节能技术在供水系统中的综合应用

凡晓晴 张建国

（河南石油勘探局水电厂，河南 南阳 473132）

一、前言

目前河南油田供水系统的主要设备是水泵机组，其电耗在供水成本中占到40%～50%，占油田供水系统电能能耗的97%。为此于2001～2010年间，先后在水泵机组上应用了变频调速技术、电机节电技术、金属修复技术、机械密封技术等以及新设备，不但提高了水泵效率，降低了电机能耗，而且保证了水泵机组安全高效运行。

二、电动机节能的途径

1.变频调速技术的应用

河南油田供水系统自2001年在水厂、泵站应用了变频调速技术，主要是变频恒压供水，较传统供水方式节省能效20%左右。但黄山水厂和双河水厂两座生活水处理厂，由于在不同的供水时段，其用户所需的供水压力不同，在用水低峰期变频恒压供水存在一定供水压力浪费。从2006年开始采用变频变压供水技术，即用水高峰期供水压力设定值相对高，用水低峰期供水压力设定值相对较低，不仅节能，而且可基本解决用水低峰期由于水量降低造成压力增加带来的管网爆管及漏水损耗大的问题。

其节能原理是，在变频恒压供水基础上，根据不同供水时段，设定分段供水服务压力，满足不同用水时段用户的需要。通过时间继电器，在用户用水的不同时段采用自动控制电路，人为改变出厂水的压力控制目标，从而实现相对的时间段内的变频变压供水，进一步达到节约电能的目的。变频变压控制原理图见图1。

图1

2.电机节电技术的应用

河南油田供水系统潜水电泵运行时率高，有些需全天候运行。由于水源井状况不一样，以及水泵负载、电网能力的差别，潜水电泵运行中普遍存在单耗高的现象。若采用变频调速装置来降低能耗，一方面存在着投资大、回收周期长的弊端，另一方面水源井潜水电泵系统分布比较零散，属单个小系统，不能集中控制，必须单一使用变频装置，投资是水厂、泵站集中控制的两倍。这种情况下采用三相电机节电技术，引进专用潜水电泵电机节电器就能体现出投资少、节电率高的优势。

三相电机节电技术原理如下。

（1）应用磁滤波技术，通过抑制电压、电流谐波来达到节电目的。其原因是减少或削弱了由于电压、电流谐波的存在而造成的无功功率消耗。节电器安装在供电电源与电机之间，可以减少其他负载的电磁干扰对电机电源的影响，优化电源质量，从而减少了电机无功功率的消耗，达到节电目的。

（2）应用降低电机运行电压及相平衡技术，降低电机的输入电压，从而减少电机的转矩。实际上就是通过降低电压，减少电动机所需的磁场容量，降低额定输出功率，但电机的转速并没有改变。根据这一原理，电机节电器在保证电机从空载→轻载→满载多种负荷变化的情况下，电机恒定转速不变。由于电机节电器自动监测电机电压和电流之间的相位角，根据负载的变化状况，在百分之一秒内自动改变相位角。电机节电器通过专用的功率开关元件对电压进行“切口”控制，其控制器件只允许电源电压的正半周和负半周的一部分电压供给电机，其结果便降低了供给电机的均方根电压，使电机磁滞损耗最小化，相角被调整在正常状态。提高了电机效率，达到了节电的目的。

三、提高水泵的效率

1.机械密封技术的应用

水泵密封装置是水泵的主要组成部分。传统的水泵密封装置采用的是石棉填料和填料压盖组成的填料函，这种方式使用寿命短、密封性能较差、水量漏损大，增加水泵轴功率。而机械密封与普通填料密封方式相比，除具有密封性好，使用寿命长等优点外，还具有较好的节能效果，并可改善工作环境、减轻劳动强度、避免因盘根刺水造成的烧轴承及烧电机等事故发生。

2.金属修补技术的应用

供水系统使用的水泵都是由金属零部件构成。水泵在运行一段时间后不同程度地存在气蚀、磨损、腐蚀、穿孔等缺陷。由于泵壳及叶轮都为铸铁件，其机械性能表现为脆性，焊接时容易产生新的裂纹，造成新的缺陷，并且不易进行切削加工。传统的缺陷的处理方法是带病工作或更新。2007年在水泵修理上引进了金属修补技术，不但可以使损坏的金属零件再利用，而且改善了水泵的水利性能，提高了水泵的运行效率。

金属修补技术包括修复和改善两方面功能。修复就是应用由高分子聚合物和功能性填料组成的金属修补剂，对水泵叶轮、泵壳等的气蚀、穿孔缺陷，将金属修补剂按照一定的工艺流程涂敷在需要修补的金属零件表面，待固化后即完成修复，无需机械加工，操作工艺简单，零部件修复过程短，速度快。改善是利用由高分子材料构成饮用水涂层对新、旧零部件如水泵叶轮、泵壳等表面修复后进行涂敷，可在泵体内产生光滑的表面，以改善水利性能。该材料具有优良的机械性能，可以保证水泵叶轮高速旋转过程中涂层不会破损脱落，从而达到提高泵效，节能降耗的目的。

四、结语

电机节能技术和提高水泵效率技术的应用，遵循了科技节能、科技创效的宗旨。实践证明，变频调速技术节电率达20%；电机节电技术节电率达15%；机械密封技术节电率达5%；金属修补技术节电率达7%。每种技术也有其不足之处，适用于不同的设备和运行工况，如果把这些结合应用，效果会更显著。目前水厂和泵站基本上综合应用了两种以上技术，综合节电率达20%左右，年综合节电可达70万kW·h以上。通过这些新技术的应用，不但降低了水泵机组能耗和故障率，而且也降低设备维护保养费用，延长了设备使用寿命，提高了生产效率，创造了较好的经济及社会效益。