某小城镇水厂变频二级供水泵房节能改造方案评估

４３５Ｂ
ＸＸＸＸＸ２５０－ ＰＵ０２４ １ ０００
４０ ８６．６ １ ４８０ １２５．２ 工频
３７０Ａ
注：括号中数值是变频调速４５ Ｈｚ时的数据。
３．２ 方 案 评 估 由于 ＺＤ 水厂二级泵房能 耗 偏 高 的 主 要 原 因 是
二级泵房水泵配置与管网水力现状及未来需求不匹 配，而现有泵房配电系统，变频设备，进、出水管 道与 现状及未来需求基本相匹配；若对泵房配电系 统，变 频设备，进、出水管道等同时进行改造，工程投入 大、 工期 长、影 响 大、见 效 小，故 本 方 案 确 定 仅 对 水 泵 机 组及配套 阀 门 进 行 改 造，其 他 保 持 现 状 是 合 理 的。 方案评估重点为以下三个方面： ３．２．１ 水 泵 选 型 合 理 性
５ ０００～５ ５００
ＰＵ０２０（４５～５０ Ｈｚ）＋ ＰＵ０２１＋ＰＵ０２２
２ ０００＋１ ５００×２
ＰＵ０２０（４３～４９ Ｈｚ）＋ＰＵ０２１＋ ２ ０００＋１ ５００×
５ ５００～６ ０００
ＰＵ０２２＋ＰＵ０２３
２＋１ ０００
ＰＵ０２０（４５～５０ Ｈｚ）＋ＰＵ０２１＋ ２ ０００＋１ ５００×
节 约 本 次 改 造 投 资 ，新 购 置 的 ４ 台 水 泵 中 额 定 流 量 为 ２ ０００ ｍ３／ｈ、１ ５００ ｍ３／ｈ 水 泵 仍 采 用 现 有 Ｍ２ＢＡ３５５ＭＬＡ－４Ｂ３、Ｍ２ＢＡ３５５ＳＭＡ４Ｂ３ 电 机，电 机 负 荷 率 约 在 ６０％ ～８０％ ，详 见 表 ５。 由 于 新 购 置 额 定 流量为１ ０００ｍ３／ｈ 水泵额 定 轴 功 率 仅 １２５．２ｋＷ，与 现有配套电机 Ｍ２ＢＡ３５５ＳＭＡ４Ｂ３额定功率３１５ｋＷ
可 以 得 出 ：新 购 置 的 ４ 台 水 泵 能 够 较 好 适 应 ＺＤ 水 厂 瞬 时 出 水 量 常 用 区 间 ２ ５００～６ ０００ ｍ３／ｈ 需 求 ，且 工 况 点 基 本 都 在 各 水 泵 的 高 效 段 内，故 选 型合理。
３．２．２ 电 机 选 型 合 理 性 ＺＤ 水 厂 二 泵 房 原 配 置 电 机 运 行 情 况 良 好 ，为
某小城镇水厂变频二级供水泵房节能改造方案评估
何 芳 张鹏飞
（佛 山 市 水 业 集 团 有 限 公 司 ，佛 山 ５２８０００）
摘要 水厂供水泵房节能改造是供水企业节能改造的重点。以珠江三角洲某镇 ＺＤ 水厂二级泵 房节能改造项目为例，介绍 了 该 二 级 泵 房 节 能 改 造 方 案 评 估 过 程 和 实 施 效 果。 为 单 水 源 供 水 条 件 下，含变频设施 的 小 城 镇 供 水 二 级 泵 房 节 能 改 造 项 目 的 开 展 以 及 泵 房 改 造 方 案 的 评 估 提 供 有 益 参考。
综合单耗／ｋＷ·ｈ／（１０３ ｍ３·ＭＰａ） ３６０
改造前 ０．３５３ １５１．２７ ４２８．５
变化率 —
－１３％ －１６％
相距较大，故为此新购水泵配套新购 置１
台新电机是合理的。
３．２．３ 经 济 效 益 预 测 预 计 本 次 水 泵 改 造 完 成 后 ，按 表 ４
的 开 泵 组 合 优 化 方 案 运 行 时 ，ＺＤ 水 厂
型号 Ｍ２ＢＡ３５５ＭＬＡ４Ｂ３Ｗ Ｍ２ＢＡ３５５ＳＭＡ４Ｂ３ Ｍ２ＢＡ３５５ＳＭＡ４Ｂ３
配套电机
额定参数
Ｕ ＝３８０ Ｖ，Ｎ ＝４００ｋＷ ｎ＝１ ４８６ｒ／ｍｉｎ
Ｕ ＝３８０ Ｖ，Ｎ ＝３１５ｋＷ ｎ＝１ ４８８ｒ／ｍｉｎ
Ｕ ＝３８０ Ｖ，Ｎ ＝３１５ｋＷ ｎ＝１ ４８８ｒ／ｍｉｎ
给水排水 Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．３ ２０１２ ９ ３
对 ＺＤ 水厂二级 泵 房 ２００９ 年 ５～１２ 月 运 行 数 据 进
Ａ 镇位于珠江三角洲腹地，全镇面积７６．７ｋｍ２，总
行 统计发现ＺＤ 水 厂 二 级 泵 房 能 耗 明 显 偏 高，详 见
表１ ＺＤ 水厂二级泵房改造前水泵机组配置情况
水泵编号
型号
ＰＵ０２０（变频） ４００Ｓ５２
ＰＵ０２１、ＰＵ０２２、 ＰＵ０２３、ＰＵ０２５
（４） 新 购 置 ３ 个 刚 性 管 道 伸 缩 器 安 装 至 ＰＵ０２０、ＰＵ０２１、ＰＵ０２３ 压 水 管 路 上 ，相 关 参 数 略 ；
（５） 新 购 置 ３ 个 低 水 头 损 失 止 回 阀 替 换 ＰＵ０２０、ＰＵ０２１、ＰＵ０２３ 原 有 止 回 阀 ，相 关 参 数 略 。
表 ３ 新 购 置 水 泵 额 定 参 数
水泵 流量 编号 ／ｍ３／ｈ
型号
扬程 效率 转速 轴功率 备注
／ｍ ／％ ／ｒ／ｍｉｎ ／ｋＷ
２ ０００ ＰＵ０２０ （１ ８５０） ＸＸＸ７０－４００
５０ （４０）
８８ （８８）
１ ４８０
３１０ 变频 （２２０）
ＰＵ０２１
ＸＸＸＸＸ３００－
１ ５００
４０ ８５．６ １ ４８０ １９１ 工频
ＰＵ０２２
水泵 编号
ＰＵLeabharlann Baidu２０
新购置
转速 轴功率 拟配套电机
水泵型号 ／ｒ／ｍｉｎ ／ｋＷ
额定参数
备注
ＸＸＸ７０－４００ １ ４８０ ３１０
Ｕ ＝３８０ Ｖ， Ｎ＝４００ｋＷ，
用现 有电机
ｎ＝１ ４８６ｒ／ｍｉｎ
ＰＵ０２１ ＰＵ０２３
ＸＸＸＸＸ３００－ ４３５Ｂ
１ ４８０ １９１
Ｕ ＝３８０ Ｖ， Ｎ＝３１５ｋＷ，
二 级 泵 房 能 耗 情 况 （最 不 利 点 水 压 满
足 ２８ ｍ 时 ）如 表 ６ 所 示 ，效 益 预 测 如
Ｚ２２－４０／３００－５５
ＰＵ０２４
３５０Ｓ４４
水泵
额定参数
Ｑ＝２ ０００ ｍ３／ｈ，Ｈ ＝５３ ｍ， Ｎ＝４００ｋＷ，ｎ＝１ ４８０ｒ／ｍｉｎ Ｑ＝１ ６００ ｍ３／ｈ，Ｈ ＝５５ ｍ， Ｎ＝３１５ｋＷ，ｎ＝１ ４８８ｒ／ｍｉｎ Ｑ＝１ ２６０ ｍ３／ｈ，Ｈ ＝４４ ｍ， Ｎ＝２２０ｋＷ，ｎ＝１ ４８０ｒ／ｍｉｎ
ＺＤ 水厂投产 于 １９９５ 年。 自 投 产 以 来，Ａ 镇 的
的 泵 房如 何 选 泵 、如 何 运 行 等 成 为 供 水 企 业 技 术 人 员
供水管网逐年完 善，已 由 最 初 的 枝 状 管 网 发 展 到 目
面临的热点和难点问题。对泵房改造方案实施效果
前主干管基本形 成 环 状，整 个 供 水 管 网 的 水 力 条 件
６ ０００～７ ０００
ＰＵ０２２＋ＰＵ０２３＋ＰＵ０２４ ２＋１ ０００＋１ ６００
９ ４ 给水排水 Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．３ ２０１２
所示的开泵组 合 优 化 方 案。 该 组 合 方 案 的 Ｑ－Ｈ 高
表５ 电 机 配 置 一 览
效段性能曲线与 Ａ 镇供水管网系统性能曲线叠加 图 如 图 ２、图 ３。
进行准确评估预 测 是 解 决 这 一 问 题 的 有 效 办 法，但
发生了重大变化。从而导致投产时水厂二级泵房配
难点在于变频水泵的采用使得预测更加复杂。
置的水泵 机 组 性 能 与 目 前 管 网 现 状 需 求 严 重 不 匹
本案例是在珠江三角洲的一个单一水源供水条
配 ，有 较 大 的 节 能 空 间 。
用现 有电机
ｎ＝１ ４８８ｒ／ｍｉｎ
ＰＵ０２４
ＸＸＸＸＸ２５０－ ３７０Ａ
１ ４８０ １２５．２
Ｕ ＝３８０ Ｖ， Ｎ＝１６０ｋＷ， ｎ＝１ ４８０ｒ／ｍｉｎ
新购 置电机
表 ６ 预 测 改 造 后 能 耗 情 况
项目
改造后
平 均 出 厂 压 力／ＭＰａ
０．３６
平均单位电 耗／ｋＷ·ｈ／１０３ ｍ３ １３１
表４ ＺＤ 水厂二级泵房改造后开泵组合优化方案
瞬时水量区间 ／ｍ３／ｈ
开泵组合
泵房出水流量 ／ｍ３／ｈ
１ ０００～２ ０００
ＰＵ０２０（４３～３５ Ｈｚ）
２ ０００
２ ０００～２ ５００
ＰＵ０２０（４３～４７ Ｈｚ）
２ ０００
２ ５００～３ ５００ ＰＵ０２０（３６～４２ Ｈｚ）＋ＰＵ０２１ ２ ０００＋１ ５００
根据对 ＺＤ 水厂２００７年、２００８年历史供水量 数
据进 行 分 析，得 出 ＺＤ 水 厂 瞬 时 出 水 量 为 ８００～ ７ ０００ｍ３／ｈ，常 用 区 间 为 ２ ５００～６ ０００ ｍ３／ｈ。 由 于 Ａ 镇 管 网 供 水 距 离 较 长 ，且 需水量时变化幅度较 大，为使最不利点 满 足 ２８ ｍ 压 力，采 用 历 史 管 网 压 力数据统计并结合管网水力模型模拟分析，得出 ＺＤ 水厂二级泵房水泵扬程定在２８～４２ ｍ，常 用区 间 为 ３２～４０ｍ。利用 Ａ 镇 供 水 管 网 水 力 模 型 模 拟 结 果 绘制 Ａ 镇供水管网系统性能曲线，如图１所示。
关键词 小城镇 供水二级泵房 变频 节能改造 方案评估
０ 前 言
人口 约 １５ 万。Ａ 镇 供 水 区 平 均 日 供 水 量 约 ９ 万
水厂供水泵房节能改造是供水企业节能改造的
ｍ３／ｄ，日变化系数 为 １．２９。 地 势 北 高 南 低，全 镇 由
重 点 。 随 着 变 频 技 术 的 日 趋 成 熟 ，水 泵 变 频 已 成 为 供
３ ５００～４ ０００ ＰＵ０２０（４２～４７ Ｈｚ）＋ＰＵ０２１ ２ ０００＋１ ５００
４ ０００～４ ５００
ＰＵ０２０（３８～３９ Ｈｚ）＋ ＰＵ０２１＋ＰＵ０２２
２ ０００＋１ ５００×２
４ ５００～５ ０００
ＰＵ０２０（４０～４５ Ｈｚ）＋ ＰＵ０２１＋ＰＵ０２２
２ ０００＋１ ５００×２
位于供水区 最 北 端 的 ＺＤ 水 厂 单 水 源 供 水，供 水 距
水 企 业 节 能 改 造 、提 高 供 水 安 全 的 重 要 手 段 之 一 。 但
离最远达１６ｋｍ，且 用 水 量 主 要 分 布 在 供 水 区 中 部
是，采用变频 技术 并非 一定 节能。因此，是否为水 泵
和南部。
配 备 变 频 设 施 、如 何 配 置 变 频 设 施 以 及 配 置 变 频 设 施
离心泵，其中１台水泵机组配置变频设备，机组 参数
项目的实施提供 参 考 和 借 鉴，特 别 为 类 似 条 件 下 的
详 见 表 １。
小城镇 水 厂 供 水 二 级 泵 房 改 造 项 目 的 开 展 提 供
２．２ 泵 房 能 耗
范例。
泵房改造前，Ａ 镇供水区主干管改造基本完成。
１ 案 例 背 景 简 介
表 ２ ２００９ 年 ５～１２ 月 能 耗 统 计 数 据
日均供水量 ／万 ｍ３／ｄ
最高出 厂水压 ／ＭＰａ
平均出 厂水压 ／ＭＰａ
单耗 ／ｋＷ·ｈ ／１０３ ｍ３
综合配水单耗 ／ｋＷ·ｈ／
（１０３ ｍ３· ＭＰａ）
８．９７
０．４２ ０．３５３ １５１．２７
４２８．５
表２。经分析能耗偏高的主 要 原 因 是 二 级 泵 房 水 泵 常用运行工况显著偏离水泵高效区。 ３ 改 造 方 案 及 评 估 ３．１ 改 造 方 案 简 介
（１）泵房 配 电 系 统，变 频 设 备，进、出 水 管 道 保 持现状；
（２） 新 购 置 ４ 台 水 泵 替 换 原 有 的 ＰＵ０２０、 ＰＵ０２１、ＰＵ０２３、ＰＵ０２４水泵。新购置水泵额定 参数 详 见 表 ３；
（３）新购置１台电 机 替 换 ＰＵ０２４ 原 有 电 机，原 ＰＵ０２０、ＰＵ０２１、ＰＵ０２３电机不更换。新购置电 机额 定 功 率 为 １６０ｋＷ，其 他 参 数 略 ；
件下，仅配置１台变频水泵机 组 的 Ａ 镇 水 厂 供 水 二
２ 改 造 前 概 况
级泵房的改造项目。本文对该改造方案评估过程及
２．１ 水 泵 机 组 配 置
结 论 进 行 了 介 绍 ，并 采 用 改 造 前 、后 的 实 际 运 行 数 据
改造前，ＺＤ 水厂二级泵房配有６台双吸中开 式
进行了验证。本文可为供水企业水泵机组变频改造
图１ Ａ 镇供水管网系统性能曲线
新 购 置 ４ 台 ３ 种 型 号 的 水 泵 ，其 组 合 方 式 有 １１ 种 。 由 于 其 中 一 台 水 泵 为 变 频 水 泵 ，使 得 组 合 情 况 变 得 更 加 复 杂 。 为 便 于 分 析 ，将 紫 洞 水 厂 瞬 时 出水量８００～７ ０００ ｍ３／ｈ 分 为 ８００～３ ５００ ｍ３／ｈ 和 ３ ５００～７ ０００ｍ３／ｈ两个区间，分区间绘制新 购 置 的 ４台水泵及其 组 合 Ｑ－Ｈ 高 效 段 性 能 曲 线 与 Ａ 镇 供 水管网系统性能 曲 线 叠 加 图，并 根 据 水 泵 厂 提 供 的 Ｑ－Ｎ 曲线估算各种组合所需的总轴功率，得到表４