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【摘 要】只要水务行业坚持科学发展观,充分发挥第一生产力的作用,在节能降耗工作中采用现代先进的变频调速、无负压供水、水泵自灌式启动、优化调度等先进技术,就能在建设高效、节能、安全、和谐的水务工作中取得卓著的成效。
【关键词】 变频调速;无负压供水;自灌式启动;节能降耗
Discussing about the ways of constructing energy saving pumping stations
Zhang Zhe-ming , Wei Wen-zhang
(1.Jilin Waterworks Design Institute of Jilin Water(Group) Jilin Jilin 132011;2.Water(Group) CO.LTD of JilincityJilin Jilin 132011)
【Abstract】As long as the water supplies insist the scientific development concept, display fully the production action of force, use the modern advanced technologies of changing frequency to control speed , non-negative pressure water supply, using gravity irrigation to start thewater pumps and optimizing dispatchers in the energy saving and consumes falling work, we can obtain the outstanding result in the work of constructinghighly effective energy conservation , safe and harmonious water supplies.
【Key words】Changing frequency to control speed; Non-negative pressure water supply; Using gravity irrigation to start the water pumps; Energy saving and consumes falling
1. 认清形势,坚定信念,创建资源节约型水务刻不容缓
节能降耗是我国的基本国策,是缓解能源紧张的重要措施,也是水务行业保证优质供水,提高经济效益,可持续和谐发展的重要环节和工作目标。吉林市水务集团是个用电大户,供排水机组装机总容量19390KW,其中供水厂与污水厂装机容量为14950KW,城市管网二次供水加压泵站装机容量为3422KW。因此,水务集团也是吉林市重点用电保护单位。
能源属于战略性资源,关乎国家经济命脉,而且往往是牵动一发而动全身,会对下游产品产生较大影响。近年来随着国际经济发展与激烈竞争,加剧了能源的过度开发,过度需求和过度浪费。国家主席胡锦涛在2008年7月于日本北海道洞爷湖召开的八国集团峰会上宣布:到2010年单位国内生产总值和能源消耗比2005年降低20%左右,主要污染物排放总量减少10%;温家宝总理在2009年末于哥本哈根世界气候变化大会上宣布:“中国到2020年将实现单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%”的量化减排指标。足见能源涨价和紧缺已是大势所趋。以我公司为例,因近年来多次电涨价使电费在制水成本中所占比例已由上个世纪末的21%上升到目前的34%,加大了供水企业的经营压力。因此,节能降耗,增加生产,厉行节约是应对世界金融海啸,构建和谐社会和民族复兴的当务之急,全力创建资源节约型水务,不断探索水务行业节能降耗的蹊径,刻不容缓。
2. 建设节能型泵站的对策与效益
在水务行业,取、净、送、配、治二十多道全系统生产工艺流程中,每道工序中都存在着节能(节电、节水、节药、节热)的问题与潜力,其中泵站的节电问题最为突出,现就此课题探讨如下:
2.1 较大型的水泵尽量采用自灌式启动。
水泵的启动方式通常有自灌式、真空式、吸水管上安底阀式三种。实践证明,上述三种启动方式中,自灌式启动省电、快速、效果最佳;其他两种启动方式费时、费电、启动慢、流量增速慢,有时甚至抽不上水来,水泵易气蚀,不安全。以我公司三水厂旧系统取水泵站为例,该泵站始建于1975年,由于设计原因,泵室内三种型号卧式离心泵的安装高度(水泵轴心)分别高出最低江水位3.16m,2.66m和2.82m,水泵为真空启动。如果从三种型号水泵的允许吸上真空高度Hs值中减去以上三个数值,则所剩的允许吸上真空高度分别为2.54m,2.34m,0.68m,而自流管线长达350m,减去自流管线的水头损失,以上3个数值所剩无几,可见这些数值严重偏低,致使水泵抽力差,若水泵稍有点汽蚀,或吸水管漏气,就可能抽不上水来。其结果造成投产后泵站的吸水能力满足不了每日10.8万m3d要求,最大取水量仅为9.5万m3/d,为设计值的88%,为水泵额定值的79%。每m3水耗电量为0.124KW,比三水厂新建泵站自灌式取水机组每m3水耗电量高36%,节能降耗效果不好。鉴于上述情况,我们在2006年投产的新取水泵站中,安装了三台上海KSB水泵厂生产的RDL-600-670A水泵,其性能参数为Q=2800~4800m3/h,H=22~30m,配套电机功率为355KW。该泵的特点是:结构合理,效率高,抗汽蚀能力强,运行可靠,效率η≥80%,(比原来提高3%~5%),水泵设计安装标高比旧系统取水泵低4.86m,达到自灌启动,单机平均出水流量经测试为4500m3/h,仅开一台机组就能达到一期设计流量(而旧系统开4台机组才能勉强达到)。
2.2 应用变频调速技术,使水泵在高效区工作。
提高水泵的效率是水泵节电的关键,所谓水泵效率即有效功率与轴功率的比值,因此,提高水泵效率实际上就是提高水泵的有效功率。在实际生活中,居民用水规律每天24小时都是不一样的,通常分峰、谷、平三个阶段,而这三个阶段中,逐时的用水量也是变化的,因此城市供水管网的水压也是变化的。而供水泵却始终以一定的转速运行着,造成了功率的浪费。如果水泵的转速能够随着用水量的大小而随机变化,保持恒压供水,就会大大提高水泵的有效功率,达到节电的目的。这就是通常所说的变频调速,恒压供水技术,也是生产实践中应用最多、最奏效的节电方法。
例如我公司三水厂扩建后,在可预见的十年内,水厂供水能力必然有较大的冗余量,故采用高压变频调速,以满足未来十年供水量的频繁变化与调节,确保供水时效性与经济性这两个指标有效统一,实现高效节能环保与稳定生产的可控制动态平衡。故对取水泵355KW/10KV 台机组采用北京利德华福HVRSVERT-A10/030大功率变频器对两台变频机组进行一拖二开环运行方式,即根据水池水位手动调节频率,一般频率运行在38Hz~45Hz之间。供水泵560KW/10KV 3台机组选用HVRSVERT-A10/045带手动一拖二旁路的变频器进行闭环运行。变频器有效的水泵闭环控制功能使水泵调节平滑可靠,转速无波动,电网侧功率因数提高到0.96以上,单台机组节电率达32%,三水厂每年可节省电费100多万元。二水厂新系统取送水机组已经采用变频调速,运行十年来效益显著,2008年开始,旧系统132KW送水机组也采用了一拖二变频调速,经实际运行测试,每天节电800KWh,节电率为25%,每年可节省电费19.2万元;同时,一水厂560KVA送水机组也实现了一拖二变频调速,每天节电1320KWh,节电率为14%,每年可节省电费31.2万元。目前四水厂的取送水机组也应用了变频调速、恒压供水技术,效果亦然。
2.3 在二次供水改造工程中实现了实时监控,有效地控制了能源的消耗。
吉林市水务集团有限公司担负着吉林市140万用水人口的供水任务,除23%的用户由水厂直供外,其余77%即108万人口需二次加压泵站供水。在二次供水改造前,全市有加压泵站935个,其中水务集团管理的有120个,占13%,其余87%即415个由产权单位自管,虽然泵站数量很多,耗电量也很大,仍然解决不了群众吃水难问题,管网漏失率高达40%,用户的水龙头经常流出黄水来,高层楼房成了上甘岭,群众怨声载道。2002至2009年进行二次供水改造,在集团领导的精心安排下,改造工作进行的比较顺利,达到了精心设计、精心施工,用七年的时间将原来935座旧泵站改造成100座大中型的区域加压泵站。新建泵站实行无人值守远程控制,远程监视,设有自动记录、自动报警系统,采用专为泵站研制的PLC循环VVVF(变压变频),PID(比例、积分、微分)控制和DWY-98系统终端的通讯通道,实现多台机组集中监控,故障报警,恒水压输出及自动切换功能,实现高度自动化控制,采用有线测控、无线测控或混合测控方式。软件可上网运行,测控数据可实时发送,形成多级测控系统,实行对二次供水泵站的现场仪器、仪表、设备及开关车情况、运行情况、现场环境等实时监视和控制。二次供水改造工程的节电效应特别好,改造前加压泵电机总容量为15000KW,全年耗电量为9198万KWh,改造后加压泵电机总容量为4900KW,为改造前的33%;改造后全年总耗电量为2125万KWh,比改造前节电77%,相当于每年节省电费5814万元,并且群众吃水难的问题基本得到解决。
图1 有清水池的泵站示意图
图2 无清水池(无负压)泵站示意图
图3 无负压供水泵站自动控制程序示意图
2.4 采用WWG系列无负压(无吸程)管网增压稳流给水技术。
(1)设备的功能与特点。
通常城市二次供水加压泵站的供水流程是:首先城市管网输配水管线的来水进入泵站的清水池,然后水泵从清水池中抽水送给用户。这种供水方式必须建造占地面积较大的清水池及其附属设施,如水位计、溢流井、通风口和相应的维护结构等。且来水管线的水压全部消失,变成零,水泵一停车,用户就断水,浪费能源(见图1)。
如果采用无负压(无吸程)给水设备,水泵与自来水管道直接串接,可以充分利用自来水原有压力,差多少补多少,自来水满足要求时设备就停止工作,设备大部分时间在较低频率下运行,耗电量少。例如吉林市松北小区自一九九六年采用WWG无负压管网增压稳流设备以来,节电率达到57%。并且不用建水池,降低工程造价,全封闭结构运行,节能,环保,安全可靠。
(2)设备的组成及工作原理。
WWG无负压(无吸程)管网增压稳流给水设备主要由微机变频控制系统、负压检测及处理系统、水泵机组、稳流补偿器、真空抑制器、各种管件、阀门等构成(见图2)。
该设备采用微机控制变频调速实现恒压给水,通过真空补偿系统及全封闭结构实现了与自来水管网的直接串接,并且克服了对管网的不良影响(如图3所示)。
通过微机检测管网压力的负压反馈来调节变频器的频率。首先根据实际情况设定用水点工作压力,检测出水管实际压力并与设定压力进行比较,如果实际压力高于设定压力,则降低变频器频率,反之提高变频器频率。工控微机随时检测管网压力,计算速度很快,调节也是瞬时完成的,使管网压力始终保持在设定压力上。
另外如无负压供水泵站自动控制程序示意图所示,全密封结构及负压反馈抑制系统使设备可以和自来水管网直接串接,由水泵工作的叠加原理,使设备可以充分利用自来水原有的压力,增加了变频调速恒压给水设备的节能点。当自来水压力不足致使压力下降时,该设备通过真空抑制器及稳流补偿器中的特殊装置动作,抑制负压产生,保证设备不对城市管网产生任何影响。
目前,全市已有33%的二次供水加压泵站采用WWG无负压管网增压稳流设备,运行稳定,节能效果显著。
综上所述,可见吉林市水务集团有限公司,认真贯彻落实胡锦涛主席和温家宝总理关于节能减排、发展低碳经济的重要指示。在水务工作中,坚持科学发展观,充分发挥第一生产力的作用,在建设节能型泵站中积极采用水泵自灌式启动、变频调速恒压供水、在二次供水改造中建立区域加压泵站、无负压管网增压稳流给水设备等先进技术,成效卓著,为建设节能、高效、安全、稳定水务做出了一定的贡献。
[文章编号]1619-2737(2010)03-22-66
[作者简介]张哲铭,2007年毕业于吉林化工学院信息与控制工程学院自动化系,现在吉林市水务集团吉林市水务工程设计院有限公司从事电气设计工作,业务纯熟,技术素质较高,助理工程师。魏文章:吉林市水务集团有限公司董事长总经理技术顾问,高级工程师。
【关键词】 变频调速;无负压供水;自灌式启动;节能降耗
Discussing about the ways of constructing energy saving pumping stations
Zhang Zhe-ming , Wei Wen-zhang
(1.Jilin Waterworks Design Institute of Jilin Water(Group) Jilin Jilin 132011;2.Water(Group) CO.LTD of JilincityJilin Jilin 132011)
【Abstract】As long as the water supplies insist the scientific development concept, display fully the production action of force, use the modern advanced technologies of changing frequency to control speed , non-negative pressure water supply, using gravity irrigation to start thewater pumps and optimizing dispatchers in the energy saving and consumes falling work, we can obtain the outstanding result in the work of constructinghighly effective energy conservation , safe and harmonious water supplies.
【Key words】Changing frequency to control speed; Non-negative pressure water supply; Using gravity irrigation to start the water pumps; Energy saving and consumes falling
1. 认清形势,坚定信念,创建资源节约型水务刻不容缓
节能降耗是我国的基本国策,是缓解能源紧张的重要措施,也是水务行业保证优质供水,提高经济效益,可持续和谐发展的重要环节和工作目标。吉林市水务集团是个用电大户,供排水机组装机总容量19390KW,其中供水厂与污水厂装机容量为14950KW,城市管网二次供水加压泵站装机容量为3422KW。因此,水务集团也是吉林市重点用电保护单位。
能源属于战略性资源,关乎国家经济命脉,而且往往是牵动一发而动全身,会对下游产品产生较大影响。近年来随着国际经济发展与激烈竞争,加剧了能源的过度开发,过度需求和过度浪费。国家主席胡锦涛在2008年7月于日本北海道洞爷湖召开的八国集团峰会上宣布:到2010年单位国内生产总值和能源消耗比2005年降低20%左右,主要污染物排放总量减少10%;温家宝总理在2009年末于哥本哈根世界气候变化大会上宣布:“中国到2020年将实现单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%”的量化减排指标。足见能源涨价和紧缺已是大势所趋。以我公司为例,因近年来多次电涨价使电费在制水成本中所占比例已由上个世纪末的21%上升到目前的34%,加大了供水企业的经营压力。因此,节能降耗,增加生产,厉行节约是应对世界金融海啸,构建和谐社会和民族复兴的当务之急,全力创建资源节约型水务,不断探索水务行业节能降耗的蹊径,刻不容缓。
2. 建设节能型泵站的对策与效益
在水务行业,取、净、送、配、治二十多道全系统生产工艺流程中,每道工序中都存在着节能(节电、节水、节药、节热)的问题与潜力,其中泵站的节电问题最为突出,现就此课题探讨如下:
2.1 较大型的水泵尽量采用自灌式启动。
水泵的启动方式通常有自灌式、真空式、吸水管上安底阀式三种。实践证明,上述三种启动方式中,自灌式启动省电、快速、效果最佳;其他两种启动方式费时、费电、启动慢、流量增速慢,有时甚至抽不上水来,水泵易气蚀,不安全。以我公司三水厂旧系统取水泵站为例,该泵站始建于1975年,由于设计原因,泵室内三种型号卧式离心泵的安装高度(水泵轴心)分别高出最低江水位3.16m,2.66m和2.82m,水泵为真空启动。如果从三种型号水泵的允许吸上真空高度Hs值中减去以上三个数值,则所剩的允许吸上真空高度分别为2.54m,2.34m,0.68m,而自流管线长达350m,减去自流管线的水头损失,以上3个数值所剩无几,可见这些数值严重偏低,致使水泵抽力差,若水泵稍有点汽蚀,或吸水管漏气,就可能抽不上水来。其结果造成投产后泵站的吸水能力满足不了每日10.8万m3d要求,最大取水量仅为9.5万m3/d,为设计值的88%,为水泵额定值的79%。每m3水耗电量为0.124KW,比三水厂新建泵站自灌式取水机组每m3水耗电量高36%,节能降耗效果不好。鉴于上述情况,我们在2006年投产的新取水泵站中,安装了三台上海KSB水泵厂生产的RDL-600-670A水泵,其性能参数为Q=2800~4800m3/h,H=22~30m,配套电机功率为355KW。该泵的特点是:结构合理,效率高,抗汽蚀能力强,运行可靠,效率η≥80%,(比原来提高3%~5%),水泵设计安装标高比旧系统取水泵低4.86m,达到自灌启动,单机平均出水流量经测试为4500m3/h,仅开一台机组就能达到一期设计流量(而旧系统开4台机组才能勉强达到)。
2.2 应用变频调速技术,使水泵在高效区工作。
提高水泵的效率是水泵节电的关键,所谓水泵效率即有效功率与轴功率的比值,因此,提高水泵效率实际上就是提高水泵的有效功率。在实际生活中,居民用水规律每天24小时都是不一样的,通常分峰、谷、平三个阶段,而这三个阶段中,逐时的用水量也是变化的,因此城市供水管网的水压也是变化的。而供水泵却始终以一定的转速运行着,造成了功率的浪费。如果水泵的转速能够随着用水量的大小而随机变化,保持恒压供水,就会大大提高水泵的有效功率,达到节电的目的。这就是通常所说的变频调速,恒压供水技术,也是生产实践中应用最多、最奏效的节电方法。
例如我公司三水厂扩建后,在可预见的十年内,水厂供水能力必然有较大的冗余量,故采用高压变频调速,以满足未来十年供水量的频繁变化与调节,确保供水时效性与经济性这两个指标有效统一,实现高效节能环保与稳定生产的可控制动态平衡。故对取水泵355KW/10KV 台机组采用北京利德华福HVRSVERT-A10/030大功率变频器对两台变频机组进行一拖二开环运行方式,即根据水池水位手动调节频率,一般频率运行在38Hz~45Hz之间。供水泵560KW/10KV 3台机组选用HVRSVERT-A10/045带手动一拖二旁路的变频器进行闭环运行。变频器有效的水泵闭环控制功能使水泵调节平滑可靠,转速无波动,电网侧功率因数提高到0.96以上,单台机组节电率达32%,三水厂每年可节省电费100多万元。二水厂新系统取送水机组已经采用变频调速,运行十年来效益显著,2008年开始,旧系统132KW送水机组也采用了一拖二变频调速,经实际运行测试,每天节电800KWh,节电率为25%,每年可节省电费19.2万元;同时,一水厂560KVA送水机组也实现了一拖二变频调速,每天节电1320KWh,节电率为14%,每年可节省电费31.2万元。目前四水厂的取送水机组也应用了变频调速、恒压供水技术,效果亦然。
2.3 在二次供水改造工程中实现了实时监控,有效地控制了能源的消耗。
吉林市水务集团有限公司担负着吉林市140万用水人口的供水任务,除23%的用户由水厂直供外,其余77%即108万人口需二次加压泵站供水。在二次供水改造前,全市有加压泵站935个,其中水务集团管理的有120个,占13%,其余87%即415个由产权单位自管,虽然泵站数量很多,耗电量也很大,仍然解决不了群众吃水难问题,管网漏失率高达40%,用户的水龙头经常流出黄水来,高层楼房成了上甘岭,群众怨声载道。2002至2009年进行二次供水改造,在集团领导的精心安排下,改造工作进行的比较顺利,达到了精心设计、精心施工,用七年的时间将原来935座旧泵站改造成100座大中型的区域加压泵站。新建泵站实行无人值守远程控制,远程监视,设有自动记录、自动报警系统,采用专为泵站研制的PLC循环VVVF(变压变频),PID(比例、积分、微分)控制和DWY-98系统终端的通讯通道,实现多台机组集中监控,故障报警,恒水压输出及自动切换功能,实现高度自动化控制,采用有线测控、无线测控或混合测控方式。软件可上网运行,测控数据可实时发送,形成多级测控系统,实行对二次供水泵站的现场仪器、仪表、设备及开关车情况、运行情况、现场环境等实时监视和控制。二次供水改造工程的节电效应特别好,改造前加压泵电机总容量为15000KW,全年耗电量为9198万KWh,改造后加压泵电机总容量为4900KW,为改造前的33%;改造后全年总耗电量为2125万KWh,比改造前节电77%,相当于每年节省电费5814万元,并且群众吃水难的问题基本得到解决。
图1 有清水池的泵站示意图
图2 无清水池(无负压)泵站示意图
图3 无负压供水泵站自动控制程序示意图
2.4 采用WWG系列无负压(无吸程)管网增压稳流给水技术。
(1)设备的功能与特点。
通常城市二次供水加压泵站的供水流程是:首先城市管网输配水管线的来水进入泵站的清水池,然后水泵从清水池中抽水送给用户。这种供水方式必须建造占地面积较大的清水池及其附属设施,如水位计、溢流井、通风口和相应的维护结构等。且来水管线的水压全部消失,变成零,水泵一停车,用户就断水,浪费能源(见图1)。
如果采用无负压(无吸程)给水设备,水泵与自来水管道直接串接,可以充分利用自来水原有压力,差多少补多少,自来水满足要求时设备就停止工作,设备大部分时间在较低频率下运行,耗电量少。例如吉林市松北小区自一九九六年采用WWG无负压管网增压稳流设备以来,节电率达到57%。并且不用建水池,降低工程造价,全封闭结构运行,节能,环保,安全可靠。
(2)设备的组成及工作原理。
WWG无负压(无吸程)管网增压稳流给水设备主要由微机变频控制系统、负压检测及处理系统、水泵机组、稳流补偿器、真空抑制器、各种管件、阀门等构成(见图2)。
该设备采用微机控制变频调速实现恒压给水,通过真空补偿系统及全封闭结构实现了与自来水管网的直接串接,并且克服了对管网的不良影响(如图3所示)。
通过微机检测管网压力的负压反馈来调节变频器的频率。首先根据实际情况设定用水点工作压力,检测出水管实际压力并与设定压力进行比较,如果实际压力高于设定压力,则降低变频器频率,反之提高变频器频率。工控微机随时检测管网压力,计算速度很快,调节也是瞬时完成的,使管网压力始终保持在设定压力上。
另外如无负压供水泵站自动控制程序示意图所示,全密封结构及负压反馈抑制系统使设备可以和自来水管网直接串接,由水泵工作的叠加原理,使设备可以充分利用自来水原有的压力,增加了变频调速恒压给水设备的节能点。当自来水压力不足致使压力下降时,该设备通过真空抑制器及稳流补偿器中的特殊装置动作,抑制负压产生,保证设备不对城市管网产生任何影响。
目前,全市已有33%的二次供水加压泵站采用WWG无负压管网增压稳流设备,运行稳定,节能效果显著。
综上所述,可见吉林市水务集团有限公司,认真贯彻落实胡锦涛主席和温家宝总理关于节能减排、发展低碳经济的重要指示。在水务工作中,坚持科学发展观,充分发挥第一生产力的作用,在建设节能型泵站中积极采用水泵自灌式启动、变频调速恒压供水、在二次供水改造中建立区域加压泵站、无负压管网增压稳流给水设备等先进技术,成效卓著,为建设节能、高效、安全、稳定水务做出了一定的贡献。
[文章编号]1619-2737(2010)03-22-66
[作者简介]张哲铭,2007年毕业于吉林化工学院信息与控制工程学院自动化系,现在吉林市水务集团吉林市水务工程设计院有限公司从事电气设计工作,业务纯熟,技术素质较高,助理工程师。魏文章:吉林市水务集团有限公司董事长总经理技术顾问,高级工程师。