供水系统水泵机组节能改造技术设计效果分析_孙小燕.pdf

1、 河南水利与南水北调 202 2 年 第 12 期 施工技术供 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 516 001）摘 要：针 对 当 前 建 筑 施 工 中 存 在 的 能 源 消 耗 量 大 的 问 题，为 提 高 工 程 整 体 节 能 性，以 某 水 厂 项 目 为 例，开 展 供 水 系 统 水 泵 机 组 节能 改 造 技 术 设 计 与 应 用 研 究。对 供 水 系 统 水 泵 机 组 提 出 相 应 节 能 改 造 措 施，再 对 各 个 专 业 相 关 环 节 实 施 提 出 相 应 的 节 能

2、改 造 措施，来 确 保 供 水 系 统 水 泵 机 组 达 到 节 能 降 耗 的 效 果。通 过 对 效 果 分 析 得 出，改 造 技 术 应 用 后 供 水 系 统 水 泵 机 组 能 源 消 耗 量 均 控 制在了约束条件范围内，具备节能性。关键词：供水系统；节能；技术；改造；水泵机组中图分类号：TU892 文献标识码：A 文章编号：1673-8853（2022）12-0044-03Analysis on the Design Effect of Energy-saving Transformation Technology of Water PumpUnit in Water Su

3、pply SystemSUN Xiaoya n（Huizhou Water Supply CO.LTD.,Huizhou 516001,China）Abstract：In view of the problem of large energy consumpt ion existi ng in the curr ent building constr uction,in order to impro ve theovera ll energy conser vation of the projec t,a water plant projec t is taken as an example

4、to carr y out the technical design and applicati onrese arch of energy-saving trans form ation technolog y of water supply syste m pump unit is carr ied out.The corr esponding energy-savin gtrans form ation measur es for water supply syste m pump unit,and the corr esponding energy-savin g trans form

5、 ation measur es for theimplem entation of vario us profes sional relat ed links are put forwa rd to ensure that the water supply syste m pump unit achieves theeffect of energy saving and consumpt ion reducti on.Throug h the analysi s of the effect,it is concluded that the energy consumpt ion ofwate

6、r supply syste m pump unit is contro lled within the limit condition after the applicati on of the trans form ation technolog y,and it hasthe proper ty of energy saving.Key words：water supply syste m;energy conser vation;technolog y;modific ation;water pump set作 者 简 介：孙 小 燕（1981），女，高 级 工 程 师，研 究 方 向

7、：水 利 水电信息及自动化。0 引言根 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

8、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

9、 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。1 工程概况选 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 17.9818.70 m，最 大 高 差 0.72 m。结

10、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 3.807.40 m，平 均 6 m；层 顶 标 高 1.804.60 m，平 均 3.74 m，层 顶 埋 深 13.9016.30 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。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

11、/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44 河南水利与南水北调 202 2 年 第 12 期 施工技术及 经 济 上 很 大 的 浪 费。针 对 这 一 问 题，为 实 现 对 该 水 厂

12、 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 供水系统水泵机组节能改造施工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

13、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。按 照 表 1 中 的 内 容 完 成 对 一 次 反 冲 洗 水 量 的 测

14、 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

15、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

16、 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

17、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

18、 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

19、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。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

20、 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 程表 1 一次反冲洗水量计算表反冲阶段 气冲汽水联合水冲项目滤池单格面积/m2：单格滤池冲洗周期/h气强度/（L/m

21、2.s）时间/min气强度/（L/m2.s）水强度/（L/m2.s）时间/min水冲强度/（L/m2.s）水冲时间/min表面冲强度/（L/m2.s）表冲时间/min单格滤池冲洗一次用水量/m3参数103.50361651646641.6015 水量6.90 149.04149.04 149.04 447.12表 2 建筑热工设计规定指标表序号12345围护结构部位屋面外墙（包括非透明幕墙）建筑热工设计规定指标单一朝向外窗屋顶透明部分传热系数 kW/（m2 k）0.70114.703图 1 水厂卫星图像图图 2 供水工程工艺流程图45 河南水利与南水北调 202 2 年 第 12 期 施工技术

22、项 目 的 节 能 降 耗，从 而 满 足 水 厂 项 目 的 可 持 续 发 展 要 求。3 施工技术应用效果分析在 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 IV，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

23、 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。从 表 3 中 记 录 的 结 果 可 以 看 出，各 个 区 域 实

24、 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。4 结语上 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

25、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。参考文献 1 宋 同 辉，刘 刚，赵 晨，等.电 厂 离 心 式 水 泵 节 能 改 造 技 术 探析及应用实例 J.东北电力技术，2021，42（2）：27-29.2 房 晓 权，陈 立 国，林 凯，等.浅 谈 低 品 位 热 源 汽 轮 机 驱 动 循环水泵节能改造 J.中国设备工程，2021（10）：123-124.3 赵 潇 然，汪 力，李 阔，等.供 水 系 统 水 泵 机 组 节 能

26、 改 造 方 法 与工程实例 J.给水排水，2022，48（2）：1-512.4 邓 云 天.基 于 高 压 变 频 调 速 技 术 的 电 动 给 水 泵 节 能 改 造 J.机械制造，2020，58（7）：42-45.收稿日期：2022-10-8编辑：刘长垠 韦诗佳表 3 多区域供水系统水泵机组能耗记录表区域区域 I区域 II区域 III区域 IV区域 V能源消耗量 GJ/（m2 a）0.1020.1030.0950.1150.113约束值 GJ/（m2 a）0.2500.2500.2500.3000.300孔装药参数进行优化调整。2.4 竖井扩挖钻孔2.4.1 手风钻钻孔根 据 测 量

27、放 样 的 点 位，周 边 孔 光 爆 孔 和 导 井 周 围 的 主 爆 孔采 用 手 风 钻 进 行 湿 法 钻 孔 作 业。钻 孔 时 做 到 开 孔 准 确、钻 孔 平直，严 格 控 制 周 边 孔 开 孔 误 差 不 大 于 2 cm，以 保 证 爆 破 效 果。一定要做到“准、直、平、齐”，以满足超欠挖及残孔率要求。在 钻 孔 过 程 中，注 意 根 据 钻 爆 设 计 严 格 控 制 孔 向 及 孔 深，不 得 超 钻 或 孔 深 不 足，造 孔 完 毕 后 注 意 及 时 将 孔 内 石 粉 清 理 干净，并 严 格 检 查 钻 孔 质 量。在 人 员 施 工 过 程 中，必

28、须 对 闸 门 井导井进行封盖，防止施工人员或器具滑落产生危险。2.4.2 CM 351 钻机钻孔导 井 上 游 主 爆 孔 采 用 CM351 钻 机 钻 孔，钻 机 通 过 50 t 吊 车吊至开挖作业面，按照测量放样的孔位造孔。2.4.3 炮孔验收完 成 钻 孔 作 业 后 首 先 由 施 工 班 组 进 行 炮 孔 钻 孔 孔 位、深度、倾 角 进 行 自 检，自 检 合 格 进 行 报 监 理 验 收。在 钻 孔 完 成 后，机具、材料利用吊车提升至井口上部安全地带。2.5 扩挖施工扩 挖 施 工 时，爆 破 后 应 及 时 撬 除 危 石，并 进 行 支 护。施 工中 应 严 格

29、控 制 钻 孔 深 度、角 度 和 孔 位 偏 差，周 边 孔 应 进 行 光 面爆破，每次下挖前，应将前次开挖出的井壁欠挖处理完。扩 挖 钻 孔 时 要 严 格 控 制 炮 孔 间 距、排 拒，防 止 石 渣 出 现 大块，石 渣 最 大 块 径 应 不 大 于 导 井 尺 寸 的 1/3。导 井 支 护 部 位 扩挖时，应先拆除支护设施再开挖。2.6 出渣全 断 面 扩 挖 时，石 碴 除 一 部 分 能 够 顺 着 导 井 自 然 溜 到 地 下平洞外，其余井口周围必须由人工扒碴入导井。导 井 周 围，120 反 铲 无 法 进 行 出 渣，需 人 工 进 行 扒 渣，采 用吊 车 吊

30、导 井 盖 将 导 井 大 面 封 闭，只 留 人 工 翻 渣 孔，扒 渣 人 员 系好 安 全 带、安 全 绳，采 用 自 锁 式 双 肩 安 全 带，安 全 带 采 用 高 挂 低用的方式使用。出渣人员将导井下游石渣翻入导井。导 井 上 游 采 用 PC 120 反 铲 出 渣，导 井 上 游 采 用 PC120 翻 渣进入导井。下 部 出 渣：出 渣 前 对 边 墙 的 浮 石 进 行 检 查，先 清 理 边 墙的 浮 石，防 止 落 石 伤 人。现 场 设 指 挥 人 员 和 信 号 工（采 用 对讲 机 联 系，专 用 频 道），井 下 临 时 安 全 门 必 须 有 专 人 负 责

31、 管 理。装 载 机、自 卸 汽 车 驾 驶 员 必 须 经 过 安 全 技 术 培 训，考 核 合 格 并且 取 得 主 管 单 位 颁 发 的 资 质 证 后 持 证 上 岗。挖 装 机 后 退 时必 须 鸣 笛 示 警，发 出 信 号。挖 装 机 掘 装 渣 时，工 作 面 除 挖 装 机司 机 之 外，其 他 人 员 一 律 撤 出。闸 门 井 段 底 部 的 溜 渣 通 过 平洞 段 采 用 侧 卸 装 载 机 出 渣。装 载 机 端 渣 出 洞 口 后，在 泄 槽 段 装车，自卸汽车拉运至暂存料场。3 结语总 而 言 之，水 电 站 是 水 利 工 程 中 重 要 工 程，在 经

32、济 社 会 发展 中 发 挥 着 重 要 作 用。某 水 电 站 泄 洪 放 空 洞 闸 井 施 工 难 度 大，技 术 要 求 高，在 对 其 进 行 施 工 时 要 严 格 按 照 施 工 标 准 进 行 施工，施 工 现 场 要 精 心 组 织、严 格 控 制 施 工，以 保 证 闸 井 施 工 质量，为后续施工打下了坚实的基础。参考文献：1 向 勇，李 夏 牧.李 家 岩 水 库 导 流 泄 洪 放 空 洞 进 口 闸 室 施 工 方案选择 J.四川水利，2020（2）.2 冯 治 洪.猴 子 岩 水 电 站 泄 洪 放 空 洞 工 作 闸 门 制 造 分 析 J.商品与质量，2015（47）.3 何 平，蒋 文 军.红 鱼 洞 水 库“龙 抬 头”式 泄 洪 放 空 洞 设 计 J.四川水利，2019（3）.收稿日期：2022-8-5编辑：刘青（上接第 39 页）46