馬世波

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

葫蘆島市平山供水工程是葫蘆島市新區(qū)用水的兩個(gè)供水水源之一，是將六股河原水，通過(guò)加壓提升后輸送至葫蘆島新區(qū)凈水廠，工程設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn) m3/d，線路總長(zhǎng)度約67.90 km，采用壓力管道+無(wú)壓明渠聯(lián)合輸水。取水泵站位于葫蘆島市興城市，采取河道擋水引至吸水前池，水泵從吸水前池直接取水，取水泵站于1999年投產(chǎn)運(yùn)行，設(shè)有臥式雙吸離心泵4臺(tái)(3用1備)，型號(hào)為350S/125，其中變頻水泵1臺(tái)，恒速水泵3臺(tái)。

受限于凈水廠運(yùn)行規(guī)則，取水泵站常年的輸水流量為5～8萬(wàn) m3/d，導(dǎo)致取水泵站運(yùn)行工況一直無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)模，造成取水泵站的運(yùn)行工況與原設(shè)計(jì)工況有較大的偏差，現(xiàn)狀水泵已經(jīng)很難滿(mǎn)足目前的運(yùn)行工況。此外現(xiàn)場(chǎng)水泵及電機(jī)已經(jīng)運(yùn)行15 a，設(shè)備老化等情況較嚴(yán)重。因此從保證供水安全性以及節(jié)能等方面考慮，急需對(duì)該泵站進(jìn)行技術(shù)改造。

1 泵站概況及存在問(wèn)題

1.1 現(xiàn)狀水泵概況

現(xiàn)狀水泵及電機(jī)資料如下：

(1)水泵資料

型號(hào)：350S/125；額定流量：1 260 m3/h；額定揚(yáng)程：1 25 m；額定轉(zhuǎn)速：1 480 r/min；效率：80%；汽蝕余量：5.5 m；軸功率：536 kW；出廠日期：1999年。

(2)電機(jī)資料

型號(hào)：YJS500-4；額定轉(zhuǎn)速：1 480 r/min；額定功率：710 kw；額定電壓：10 kV；額定電流：47.92 A；功率因數(shù)：0.893；出廠日期：1999年。

取水泵站吸水前池水位高程為80.8 m，最低水位為79.80 m，水泵軸線安裝高程為77.8 m。最高日運(yùn)行工況時(shí)水泵后出口壓力高程為180.0 m。

1.2 現(xiàn)狀運(yùn)行存在主要問(wèn)題

1.2.1 水泵出口閥門(mén)、水泵葉輪及泵殼氣蝕現(xiàn)象較嚴(yán)重

由于常年運(yùn)行工況遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)供水量，并且每日運(yùn)行流量都有所不同，因此需要頻繁調(diào)整水泵運(yùn)行方式，此種運(yùn)行工況最佳的運(yùn)行方式為水泵變頻運(yùn)行，而現(xiàn)狀平山取水泵站僅有一臺(tái)變頻水泵，無(wú)法實(shí)現(xiàn)變頻供水的運(yùn)行方式。為了實(shí)現(xiàn)每日的運(yùn)行工況，管理單位采用了變頻水泵+恒速水泵聯(lián)合調(diào)整泵后閥門(mén)開(kāi)度的方式運(yùn)行，由于恒速泵的運(yùn)行流量較大、揚(yáng)程較高，為消掉富余的揚(yáng)程，必須調(diào)整恒速泵后閥門(mén)開(kāi)度，以便使水泵揚(yáng)程匹配。結(jié)合管理單位反映，目前該泵站主要存在如下幾方面的問(wèn)題：

(1)運(yùn)行方式繁瑣，靈活性較差。

(2)已嚴(yán)重影響了水泵出口閥門(mén)使用壽命，長(zhǎng)期的小開(kāi)度運(yùn)行，水泵出口閥門(mén)已產(chǎn)生了較嚴(yán)重汽蝕。

(3)已嚴(yán)重影響了恒速水泵的葉輪的使用壽命，平均約每3個(gè)月需要對(duì)葉輪進(jìn)行小修一次，每6個(gè)月需要對(duì)葉輪進(jìn)行大修一次。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)更換的葉輪的觀察，發(fā)現(xiàn)在葉輪表面上有大量蜂窩狀破損及較大直徑的貫通空洞，說(shuō)明該水泵在運(yùn)行過(guò)程中，葉輪表面承受著很大的局部空化作用，發(fā)生過(guò)較嚴(yán)重的汽蝕現(xiàn)象。葉輪照片見(jiàn)圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)更換葉輪圖片

(4)已嚴(yán)重影響了恒速水泵的蝸殼的使用壽命，在檢修和更換葉輪時(shí)，發(fā)現(xiàn)泵殼內(nèi)表面也局部存在蜂窩狀裂縫和剝落，雖然沒(méi)有葉輪的情況嚴(yán)重，但對(duì)運(yùn)行安全也存在很大的隱患，容易發(fā)生泵殼被擊穿的危險(xiǎn)事故。

1.2.2 能耗浪費(fèi)嚴(yán)重

目前平山取水泵站運(yùn)行所采用的變頻水泵+恒速水泵聯(lián)合調(diào)整泵后閥門(mén)開(kāi)度的方式運(yùn)行，主要是依靠減少泵出口閥門(mén)開(kāi)度，增加閥門(mén)阻力來(lái)克服恒速泵和變頻泵運(yùn)行揚(yáng)程不匹配問(wèn)題，運(yùn)行中功率損耗較大，存在較嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。

表1 單臺(tái)水泵更換運(yùn)行費(fèi)對(duì)比表

2 水泵改造方案及效果分析

本次泵站技術(shù)改造中，針對(duì)泵站目前存在的問(wèn)題，分別對(duì)水泵更換、增加變頻器臺(tái)數(shù)方案以及泵后閥門(mén)更換選型等幾方面效果進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證分析，具體如下。

2.1 水泵更換方案確定及效果分析

現(xiàn)場(chǎng)水泵及電機(jī)運(yùn)行已經(jīng)15 a左右，受技術(shù)及當(dāng)時(shí)加工制造水平的限制，電機(jī)和水泵的效率均較低，電機(jī)制冷效果也出現(xiàn)了下降，導(dǎo)致電機(jī)和水泵的損耗功率較大，本次改造時(shí)擬將4臺(tái)水泵全部更換為高效節(jié)能型水泵，改造前后水泵的運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表1所示。

通過(guò)表1的計(jì)算結(jié)果可以得出，更換水泵后，水泵效率提高了5.5%，單臺(tái)水泵年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約17.65萬(wàn)元，節(jié)能效果較明顯。

2.2 變頻器改造方案確定及效果分析

根據(jù)運(yùn)行單位調(diào)度運(yùn)行規(guī)則，當(dāng)供水量小于1 260 m3/h時(shí)，采用直接啟動(dòng)變頻水泵(4#水泵)供水；當(dāng)供水量超過(guò)1 260 m3/h時(shí)，將啟動(dòng)恒速泵+變頻水泵聯(lián)合運(yùn)行，并且恒速水泵需要憋閥運(yùn)行。每次流量調(diào)整，都要進(jìn)行大量調(diào)整工作，動(dòng)作繁瑣，且由于憋閥運(yùn)行的存在，存在較大的能源浪費(fèi)。本次改造時(shí)重點(diǎn)以有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際運(yùn)行工況來(lái)對(duì)不同變頻器臺(tái)數(shù)水泵方案進(jìn)行了詳細(xì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，具體見(jiàn)表2所示。

通過(guò)表2的計(jì)算結(jié)果得出：全變頻水泵方案年運(yùn)行費(fèi)用最低，現(xiàn)狀配置方案運(yùn)行費(fèi)用最高，因此全變頻方案從經(jīng)濟(jì)上是運(yùn)行費(fèi)用最優(yōu)的方案，且在小流量工況時(shí)全變頻方案經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)將更加顯著；從技術(shù)角度分析，全變頻方案各臺(tái)水泵可互為備用，可實(shí)現(xiàn)靈活切換，方便運(yùn)行調(diào)度管理，增加供水安全性。綜合分析，本次技術(shù)改造中變頻器改造確定采用全變頻改造方案。

表2 不同變頻器臺(tái)數(shù)水泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)比較表

2.3 泵后回止閥改造

從平山泵站運(yùn)行以來(lái)情況看，泵站的停泵及再啟泵，都存在停泵水錘和啟泵水錘，致使輸水管道處于正壓及負(fù)壓波動(dòng)劇烈問(wèn)題，影響了供水的安全性。

本次改造設(shè)計(jì)首先對(duì)輸水系統(tǒng)進(jìn)行了水力過(guò)渡過(guò)程分析，通過(guò)對(duì)各種供水工況的計(jì)算發(fā)現(xiàn)突然停泵時(shí)，泵后會(huì)發(fā)生直接水錘，管道將大量進(jìn)氣；啟泵時(shí)由于管道內(nèi)存有大量氣體，致使啟泵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或產(chǎn)生汽水彌合水錘。實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生過(guò)通水1 d后，產(chǎn)生爆管事故。

經(jīng)過(guò)對(duì)泵后止回閥多類(lèi)型分析，并結(jié)合水力過(guò)渡過(guò)程模擬計(jì)算結(jié)果，將泵后現(xiàn)狀液控緩閉止回閥改為新型空氣阻尼止回閥，并給出了該閥門(mén)的建議關(guān)閉規(guī)律，即第一階段2S末關(guān)閉到95%開(kāi)度，10 s末全部關(guān)閉。

3 結(jié)語(yǔ)

本次改造后該泵站達(dá)到了 “脫胎換骨”的變化，實(shí)現(xiàn)了水泵啟動(dòng)、停止與相關(guān)閥門(mén)操作自動(dòng)運(yùn)行，達(dá)到系統(tǒng)一鍵式自動(dòng)化運(yùn)行，使泵站和輸水管道運(yùn)行更安全，并達(dá)到節(jié)能目的。

目前，該工程已改造完成并運(yùn)行近1年時(shí)間，其運(yùn)行情況良好，能耗指標(biāo)有較大的下降，取得了較好的改造效果。