王春成 王 萌 王光磊
(安陽水務(wù)集團(tuán)公司,河南安陽 455000)
目前,在我國城市供水系統(tǒng)中,變頻調(diào)速水泵得到了廣泛的應(yīng)用。通常供水方式采用變頻調(diào)節(jié)水泵機(jī)組的轉(zhuǎn)速,穩(wěn)定水泵出口壓力,以滿足用戶用水需求。此種供水方式,由于不能依據(jù)城市供水輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由壓力(水頭)的變化,實(shí)時(shí)調(diào)整變頻調(diào)速水泵的出口壓力,供水系統(tǒng)不盡合理。結(jié)合安陽市西區(qū)供水工程實(shí)例,對西區(qū)約30平方公里供水區(qū)域最大時(shí)供水量、最小時(shí)供水量和一般時(shí)供水量進(jìn)行了不同時(shí)間段研究分析。同時(shí)對西區(qū)供水輸配水管網(wǎng)進(jìn)行了壓力、流量和地形實(shí)測分析研究,選擇了供水輸配水管網(wǎng)最不利壓力點(diǎn)。并在最不利壓力點(diǎn)設(shè)置了遠(yuǎn)程壓力傳感器,根據(jù)不同時(shí)間最不利點(diǎn)壓力(水頭)數(shù)據(jù),通過GPRS系統(tǒng),將數(shù)據(jù)壓力傳輸?shù)桨碴柺械谒乃畯S送水泵房315kW變頻調(diào)速水泵機(jī)組。按最大時(shí)供水量、最小時(shí)供水量和一般時(shí)供水量的時(shí)間段,實(shí)時(shí)調(diào)整變頻調(diào)速水泵岀口壓力值。從而調(diào)節(jié)最大時(shí)(段)、最小時(shí)(段)和一般時(shí)(段)輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由壓力(水頭)值,有效的解決了西區(qū)供水壓力不足的問題,滿足了用戶用水需求。
安陽市城市供水區(qū)域地形呈西高東低,高差約29米,東部位于城市下游,供水由第四水廠和其他水廠供給。西部位于城市上游,由第四水廠供水,城市供水輸配水管網(wǎng)統(tǒng)一。長期以來,由于西部地勢較高,特別是位于鋼花路以西至外環(huán)路;文昌大道以北至鄴城大道,面積約30平方公里供水區(qū)域(以下簡稱西區(qū)供水),居民樓前供水壓力僅0.14~0.16Mpa,不能滿足居民用水需要。若提高安陽市城市供水輸配水管網(wǎng)壓力,來解決西區(qū)供水壓力低及供不應(yīng)求的問題,則會造成運(yùn)行費(fèi)用增高、漏損率增大、爆管頻率增多等事故發(fā)生。
針對安陽市西區(qū)供水存在的問題,進(jìn)行了供水區(qū)域用戶水量的調(diào)查及輸配水管網(wǎng)供水壓力的測試。西區(qū)供水區(qū)域用水量主要分為居民生活用水、工業(yè)企業(yè)用水、市政用水等,根據(jù)供水經(jīng)營收費(fèi)用水量統(tǒng)計(jì)分析及預(yù)測,平均日需水量為3.6萬立方米,居民用戶樓前基本服務(wù)壓力為0.23~0.25Mpa,即可滿足西區(qū)用戶用水需求。
利用安陽市第四水廠送水泵房已裝設(shè)完好的315kw高壓變頻調(diào)速水泵6號機(jī)組向西區(qū)供水。(機(jī)泵參數(shù)見表1)
表1 6號水泵機(jī)組參數(shù)一覽表
該方案啟動6號機(jī)組,采取以下措施:
關(guān)閉第四水廠送水泵房外壓力出水東西聯(lián)絡(luò)DN1000蝶閥,同時(shí)關(guān)閉沿鋼花路所有輸配水管網(wǎng)東西聯(lián)絡(luò)閥門。形成獨(dú)立的西區(qū)供水系統(tǒng)。
在西區(qū)供水區(qū)域內(nèi),選擇大唐電廠供水管段節(jié)點(diǎn)處,確定為西區(qū)供水輸配水管網(wǎng)為最不利點(diǎn)。
在西區(qū)輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)處,裝設(shè)遠(yuǎn)傳壓力傳感器,壓力數(shù)據(jù)通過GPRS系統(tǒng)傳輸?shù)降谒乃畯S送水泵房的控制及顯示系統(tǒng),根據(jù)不同時(shí)段的壓力需求,設(shè)置變頻調(diào)速水泵的出口壓力,通過變頻控制系統(tǒng),變頻調(diào)速,以達(dá)到西區(qū)供水管網(wǎng)最不利點(diǎn)壓力的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)作用,以滿足用戶用水需求。
考慮到變頻調(diào)速安全穩(wěn)定合理運(yùn)行,計(jì)算水泵靜揚(yáng)程(見公式(1)(2))如下:
式中:Z1最不利點(diǎn)自然地面高程(85.00m),Z2第四水廠清水池最低水位高程(79m);為確保用戶用水安全,最大供水量時(shí),確定輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由水壓(水頭)hmax=0.28Mpa(28m);最小供水量時(shí),確定輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由水壓(水頭)hmin=0.26 Mpa(26m);根據(jù)公式求得315kW高壓變頻調(diào)速6號水泵最大供水量時(shí)最高靜揚(yáng)程Hoa為34m,求得315kW高壓變頻調(diào)速6號水泵最小供水量時(shí)最低靜揚(yáng)程Hob為32m。
考慮到西區(qū)用水量變化幅度大的特點(diǎn),為使第四水廠6號水泵合理運(yùn)行,在運(yùn)行期間均處于高效率工作區(qū)內(nèi),依據(jù)最大供水量時(shí)最高揚(yáng)程H=Hoa+SQ2和最小供水量時(shí)最低揚(yáng)程H=Hob+SQ2的管線特性曲線(S為吸水管、壓力管和輸水管摩阻系數(shù)總和),繪制水泵特性曲線Q—H和管線特性曲線組合圖(見圖1)
由水泵特性曲線和管線特性曲線組合圖(圖1)可知,利用變頻調(diào)速控制輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)最大供水量時(shí)自由水壓(水頭)hmax=0.28Mpa(28m)時(shí),水泵工作點(diǎn)“a”為最大供水量時(shí)Qa=2400m3/h,最大揚(yáng)程為Ha=0.39Mpa(39m);最小供水量時(shí)自由水壓(水頭)hmin=0.26Mpa(26m)時(shí),水泵工作點(diǎn)“b”為最小供水量時(shí)Qb=1300m3/h,最低揚(yáng)程Hb=0.34Mpa(34m),均在水泵高效率工作區(qū)內(nèi)。
圖1 315KW變頻調(diào)速水泵特性曲線及管線特性曲線組合圖
利用6號機(jī)組向西區(qū)供水,通過在最不利點(diǎn)裝設(shè)的遠(yuǎn)傳壓力傳感器,實(shí)時(shí)將自由壓力(水頭)數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS系統(tǒng)傳送到第四水廠送水泵房變頻調(diào)速主控制面板,采用設(shè)定水泵出口壓力參數(shù)方式,變頻調(diào)速(見表2),以恒定(調(diào)節(jié))最不利點(diǎn)壓力(自由水頭),滿足了西區(qū)用水需要。該方案至2019年10月實(shí)施運(yùn)行后,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。
表2 315kW變頻調(diào)速水泵分時(shí)段出口壓力設(shè)定值
該系統(tǒng)依據(jù)最不利點(diǎn)自由水壓(水頭),實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)水泵出口壓力值,與目前普遍采用的變頻調(diào)速水泵按最大時(shí)供水量設(shè)置變頻調(diào)速水泵出口恒壓變量供水,或利用用戶末端設(shè)置變壓變量供水更為經(jīng)濟(jì)合理。
由水泵特性曲線與管線特性曲線組合圖(圖1)可知,該水泵在滿足近期西區(qū)用水量的前提下,隨著將來西區(qū)用水量的增加,可進(jìn)行輸配水干管改造,形成環(huán)狀供水等,以減少管線水頭損失,從而使水泵工作點(diǎn)“a”向右移動可增加一定供水量,水泵運(yùn)行仍在高效率區(qū)內(nèi),系統(tǒng)運(yùn)行仍經(jīng)濟(jì)合理。
針對安陽市西區(qū)供水壓力不足的問題,進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。合理劃分了西區(qū)與東區(qū)輸配水管網(wǎng)供水分界線,確定了西區(qū)輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)。利用第四水廠送水泵房315kw變頻調(diào)速水泵機(jī)組,向西區(qū)供水。實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)最大時(shí)(段)、最小時(shí)(段)和一般時(shí)(段)輸配水管網(wǎng)最不利點(diǎn)自由壓力(水頭)值,有效的解決了西區(qū)供水壓力不足的問題,滿足了用戶用水需求。該方案具有投資少、見效快的優(yōu)勢。投入運(yùn)行后,具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn),取得了較好的效果。