第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)期間，我國(guó)提出力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。供水系統(tǒng)作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，應(yīng)將全生命周期低碳發(fā)展作為指導(dǎo)方向。對(duì)于已進(jìn)入運(yùn)營(yíng)期的供水公司，實(shí)施精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管理、提升能源利用效率是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要路徑。
在供水系統(tǒng)中，取水、送水、加壓環(huán)節(jié)是主要耗能環(huán)節(jié)，其中關(guān)鍵的耗能設(shè)備是水泵機(jī)組。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)泵類設(shè)備用電量約占全國(guó)用電量的20%，使用效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低10%~30%。因此，實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組的節(jié)能運(yùn)行尤為重要。由于供水系統(tǒng)需用水量波動(dòng)大，水泵機(jī)組的運(yùn)行工況變化頻繁，通過(guò)精細(xì)化管理實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組節(jié)能運(yùn)行的方法需要詳細(xì)的研究與工程實(shí)踐。
本文選取國(guó)內(nèi)數(shù)十家典型供水公司，分析各生產(chǎn)環(huán)節(jié)能耗占比，識(shí)別系統(tǒng)能耗影響因素，提出有針對(duì)性的節(jié)能運(yùn)行措施，并開展實(shí)踐應(yīng)用；旨在為供水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行提供系統(tǒng)性方法與應(yīng)用實(shí)例，助力供水系統(tǒng)綠色低碳發(fā)展。
01研究對(duì)象能耗現(xiàn)狀
本文統(tǒng)計(jì)所研究典型供水公司生產(chǎn)環(huán)節(jié)電耗占比數(shù)據(jù)如圖1所示。由于各公司泵房數(shù)量和運(yùn)行水量高程不同，具體能耗占比分布不同，但整體而言，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中取水、送水、加壓泵房總能耗占比最高。因此，供水公司節(jié)能的重點(diǎn)在于保障供水量和供水壓力的前提下，降低泵房系統(tǒng)的電耗。
02能耗影響因素分析
對(duì)研究對(duì)象的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，泵房系統(tǒng)能耗較高的主要原因有以下兩個(gè)方面：
（1）水泵設(shè)計(jì)工況與實(shí)際運(yùn)行工況不匹配。部分泵房在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)最不利工況進(jìn)行水泵選型，選用水泵設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際需求相比偏大，水泵機(jī)組運(yùn)行工況偏離設(shè)備的高效區(qū)間，效率低下，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗偏高。此外，根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50013-2018），綜合用水的時(shí)變化系數(shù)范圍為1.2~1.6，日變化系數(shù)范圍為1.1~1.5。由于供水系統(tǒng)水量變化幅度大，當(dāng)選用水泵的高效區(qū)間范圍較窄時(shí)，部分季節(jié)或部分時(shí)段設(shè)備無(wú)法在高效區(qū)運(yùn)行，也導(dǎo)致能耗偏高。
（2）水泵實(shí)際工作揚(yáng)程偏高。部分泵房水泵前后管路水力損失較大或前池水位偏低時(shí)，水泵實(shí)際工作揚(yáng)程偏高。此時(shí)，部分電能并未用于對(duì)水的有效提升，浪費(fèi)在管路中，導(dǎo)致泵房能耗偏高。
針對(duì)上述影響因素，提出以下針對(duì)性措施：
（1）針對(duì)水泵工況匹配問(wèn)題，通過(guò)離心泵變頻調(diào)速或葉輪分級(jí)管理的方法，調(diào)節(jié)水泵機(jī)組高效區(qū)間，使之與實(shí)際運(yùn)行工況更接近，提高系統(tǒng)效率，進(jìn)而降低泵房能耗。
（2）針對(duì)供水系統(tǒng)水泵機(jī)組工作揚(yáng)程偏高的情況，通過(guò)清水池高水位運(yùn)行或管路附屬設(shè)備優(yōu)化的方法，在保障供水壓力的前提下，降低工作揚(yáng)程，從而降低能耗。
03節(jié)能方法與工程實(shí)例
上述節(jié)能措施已推廣至數(shù)十家典型供水公司，實(shí)施后平均電耗同比下降約5%。
3.1 離心泵變頻調(diào)速
離心泵變頻調(diào)速通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變水泵的流量、揚(yáng)程和功率，從而調(diào)節(jié)設(shè)備高效運(yùn)行區(qū)間。
3.1.1 適用范圍
離心泵變頻調(diào)速運(yùn)行適用于水泵選型偏大的情況，通過(guò)調(diào)整泵的高效運(yùn)行區(qū)間，使之與實(shí)際工況更接近，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率。當(dāng)泵房流量波動(dòng)明顯時(shí)，本方法也可以根據(jù)系統(tǒng)需求有效調(diào)節(jié)流量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 節(jié)能專篇：給水排水》，變頻調(diào)速水泵的調(diào)速范圍不應(yīng)低于70%。根據(jù)水泵相似定律，離心泵變頻調(diào)速方法主要適用于實(shí)際需求流量不低于水泵設(shè)計(jì)流量70%的情況。
離心泵變頻調(diào)速方法需要加裝變頻器或改造為變頻泵，初始投資較高，需要充分評(píng)估節(jié)能量與靜態(tài)投資回收期再實(shí)施。
3.1.2 工程實(shí)例
本工程來(lái)源于某設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)m³/d的城市凈水廠，其目前實(shí)際供水量5.8萬(wàn)m³/d。水廠于2006年建成投產(chǎn)，送水泵房設(shè)計(jì)為6臺(tái)型號(hào)相同的工頻水泵并聯(lián)。
（1）存在問(wèn)題。水泵設(shè)計(jì)工況與實(shí)際運(yùn)行工況偏差較大。原用水泵設(shè)計(jì)流量830 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程58 m，實(shí)際運(yùn)行時(shí)出廠壓力在0.40 MPa左右，水泵供水量偏大。當(dāng)多臺(tái)水泵工頻并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，為使水泵流量與實(shí)際需用水量匹配，采取關(guān)閥措施，導(dǎo)致大量能量浪費(fèi)在克服管道阻力中，泵房實(shí)際能耗偏高。
（2）應(yīng)對(duì)策略。針對(duì)此類工程問(wèn)題，已有一些實(shí)踐案例采用變頻改造的方式來(lái)調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)行工況，以改善水泵效率。本實(shí)例對(duì)送水泵房2臺(tái)水泵進(jìn)行變頻改造，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行水泵選型。其中1臺(tái)重置水泵選用變頻泵，選型設(shè)計(jì)流量為1400 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為40 m；并對(duì)1臺(tái)原用水泵軟啟動(dòng)器改為變頻控制。
（3）實(shí)施成效。本工程的實(shí)施成效如表2所示，其中CO2減排量根據(jù)國(guó)家發(fā)改委《2016 年中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子（征求意見(jiàn)稿）》中各區(qū)域電能生產(chǎn)碳排放因子的均值0.94 tCO2/（MW·h）來(lái)測(cè)算，節(jié)能降碳和經(jīng)濟(jì)效益均十分顯著。
3.2 離心泵葉輪分級(jí)管理
離心泵葉輪分級(jí)管理根據(jù)水泵的相似原理，通過(guò)改變?nèi)~輪出口直徑，調(diào)節(jié)泵的“流量-揚(yáng)程”性能曲線，使水泵的高效運(yùn)行工況與實(shí)際需求更加接近，以此提升水泵機(jī)組的運(yùn)行效率，包括葉輪切削改造或更換同型號(hào)水泵的小直徑葉輪兩種形式。
3.2.1 適用范圍
針對(duì)離心泵選型過(guò)大的情況，適宜采取葉輪分級(jí)管理方法。但由于減小離心式葉輪出口直徑會(huì)導(dǎo)致葉輪內(nèi)部流動(dòng)出現(xiàn)漩渦，進(jìn)而使水泵設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率下降。因此，本方法需要在允許切削范圍內(nèi)實(shí)施，具體效率影響情況和切削量限制如表3所示，可見(jiàn)低比轉(zhuǎn)速水泵使用本方法時(shí)允許切削范圍更大。
3.2.2 工程實(shí)例
本工程來(lái)源于某設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)m³/d的城市凈水廠，其取水泵房目前實(shí)際取水量4.2萬(wàn)m³/d。
（1）存在問(wèn)題。水廠取水泵房由一臺(tái)工頻水泵機(jī)組取水，水量調(diào)節(jié)困難。每年夏季高峰供水時(shí)段與冬天低峰供水時(shí)段水量相差較大，由于取水量不易調(diào)節(jié)，冬季運(yùn)行時(shí)水廠每天需要停機(jī)2~3次，影響生產(chǎn)運(yùn)行凈水藥劑投加；且取水泵組能耗偏高，不利于節(jié)能運(yùn)行。
（2）應(yīng)對(duì)策略。針對(duì)該水廠各季節(jié)水量差別較大的特點(diǎn)，采用3種同系列、不同葉輪出口直徑的葉輪分別在夏季、春秋季和冬季運(yùn)行。3種葉輪出口直徑分別為440 mm、425 mm、400 mm，小直徑葉輪對(duì)應(yīng)切削量分別為3.4%和9.1%。該取水泵的比轉(zhuǎn)速為70，根據(jù)表3，切削改變?nèi)~輪出口直徑時(shí)，切削量不超過(guò)10%對(duì)效率的影響小于1%。
（3）實(shí)施成效。本實(shí)例改造后實(shí)際運(yùn)行工況如表4所示。由于冬季水量降低，取水管道損失相應(yīng)降低，揚(yáng)程仍可滿足取水需求。經(jīng)過(guò)近兩年的實(shí)際運(yùn)行，該分級(jí)管理方式可以滿足各季節(jié)的運(yùn)行要求。本實(shí)例的實(shí)施成效如表5所示。本方法具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
3.3 清水池高水位控制
清水池高水位控制是通過(guò)調(diào)節(jié)取水流量維持清水池高水位運(yùn)行，降低機(jī)組出口與清水池水位的高程差，進(jìn)而降低工作揚(yáng)程的方法。
3.3.1 適用范圍
清水池高水位控制方法適宜在實(shí)際負(fù)荷與設(shè)計(jì)負(fù)荷有差距的水廠實(shí)施，且不適用于采用峰谷平電價(jià)的水廠。因?yàn)楫?dāng)水廠滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)組不宜過(guò)于頻繁啟停，在用水高峰期維持清水池高水位運(yùn)行的空間較小，所以難以保持清水池高水位運(yùn)行。當(dāng)水廠電度電價(jià)采用峰谷平電價(jià)時(shí)，由于用水高峰期與電價(jià)峰值區(qū)間重疊，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，更適宜利用清水池調(diào)蓄功能，在低谷電價(jià)時(shí)充分取水以滿足用水高峰期的水量需求。
3.3.2 工程實(shí)例
本工程來(lái)源于某設(shè)計(jì)規(guī)模20萬(wàn)m³/d的城市凈水廠，其目前實(shí)際供水量13.3萬(wàn)m³/d。
（1）存在問(wèn)題。該水廠送水泵房水泵機(jī)組實(shí)際工作揚(yáng)程偏高，由于該水廠的出廠壓力根據(jù)城市供水管網(wǎng)壓力分布進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，無(wú)法通過(guò)直接控制泵后壓力進(jìn)行節(jié)能。
（2）應(yīng)對(duì)策略。為降低送水泵房水泵機(jī)組的揚(yáng)程，采取清水池高水位控制的方法優(yōu)化運(yùn)行。由于該水廠實(shí)際供水量與設(shè)計(jì)規(guī)模尚有一定差距，清水池可發(fā)揮調(diào)蓄功能的空間較大，凈水設(shè)備設(shè)施的處理能力也存在富余，維持清水池高水位運(yùn)行不會(huì)對(duì)凈水工藝有沖擊。且水廠電度電價(jià)不是峰谷平電價(jià)，在經(jīng)濟(jì)性上也沒(méi)有限制。水廠的取水泵房具備大小泵組合運(yùn)行的條件，可以配合大小泵搭配運(yùn)行在高效區(qū)，為水位控制奠定基礎(chǔ)。因此，水廠根據(jù)智慧水務(wù)系統(tǒng)水力模型預(yù)測(cè)的出廠水量，充分利用取水泵組合的不同流量，制定多種調(diào)控方案，保持清水池水位在白天供水高峰時(shí)期處于高水位運(yùn)行。
（3）實(shí)施成效。在該方法實(shí)施后，選取24 h清水池水位與實(shí)施前一年度同日數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比作為示例，如圖2所示。該水廠清水池上限水位為3.3 m，水廠通過(guò)運(yùn)行調(diào)控有效調(diào)節(jié)清水池水位變化。在實(shí)施本節(jié)能運(yùn)行措施前，清水池年平均水位是2.4 m；實(shí)施后，清水池年平均水位為2.9 m，平均水位升高0.5 m，節(jié)能效果更顯著。
工程整體實(shí)施成效如表6所示。本方法通過(guò)管理措施進(jìn)行調(diào)控，無(wú)需新增投資，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
3.4 管路附屬設(shè)備優(yōu)化
管路附屬設(shè)備優(yōu)化通過(guò)取消不必要的附屬設(shè)備或選用阻力小的附屬設(shè)備，降低局部阻力損失，進(jìn)而降低水泵實(shí)際工作揚(yáng)程，以實(shí)現(xiàn)水泵節(jié)能。
3.4.1 適用范圍
本方法適用于管路阻力損失較大，水泵機(jī)組工作揚(yáng)程與需用供水壓力相比偏高的情況。在泵房中，對(duì)管路阻力損失影響最明顯的阻力部件之一是止回閥。實(shí)施本方法時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)閥門前后壓降，結(jié)合設(shè)備狀態(tài)，識(shí)別節(jié)能空間。
3.4.2 工程實(shí)例
本工程來(lái)源于某設(shè)計(jì)規(guī)模19.5萬(wàn)m³/d的城市凈水廠，其目前實(shí)際供水量22.2萬(wàn)m³/d。
（1）存在問(wèn)題。該水廠送水泵房某送水泵組原用泵后止回閥使用年限已近20年，過(guò)流部件老化，閥門阻力系數(shù)較高。加之供水負(fù)荷高，機(jī)組前后管路內(nèi)流速較高，根據(jù)便攜式壓差計(jì)測(cè)量結(jié)果，閥門前后壓降超過(guò)0.05 MPa，閥門整體水力損失較大，導(dǎo)致水泵工作揚(yáng)程較高，能耗較大。
（2）應(yīng)對(duì)策略。針對(duì)該水廠泵后閥門水損較大的實(shí)際情況，采用管路附屬設(shè)備優(yōu)化的方法進(jìn)行節(jié)能改造。靜音式止回閥依靠流體的流動(dòng)方向自動(dòng)開關(guān)，故障率低，維護(hù)簡(jiǎn)單；過(guò)流斷面符合流動(dòng)流態(tài)，對(duì)流體的干擾較小。因此，該水廠改造時(shí)采用靜音式止回閥與電動(dòng)閘閥聯(lián)用作為泵后閥門。
（3）實(shí)施成效。該實(shí)例改造后止回閥前后壓差實(shí)測(cè)值小于0.02 MPa。本次改造較好地降低了泵后閥門的阻力，在保障出廠壓力不變的前提下，降低了水泵的工作揚(yáng)程。同時(shí)，改造后水泵流量比改造前增加約9%，改造后新閥門的阻力系數(shù)顯著降低。工程整體實(shí)施成效如表7所示。
以上應(yīng)用實(shí)例表明，針對(duì)離心泵實(shí)際運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)工況的問(wèn)題，采用離心泵變頻調(diào)速的方法可在較寬的范圍內(nèi)調(diào)整高效運(yùn)行區(qū)間，節(jié)能效果十分顯著；對(duì)于低比轉(zhuǎn)速葉輪采用分級(jí)管理方式，能夠在低投資的前提下實(shí)現(xiàn)工況調(diào)節(jié)與水泵節(jié)能運(yùn)行。針對(duì)水泵工作揚(yáng)程偏高的問(wèn)題，在水廠負(fù)荷條件滿足時(shí)，采取清水池高水位控制的管理措施可以有效降低能耗；識(shí)別阻力損失較大的管路附屬設(shè)備并進(jìn)行優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)保障供水壓力前提下的泵房節(jié)能。供水公司在生產(chǎn)管理中可根據(jù)實(shí)際情況采用上述方法，實(shí)現(xiàn)水泵節(jié)能運(yùn)行，助力綠色低碳發(fā)展。
對(duì)原文有修改。原文標(biāo)題：供水系統(tǒng)水泵機(jī)組節(jié)能改造方法與工程實(shí)例；作者：趙瀟然、汪 力、李 闊、王雙吉；作者單位：北控水務(wù)(中國(guó))投資有限公司?？窃凇督o水排水》2022年第2期。
在供水系統(tǒng)中，取水、送水、加壓環(huán)節(jié)是主要耗能環(huán)節(jié)，其中關(guān)鍵的耗能設(shè)備是水泵機(jī)組。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)泵類設(shè)備用電量約占全國(guó)用電量的20%，使用效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低10%~30%。因此，實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組的節(jié)能運(yùn)行尤為重要。由于供水系統(tǒng)需用水量波動(dòng)大，水泵機(jī)組的運(yùn)行工況變化頻繁，通過(guò)精細(xì)化管理實(shí)現(xiàn)水泵機(jī)組節(jié)能運(yùn)行的方法需要詳細(xì)的研究與工程實(shí)踐。
本文選取國(guó)內(nèi)數(shù)十家典型供水公司，分析各生產(chǎn)環(huán)節(jié)能耗占比，識(shí)別系統(tǒng)能耗影響因素，提出有針對(duì)性的節(jié)能運(yùn)行措施，并開展實(shí)踐應(yīng)用；旨在為供水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行提供系統(tǒng)性方法與應(yīng)用實(shí)例，助力供水系統(tǒng)綠色低碳發(fā)展。
01研究對(duì)象能耗現(xiàn)狀
本文統(tǒng)計(jì)所研究典型供水公司生產(chǎn)環(huán)節(jié)電耗占比數(shù)據(jù)如圖1所示。由于各公司泵房數(shù)量和運(yùn)行水量高程不同，具體能耗占比分布不同，但整體而言，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中取水、送水、加壓泵房總能耗占比最高。因此，供水公司節(jié)能的重點(diǎn)在于保障供水量和供水壓力的前提下，降低泵房系統(tǒng)的電耗。
對(duì)研究對(duì)象的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，泵房系統(tǒng)能耗較高的主要原因有以下兩個(gè)方面：
（1）水泵設(shè)計(jì)工況與實(shí)際運(yùn)行工況不匹配。部分泵房在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)最不利工況進(jìn)行水泵選型，選用水泵設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際需求相比偏大，水泵機(jī)組運(yùn)行工況偏離設(shè)備的高效區(qū)間，效率低下，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗偏高。此外，根據(jù)《室外給水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50013-2018），綜合用水的時(shí)變化系數(shù)范圍為1.2~1.6，日變化系數(shù)范圍為1.1~1.5。由于供水系統(tǒng)水量變化幅度大，當(dāng)選用水泵的高效區(qū)間范圍較窄時(shí)，部分季節(jié)或部分時(shí)段設(shè)備無(wú)法在高效區(qū)運(yùn)行，也導(dǎo)致能耗偏高。
（2）水泵實(shí)際工作揚(yáng)程偏高。部分泵房水泵前后管路水力損失較大或前池水位偏低時(shí)，水泵實(shí)際工作揚(yáng)程偏高。此時(shí)，部分電能并未用于對(duì)水的有效提升，浪費(fèi)在管路中，導(dǎo)致泵房能耗偏高。
針對(duì)上述影響因素，提出以下針對(duì)性措施：
（1）針對(duì)水泵工況匹配問(wèn)題，通過(guò)離心泵變頻調(diào)速或葉輪分級(jí)管理的方法，調(diào)節(jié)水泵機(jī)組高效區(qū)間，使之與實(shí)際運(yùn)行工況更接近，提高系統(tǒng)效率，進(jìn)而降低泵房能耗。
（2）針對(duì)供水系統(tǒng)水泵機(jī)組工作揚(yáng)程偏高的情況，通過(guò)清水池高水位運(yùn)行或管路附屬設(shè)備優(yōu)化的方法，在保障供水壓力的前提下，降低工作揚(yáng)程，從而降低能耗。
03節(jié)能方法與工程實(shí)例
上述節(jié)能措施已推廣至數(shù)十家典型供水公司，實(shí)施后平均電耗同比下降約5%。
3.1 離心泵變頻調(diào)速
離心泵變頻調(diào)速通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變水泵的流量、揚(yáng)程和功率，從而調(diào)節(jié)設(shè)備高效運(yùn)行區(qū)間。
3.1.1 適用范圍
離心泵變頻調(diào)速運(yùn)行適用于水泵選型偏大的情況，通過(guò)調(diào)整泵的高效運(yùn)行區(qū)間，使之與實(shí)際工況更接近，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率。當(dāng)泵房流量波動(dòng)明顯時(shí)，本方法也可以根據(jù)系統(tǒng)需求有效調(diào)節(jié)流量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施 節(jié)能專篇：給水排水》，變頻調(diào)速水泵的調(diào)速范圍不應(yīng)低于70%。根據(jù)水泵相似定律，離心泵變頻調(diào)速方法主要適用于實(shí)際需求流量不低于水泵設(shè)計(jì)流量70%的情況。
離心泵變頻調(diào)速方法需要加裝變頻器或改造為變頻泵，初始投資較高，需要充分評(píng)估節(jié)能量與靜態(tài)投資回收期再實(shí)施。
3.1.2 工程實(shí)例
本工程來(lái)源于某設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)m³/d的城市凈水廠，其目前實(shí)際供水量5.8萬(wàn)m³/d。水廠于2006年建成投產(chǎn)，送水泵房設(shè)計(jì)為6臺(tái)型號(hào)相同的工頻水泵并聯(lián)。
（1）存在問(wèn)題。水泵設(shè)計(jì)工況與實(shí)際運(yùn)行工況偏差較大。原用水泵設(shè)計(jì)流量830 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程58 m，實(shí)際運(yùn)行時(shí)出廠壓力在0.40 MPa左右，水泵供水量偏大。當(dāng)多臺(tái)水泵工頻并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，為使水泵流量與實(shí)際需用水量匹配，采取關(guān)閥措施，導(dǎo)致大量能量浪費(fèi)在克服管道阻力中，泵房實(shí)際能耗偏高。
（2）應(yīng)對(duì)策略。針對(duì)此類工程問(wèn)題，已有一些實(shí)踐案例采用變頻改造的方式來(lái)調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)行工況，以改善水泵效率。本實(shí)例對(duì)送水泵房2臺(tái)水泵進(jìn)行變頻改造，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行水泵選型。其中1臺(tái)重置水泵選用變頻泵，選型設(shè)計(jì)流量為1400 m3/h，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為40 m；并對(duì)1臺(tái)原用水泵軟啟動(dòng)器改為變頻控制。
（3）實(shí)施成效。本工程的實(shí)施成效如表2所示，其中CO2減排量根據(jù)國(guó)家發(fā)改委《2016 年中國(guó)區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子（征求意見(jiàn)稿）》中各區(qū)域電能生產(chǎn)碳排放因子的均值0.94 tCO2/（MW·h）來(lái)測(cè)算，節(jié)能降碳和經(jīng)濟(jì)效益均十分顯著。
離心泵葉輪分級(jí)管理根據(jù)水泵的相似原理，通過(guò)改變?nèi)~輪出口直徑，調(diào)節(jié)泵的“流量-揚(yáng)程”性能曲線，使水泵的高效運(yùn)行工況與實(shí)際需求更加接近，以此提升水泵機(jī)組的運(yùn)行效率，包括葉輪切削改造或更換同型號(hào)水泵的小直徑葉輪兩種形式。
3.2.1 適用范圍
針對(duì)離心泵選型過(guò)大的情況，適宜采取葉輪分級(jí)管理方法。但由于減小離心式葉輪出口直徑會(huì)導(dǎo)致葉輪內(nèi)部流動(dòng)出現(xiàn)漩渦，進(jìn)而使水泵設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率下降。因此，本方法需要在允許切削范圍內(nèi)實(shí)施，具體效率影響情況和切削量限制如表3所示，可見(jiàn)低比轉(zhuǎn)速水泵使用本方法時(shí)允許切削范圍更大。
本工程來(lái)源于某設(shè)計(jì)規(guī)模5萬(wàn)m³/d的城市凈水廠，其取水泵房目前實(shí)際取水量4.2萬(wàn)m³/d。
（1）存在問(wèn)題。水廠取水泵房由一臺(tái)工頻水泵機(jī)組取水，水量調(diào)節(jié)困難。每年夏季高峰供水時(shí)段與冬天低峰供水時(shí)段水量相差較大，由于取水量不易調(diào)節(jié)，冬季運(yùn)行時(shí)水廠每天需要停機(jī)2~3次，影響生產(chǎn)運(yùn)行凈水藥劑投加；且取水泵組能耗偏高，不利于節(jié)能運(yùn)行。
（2）應(yīng)對(duì)策略。針對(duì)該水廠各季節(jié)水量差別較大的特點(diǎn)，采用3種同系列、不同葉輪出口直徑的葉輪分別在夏季、春秋季和冬季運(yùn)行。3種葉輪出口直徑分別為440 mm、425 mm、400 mm，小直徑葉輪對(duì)應(yīng)切削量分別為3.4%和9.1%。該取水泵的比轉(zhuǎn)速為70，根據(jù)表3，切削改變?nèi)~輪出口直徑時(shí)，切削量不超過(guò)10%對(duì)效率的影響小于1%。
（3）實(shí)施成效。本實(shí)例改造后實(shí)際運(yùn)行工況如表4所示。由于冬季水量降低，取水管道損失相應(yīng)降低，揚(yáng)程仍可滿足取水需求。經(jīng)過(guò)近兩年的實(shí)際運(yùn)行，該分級(jí)管理方式可以滿足各季節(jié)的運(yùn)行要求。本實(shí)例的實(shí)施成效如表5所示。本方法具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
清水池高水位控制是通過(guò)調(diào)節(jié)取水流量維持清水池高水位運(yùn)行，降低機(jī)組出口與清水池水位的高程差，進(jìn)而降低工作揚(yáng)程的方法。
3.3.1 適用范圍
清水池高水位控制方法適宜在實(shí)際負(fù)荷與設(shè)計(jì)負(fù)荷有差距的水廠實(shí)施，且不適用于采用峰谷平電價(jià)的水廠。因?yàn)楫?dāng)水廠滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，機(jī)組不宜過(guò)于頻繁啟停，在用水高峰期維持清水池高水位運(yùn)行的空間較小，所以難以保持清水池高水位運(yùn)行。當(dāng)水廠電度電價(jià)采用峰谷平電價(jià)時(shí)，由于用水高峰期與電價(jià)峰值區(qū)間重疊，出于經(jīng)濟(jì)性考慮，更適宜利用清水池調(diào)蓄功能，在低谷電價(jià)時(shí)充分取水以滿足用水高峰期的水量需求。
3.3.2 工程實(shí)例
本工程來(lái)源于某設(shè)計(jì)規(guī)模20萬(wàn)m³/d的城市凈水廠，其目前實(shí)際供水量13.3萬(wàn)m³/d。
（1）存在問(wèn)題。該水廠送水泵房水泵機(jī)組實(shí)際工作揚(yáng)程偏高，由于該水廠的出廠壓力根據(jù)城市供水管網(wǎng)壓力分布進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，無(wú)法通過(guò)直接控制泵后壓力進(jìn)行節(jié)能。
（2）應(yīng)對(duì)策略。為降低送水泵房水泵機(jī)組的揚(yáng)程，采取清水池高水位控制的方法優(yōu)化運(yùn)行。由于該水廠實(shí)際供水量與設(shè)計(jì)規(guī)模尚有一定差距，清水池可發(fā)揮調(diào)蓄功能的空間較大，凈水設(shè)備設(shè)施的處理能力也存在富余，維持清水池高水位運(yùn)行不會(huì)對(duì)凈水工藝有沖擊。且水廠電度電價(jià)不是峰谷平電價(jià)，在經(jīng)濟(jì)性上也沒(méi)有限制。水廠的取水泵房具備大小泵組合運(yùn)行的條件，可以配合大小泵搭配運(yùn)行在高效區(qū)，為水位控制奠定基礎(chǔ)。因此，水廠根據(jù)智慧水務(wù)系統(tǒng)水力模型預(yù)測(cè)的出廠水量，充分利用取水泵組合的不同流量，制定多種調(diào)控方案，保持清水池水位在白天供水高峰時(shí)期處于高水位運(yùn)行。
（3）實(shí)施成效。在該方法實(shí)施后，選取24 h清水池水位與實(shí)施前一年度同日數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比作為示例，如圖2所示。該水廠清水池上限水位為3.3 m，水廠通過(guò)運(yùn)行調(diào)控有效調(diào)節(jié)清水池水位變化。在實(shí)施本節(jié)能運(yùn)行措施前，清水池年平均水位是2.4 m；實(shí)施后，清水池年平均水位為2.9 m，平均水位升高0.5 m，節(jié)能效果更顯著。
工程整體實(shí)施成效如表6所示。本方法通過(guò)管理措施進(jìn)行調(diào)控，無(wú)需新增投資，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
管路附屬設(shè)備優(yōu)化通過(guò)取消不必要的附屬設(shè)備或選用阻力小的附屬設(shè)備，降低局部阻力損失，進(jìn)而降低水泵實(shí)際工作揚(yáng)程，以實(shí)現(xiàn)水泵節(jié)能。
3.4.1 適用范圍
本方法適用于管路阻力損失較大，水泵機(jī)組工作揚(yáng)程與需用供水壓力相比偏高的情況。在泵房中，對(duì)管路阻力損失影響最明顯的阻力部件之一是止回閥。實(shí)施本方法時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)閥門前后壓降，結(jié)合設(shè)備狀態(tài)，識(shí)別節(jié)能空間。
3.4.2 工程實(shí)例
本工程來(lái)源于某設(shè)計(jì)規(guī)模19.5萬(wàn)m³/d的城市凈水廠，其目前實(shí)際供水量22.2萬(wàn)m³/d。
（1）存在問(wèn)題。該水廠送水泵房某送水泵組原用泵后止回閥使用年限已近20年，過(guò)流部件老化，閥門阻力系數(shù)較高。加之供水負(fù)荷高，機(jī)組前后管路內(nèi)流速較高，根據(jù)便攜式壓差計(jì)測(cè)量結(jié)果，閥門前后壓降超過(guò)0.05 MPa，閥門整體水力損失較大，導(dǎo)致水泵工作揚(yáng)程較高，能耗較大。
（2）應(yīng)對(duì)策略。針對(duì)該水廠泵后閥門水損較大的實(shí)際情況，采用管路附屬設(shè)備優(yōu)化的方法進(jìn)行節(jié)能改造。靜音式止回閥依靠流體的流動(dòng)方向自動(dòng)開關(guān)，故障率低，維護(hù)簡(jiǎn)單；過(guò)流斷面符合流動(dòng)流態(tài)，對(duì)流體的干擾較小。因此，該水廠改造時(shí)采用靜音式止回閥與電動(dòng)閘閥聯(lián)用作為泵后閥門。
（3）實(shí)施成效。該實(shí)例改造后止回閥前后壓差實(shí)測(cè)值小于0.02 MPa。本次改造較好地降低了泵后閥門的阻力，在保障出廠壓力不變的前提下，降低了水泵的工作揚(yáng)程。同時(shí)，改造后水泵流量比改造前增加約9%，改造后新閥門的阻力系數(shù)顯著降低。工程整體實(shí)施成效如表7所示。
對(duì)原文有修改。原文標(biāo)題：供水系統(tǒng)水泵機(jī)組節(jié)能改造方法與工程實(shí)例；作者：趙瀟然、汪 力、李 闊、王雙吉；作者單位：北控水務(wù)(中國(guó))投資有限公司?？窃凇督o水排水》2022年第2期。
