印麗娟,陳雙圓,胡 曦,江如春

(江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200)

近年來(lái),我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展離不開水利工程的建設(shè)，水利泵站不僅承擔(dān)著各地居民的供水調(diào)水任務(wù)，還承擔(dān)著農(nóng)業(yè)灌溉和洪澇排水的責(zé)任，可以說(shuō)其是一項(xiàng)具有較高綜合性的工程[1]。我國(guó)水利泵站無(wú)論是數(shù)量還是規(guī)模都遠(yuǎn)超世界其他國(guó)家，但由于管理模式陳舊，技術(shù)不夠先進(jìn)成熟，因此我國(guó)各地水利泵站都存在運(yùn)行效率低效和資源浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題。

1 我國(guó)水利泵站目前的能耗分析

對(duì)于我國(guó)各地城鎮(zhèn)地區(qū)來(lái)說(shuō)，水利泵站是為各區(qū)域運(yùn)輸水資源的重要組成，也是保證城鎮(zhèn)居民用水、有效利用水資源的必要條件。在水利泵站的日常運(yùn)行之中，其耗能類型可以大致分為直接能耗和間接能耗兩種，隨著近年來(lái)節(jié)能減排理念在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的不斷滲入，目前也有將水利泵站能耗分為不必要能耗和必要能耗這兩種類型[2]。通常情況會(huì)將水利泵站在抽水過(guò)程中產(chǎn)生的能源消耗視作直接能耗，也是必要能耗。而在建設(shè)水利泵站的過(guò)程中，需要投入使用到水泥、鋼材等輔助材料設(shè)備，因此一般將建設(shè)過(guò)程由輔助建設(shè)設(shè)備、材料所產(chǎn)生的能源消耗視作間接能耗。間接能耗在大部分水利泵站中占據(jù)的能耗比例非常大，因此在思考如何進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化的時(shí)候主要是針對(duì)這部分能耗進(jìn)行設(shè)計(jì)，也是整個(gè)水利泵站節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的部分[3]。除了直接能耗和間接能耗之外，水利泵站在運(yùn)行的過(guò)程中所產(chǎn)生的必要能耗和不必要能耗也存在明顯的不同，水利泵站的運(yùn)行目的是為了將存儲(chǔ)的水資源運(yùn)輸給需要供水的區(qū)域，因此在整個(gè)水資源的運(yùn)輸期間必然會(huì)產(chǎn)生大量的能量消耗，而由于這些必要能耗是不能避免且不能節(jié)省的，所以對(duì)水利泵站進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)主要還是需要從不必要能耗入手。

2 水利泵站節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

對(duì)于水利泵站的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要水利泵站前期的設(shè)計(jì)建設(shè)、中后期的投入使用實(shí)際情況，了解水利泵站在正常運(yùn)行的各個(gè)流程之中產(chǎn)生的能耗具體原因，并根據(jù)不必要能耗產(chǎn)生的因素進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)水利泵站的節(jié)能降耗目的。

2.1 合理選擇水泵設(shè)備

水泵設(shè)備選擇工作是水利泵站前期建設(shè)重要組成部分，水泵設(shè)備的優(yōu)劣也會(huì)直接影響到水利泵站前期建設(shè)所消耗的能源，而水泵設(shè)備有很多種類，因此前期對(duì)于其選擇是否合理決定了后期水利泵站節(jié)能優(yōu)化措施能否順利開展[4]。關(guān)于水泵設(shè)備的選擇可從以下幾點(diǎn)進(jìn)行：

(1)根據(jù)設(shè)備的介質(zhì)特性選擇。主要考慮到設(shè)備的腐蝕性、黏度等性質(zhì)是否與水利泵站建設(shè)作業(yè)實(shí)際情況相符合。

(2)根據(jù)管道系數(shù)。在所有水利泵站安裝水泵設(shè)備時(shí)，管道系數(shù)的數(shù)據(jù)選擇對(duì)于安裝水泵設(shè)備極具參考意義，因此在選擇水泵設(shè)備之前一定需要安排專員對(duì)管道系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的檢測(cè)，主要的檢測(cè)內(nèi)容需要包括管道的長(zhǎng)度、口徑以及附件種類、數(shù)目[5]。

(3)根據(jù)動(dòng)力源選擇合適的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。

(4)根據(jù)流量選擇。在水利泵站的生產(chǎn)過(guò)程中，一般相關(guān)技術(shù)人員會(huì)給出整個(gè)水利泵站的最小、最大以及正常的流量，但在前期的水泵設(shè)備選擇時(shí)我們需要以最大流量進(jìn)行考慮，如果技術(shù)人員只給出了正常流量，那么就需要在這個(gè)正常流量的基礎(chǔ)上增加一定流量進(jìn)行選擇。

另外針對(duì)一級(jí)泵站和二級(jí)泵站的水泵選擇也會(huì)有所區(qū)別，在選擇一級(jí)泵站的水泵時(shí)需要根據(jù)設(shè)計(jì)流量公式(1)：

Qr=αQd/T

(1)

式中：Qr為一級(jí)泵站中水泵所供給的流量，m3/h；α為灌溉系數(shù)；Q為設(shè)計(jì)流量，m3/h；d為實(shí)際天數(shù)，d；T為灌水周期，h。

計(jì)算出整個(gè)水泵的揚(yáng)程，然后依次分別確定洪水位、常水位以及枯水位對(duì)應(yīng)的水流量。而在選擇二級(jí)泵站時(shí)則需要根據(jù)最高日最高時(shí)流量Qh進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)水泵揚(yáng)程時(shí)還需要按照最小自由水壓的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算確定，同時(shí)還要充分考慮到二級(jí)泵站的分級(jí)供水，根據(jù)水利泵站的最大逐日用水變化曲線擬定各級(jí)泵站供水量。針對(duì)初步選擇出來(lái)的水泵需要進(jìn)行工況校對(duì)，聯(lián)合水利泵站所使用的管路特性曲線來(lái)求出當(dāng)下水利泵站的工況，求出的工況需要滿足水利泵站在后續(xù)各個(gè)階段都處于一個(gè)高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，最后在核實(shí)其在最小和最大揚(yáng)程下是否能夠安全運(yùn)行。

2.2 優(yōu)化給水泵站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

在前期對(duì)水利泵站進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，各地相關(guān)部門通常會(huì)選擇承包給專業(yè)的單位進(jìn)行完成。而水利泵站系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的水平會(huì)直接影響后期整個(gè)水利泵站能否順利運(yùn)行，水利泵站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括了安裝作業(yè)、位置選擇以及安裝方式等。如果后期在安裝設(shè)備時(shí)沒(méi)有按照預(yù)先制定的要求進(jìn)行，那么水利泵站在后期的投入使用中必然會(huì)出現(xiàn)連鎖反應(yīng)，常見(jiàn)的比如零部件磨損、設(shè)備損害嚴(yán)重等[6]。若現(xiàn)在這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段降低整個(gè)水利泵站的能耗，那么就必須要嚴(yán)格控制填料，尤其注意避免軸承與填料之間出現(xiàn)的摩擦情況，因?yàn)閮煞N部件發(fā)生摩擦?xí)a(chǎn)生大量的不必要能耗。為了減少這類能耗，可采取加入適量水滴的方式來(lái)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化。

2.3 利用周圍的綠色景觀增加水利泵站所在河道的蓄洪能力

在前期對(duì)水利泵站的防汛墻進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)工作時(shí)，在條件允許的前提下盡量選擇直立式結(jié)構(gòu)形式，這樣可以有效縮減整個(gè)水利泵站的占地面積，這樣一來(lái)就可以在水利泵站的兩側(cè)布置合理大小的綠化帶，不僅可以提高整個(gè)水利泵站所在河道的蓄洪能力，還可以滿足新時(shí)代對(duì)各類水利工程建設(shè)的生態(tài)要求[7]。在對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以將水利泵站所在的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行劃分，根據(jù)劃分區(qū)域的排水情況將其匯集到一級(jí)水利泵站之中，然后經(jīng)一級(jí)水利泵站將這些水資源排到二級(jí)排水河道內(nèi)，最后經(jīng)二級(jí)排水河道將水排出到整個(gè)水利泵站所在區(qū)域之外，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

3 優(yōu)化水利泵站節(jié)能設(shè)計(jì)措施

3.1 優(yōu)化水泵況點(diǎn)

不同的水泵之間的性能曲線也會(huì)有所區(qū)別，而水利泵站的性能曲線需要在其轉(zhuǎn)速達(dá)到一定程度后體現(xiàn)出來(lái)，因此不同轉(zhuǎn)速的水利泵站所展現(xiàn)出的性能曲線也是不一樣的。目前我國(guó)水利泵站進(jìn)行水泵況點(diǎn)調(diào)節(jié)主要可從兩方面進(jìn)行，其一是利用水利泵站的性能曲線，結(jié)合水利泵站運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速、葉片角度進(jìn)行控制。其二是可利用管路的特性曲線，而目前水利泵站中的管路特性曲線主要是取決于其旁通閥和管閥，因此對(duì)管路進(jìn)行調(diào)節(jié)的時(shí)候主要是對(duì)其中具體的管道閥進(jìn)行設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)水泵況點(diǎn)的調(diào)節(jié)[8]。由于我國(guó)各地所使用到的水泵類型不同，因此具體的調(diào)節(jié)措施需要根據(jù)各地區(qū)水泵運(yùn)行的實(shí)際情況，并結(jié)合水泵特性進(jìn)行優(yōu)化。但調(diào)節(jié)水泵況點(diǎn)的原則都一樣，那就是需要盡可能地結(jié)合其性能曲線，保障整個(gè)水泵可以正常作業(yè)，同時(shí)還能夠起到節(jié)能的效果。針對(duì)目前我國(guó)各地采用的兩種水泵種類，將其調(diào)節(jié)措施分類概括如表1所示。

表1 不同類型水泵調(diào)節(jié)方式

3.2 規(guī)范水利泵站管理，提升管理水平

在水利泵站的日常工作過(guò)程中，除了可從設(shè)備選擇和工藝優(yōu)化上對(duì)其實(shí)施節(jié)能減排，還可以從其管理水平上來(lái)提升整個(gè)水利泵站的運(yùn)行效率，以此實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。而為了更好地對(duì)水利泵站進(jìn)行管理，就需要先對(duì)水利泵站的具體運(yùn)行狀況進(jìn)行全面調(diào)查，針對(duì)水利泵站在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中存在的具體問(wèn)題在第一時(shí)間采取措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，以此來(lái)不斷提高水利泵站的運(yùn)行效率。并且每次在處理問(wèn)題之后需要對(duì)造成問(wèn)題的根本原因進(jìn)行了解，避免今后再一次出現(xiàn)同樣的問(wèn)題。水利泵站管理人員應(yīng)該在日常管理工作中做好相關(guān)記錄工作，并對(duì)水利泵站的運(yùn)行情況進(jìn)行存檔，尤其是每次水利泵站出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，一定要將問(wèn)題所在詳細(xì)記錄下來(lái)，以此為后續(xù)持續(xù)改進(jìn)優(yōu)化管理措施提供依據(jù)。

3.3 及時(shí)更換新的水泵

水利泵站運(yùn)行效率的關(guān)鍵在于水泵的效率，雖然通過(guò)不同調(diào)節(jié)方式可以改善水泵的運(yùn)行效率，但由于水泵在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生磨損和消耗，比如其葉輪經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的轉(zhuǎn)動(dòng)后會(huì)出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，加上水泵本身會(huì)受到水流的沖刷產(chǎn)生一定損壞，因此如果長(zhǎng)期使用一個(gè)水泵不更換的話會(huì)影響其運(yùn)轉(zhuǎn)效率。因此在水泵的日常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不僅需要定期投入資金對(duì)其進(jìn)行檢修和維護(hù)，還需要觀察其性能是否已經(jīng)受到嚴(yán)重?fù)p害無(wú)法修護(hù)，及時(shí)對(duì)其進(jìn)行更換處理才能使得整個(gè)水利泵站工作高效運(yùn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

想要提高我國(guó)各地水利泵站的運(yùn)行效率，就必須結(jié)合水利泵站的實(shí)際能源消耗情況，通過(guò)對(duì)水泵設(shè)備的合理選擇，對(duì)整個(gè)給水系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，采取調(diào)速節(jié)能、優(yōu)化水泵況點(diǎn)、提高管理水平、增加水利泵站蓄洪能力等措施來(lái)逐步減少整個(gè)水利泵站的能源消耗，確保其運(yùn)作效率能夠得到提高。