淄博市引黄供水节能技术改造探讨

邵明广

（淄博市引黄供水管理局，山东 淄博 255087）

节约能源是我国的一项基本国策，也是企业落实科学发展观，加快企业经济发展，提高产品质量、增加企业效益、增强企业核心竞争力的根本要求。为实现节约、创新、高效的行业发展，淄博市引黄供水公司在生产运行管理中，强化措施，注重实效，以科学技术为指导，不断采用新工艺、新材料、新设备，加大了节能技改力度。

供水企业最大的耗能为电能，所消耗的大部分电量是用来维持供水水泵的运转。以一般的城镇供水水厂而言，泵站消耗的电费占制水成本的40%～70%，甚至更多。因此，搞好供水系统的节能工作，对国民经济的发展具有重要的意义。为此，淄博市引黄供水有限公司对现有运行泵组电耗进行了认真分析，排查原因，发现在满足供水条件下，有很大的节能空间。为有效降低电耗，连续几年陆续采取了水泵喷涂、机组变频、水泵换型等一系列的节能技改措施，这几项改造技术所带来的节电效果，现已得到了充分的验证。

1 水泵喷涂技术

1.1 水泵泵体状况

水泵经过多年的运行后，受运行环境的影响，泵的过流部件如叶轮、壳体等都遭受了不同程度的侵害，如：气蚀、磨损及化学腐蚀等，进而叶轮出现沟槽、凹坑、蜂窝状脱落破坏，泵的流道部位表面比较粗糙，水泵内流体流过时阻力较大，影响泵的运行效率，能耗不断增加。

1.2 水泵喷涂

2008年，通过对目前市场上，能够改善流体设备表面粗糙度的涂层材料进行研究和分析，决定采用美国贝尔佐纳公司出品的Belzona1341（NSF)高分子复合材料。Belzona1341（NSF)是一种应用于饮水系统的涂层材料，可修补流体设备的腐蚀表面，减小流体表面粗糙度，减少涡流的产生，具有耐磨、抗腐蚀、粗糙度小的特性，有利于提高水泵效率，降低水泵功率消耗。为保证喷涂效果，首先在净水厂进行了涂覆试验，净水厂10#泵涂覆施工历时8d，中间包括泵的拆安、构件内表面喷砂、Belzona1341（NSF)材料的涂刷、试车等。

1.3 改造效果分析

涂覆施工完成后进行了试运行，在出口闸阀开度保持不变的情况下，改造前后水泵运行数据如表1、表 2示。

表1 10#泵改造前运行数据

表2 10#泵改造后运行数据

通过表1、表2的数据分析比较，改造后电机运行电流平均下降6.2%，电基平均下降8.8%。涂覆后提高了水泵叶轮及泵壳内壁表面的光洁度，改善了水泵的水流条件，降低了水力损失和机械损失，使水泵效率提高了2.5%。

为进一步推广该技术，2008年下半年又先后对水库泵站的8#供水泵组、净水厂2#、7#泵组、配水厂2#、3#、10#、11#泵组均进行了涂覆。通过涂覆前后运行数据比较，改造前配水厂6、7、8月电基平均值为245.60kW·h/km3，改造后9、10月电基平均值为221.76kW·h/km3，电基平均下降9.7%。

2 水泵变频调速改造

2.1 供水现状

为适应现有的供水情况（现在的供水量12万m3/d远远达不到设计供水规模25万m3/d），向净水厂送水时水库泵站采取调节水泵出口阀门开度来调节送水量。

在实际运行中，由于水库泵站6#、8#水泵出口阀门开度较小时，水泵出现严重震动现象，所以，泵站向净水厂送水的运行方式为：6#、8#水泵出口阀门开至35°送水（送水量6000m3/h左右），但公司的供水量现在一般在11～12万m3/d，为此，泵站需开启9#阀门，将一部分水送至净水厂，以满足公司供水要求，剩余部分水送至水库。

这种方式运行，水泵经常处于憋阀状态，效率较低，而且分水方式，浪费资源，不利于节能。

另一方面，由于各需水用户在不同时段的用水量变化较大，时变化系数一般在1.37左右，配水厂需要频繁调节出水阀门的开度，来满足用户的需求。而通过调节阀门开度方式调节流量必然会造成能源的浪费。为此，采用变频技术来调节水泵的转速，避免分水电耗和憋阀运行，无疑是一种较好的选择。

2.2 配水厂变频改造

为保证变频调速改造的顺利实施，并能够有效达到节能降耗和安全运行的目的，通过认真分析泵组运行现状，编制了《配水厂送水泵房变频调速改造方案》。

通过对多家同类用户和变频器生产厂家的考察，公司选用了北京利德华福公司生产的HARSVERT-A-06型变频器。该变频器采用多电平串联技术，主要由移相变压器、功率单元和控制器组成，为电压源型高-高结构，高压直接输出，不需要升压变压器，对电网电压波动的适应能力强。而且具有功率单元自动旁路的功能，线电压能够保持自动均衡，在旁路故障功率单元的同时，将三相电压的中心点进行漂移，以保证三相输出的线电压对称。

2009年，在配水厂送水泵房配电室东侧建造变频器室，室内安装1台HARSVERT-A-06/100型变频器，分别拖动张店供水水泵、辛店供水水泵各1台；安装1台HARSVERT-A-06/045型变频器，拖动周村供水水泵2台，2台高压变频器于2010年4月28日正式投入运行。

2.3 水库泵站变频改造

为进一步降低能耗，改变现有运行方式，2010年3月，公司确定安装1台HARSVERT-A-06/100型变频器，分别拖动6#、8#机组。这样可有效改变水库现在的运行方式，提高机组效率，避免无效分水所造成的电耗，达到节能降耗的目的。

2010年7月，在配水厂变频器运行的基础上，水库泵站开始实施变频改造，经过1个月的紧张安装调试，水库泵站6#、8#机组高压变频改造工程全部结束，并正式带载运行。

2.4 试验验证

为了验证变频器的应用效果，在不影响供水的情况下，配水厂对泵组运行做了变频器应用前后的对比试验，按照正常的供水量，运行一大一小2台机组。

2.4.1 试验一

将小泵机组调节至最大出水流量1900m3/h，大泵在不同出水量时，分别测得工频运行时机组的输入电流和变频运行时变频器的输入电流，通过计算得到节能百分比，如表3所示。

表3 大泵试验各项数据

2.4.2 试验二

将大泵机组调节至最大出水流量4000m3/h，小泵在不同出水量时，分别测得工频运行时机组的输入电流和变频运行时变频器的输入电流，通过计算得到节能百分比，如表4所示。

表4 小泵试验各项数据

通过试验数据可以看出，变频器在大多数工况条件下都有明显的节能效果，但在接近50Hz时节能效果不明显，在工频运行时不但不能节能，还会增加能耗，这是因为变频器内部的移相变压器和功率模块消耗了一部分能量。由于生产工艺和机组运行方式所决定，变频器在30Hz以下运行时泵组不能出水，一般运行在38Hz以上。

2.5 改造效果分析

机组变频改造后与改造前工频运行对比，有几个明显的优点：

一是泵站向净水厂出水流量保持在4500m3/h时，有功功率从840kW降至360kW左右，减少有功消耗约55%。水库泵站2009—2011年工频运行和变频运行时机组耗电量的统计如表5示，由表5可以看出，2011年变频运行后供水电基明显降低，节能效果非常显著。

表5 2009—2011年水库泵站机组耗电量统计

二是变频调节流量替代了憋阀限流的运行方式，变频器对电机实现了软启动，启动电流大大减小，由于对机组几乎没有冲击，相应延长了设备的使用寿命。

三是电机定子电流从94A降至34A，电机定子线圈温度从70℃降至48℃，减缓了电机的老化速度，提高了使用寿命；四是利用变频器的压力闭环控制功能，可对供水管道起到有效的保护作用。

3 泵组改造

净水厂送水泵房原泵组是按日供水50万m3/d设计的，但目前供水量仅为11～12万m3/d，水泵实际运行工况点远远偏离了高效区，造成了能源浪费和设备运行的不稳定，为节约电能，提高设备运行稳定性和供水保证率，于2011年对净水厂3#、7#泵组实施了改造。

3.1 泵型选择

3#、7#原水泵型号为24Sh-9J，出流量Q为2 664m3/h，扬程H为40m；配套电机：Y450-8，功率N为400kW。根据现供水情况，通过计算分析，将水泵换型为24Sh—28，出流量Q为2880m3/h，扬程H为21m；配套电机：Y355-6，功率N为250kW，原有微阻缓闭止回阀更换为JD745X型多功能水泵控制阀，其余泵前、泵后各阀门不变。同时，为保证水泵的正确安装和施工方便，在设计泵组安装图时，经过现场实际尺寸和泵组图纸尺寸的比对计算，在原水泵和电机的混凝土基础上进行了改造。电机基础是在原基础上增焊32d槽钢支架，保证安装高度，焊接后，补浇混凝土。

3.2 改造效果分析

通过对原泵组和新泵组运行的耗电量统计，新泵组节电效果非常明显。运行原泵组平均电耗约为105.5kW·h/km3，运行新泵组平均电耗约为77.37 kW·h/km3，按平均每天供水12万m3计算，每天可节电3375.6kW·h，每年节电123.21万kW·h。

4 结语

通过这几年的节能技术改造，改造前与改造后相比，水库泵站、净水厂、配水厂年泵组供水电基都有明显的下降，如果按日供水12万m3/d考虑，2010年比2009年节电88.74万kW·h，2011年比2010年节电143.44万kW·h，从统计数据可以看出，不断进行的节能改造，经济效果非常显著。