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2 機(jī)泵改造選型的分析和流程

2.1 工況數(shù)據(jù)分析

27#機(jī)組于1996年12月正式投入運(yùn)行，已運(yùn)行20余年：機(jī)組使用32SA-10JB型臥式離心泵，其額定流量5000m3/h、額定揚(yáng)程43.5m、轉(zhuǎn)速585r/min；采用上海電機(jī)廠(chǎng)1000-10/1430型臥式6kV工頻異步電機(jī)，額定功率1000kW。根據(jù)管網(wǎng)運(yùn)行部門(mén)水量需求以及浦東東北部地區(qū)的網(wǎng)管壓力，27#水泵每年運(yùn)行6500h以上，白天流量在8000~8500m3/h、壓力0.28MPa，深夜流量在7500m3/h、壓力0.30MPa。

由上述數(shù)據(jù)分析可知，原泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程、流量和目前實(shí)際運(yùn)行偏差較大，根據(jù)老泵的特性曲線(xiàn)與水廠(chǎng)測(cè)算的每月配水單位電耗，可以看出泵在65%左右低效率運(yùn)行，具有較大的節(jié)能空間（圖2）。

2.2改造意向分析

邀請(qǐng)專(zhuān)業(yè)水泵制造廠(chǎng)家，根據(jù)水廠(chǎng)目前的實(shí)際運(yùn)行工況和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)一款節(jié)能臥式離心水泵。

2.2.1水泵參數(shù)選擇

水泵機(jī)組改造首先要對(duì)水泵參數(shù)進(jìn)行選擇。水廠(chǎng)根據(jù)控制中心對(duì)目前供水及未來(lái)工況進(jìn)行預(yù)測(cè)分析和制作了水利模型，并考慮凌橋水廠(chǎng)各臺(tái)出水機(jī)泵之間的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。建議選擇流量在7200m3/h、揚(yáng)程33m的臥式離心泵。

2.2.2電機(jī)參數(shù)選擇

考慮到水泵的長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行，選用ABB進(jìn)口電機(jī)，配套離心水泵，選用6kV功率、800kW工頻電機(jī)。由于變頻器對(duì)使用環(huán)境要求較為嚴(yán)格，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、粉塵、濕度和安裝空間無(wú)法滿(mǎn)足要求，且變頻器造價(jià)較高。故本次改造采用工頻電機(jī)。

2.2.3 水泵各組成部分選擇

（1）從性?xún)r(jià)比及耐用性方面考慮，殼體和水泵托架材料選用球墨鑄鐵。

（2）葉輪及主軸。從水廠(chǎng)目前運(yùn)行和平時(shí)解體維護(hù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鑄鐵葉輪由于水流的沖刷、汽蝕等原因，存在比較嚴(yán)重的磨損、穿孔現(xiàn)象。雖然不銹鋼葉輪價(jià)格明顯高于鑄鐵葉輪，但是考慮到葉輪防腐蝕、耐酸堿性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，決定采用不銹鋼材料。

（3）從表面光滑度、耐磨、防腐蝕性能考慮，密封環(huán)、軸套、軸封盒、軸封壓蓋也采用不銹鋼材料。

（4）軸封形式。雖然機(jī)械密封使用壽命長(zhǎng)，摩擦功率消耗小、切狗可靠且不需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)，但是考慮到機(jī)械密封價(jià)格較高，維修困難，技術(shù)要求極高。且目前水廠(chǎng)其余水泵采用填料密封，定期維護(hù)方便，成本較低，所以決定采用填料密封方式。

根據(jù)上述主要零件材料及使用參數(shù)的確定，聯(lián)系安德里茲專(zhuān)業(yè)水泵制造單位定制一款符合凌橋水廠(chǎng)運(yùn)行工況的水泵機(jī)組（圖3）。

更新后額定流量7200m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程33m（與原泵實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程相近），不僅保證了新泵與原泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí)有相同的特性，效率能夠達(dá)到91.5%，并且還配套ABB的IMB3型號(hào)電機(jī)（電壓6000V，額定功率800kW，轉(zhuǎn)速490r/min），能耗比改造前下降了20%，且運(yùn)行效率明顯提升。

3 節(jié)能效果預(yù)測(cè)

在改造前根據(jù)電表和水量，對(duì)27#機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：

泵壓在300kPa、流量在7500m3/h時(shí)，千噸水耗電量110.8kW·h。每月出水平均5600kt，耗電量616000kW·h。

機(jī)組改成完成后，將27#機(jī)組作為主力車(chē)進(jìn)行使用，且運(yùn)行效率基本保持在80%~85%的高效區(qū)間，理論降低能耗15%，取10%則每月能降低電量61600kW·h。根據(jù)電費(fèi)峰谷計(jì)算，預(yù)計(jì)每月電費(fèi)節(jié)能約45000元，一年能節(jié)省50萬(wàn)元，預(yù)計(jì)4年內(nèi)收回投資成本。

因此，水廠(chǎng)的出水機(jī)組節(jié)能潛力巨大，公司將會(huì)以點(diǎn)帶面、繼續(xù)推進(jìn)節(jié)能減排工作。

4 水泵機(jī)組節(jié)能運(yùn)行所存在的問(wèn)題

4.1 設(shè)計(jì)節(jié)能改造的投入過(guò)大

為了讓水泵機(jī)組更加節(jié)能，大部分的水廠(chǎng)企業(yè)會(huì)對(duì)水泵機(jī)組進(jìn)行節(jié)能改造，改造措施大多為改善節(jié)能型電機(jī)、加裝控制系統(tǒng)等，會(huì)投入大量的資金，部分改裝過(guò)的機(jī)組還會(huì)出現(xiàn)“節(jié)能不降耗”的情況，雖然節(jié)能水平有所提高，但是整體的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分有限，在其他方面造成了更大的損耗。目前我國(guó)對(duì)于能源價(jià)格采用政府管制的方法，所以能源價(jià)格無(wú)法真實(shí)反映出市場(chǎng)的供需關(guān)系。在這樣的背景之下，“節(jié)能不降耗”是大多數(shù)水廠(chǎng)企業(yè)面臨的問(wèn)題，要引起重視。

4.2 水泵機(jī)組的選型不合適水

泵機(jī)組的選型，一般會(huì)根據(jù)供水量的峰值來(lái)進(jìn)行，一部分設(shè)計(jì)者還會(huì)在峰值的基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)一些余量，目的是為了備用。但如果設(shè)計(jì)的余量過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)。

通過(guò)變頻調(diào)速可以有效改善資源浪費(fèi)情況。首先，變頻控制系統(tǒng)的成本較高，加裝之后會(huì)加大成本。隨后，是技術(shù)條件的限制，因?yàn)榇蠖鄶?shù)變頻器的輸出頻率為0~60Hz，在整個(gè)變頻調(diào)速過(guò)程中，要充分考慮水泵機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)型。調(diào)速不能少于限定轉(zhuǎn)速的50%，為了讓變頻器的狀態(tài)為最佳，那么調(diào)速區(qū)間應(yīng)在75%~95%。但是如果水泵機(jī)組容量太大，變頻器還會(huì)出現(xiàn)或面臨一些新的問(wèn)題。

例如，在某小型水泵站當(dāng)中，使用的水泵型號(hào)是DL100-20×6[1]，其中的配套電機(jī)額定功率為45kW，在用水的低谷時(shí)期變頻器的運(yùn)行頻率會(huì)有所降低，最低時(shí)可以達(dá)到20Hz以下，電機(jī)效率有所降低，進(jìn)而會(huì)影響水泵機(jī)組的效率。此外，自冷電機(jī)會(huì)進(jìn)行連續(xù)性的低速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)自帶的風(fēng)扇所產(chǎn)生的風(fēng)量較弱，且設(shè)計(jì)的余量比較大，即便使用了變頻器，其節(jié)能效果也無(wú)法滿(mǎn)足企業(yè)生產(chǎn)的要求。

4.3 控制方式設(shè)置不當(dāng)

在能耗水平方面，水泵機(jī)組與工程概況點(diǎn)的調(diào)節(jié)有關(guān)，調(diào)節(jié)的方式主要有兩種：一是對(duì)管路特性曲線(xiàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)啟和管壁就屬于管路特性曲線(xiàn)的調(diào)節(jié)；二是水泵特性曲線(xiàn)的調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速、葉輪切削都屬于水泵特性曲線(xiàn)調(diào)節(jié)。實(shí)踐說(shuō)明，水泵特性曲線(xiàn)調(diào)節(jié)產(chǎn)生的節(jié)能效果更佳，并且變頻調(diào)速在自動(dòng)控制上臂葉輪切削更佳，也是大多數(shù)水廠(chǎng)企業(yè)的選擇當(dāng)前大部分變頻控制系統(tǒng)采用恒壓閉環(huán)的控制方式，如果出水壓力的目標(biāo)值設(shè)置不合理，那么就會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的能耗。

5 水泵機(jī)組節(jié)能運(yùn)行的優(yōu)化途徑

5.1 淘汰高能耗設(shè)備

供水企業(yè)的相關(guān)工作人員需要了解《節(jié)約能源法》《清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》的核心內(nèi)容。我國(guó)在2009年、2012年分別發(fā)布了《高耗能落后機(jī)電設(shè)備淘汰目錄》[2]，其中所包括的設(shè)備就有電器、變壓器、變壓閥、變壓泵、電機(jī)等，在長(zhǎng)期的實(shí)踐工作中，能源的價(jià)格一般會(huì)受市場(chǎng)的機(jī)制進(jìn)行調(diào)節(jié)，所反映出來(lái)的供需關(guān)系并不是真實(shí)的。所以在淘汰了高耗能水泵機(jī)組的相關(guān)設(shè)備之后，積極進(jìn)行節(jié)能改造，這樣不僅提高企業(yè)生產(chǎn)效率，為企業(yè)生產(chǎn)降低成本，也能夠積極響應(yīng)國(guó)家的號(hào)召，便于國(guó)家對(duì)能源價(jià)格進(jìn)行調(diào)整。

5.2 合理選擇水泵機(jī)組的相應(yīng)規(guī)格

水泵機(jī)組的容量需要有一定的檔次梯度，在設(shè)計(jì)階段中一般選型比較大，在運(yùn)行階段中就必須要進(jìn)行改造。最常見(jiàn)的水泵機(jī)組容量改造方式為葉輪切削，有二次投資的必要，會(huì)產(chǎn)生一定的節(jié)能效果，但也是可以提前采取措施避免。因此，在設(shè)計(jì)選型方面應(yīng)注意二次投資的問(wèn)題，水泵機(jī)組的選型不宜過(guò)度超前。

5.3 合理調(diào)整控制的方式

在“一戶(hù)一表”普及之后，取消了屋頂?shù)乃?，這也在一定程度上提高了水泵站出水量的波動(dòng)值，將變頻的控制方式進(jìn)行改善，就能降低開(kāi)停機(jī)組的頻次，提高設(shè)備壽命，同時(shí)減少人力成本[3]。當(dāng)水泵機(jī)組通過(guò)并聯(lián)的方式進(jìn)行運(yùn)行時(shí)，扁平控制方式就不能只看重某個(gè)機(jī)組的節(jié)能效果，而是要優(yōu)化整個(gè)泵站的運(yùn)行。因此，可以根據(jù)用水的高峰期對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般來(lái)說(shuō)，夜晚的用水量基本為0，白天有著較高的供水壓力。自來(lái)水供應(yīng)不允許間斷，不能因?yàn)椤坝盟炕臼?”就將其參數(shù)調(diào)整為0，但是可以適當(dāng)降低供水壓力。注意，不能將其調(diào)整為0。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電能是我國(guó)社會(huì)發(fā)展的重要能源，無(wú)論是企業(yè)還是個(gè)人都不能浪費(fèi)電能。尤其是企業(yè)，由于用電量大，需要在設(shè)備方面進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化。水泵機(jī)組作為水廠(chǎng)的主要生產(chǎn)設(shè)備，必須要通過(guò)改型達(dá)到節(jié)能的目的，從而促進(jìn)社會(huì)的和諧發(fā)展。