摘要：近年来，城市化与工业化的快速发展加大了生产生活用水量。高层建筑的增多，使得传统的供水系统难以满足当前的水资源使用需求，主要是由于传统的供水系统内，水压力不足，高层用水受到限制。随着技术的发展，分级加压供水系统逐步成为一种应用较为广泛的供水方式，通过二次加压泵站，使得供水系统内的水压力提高，保障了正常的水资源调配与配送。基于此，本文分析了二次加压泵站的运行现状，并提出了相应的节能改造策略，有利于保障二次加压泵站的运行效益。
关键词：二次加压泵站；运行现状；节能改造
近年来，城市化步伐加快，用水需求增多，如果依旧采用传统的供水系统，其水压不足，严重影响了高层住户的用户。为有效解决传统供水系统中存在的水压不足问题，很多地方逐步推广了分级加压供水系统，在该系统内，二次加压泵站发挥着重要的作用，有效保障了供水压力，大大提高了供水的效率，满足了人们各方面的用水需求。但是，一些二次加压泵站的运行与使用中，存在着能源消耗问题，必须进行节能改造，提高二次加压泵站的经济、社会与环保效益。
1.二次加压泵站工作概述
近年来，我国供水系统不断优化，分级加压供水系统逐步得到了普遍应用。二次加压泵站作为供水系统内的重要构成，其在运行过程中，一般采用的是自动与手动工作方式。在自动工作方式下，二次加压泵站可以结合供水需求，灵活进行工作方式的调节与适应。手动工作方式的存在，属于一种应急工作方式，能够二次加压泵站自动工作失效的情况下发挥其作用。
通常情况下，二次加压泵站的供水方式较多，主要包含了以下几种：（1）全速节流供水；（2）变频调速恒压交流供水；（3）变频调速变压交流供水；（4）水泵直变频调速变压交流供水。全速节流供水方式，是当水泵处于全速运行的状态下时，通过水泵出口的调节阀来进行管路系统阻力损失的调节，这种调节有效实现了对水泵运行工况的调整，相比较而言，这是一种最为简单实用的供水方式，在二次加压泵站使用的初期，这种供水方式的运行相对普遍，但是，其在供水过程中，能耗较大，无法满足可持续发展的要求。变频调速恒压交流供水方式是当前应用最为广泛的一种方式，这种供水方式下，虽然其能耗相对较小，但是，存在着一定的水力损耗。变频调速变压交流供水方式下，有效实现了节能降耗，基本上不存在额外的水力损耗[1]。水泵直变频调速变压交流供水方式下，实现了自来水管网水压的有效利用，其节能效益明显，避免了自来水的二次污染。在不同的供水方式下，其能耗大小不同，二次加压泵站在运行过程中，要结合自身的实际情况，科学进行供水方式的选择，将能耗控制在合理的范围内，实现节能效果。
2.二次加压泵站的运行现状
上世纪八十年代，无负压供水技术率先在国外兴起，日本是应用该技术最早的国家，在最初，主要是应用高位水箱加水池的直联式供水方式。随着技术的进步，在本世纪初期，这种供水方式逐步被淘汰，逐步应用了管网叠压供水等。当前，在我国的很多地区，二次加压供水依旧采用的是传统的供水方式，在市政管网、贮水池、泵站之间建立了某种特定的联系，这种供水系统内，由于遵循的是低入高出的原则，使得水的势能逐步衰减，存在着严重的水力损耗[2]。在我国的一些偏远地区，二次加压泵站的管理维修差、更新改造不足，缺乏创新性，老式泵站与电机无法配套，电机与水泵无法保持同步作业，严重降低了供水系统内水泵与电机的运行效率，存在着严重的能源损耗。此外，在一些泵站内，采用的是工频泵供水方式，在这种供水方式下，供水量的调节主要是由阀门控制来实现的，这种控制方式落后，往往难以满足供水需求。
在工程设计领域，水泵型号的选择要依据工况来选择，根据最大设计流量与扬程来加以确定。但是，在供水系统的运行过程中，由于用户用水量时刻处于变动状态下，在很多情况下，最大流量远远超过了流量，再加上泵站常用泵站出口来实现定压调速控制，这种控制方式下，虽然能够减小由水量变化所产生的剩余扬程，却无法实现对管网阻力下降的剩余扬程的控制。从离心泵性能曲线的整体变化趋势来看，扬程与水泵出水量存在着反向变化的关系，随着水泵出水量的减小，其扬程逐步增大，此时，供水泵处于扬程过剩的状态下，存在着严重的能量损耗。在用水量相对较小的状态下，供水管网压力急剧升高，存在爆管威胁，不利于维持供水系统的稳定、安全运行[3]。为改善这种局面，实现节能降耗，在供水系统内，二次加压供水逐步开始推行变频调速控制，这种供水方式下，达到了良好的节能控制效果，但是，水的势能并没有得到有效的利用。当前，在一些地区，逐步引入了无负压给水技术，不仅具有节能效果，还避免了水的二次污染，具有良好的供水效益。
3.二次加压泵站的节能改造措施
3.1水泵节能
3.1.1水泵选型上的节能
在二次加压泵站的运行过程中，其节能效果受到诸多因素的影响，设备因素是其中的一个关键因素。二次加压泵站内，水泵是核心设备，水泵的选型、安装质量、维修管理等都会对二次加压泵站的项目投资、能源消耗、成本控制产生直接的影响。因此，二次加压泵站的节能改造中，要从水泵的选型着手，尽量根据专业的计算结果，科学进行水泵型号、规格的选择，将供水扬程与流量作为选型的主要参考指标，保障水泵运行时，供水量能够满足用户的使用需求[4]。水泵选型上，要充分考虑水泵机组的优化组合等因素，在条件允许的情况下，尽量选用功率较大的节能型水泵，以提升其节能效益，从根本上减少水泵运行时的能耗。
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3.1.2水泵改型、更新和维修管理上的节能
在水泵的运行过程中，如果泵站的服务面积与泵输水能力长期处于固定的状态下，在节能改造时，可以仅仅从技术改进方面着手，而当水泵泵站的服务面积、输水能力发生变动时，就会使得此时的供水系统内，原有的泵工况难以满足泵站服务调整以后的供水需求，为达到良好的节能效果，往往需要通过泵站的改型来实现节能，比如，更换新型节能泵、叶轮变更，来保障其输水能力，保障泵站可以在供水系统内维持其稳定的运行状态[5]。此外，高效泵站的运行过程中，会产生一定的磨损现象，当磨损严重时，会大大降低整个泵站的运行效率，因此，良好的维修管理，在一定程度上也可以实现节能效果。
3.1.3水泵调速节能
当前，随着二次加压泵站在供水系统中的普遍应用，节能逐步成为人们关注的主要问题。在一些供水系统内，还存在着工频泵供水方式，这种供水方式存在着严重的能源消耗现象，为实现节能效益，可以应用变频控制的方式，将供水方式由工频泵供水转变为全部或部分变频控制，将最不利点压力作为泵站的泵口压力的设计原则，这种供水方式下，既能够有效节约水量变化所带来的剩余扬程，还能够实现管网阻力下降的扬程利用，达到良好的节能控制效果，水资源得到了有效的利用。根据有关数据显示，变频控制与工频运行对比，其节能率可以达到25%以上。
3.2电机节能
电机作为二次加压泵站稳定运行的重要设备，为实现电动机的可靠运转，可以从电动机的选型着手，保障电动机的型号、规格、容量与转速等，都能够符合供水系统的要求。此外，要保障电动机具有良好的性能优势，从性价比、节能效益、维修管理的便捷性着手，保障电动机能够在二次加压泵站的供水中，发挥其应有的作用。从整个系统的运行来看，水泵与电机的效率与电机功率之间存在着紧密的联系，泵与电机的效率较低时，电机的功率越大，此时，存在严重的能量损耗，这种状态下，整个供水系统内的输电线路、变压器等也会受到电机功率的影响，出现严重的损耗[6]。因此，从这个角度来看，要尽量选用电机与水泵效率较高的设备。
3.3吸压水管路节能
二次加压泵站吸压水管路节能主要从以下方面来进行：（1）在吸压水管路的设计上，要尽量避免该管路上使用阻力系数较大的附件，也就是要尽量减少各种底阀、闸阀等阀件的应用。（2）结合供水系统运行的具体要求，将吸压水管路的长度控制在合理的范围内，如果吸压水管路越长，其整个系统的供水过程中，管路的整体效率反而更低，因此，管路长度的控制不仅能够起到节能效果，还能够节约资源。（3）吸压水管路设计要保障其良好的密封性，如果管路中的法兰、承插接头处理不当，就会导致在供水过程中，伸缩缝的止水失效，引发严重的水资源浪费。当管路中存在裂缝时，管路的密封性不足，负压就会经由裂缝进入管路内部，而处于正压处的水流，会在此作用下逐步发生向外的渗漏现象，随着渗漏问题的加剧，管路效率大大降低，能耗严重。（4）管路直径要与供水系统的整体设计相一致，由于管路直径是影响管路效率的重要因素，当管路直径较小时，管路的效率也相对较低，因此，需要从整个系统的角度着手，保障管路直径选择的科学性。
3.4利用管网剩余压力
当前，二次加压泵站的应用虽然相对普遍，但是其在供水时，主要是在低位置的蓄水池来进行存水，供水系统运行时，实施的是从低向高的送水过程，这种情况下，供水管网内的余压，没有在送水过程中得到合理有效的利用。因此，要实现二次加压泵站的节能改造，各个供水企业要实现管网剩余压力的有效利用。如果从城市管网内直接进行水资源的抽取，管网内的水压力大大降低，在一些高层建筑中，水压不够，可能无法供水，供水的稳定性不足。而管网剩余压力的利用时，借助于余压利用器，在压力增大的状态下，变频泵的转速会在此状态下逐步减小，随之而来的是扬程与水池体积的减小，这种情况下的节能效果更好。当用水量达到最大时，泵站内流出的水是由余压控制器来提供的，当用水量减少以后，余压利用器能够同时实现出水与放水调节，蓄水池内的水位升高，这种循环控制的方式，实现了良好的节能效益，节能率达到了10%～40%。
3.5优化输配水管网
在二次加压泵站的运行过程中，供水管网的设计质量直接会影响其节能效益。如果一个区域内的供水管网设计质量越高，在供水系统的运行过程中，各种损耗越少。因此，必须要实现供水管网的优化，降低扬程，减少压力，保障供水系统的稳定运行。供水管网的设计上，有关设计人员需要充分考虑服务区域内的地形特点，尽量利用重力因素，实现主干与分支管网的合理布置，将主干布置在地势高区域内，利用重力作用供水。如果在供水管网的设计上，遇到地形起伏相对较大的区域，此时，整体管网设计往往难以取得理想的效果，可以应用分区设计的原则，实现管网优化。
结束语
近年来，随着经济社会的快速发展，二次加压泵站的运行过程中，供水方式越发多样，不同的供水方式下，其节能效果不同。因此，需要从供水系统的整体运行来看，做好相应的节能改造，保障二次加压泵站的运行过程中，能够实现经济、社会与节能效益的统一。
参考文献：
[1]潘福喜.二次加压泵站的运行调节及节能分析[J].中国设备工程，2018（01）：56-57.
[2]王彤，杨军，赵明.基于水力模型的优化加压泵站节能降耗研究[J].水电能源科学，2019，37（02）：165-168.
[3]王立东.浅谈二次加压供水系统改造设计标准[J].建筑与预算，2017（02）：28-30.
[4]刘志伟.曲江区供水管理处二次加压泵站节能改造方案的探讨[J].建材与装饰，2016（45）：291-292.
[5]张琳.试论无负压给水设备在二次加压泵站的应用[J].江西建材，2016（07）：29.
[6]鲁云峰.二次加压泵站运行现状及节能改造措施[J].建材与装饰，2019（09）：286-287.
论文作者:汪秀梅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/13
标签：泵站论文; 供水系统论文; 节能论文; 水泵论文; 方式论文; 管网论文; 扬程论文; 《基层建设》2019年第30期论文;