文/张敏 李杰 忻磊 施超越

上海浦东威立雅自来水有限公司

摘要：为提高企业经济效益、降低生产成本，应实际情况与理论基础相结合，从离心水泵的选型、叶轮切削和水泵的维护保养等方面，阐述水厂出水机泵的节能降耗方法。针对供水系统中水泵的节能及水厂扩建水泵的改造措施，分析水泵节能控制措施，探讨水厂扩建水泵改造策略，希望能给予同行业人员有意义的借鉴。

关键词：凌桥水厂；出水机泵，节能；改造措施

0 引言

随着我国资源节约型社会的建立，以及水资源的紧缺、力争在2030年达到碳排放的峰值，水厂的耗能问题一直是上海浦东威立雅自来水有限公司关注的重点。据统计，凌桥水厂近年总电量平均1.5MkW·h，出水泵房作为凌桥水厂生产运行的一部分，耗电量占到水厂总能耗的80%以上，所以其机泵运行效率是整个水厂节能降耗的关键。

1 案例分析

凌桥水厂27#机组使用1995年国产老式卧式离心泵，根据近几年对该水泵机组流量、扬程和电量等进行统计分析，运行效率只有62%、不足70%，效率低下，节能改造空间很大。如果成功改造，将在节能降耗方面取得相当大的成果（图1）。

图 1 凌桥水厂全年总耗电量及出水泵房耗电量

2 机泵改造选型的分析和流程

2.1 工况数据分析

27#机组于1996年12月正式投入运行，已运行20余年：机组使用32SA-10JB型卧式离心泵，其额定流量5000m³/h、额定扬程43.5m、转速585r/min；采用上海电机厂1000-10/1430型卧式6kV工频异步电机，额定功率1000kW。根据管网运行部门水量需求以及浦东东北部地区的网管压力，27#水泵每年运行6500h以上，白天流量在8000~8500m³/h、压力0.28MPa，深夜流量在7500m³/h、压力0.30MPa。

由上述数据分析可知，原泵设计扬程、流量和目前实际运行偏差较大，根据老泵的特性曲线与水厂测算的每月配水单位电耗，可以看出泵在65%左右低效率运行，具有较大的节能空间（图2）。

图 2 原泵的模型

2.2改造意向分析

邀请专业水泵制造厂家，根据水厂目前的实际运行工况和现场环境，设计一款节能卧式离心水泵。

2.2.1水泵参数选择

水泵机组改造首先要对水泵参数进行选择。水厂根据控制中心对目前供水及未来工况进行预测分析和制作了水利模型，并考虑凌桥水厂各台出水机泵之间的联动运行。建议选择流量在7200m³/h、扬程33m的卧式离心泵。

2.2.2电机参数选择

考虑到水泵的长效稳定运行，选用ABB进口电机，配套离心水泵，选用6kV功率、800kW工频电机。由于变频器对使用环境要求较为严格，现场环境、粉尘、湿度和安装空间无法满足要求，且变频器造价较高。故本次改造采用工频电机。

2.2.3 水泵各组成部分选择

（1）从性价比及耐用性方面考虑，壳体和水泵托架材料选用球墨铸铁。

（2）叶轮及主轴。从水厂目前运行和平时解体维护时发现，铸铁叶轮由于水流的冲刷、汽蚀等原因，存在比较严重的磨损、穿孔现象。虽然不锈钢叶轮价格明显高于铸铁叶轮，但是考虑到叶轮防腐蚀、耐酸碱性能和长期稳定运行，决定采用不锈钢材料。

（3）从表面光滑度、耐磨、防腐蚀性能考虑，密封环、轴套、轴封盒、轴封压盖也采用不锈钢材料。

（4）轴封形式。虽然机械密封使用寿命长，摩擦功率消耗小、切狗可靠且不需要经常进行维护，但是考虑到机械密封价格较高，维修困难，技术要求极高。且目前水厂其余水泵采用填料密封，定期维护方便，成本较低，所以决定采用填料密封方式。

根据上述主要零件材料及使用参数的确定，联系安德里兹专业水泵制造单位定制一款符合凌桥水厂运行工况的水泵机组（图3）。

图 3 安德里兹水泵模型

更新后额定流量7200m³/h，设计扬程33m（与原泵实际运行扬程相近），不仅保证了新泵与原泵并联运行时有相同的特性，效率能够达到91.5%，并且还配套ABB的IMB3型号电机（电压6000V，额定功率800kW，转速490r/min），能耗比改造前下降了20%，且运行效率明显提升。

3 节能效果预测

在改造前根据电表和水量，对27#机组实时监测：

泵压在300kPa、流量在7500m³/h时，千吨水耗电量110.8kW·h。每月出水平均5600kt，耗电量616000kW·h。

机组改成完成后，将27#机组作为主力车进行使用，且运行效率基本保持在80%~85%的高效区间，理论降低能耗15%，取10%则每月能降低电量61600kW·h。根据电费峰谷计算，预计每月电费节能约45000元，一年能节省50万元，预计4年内收回投资成本。

因此，水厂的出水机组节能潜力巨大，公司将会以点带面、继续推进节能减排工作。

4 水泵机组节能运行所存在的问题

4.1 设计节能改造的投入过大

为了让水泵机组更加节能，大部分的水厂企业会对水泵机组进行节能改造，改造措施大多为改善节能型电机、加装控制系统等，会投入大量的资金，部分改装过的机组还会出现“节能不降耗”的情况，虽然节能水平有所提高，但是整体的经济效益和社会效益十分有限，在其他方面造成了更大的损耗。目前我国对于能源价格采用政府管制的方法，所以能源价格无法真实反映出市场的供需关系。在这样的背景之下，“节能不降耗”是大多数水厂企业面临的问题，要引起重视。

4.2 水泵机组的选型不合适水

泵机组的选型，一般会根据供水量的峰值来进行，一部分设计者还会在峰值的基础之上设计一些余量，目的是为了备用。但如果设计的余量过大，就会导致资源浪费。

通过变频调速可以有效改善资源浪费情况。首先，变频控制系统的成本较高，加装之后会加大成本。随后，是技术条件的限制，因为大多数变频器的输出频率为0~60Hz，在整个变频调速过程中，要充分考虑水泵机组的安全性和经济型。调速不能少于限定转速的50%，为了让变频器的状态为最佳，那么调速区间应在75%~95%。但是如果水泵机组容量太大，变频器还会出现或面临一些新的问题。

例如，在某小型水泵站当中，使用的水泵型号是DL100-20×6^[1]，其中的配套电机额定功率为45kW，在用水的低谷时期变频器的运行频率会有所降低，最低时可以达到20Hz以下，电机效率有所降低，进而会影响水泵机组的效率。此外，自冷电机会进行连续性的低速运转，电机自带的风扇所产生的风量较弱，且设计的余量比较大，即便使用了变频器，其节能效果也无法满足企业生产的要求。

4.3 控制方式设置不当

在能耗水平方面，水泵机组与工程概况点的调节有关，调节的方式主要有两种：一是对管路特性曲线进行调节，调节阀门的开启和管壁就属于管路特性曲线的调节；二是水泵特性曲线的调节，变频调速、叶轮切削都属于水泵特性曲线调节。实践说明，水泵特性曲线调节产生的节能效果更佳，并且变频调速在自动控制上臂叶轮切削更佳，也是大多数水厂企业的选择当前大部分变频控制系统采用恒压闭环的控制方式，如果出水压力的目标值设置不合理，那么就会产生过多的能耗。

5 水泵机组节能运行的优化途径

5.1 淘汰高能耗设备

供水企业的相关工作人员需要了解《节约能源法》《清洁生产促进法》的核心内容。我国在2009年、2012年分别发布了《高耗能落后机电设备淘汰目录》^[2]，其中所包括的设备就有电器、变压器、变压阀、变压泵、电机等，在长期的实践工作中，能源的价格一般会受市场的机制进行调节，所反映出来的供需关系并不是真实的。所以在淘汰了高耗能水泵机组的相关设备之后，积极进行节能改造，这样不仅提高企业生产效率，为企业生产降低成本，也能够积极响应国家的号召，便于国家对能源价格进行调整。

5.2 合理选择水泵机组的相应规格

水泵机组的容量需要有一定的档次梯度，在设计阶段中一般选型比较大，在运行阶段中就必须要进行改造。最常见的水泵机组容量改造方式为叶轮切削，有二次投资的必要，会产生一定的节能效果，但也是可以提前采取措施避免。因此，在设计选型方面应注意二次投资的问题，水泵机组的选型不宜过度超前。

5.3 合理调整控制的方式

在“一户一表”普及之后，取消了屋顶的水箱，这也在一定程度上提高了水泵站出水量的波动值，将变频的控制方式进行改善，就能降低开停机组的频次，提高设备寿命，同时减少人力成本^[3]。当水泵机组通过并联的方式进行运行时，扁平控制方式就不能只看重某个机组的节能效果，而是要优化整个泵站的运行。因此，可以根据用水的高峰期对控制参数进行调节。一般来说，夜晚的用水量基本为0，白天有着较高的供水压力。自来水供应不允许间断，不能因为“用水量基本是0”就将其参数调整为0，但是可以适当降低供水压力。注意，不能将其调整为0。

6 结束语

综上所述，电能是我国社会发展的重要能源，无论是企业还是个人都不能浪费电能。尤其是企业，由于用电量大，需要在设备方面进行改进、优化。水泵机组作为水厂的主要生产设备，必须要通过改型达到节能的目的，从而促进社会的和谐发展。

参考文献

［1］吴锦谢.叶轮切割在离心水泵节能改造中的应用［J］.给水排水，2022，58（S1）：161-163，169.

［2］徐皎峰.1000MW机组凝结水泵永磁调速器节能改造设计［J］.设备管理与维修，2022（18）：67-68.

［3］赵潇然，汪力，李阔，等.供水系统水泵机组节能改造方法与工程实例［J］.给水排水，2022，58（2）：1-5，12

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