浅谈饮用水供水系统节能管理

文 _ 石巍 肖文京 王春立 冯利慧 刘金亮

北京天坛生物制品股份有限公司

浅谈饮用水供水系统节能管理

文 _ 石巍 肖文京 王春立 冯利慧 刘金亮

北京天坛生物制品股份有限公司

1 运行现状

公司现用生活饮用水供水系统主要由水泵机组、变频控制柜、压力仪表、管路系统等构成。变频柜由变频调节器、PLC（或变频控制器）、低压电器等构成。系统包括功率为22kW供水泵3台（以下简称小泵），功率为45kW供水泵1台（以下简称大泵），其中45kW水泵一直为备用状态。

系统正常工作状况下，采用3台22kW水泵变频加压供水。首先，1台变频供水，供水压力不足时，先开的泵转为工频运行，变频控制再软启动第2台泵；若压力还不够，第2台转为工频运行，变频控制再启动第3台；若用水量减少，按启动顺序依次停止工频泵，直到最后一台变频恒压供水。

公司近几年用水量趋势11000001000000 900000800000 2010年 2011年 2012年2013年预计

2 存在问题

在班组实际运行工作中发现3台22kW水泵运行过程中频繁出现启停现象，有时甚至导致压力报警。同时，供水单耗居高不下，不但工作强度增加，而且能源消耗也随之增大。

由于公司生活饮用水供应系统既供应生产用水，又供应生活用水，因此造成供水流量波动较大。这也就导致我们之前所说的，供水过程中压力不稳定导致频繁启停，以至于超压报警的现象频发。由于水泵的频繁启停和超负荷的工作状态，造成设备损坏和能源的浪费。

3 解决方案

3.1 实际用量分析

公司近几年供水量趋势如图1。

公司近年通过节能减排、降本增效等强有力的管理，大规模浪费情况基本杜绝。但因用水性质和特点决定了公司瞬时供水量仍然波动较大，供水量变化较大时间大致在白天生产生活比较密集时间，故我们针对8：00–17∶00进行有针对性的测试（随机统计2010～2012年供水量），具体数据见表1。

通过表1数据表明，公司供水高峰期大致在上午8∶00－11∶00，最高用水量不超过200t/h。

3.2 供水系统分析

供水系统的基本特性和工作点扬程特性是以供水系统管路中的阀门开度不变为前提，表明水泵在某一转速下扬程H与流量Q之间的关系曲线，如图2所示。

由图2可以看出，流量Q越大，扬程H越小。由于在阀门开度和水泵转速都不变的情况下，流量的大小主要取决于用户的用水情况，因此，扬程特性所反映的是扬程H与用水流量Q间的关系。而管阻特性是以水泵的转速不变为前提，表明阀门在某一开度下，扬程H与流量Q之间的关系。管阻特性反映了水泵的能量用来克服泵系统的水位及压力差、液体在管道中流动阻力的变化规律。在同一阀门开度下，扬程H越大，流量Q也越大。由于阀门开度的改变，实际上是改变了在某一扬程下，供水系统向用户的供水能力。因此，管阻特性所反映的是扬程与供水流量之间的关系。扬程特性曲线和管阻特性曲线的交点，称为供水系统的工作点，如图2中A点。在这一点，用户的用水流量和供水系统的供水流量处于平衡状态，供水系统既满足了扬程特性，也符合了管阻特性，系统稳定运行。

3.3 改造方案制定

结合以上分析，我们针对现阶段公司供水实际情况，充分利用现有设备，调整原有供水设备，摸索尝试了一套新的供水方式。

根据公司实际供水量分析数据可以看出，供水每小时的最大流量不超过200m³。所以，我们尝试将原有作为备用使用的水泵，即功率为45kW、扬程为50m、流量为200m³/h的供水泵作为工作水泵；将3台功率为22kW、扬程为50m、流量为100m³/h的供水泵作为备用泵。并且从新调整大泵的供水参数及设备的运行参数，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实现恒压供水。如图3。

本次设计方案的变频恒压供水系统的供水部分主要由变频器、水泵、电动机、压力传感器、管道和阀门等构成。变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上在系统运行过程中，如果实际供水压力低于设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供水压力提高，在运行过程中该过程将被重复，直到实际供水压力和设定压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好相反，变频器的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力因此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。

图3 变频恒压控制原理图

表1

表2

表3 2010、2012、2013年1～10月份用水量及能耗表

4 节能效益分析

4.1 改造后实际供水情况

本次技术改造后，实测数据如表2。

根据表2数据可见，改造后单独1台大泵足可以满足公司现阶段生产生活用水量，而且供水压力安全、稳定。

4.2 单位能耗供水量对比

通过对实际运行数据比较，单独运行1台大泵照比以前3台小泵的运行方式，单位能耗供水量对比见表3。

4.3 节能量计算：

根据表3可知，2013年平均每立方米比2012年节电13%，如果全年预计供水量按90万m³计算，2013年全年供水节电量约为12150 kWh。

按照1元/kWh计算，全年将节约电费1.2万元。

5 结论

通过对饮用水供水系统运行方式的调整，在不增加额外资金投入的情况下，充分利用现有设备，调整运行方式，解决了由于公司生活饮用水使用波动较大对供水系统的影响，避免了因使用波动导致水泵、管道等安全隐患，保证了供水的安全稳定，改造后，年供水单耗大幅度降低，起到了较好的节能降耗的作用。

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