供水泵站节能改造应注意的几个问题

供水泵站节能改造应注意的几个问题

于方田

提要　通过对泵站节能改造中设计流量和扬程的计算,合理选择水泵型号和机组搭配方案,并对经常遇到的水泵安装高度、转向、转速等问题分析总结,探讨了处理和解决这些问题的办法。

关键词　泵站　节能改造　水泵　转速　扬程　转向　问题

泵站是供水系统正常运转的枢纽,按用途可分为取水、送水、加压和循环4种泵站,其中取水和送水泵站应用最为广泛。泵站内水泵的扬程一般是按规划年内发生最大供水量时满足控制点的自由水压确定的。但受多种因素的影响,泵站实际供水量一般小于设计最大供水量,如泵站中没有调速设备,水泵运行时就会偏离设计工况点,甚至偏离高效区,造成能量浪费。由于泵站电耗在水厂运行成本中占较大比重,因此许多水厂都将泵站的节能技术改造列为降本挖潜的重点。如何保证改造方案的经济性、安全性和可靠性是改造工程面对的共同问题。笔者结合一个泵站的改造情况谈一下改造过程中注意的几个问题,供同行参考。

1　泵站基本情况

河口水厂送水泵站,1983年建成投产,全地上式结构,设计供水规模为5万m3/d,设计最大时供水量为2800m3/h,水泵计算扬程为76m。泵站前端的清水池为半地下式结构,有效水深为3.5m,容量为6000m3,水泵启动时需真空引水。泵站内设12sh-6A型清水离心泵6台,铭牌流量为792m3/h,扬程为78m,效率为74%,配用电机功率为260kW,额定电压为6kV。泵站内无任何调速装置,水泵采用阀门截流调整工况。泵站通过一条长4.5km,公称直径800mm的预应力钢筋混凝土管向城区供水。城区内地势平坦,管网已形成环状,从城区干网上再以枝状向边远地区供给工业用水,管网中无高位蓄水池。近年来随着油田逐步实现污水零排放,工业用水量大幅降低,同时水价调整、管网更新等多项措施的实施,使该地区用水量由高峰时的6万m3/d下降到目前的3万m3/d,水泵实际工作扬程35m即可满足管网控制点的压力需要,造成水泵工况点严重偏离高效区,阀门截流现象突出,能耗浪费很大。据城市规划部门预测,近年内该区域用水量不会有大的增长,因此泵站节能改造工作势在必行。为避免改造后由于用水量增加产生新的泵网不匹配的问题,在选择和确定设计供水量和水泵扬程时,均按泵房原设计供水量5万m3/d对设备进行工况点校核,以保证设备在改造后和未来发展中均保持高效运行。2　改造方案

2.1　设计供水量的确定

统计近年来水厂实际供水量,最高日供水量Q R= 3万m3/d,最高日平均供水量Q T=1250m3/h,最高日最大时供水量Q S=1500m3/h,时变化系数K S =1.2。输水管线和泵站的设计水量按上值计算。校核水量取为原设计水量5万m3/d的平均时供水量2083m3/h。

2.2　水泵扬程的确定

为计算方便,经过管网平差,将管网控制点的压力折算到DN800输水管线的末端。结合当地的实际情况,控制点压力确定为25m。在Q T=1250 m3/h下,输水管线流速为v=0.69m/s,水力坡降i =0.7‰,局部水头损失按沿程水头损失的20%计,输水管线总水头损失΢h=1.2×4500×0.7‰= 3.8m。另计清水池最低水位与控制点的地形高差2m,安全水头2m,水泵总扬程H=25+3.8+2+2 =32.8m。依此类推在Q S=1500m3/h和校核水量2083m3/h下,水泵扬程分别为34.4m和42.3m。考虑到实际用水量发展缓慢,为保证改造效益最大化,水泵最高效率点应尽量选择在Q T和Q S所对应的工况点之间,同时在高效区内也应满足校核水量发生时的工况。

80　给水排水　Vol.29　No.7　2003

2.3　设备选型

通过比较,最终选用了Omega系列清水离心泵,其中Omega250-370A型离心泵2台, Omeg a150-360A型离心泵1台,水泵性能参数如表1所列。

表1　水　泵　性　能

项 目Omeg a250-370A Omega150-360A

水泵高效区参数(N U为水泵轴功率,η为水泵效率,NPSH为气蚀余量Q,H中间值为最高效率点对应值)Q=792,1044,1260m3/h

H=45,38,33m

NPSH=3.5,4,5m

N U=118,125,140kW

η=83%,88%,83%

Q=324,450,540m3/h

H=42.5,38,33m

NPSH=2.5,3,4m

N U=45,55,63kW

η=82%,85%,82%

电机型号、功率和电压Y315L1-4,160kW,380V Y280S—4,75kW,380V 水泵特性曲线近似方

程(Q以m3/s计)

H=52.8-162Q2H=47.8-660Q2

泵站原有6kV高压供电系统拆除,新安装400V低压配电系统。泵房内预留一台大泵的安装位置,以满足远期用水量发展需要。

2.4　自动化控制

泵站采用ACS600变频器+PLC控制,压力信号取自泵站出口管压值。从泵站运行和管网用户的实际需要考虑,泵站最优的运行方式为从管网控制点采集压力信号,控制泵房的运行,实现控制点的恒压供水。目前控制信号有无线和有线两种传输方式,根据距离远近、投资多少、可靠程度等因素综合比较确定。本项目考虑到控制点距离泵站较远,现场供电不可靠,因此采用了就近在泵房出口安装压力传感器采集信号,控制泵站恒压供水的方案。与上述方案相比,没有达到最佳节能效果。

2.5　机泵运行搭配方案

按水泵特性曲线近似方程式,可计算出水泵不同扬程下的对应流量,并根据情况设定搭配运行方案:当用水量为Q T时,所需水泵扬程为32.8m,对应大泵流量Q大=1265m3/h,小泵流量Q小=543 m3/h,由于Q大>Q T,因此在用水量不大于Q T的情况下,运行一台大泵即可满足要求;当发生Q S 时,所需水泵扬程为34.4m,计算出Q大=1213 m3/h,Q小=513m3/h,Q大+Q小=1726m3/h> Q S,一大一小可满足需要;当发生校核水量时,所需水泵扬程为42.3m,对应Q大=916m3/h,Q小=328m3/h,2Q大+Q小=2160m3/h>2083m3/h,即2大1小3台泵并联运行可满足需要,但应考虑再上1台大泵作为备用。

3　运行情况

泵站自2001年4月投产至今,系统运行情况良好,节电效益明显:日常运行1台大泵,高峰时再增开1台小泵。截止到2002年4月底,累计供水1020万m3,日平均供水量2.8万m3,累计计量电量153万kW·h,单位电耗0.15kW·h/m3,与改造前年平均单位电耗0.32kW·h/m3相比,折算年节电174万kW·h,节约成本80万元(电价按0.46元/ (kW·h)计),当年可回收全部投资。

4　体会和建议

改造工程不同于新建工程,常常受到原有泵房结构、平面布置、管线埋深、配电等级等多种因素的影响,因此改造方案的确定应首先保证原有生产构筑物的安全。在设计、施工等阶段应注意如下问题。

(1)选泵时应注意验算水泵的安装高度,避免发生气蚀现象。由于大部分水厂清水池和吸水井的埋深较大,相应的水泵吸水管线埋深也很大,特别是在地下水位较高的地区,开槽施工的难度较大。如果采用井点或其它降水措施又容易造成现有构筑物产生不均匀沉降,因此改造时一般不考虑更换或调整原有的进出水管线特别是进水管线,这样水泵的吸水高度Z s就基本确定。当更换后水泵流量比原有水泵流量大且吸水性能较差时,应注意对水泵的安装高度的验算。如该泵房中Omega250-370A型离心泵的运行流量明显大于原有水泵。通过水力计算,并考虑0.5m的安全余量,水泵的气蚀余量仍能满足要求。如验算不能满足要求,应重新考虑水泵的选型或者采用原吸水管线二合一的方案,以降低管线的水头损失,提高水泵入口的绝对压力。

(2)应注意水泵的转向与原有水泵转向的一致性。卧式双吸中开式离心泵从输入轴看转动方向有顺时针和逆时针两种,Sh型水泵一般为逆时针转向,而S型水泵一般为顺时针转向。站在水泵吸水口一侧看,逆时针转向的水泵其配用电机在水泵的右侧,而顺时针转向的水泵其配用电机在水泵的左侧。水厂中常用的Y系列鼠笼式异步电动机从输入轴看,接线盒一般在电机的右侧,即与逆时针转向

给水排水　Vol.29　No.7　200381