摘要：近年来，我国的净水厂建设越来越多，在净水厂中，送水泵房的能耗占比最高，现有水厂的节能工作多数是以送水泵的节能降耗为主。C水厂因实际工况点和理论工况点偏移较大，造成水泵汽蚀严重、能耗高，不满足相关要求。水厂通过对叶轮切割、表面涂层、机组整体更换这3种节能方式进行对比，最终选择对原有机组进行改造这种节能方法。通过对过去几年水量、水压以及水泵搭配的情况的分析，确定相应的流量、扬程、汽蚀余量等主要参数。考虑到抗气蚀性能的提高，此次水泵叶轮、主轴等材料选择316双相不锈钢材质。通过对新机组能耗进行测试分析，发现水泵运行工况得到明显改善，能耗下降明显，汽蚀现象也得到了相应的避免。
关键词：净水厂；水泵；节能；经济效益
引言
净水厂的水泵机组很多，这些水泵机组是主要的耗电设备。随着现在工业企业的电价增长，电费成为了净水厂的主要成本支出。对水泵机组进行技术改造，提高水泵的供水效率，减少电能的损耗是有效地降低电费的途径。对于新建的净水厂，可以提前根据管网的工况特性合理选择水泵形式及参数。
1工程概况
C水厂厂区高程19ｍ，占地面积10．3万ｍ2，设计规模35万ｍ3／ｄ。分４期建设，一期5万ｍ3／ｄ，1998年建成投产；二期10万ｍ3／ｄ，1999年建成投产；三期10万ｍ3／ｄ，2003年建成投产；四期10万ｍ3／ｄ，200４年建成投产。现有送水泵房1座，共6台机组，详细参数见表1。有吸水井1座，总容积789．6ｍ3，设计最高水位为４．7ｍ。中间用隔墙隔开，通过ＤＮ1000阀门连通，东侧接入3台额定流量４000ｍ3／ｈ双吸离心泵；西侧接入2台额定流量2700ｍ3／ｈ和1台3700ｍ3／ｈ双吸离心泵。
2存在问题及能耗分析
①用户的用水量随季节、时间的变化而变化,使供水量难以控制;而整个供水系统为了能够满足最大供水量的要求,做出了较大的设计余量,这样使得在用水量较低时浪费了大量的电能。②操作人员需要频繁增减泵的运行台数或者通过调节阀门来保持水量的平衡,这样不但增加了操作人员的劳动强度,而且难以保证供水压力的恒定,影响了供水质量。③频繁开启水泵增加了对电机、泵的机械冲击,缩短了它们的检修周期和使用寿命,增加了设备的检修费用,尤其是当大容量水泵启动时引起的电压波动会对其他设备运行带来不良影响。
3节能降耗方案选择
3.1水泵叶轮切割
水泵叶轮切割是在机组实际扬程和额定扬程不一致时，是以水泵切割定律为依据，通过切割现有水泵叶轮的外径以及改变叶片出口之间的流道面积，而达到的一种令水泵实际运行扬程和额定扬程相吻合的方法。叶轮切割后相应的运行工况点在最优区间内，不发生较大偏移，对应电机输出功率会适当减小，起到节约能耗的目的。但也要注意的是，叶轮并不是可以无限切割，其切割量的大小取决于水泵本身的比转速ｎｓ的大小。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆低比转速的离心泵切割量可以大一些，而高比转速的离心泵切割量需要小一些。叶轮切割量不能太大，否则会造成到叶轮效率的下降，反而适得其反。
3.2水泵电机调速装置的使用
由于净水厂的送水管网的水量和压力是在变化的，有时候后其变化的幅度又会很大，由此导致净水厂的送水泵房就必须随着变化来进行水量水压的调节。通常的调节方式有三种:一是采用水泵电机的变速调节，这种方法一般与水泵的自动化控制结合起来，便于水泵的管理和调节，但是由于变速调节装置自身会消耗一部分电能，所以对水泵电机采取变速调节的技能改造前要对水泵的能耗、投资费用等进行方案比较，优化设计，确保达到降低能耗，提高经济效益的目的;而是改变泵组出水阀门的开度来调节，这是最传统的和最常用的调节水泵运行方式的方法，但是这种调节方式的缺点是把大量的能源消耗在阀门控制上，造成送水泵组的能耗增加，在现在看来这种方法应该尽量少用;三是通过不同流量和扬程的水泵搭配成阶梯泵，不同的管网要求开启不同参数的水泵，这种方法可使水泵运行在高效区，但是由于水泵种类不能配置太多，使调节的范围和能力受到了限制，当管网变化幅度超过了水泵的能力时，水泵的运行就将脱离高效区。所以水泵电机通过加装调速装置来达到节能降耗的方式被广泛的使用。
3.3水泵机组的整体更换
水泵机组整体更换，主要涉及到出厂流量和压力的重新核算，以及对水泵本身诸如转速、汽蚀余量、进口管径大小、叶轮等主要部件的优化选择。出厂流量要根据水厂理论设计日处理水量以及近远期的供水量进行核实。压力则需要根据管网的统计数据，找出管网特性曲线与水泵特性曲线相结合的压力点，既满足管网用户对于供水压力的需求，也要令水泵机组可以长时间的运行在高效区内。水泵转速应尽量选低，这虽然会造成电机额定功率的略微提升，水泵整体变大，但是相应的进水口径将会到等优化，流速会相对减小，速度水头会更多的转换成压力水头，减少汽蚀的发生。加之对叶轮材质要求的提升，316双相不锈钢等材料相对于普通铸铁耐用性会更胜一筹。增加相应的变频调速控制，在节能方面也会有较大的提升。这些非常符合C水厂的现状更改。
3.4泵站设计选用高效节能水泵电机
传统的泵站设计中水泵的设计水量的确定都是按照满足管网的最高日最高时水量和压力的要求来确定的，但是如果简单的依据该条件来确定水泵的工况，就会造成水泵的能力浪费，能耗加大。因为在全年的供水期间出现最高日最高时的供水工况的情况很少，导致在全年大部分时间里水泵不能再高效区运行。因此在泵站设计时，设计人员就要深入调查供水区域的供水特点，并认真的吸取净水厂技术人员和操作人员在实际工作中总结出来的运行经验，找好该区域管网经常出现的运行工况，以该工况点来确定所选水泵的高效区。同时要考虑到以后供水管网的水量和水压的变化，要考虑从泵站的投产到正式运行再到以后的扩建后的要求，还要考虑到不同季节对管网供水能力的要求和变化，来选择不同扬程的水泵组合成阶梯泵，针对不同管网要求开启不同的水泵组合，才能达到既满足供水要求，又能节约能耗。不过同一个泵房能不同扬程的水泵不宜太多，以2-3种为宜。种类太多对泵站的运行、调度和维修管理都有很大的不利影响。
结语
在自来水行业乃至整个工业用电中，水泵用电量占比最大，所以适当的降低水泵的能耗，确实可以使得企业成本得到大范围的降低。节能降耗也是国家一直所提倡，对于水泵优化改造，亦符合国家的主流思想。现有的水泵节能的3种方式中，各有利弊，前期投入成本也不尽相同。在实施改造时需要考虑到实际的节能效果和远期的收益回报，对于C水厂这样日最高供水量为35万ｍ3／ｄ的水厂，一般5年可以收回成本即可。应当在水泵机组搭配中将入变频调速装置，一方面可以令水泵的高效区间变得更加宽广，另一方面可以减少通过节流方式而造成不要的能耗损失。每台水泵机组每年都应该进行性能测试，绘制相应的性能曲线。在评价水泵运行状态的同时，也要进行水泵搭配之间的优化组合，达到节能目的。水厂在实际水泵选型过程中，应该紧抓汽蚀余量和进水流速这两个参数，有效的避免气蚀。结合现场吸水井以及泵轴高度，合理优化运行水位，降低能耗。
参考文献:
[1]陈德强，马敬．供水泵站水泵节能改造及其效益分析．中国给水排水，2010，26（16）：135～137
[2]王志高，何成连．减阻是水泵节能的有效措施．水泵技术，2008，（1）：35～４1
[3]姜乃昌．水泵及水泵站．北京：中国建筑工业出版社，1998
论文作者:朱岩
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/8
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