城区加压泵站几种方式的探讨

1、引言

近几年很多北方城镇的二次加压供水泵站都做了一些节能的技术改造，但改造后的泵站电耗仍较高，其控制能耗下降的措施不理想。（1）在现有的工艺和电气设备情况下泵站怎样改其节电的空间更大？（2）采用何种工艺运行方式在水工艺技术与经济上更合理、电耗更低？是我们需要研究和探索的问题。

2、北方一些城镇供水管网压力现状  

目前北方一些城镇供水市街管网的压力一般都在0.1～0.2mpa左右。居住区给水采用的主要给水工艺是在区内建造二次加压泵站，由二次加压泵站为居民住宅小区配水的供水方式。二次加压泵站水泵机组采用调速恒压给水方式已成为我们很多城镇多层和高层工业及民用建筑二次加压供水的主要供水手段。二次加供水泵站出口的供水压力一般都在0.3～0.4mpa左右，而泵站的一次市街管网入储水池的压力为0.05～0.25mpa不等。如某北方的一个城市，市街管网压力在0.1～0.15mpa之间的供水区域占城市供水面积约为70%；市街管网压力大于0.15mpa的供水区域占城市供水面积约为12%；市街管网压力小于0.1的供水区域占城市供水面积约为18%。

3  、二次加压供水泵站能耗存在的问题
（1）市街管网较高的来水压力和能量被泄放掉泵站的储水池中，使市街来水的巨大能量被浪费；
（2）水泵机组设备较陈旧，水泵的综合效率低；
（3）泵站的工艺运行方式单一;
（4）泵站的节能措施不合理，其电耗仍然较高，泵站还有节能改造的潜力。

4  、泵站高效节能运行方式的探讨

城镇二次加压泵站的供水工艺运行方式和设备的合理配置决定着泵站的能耗，二次加压泵站采用不同的工艺运行方式其泵站的能耗是不相同的。
4.1  二次加压泵站几种常用运行方式
根据目前北方城镇二次加压泵站工艺设备配置及工艺运行状况，将二次加压泵站一般常用的运行方式可以分为以下四种：
（1）方式1—水泵全速直联供水方式；
（2）方式2—微机控制水泵变频调速恒压供水方式；
（3）方式3—微机控制水泵变频调速变流变压供水方式；
（4）方式4—泵站专用直接式无负压叠压二次加压供水。
在城镇二次加压泵站供水工艺中，普遍采用方式2运行方式，而采用方式3运行方式的只有很少一部分。而在城镇二次加压泵站中采用方式4—泵站专用直接式无负压叠压二次加压供水方式供水，是一种新的需要探讨的高效节能供水模式。
4.2  全自动管网直联无负压二次加压供水方式(方式4)
二次加压泵站运行方式1至方式3中，泵站供水工艺离不开蓄水池，原有的自来水市街供水管网压力hj进入水池后变成零，然后由泵站的加压泵将蓄水池内的自来水压力由0加压到小区供水服务压力ha之后供出。这样就造成了市街供水管网供水能耗的浪费。
泵站专用直接式无负压叠压供水方式，是将泵站专用直接式无负压叠压供水设备直接与自来水管网连接、采用密封稳流水罐和负压抑制及补偿系统，自动调节来水水量和压力，使自来水外管道无负压、内网自动恒压供水的功能。此种供水方式充分利用了供水市街供水管网的一次压力hj，加压泵站只是对蓄水池的进水压力hj和所需供水压力ha的差进行补压，是一种高效节能的供水方式。泵站工艺运行工况如图1所示。

图1

方式4电耗的各项指标分析如下:  电耗功率pa₄：  pa₄=qaha-qahj  =qa(ha-hj)  （1）  电损耗功率p_δ4为： p_δ4=pa₄-p_标=qa(1/2ha-hj-1/2ho)  （2）  电损率δ₄为： δ₄=(p_δ4/ p^标)100%=(ha-2hj-ho)/(ha+ho)  （3）  节约的电耗功率pj为： pj=qahj （4）  其方式4形式下相对于方式2的泵站节电率λ为；  λ=pj/pa₂100%  =hj/ha*100%  （5）  从公式(5)可以看出，泵站在采用泵站专用直接式无负压叠压二次加压供水运行方式时：   （1）供水系统的节电率λ和市街管网供水压力hj成正比；与内网的压力ha成反比，而与泵站的水量q无关；  （2）只要市街进水管网的压力hj>0， 泵站在现有的供水方式(方式2)还可节约能耗hj/ha*100%。  如某北方城市的二次加压泵站的市街管网供水压力hj为10-15米，泵站内管网压力ha为35米。那么根据式(5)可算出        若泵站采用方式4的运行方式，二次加压泵站的节电率λ在现有的泵站运行工艺下还可提高28%～43%。 4.3  几种运行方式的电耗指标比较  通过上面对四种城市二次加压泵站运行方式的分析研究，将四种泵站运行方式的电耗状况作一比较列于下表1中。  

5  、新供水方式的现场试点  

我们在北方的某城市选择了一泵站，对方式4的供水方式做了工程的现场实验。该泵站实验前的供水状况见下表2。

我们在不改变泵站的供水用户和供水压力的前提下，将泵站的供水方式由方式2—微机控制水泵变频调速恒压供水形式改造成方式4—泵站专用直接式无负压叠压二次加压供水形式。泵站现场实验的实际水、电参量测试结果如下：
（1）改造前测试
最大时供水流量：5m³/h；
日耗电：31.17kwh；
最小时供水流量：1m³/h；
供水压力：0.32mpa；
进水流量：30-35m³/h；
进水压力：0.13-0.18mpa。
（2）改造后测试
日供水量：50m³/h；
日耗电量：18.310kwh；
最大时供水流量：4m³/h；
供水压力：0.35mpa；
最小时供水流量：1m³/h；
进水压力：0.08-0.12mpa。
从测试数据可以看出，改造后泵站的电耗只是原来电耗的59%，泵站的节电率为41%，此节电率与我们在上面理论分析中的式(3-5)的结果是一致的。改造后的泵站节电效果非常明显。

6 、结束语

城镇二次加压泵站采用泵站专用直接式无负压叠压二次加压供水运行方式是解决目前一些城镇的二次加压供水泵站节能技术改造后，其电耗下降不理想的有效方法；城镇二次加压供水泵站专用直接式无负压叠压方式供水，具有显著的节能效果。