機(jī)：Y450-8，功率N為400kW。根據(jù)現(xiàn)供水情況，通過計(jì)算分析，將水泵換型為24Sh—28，出流量Q為2880m3/h，揚(yáng)程H為21m；配套電機(jī)：Y355-6，功率N為250kW，原有微阻緩閉止回閥更換為JD745X型多功能水泵控制閥，其余泵前、泵后各閥門不變。同時(shí)，為保證水泵的正確安裝和施工方便，在設(shè)計(jì)泵組安裝圖時(shí)，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際尺寸和泵組圖紙尺寸的比對(duì)計(jì)算，在原水泵和電機(jī)的混凝土基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造。電機(jī)基礎(chǔ)是在原基礎(chǔ)上增焊32d槽鋼支架，保證安裝高度，焊接后，補(bǔ)澆混凝土。

3.2 改造效果分析

通過對(duì)原泵組和新泵組運(yùn)行的耗電量統(tǒng)計(jì)，新泵組節(jié)電效果非常明顯。運(yùn)行原泵組平均電耗約為105.5kW·h/km3，運(yùn)行新泵組平均電耗約為77.37 kW·h/km3，按平均每天供水12萬m3計(jì)算，每天可節(jié)電3375.6kW·h，每年節(jié)電123.21萬kW·h。

4 結(jié)語

通過這幾年的節(jié)能技術(shù)改造，改造前與改造后相比，水庫泵站、凈水廠、配水廠年泵組供水電基都有明顯的下降，如果按日供水12萬m3/d考慮，2010年比2009年節(jié)電88.74萬kW·h，2011年比2010年節(jié)電143.44萬kW·h，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，不斷進(jìn)行的節(jié)能改造，經(jīng)濟(jì)效果非常顯著。