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0　引　言

    由于平高集團有限公司建廠初期市政供水能 力不足, 經過水行政主管部門批準并核發《取水許 可證》,該公司實行自備井供水。水源井見表1。
    原供水系統基本構成如下: 地下管網全長 10 000 m,建有一座200 m3 儲水塔。最初,供水 系統采用水泵先將地下水抽到儲水塔,再從儲水塔向用水單位供水,三臺泵由人工控制,并利用電 接點壓力表輔助控制水泵供水壓力及水泵的起運 和停止。這些都導致原供水系統存在以下問題。

    (1) 供水壓力波動大,無法滿足該公司生產 生活需求。整個供水系統由三個水泵站組成,由 三個值班工分別根據1#、2#、3#泵出口壓力,自行決定大井開停,水壓易受值班人員的影響,無法達 到最佳開停匹配,從而無法滿足壓力需求。

    (2) 電能浪費大,管網承壓大,易造成管網泄 漏損壞。整個供水系統需要24 h不間斷供水,用 水量及對供水壓力的要求隨季節、生產周期、每天的工作時段等的不同而變化很大。用人工調節, 即使是值班人員責任心很強,也很難及時有效地 調節。造成高峰時壓力不足,低谷時壓力過高,電機空轉。

    (3) 通過水塔供水,水塔容積只有200 m3 , 供水量及供水壓力受水塔本身限制;同時,水塔建 在公司生產區正中央,影響公司整體規劃。

    (4) 生產區和生活區用水采取一個供水系 統,尤其是生活區平房、多層樓房、高層住宅交叉 分布,用水需求情況不同,供水壓力無法在經濟區域運行。

    (5) 居民生活用水由企業供應,不利于節水 意識的培養,多年來居民用水回收率僅為50%左 右,浪費嚴重,增加了企業供水系統的成本。

1　變頻調速技術的發展及節電原理

1. 1　變頻調速供水技術的發展

    變頻調速恒壓供水技術是20世紀80年代后 期發展起來的 ,隨著電力技術的發展,變頻調 速技術日臻完善,以變頻調速為核心的智能供水控制系統取代了以往高位水箱和壓力罐等供水設 備控制工程網版權所有,起動平穩,起動電流可限制在額定電流以內, 從而避免了起動時對電網的沖擊;由于泵的平均轉速降低了,從而可延長泵和閥門等的使用壽命; 可以消除起動和停機時的水錘效應。其穩定安全 的運行性能、簡單方便的操作方式、齊全周到的功能,將使供水實現節水、節電、節省人力,最終達到 高效率運行的目的。

    變頻調速恒壓供水技術能實現水泵的軟起 動,減小水泵起動時的沖擊電流,使水泵的使用壽 命延長,在調節水泵流量時,可以節約可觀的能 量。因此www.cechina.cn,其具有節能、安全、供水品質高等優點www.cechina.cn, 是先進、合理的節能型供水系統,在供水行業得到了廣泛應用。變頻調速恒壓供水系統實現水泵電 動機無級調速,根據用水需求,自動調節系統的運 行參數,在用水量發生變化時,保持水壓恒定,以 滿足用水要求。

    與過去的水塔或高位水箱及氣壓供水方式相比,無論是在設備投資,運行經濟性,還是在系統穩定性、可靠性及自動化程度等方面,變頻調速恒 壓供水都占據絕對的優勢,而且具有顯著的節能 效果,已引起企業的廣泛關注及普遍采用。

    變頻調速恒壓供水技術,在短短幾年內,經歷 了一個逐步完善的發展過程,早期的單泵調速恒 壓系統逐漸為多泵系統所代替。目前,變頻調速恒壓供水系統正向著高可靠性、全數字化微機控 制、多品種的方向發展。

1. 2　變頻調速節電理論分析

1. 2. 1　變頻調速電機節電分析

    變頻調速器將電網中的三相交流整流成直流 電后,通過逆變器再將直流電逆變為電壓可調、頻 率可調的三相交流電驅動異步電動機,實現調速 和節電。

   三相異步電機轉速為:

   n2 = n1 (1 - s) = 60f1 (1 - s) / p (1)

   式中: n2 ———轉子轉速, r/min;
   n1 ———同步轉速;
   p———極對數;
   f1 ———電源頻率, Hz;
   s———轉差率。
   由式(1)可知:轉速可以通過改變電源頻率、 繞組的極對數或轉差率等進行改變www.cechina.cn,一般p、s不變www.cechina.cn,即: n2∝ f1。

   水泵的轉速又稱轉數www.cechina.cn,根據每分鐘旋轉多少 轉來計算,用字母n表示(單位為r /min) ,銘牌中規定的轉速是最大的轉數,不能任意提高控制工程網版權所有,降低轉 速不宜低于50% ,水泵轉速改變時控制工程網版權所有,它和軸功率的 變化關系是: n1 / n2 =N1 /N2 ,即:變速后軸功率=原 軸功率×(后轉速/原轉速) 。一般原功率、原轉 速一定,設f1 降為a% ,則: n2 下降a% ,由此得:
   例如,若f1 降30%時控制工程網版權所有,消耗功率為額定功率 的34. 3% ,節電率為65. 7%。

1. 2. 2　變頻調速供水系統節電分析

    變頻調速供水系統的節電原理見圖1 ,水 泵額定運行時的工況點D是泵的特性曲線Nn 與 管路阻力曲線R1 的交點。
    傳統供水系統利用閥門控制水泵,如需減小 用水,即流量從Qn 減小到Q1 ,需要關小閥門,使 閥門的摩擦阻力變大。即:阻力曲線從R1 轉移到 R′1 ,揚程則從H3 升到H4 ,運行工況點從D點轉移到A點。

   變頻調速供水利用變頻器控制水泵,閥門沒 有開關變化,因此阻力曲線R1 不變。為使流量改變www.cechina.cn,需要改變水泵的轉速。如果把速度從nn 降到 n1 ,特性曲線也從Nn 轉移到N1。此時控制工程網版權所有,運行工況點從D點轉移到C點,揚程從H3 下降到H2 ,流量 從Qn 減小到Q1。則: A 點水泵的功耗為PA = kH4Q1 /η, C點水泵的功耗為PC=kH2Q1 /η,兩者 的差值為ΔP = PA - PC = k (H4 - H2 ) Q1 /η。即: 用閥門控制水泵流量時控制工程網版權所有,有ΔP的功率被浪費掉 了,并且這個損耗隨著閥門的關小而增加。

2　供水改造方案及可行性分析

2. 1　整體供水改造方案

    (1) 生產區保留自備井供水,取消水塔,取消人員值班,全部采用變頻調速技術對三臺大井進 行恒壓供水智能控制系統改造;

    (2) 生活區居民生活用水改造結合平頂山市 實施的自來水“一戶一表、水表出戶”改造工程進 行,改造后居民供水管理、抄表收費即管道維修工作由平頂山市自來水公司負責,對由于市政供水 壓力較低,無法直接供水的局部高層住宅,加裝變 頻恒壓供水設施。

2. 2　可行性分析

    (1) 采取自備井供水符合當地政府有關水資 源管理政策。由于當地政府供水能力不足,允許 企業在獲得取水許可手續后,繼續采用自備水源井自行供水。

    (2) 自備水源井供水有利于降低企業生產成 本。自備水源井供水成本主要包括:向市政府繳 納的污水處理費和水資源費,用電成本、設備折舊、設備維修、運行管理及漏失損耗等費用。平頂山市規定的污水處理費收費標準,按取水量的40%計算,每噸收費標準為0. 8元;平頂山市規定的地下水資源收費標準為每噸0165元;平均每噸水用電0152 kWh,電價按017元/kWh計算CONTROL ENGINEERING China版權所有,平均 每噸水電費為0.364元;值班人員13人www.cechina.cn,工資支 出26萬元控制工程網版權所有,平均每噸水運行費用為01132 65元; 設備折舊及維修費用每年平均為5萬元控制工程網版權所有,平均每 噸水費用為01025 5元;管網漏失率為10%。綜 合以上因素計算的企業自備水源井供水綜合成本
為1164元/噸。

市政工業用水價格為每噸2. 6元控制工程網版權所有,主要包括: 基本水價、公用事業附加費、污水處理費、水資源費等費用。市政居民生活用水價格為每噸1. 85 元控制工程網版權所有,主要包括:基本水價、公用事業附加費、污水處 理費、水資源費等費用。

    (3) 居民區采用市政直接供水,符合國家有 關居民用水社會化管理及自來水“一戶一表、水 表出戶”改造的政策,有利于加強管理,減小企業負擔,支持企業發展。

該公司自備水源井供水綜合成本為1164 元/噸,如考慮回收低及管理、抄表、維修等費用, 企業居民自供水成本約3. 5元/噸。而由市自來 水公司直接管理,居民生活用水價格每噸僅為 1185 元控制工程網版權所有,不需要企業再承擔其他費用。同時,改 造后基本不增加居民負擔。

3　變頻調速供水改造實施

3. 1　生產區供水系統變頻調速技術改造實施

    該公司恒壓供水智能控制系統以STD 總線工控機為中心,利用變頻器對主要水泵的壓頭進行連續調節,輔以對其他水泵的開關控制來實現恒壓供水。同時,具備對各種數據進行處理、報警保護、故障處理等功能。