供水系统水泵机组节能改造技术设计效果分析

孙小燕

（惠州市供水有限公司，广东 惠州 516001）

根据机械工业协会统计，水泵驱动着中国20%左右的电能，但由于其运行效率低，导致的能源浪费严重、成本过高等问题非常明显，与国外相比，其效率低2%左右。—般来说，水泵的节能空间较大，具有20%～40%的正常节电潜力。当前，水泵严重的能耗问题，已引起了水泵行业持续的关注，因此，在供水系统中，应当将节能降耗作为重中之重，以此才能够促进供水新技术与供水新设备的快速发展。

当前，对于节能途径主要可从以下几个方面考虑：利用电动机以及输变电设备实现节能、水泵机组运行优化节能以及管理优化节能。第一种节能方法和第三种节能方法实际操作相对容易，但节能作用无法在短时间内充分发挥。第二种节能方法由于水泵机组中设备组成复杂、运行复杂，使得这一节能方法实施难度较大，但若能够实现对水泵机组的节能，则能够在短时间内得到理想的节能效果，进而促进整个供水系统的节能运行和可持续发展。

选择以惠州某水厂项目作为依托，该水厂以东江水作为水源，供水和远期规模分别为40 万m3/d、60 万m3/d，现在每日平均的供水量为25 万m3/d。水厂内交通便利，刚开始的地貌多为剥蚀残丘，但经修整现在场地已平整，每个钻孔的孔口标准高度17.98～18.70 m，最大高差0.72 m。结合工程施工现场的勘查结果得出，各钻孔均有揭露，揭露厚度3.80～7.40 m，平均6 m；
层顶标高1.80～4.60 m，平均3.74 m，层顶埋深13.90～16.30 m；
平均14.54根据岩石抗压强度。图1为该水厂卫星图像，图2为供水工程工艺流程。

图1 水厂卫星图像图

图2 供水工程工艺流程图

该水厂一、二期总供水能力40万m3/d。一、二期的工程根据工艺流程由南向北在厂区的中部进行布置，水厂西侧为预留三期发展用地（20万m3/d）；
西北侧为预留污水处理用地；
水厂东侧为优质水处理用地。净化构筑物中，格栅间及配水井、二级泵房的土建结构均为一次建成。另外净水厂的生产废水一般占水厂总量的4%～5%，该水厂近期规模为40万m3/d，如果按总量的5%计算，一天要排放20 000 m3的废水量，造成水资源及经济上很大的浪费。针对这一问题，为实现对该水厂的节能设计，针对其供水系统中的水泵节能机组进行节能改造，来达到节能的目的。

2.1 供水系统水泵机组构筑物施工

供水系统水泵机组主要处理构筑物主要包括沉淀池、滤池等。排水池接纳滤池的反冲洗水及滤池清洗水，排水池上清液均匀提升回流至絮凝池，减少冲击负荷，底泥提升至排泥池，由于浓度较低，反冲废水也可全部回流。水厂一、二期共有滤池20格，反冲洗周期约为36 h，反冲间隔1.80 h；
远期再建10格滤池，共30 格，反冲间隔1.20 h；
滤池清洗1 周四次，每次5 格，冲洗流量约为600 m3/h，持续2.50 h。排水池入流为间断性、大流量入流，经调节后，上清液均匀回流至絮凝池，回流流量为一次反冲水量除以反冲间隔，以保证在下一次反冲废水到来之前排空排水池。表1为一次反冲洗水量计算表。

表1 一次反冲洗水量计算表

按照表1中的内容完成对一次反冲洗水量的测定，并将其作为依据，开展对排水池的施工。排水池设2 格，单格有效容积按可以接纳一格滤池的反冲洗水设计，确定为550 m3；
上清液排水泵设置4 台，单泵流量150 m3/h，2 用2 备，2 台工作时可排除上清液，4台全部工作时，可满足滤池清洗排水。

沉淀、絮凝池以及配水井的排泥水和排水池底泥均由排泥池进行接收处理，其中以沉淀池排泥水为主，排泥水在排泥池均质均量后被均匀抽升排入浓缩池。现况一、二期沉淀池各4台排泥车，共8台，排泥周期均为24 h，排泥时间为一期每天下午排泥，二期每天上午排泥，排泥时，一期、二期均为四台排泥车同时排泥。远期12 台排泥车，每天3 次排泥，排泥间隔8 h。重力浓缩池接受排泥池污泥水，进泥流量为125 m3/h，总固体为15 t/d。浓缩池排泥与脱水设备的工作时机、持续时间、出流和入流流量并不一致。此外，浓缩池排泥一次排泥周期内的浓度也会有一定的变化，因此在浓缩池排泥与脱水设备设置平衡池，可起到平衡流量和稳定脱水设备的进泥浓度的作用，以此按照上述方式完成对供水系统水泵机组主要处理构筑物的施工，确保各个构筑物的节能作用得到充分发挥。

2.2 各专业节能措施实施

随着居民节能降耗意识和观念的增强，以及人生活和生产等方面需求的提升，尤其是节能减排政策的出台，供水企业更加重视对各个相关环节的优化，希望通过各种方法和途径来实现节能降耗。为确保供水系统水泵机组达到节能降耗的效果，需要在对各个相关环节实施相应的节能改造措施。首先，针对工艺专业的节能措施实施包括：加药全部采用投药自动化，可以根据水量、水质的变化情况，对加药量进行精确测量；
针对部分水泵机组采用调速装置对其进行控制，从而根据实际供水系统运行需要，实现相应的调度运行。其次，针对电气专业的节能措施包括：变压器和电压等级的合理选择。尽量让新建变配电室靠近负荷中心，变压器所带负荷保持三相平衡；
谐波治理。通过采用满足国内规范的谐波标准的调速装置，将调速装置产生的谐波值控制在允许范围内，水厂不再单独设置谐波治理设备。再次，针对建筑专业的节能措施包括：外窗面积采用合理的窗地比；
按冬暖夏热地区节能设计。在具体实施节能改造操作时，应当将表2所示的建筑热工设计规定指标作为依据。

表2 建筑热工设计规定指标表

在表2中数据基础上，针对该工程项目围护结构热工节能技术措施进行设计。建筑外墙采用岩棉保温板与饰面铝板组合材料系统，并要求达到国家规定的公共建筑节能设计施工标准要求。屋面形式为坡屋面，采用岩棉保温板保温措施，达到国家规定的公共建筑节能设计标准要求。最后，对暖通及室内给排水专业节能措施。根据温度，对散热量较大的电气房间或通风量较大房间的通风设备运行台数及转速进行合理有效的控制。根据上述论述，完成对施工中各个专业的节能措施实施，确保供水系统水泵机组的节能效果达到理想水平，促进整个水厂工程项目的节能降耗，从而满足水厂项目的可持续发展要求。

在完成对上述水厂供水系统水泵机组节能改造的施工后，为验证这一施工技术的可行性，对施工技术应用后的效果进行分析。选择将该水厂各个施工区域进行编号，分别为I～V，在完成施工后，对供水系统水泵机组在运行过程中的能耗进行记录，并将记录结果与该工程项目设计阶段对各个区域要求的能耗约束值进行对比。若记录结果小于能耗约束值，则说明文中提出的施工技术在实际应用中能够达到节能降耗的目的，施工技术可行；
反之，若记录结果大于或等于约束值，则说明文章提出的施工技术在实际应用中不符合节能降耗要求，施工技术不可行。根据上述逻辑，将多个区域供水系统水泵机组能耗记录如表3所示。

表3 多区域供水系统水泵机组能耗记录表

从表3中记录的结果可以看出，各个区域实际能源消耗量与约束值相比均更小，说明各个区域能源消耗均控制在了合理范围内，进一步证明文章上述设计的节能改造施工技术可行。

上述论述以某水厂为例，针对其供水系统水泵机组节能进行改造，达到降低能源消耗，提高工程节能性的目的。主要通过对供水系统水泵机组提出相应节能改造措施，以及对各个专业相关环节实施提出相应的节能改造措施，来确保供水系统水泵机组达到节能降耗的效果，并通过对改造效果分析验证技术的可行性。改造时间历时半年多，改造投入运行后，节能效果显著，达到技术改造的目标。

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