農(nóng)村安全飲用水解決方案
2015-5-7 9:28:10??????點(diǎn)擊：
當(dāng)前深水井采用變頻調(diào)速控制的非常廣泛，石家莊工泉水處理設(shè)備公司生產(chǎn)的變頻供水設(shè)備是由于存在生活用水小流量期間的“費(fèi)電”問(wèn)題，不少村鎮(zhèn)在改用變頻供水模式后，千噸水能耗指標(biāo)較高。本文結(jié)合新密市超化鎮(zhèn)東店村深水井小流量變頻恒壓穩(wěn)壓供水系統(tǒng)，介紹了深水井小流量變頻供水系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及運(yùn)行情況。
一、前言
當(dāng)前，我國(guó)已初步具備了建設(shè)新農(nóng)村的條件：一方面，經(jīng)過(guò)改革開(kāi)放以來(lái)的快速發(fā)展，綜合國(guó)力顯著增強(qiáng)，有了支持保護(hù)農(nóng)業(yè)、加大農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)；另一方面，近年來(lái)，在起點(diǎn)較高的基礎(chǔ)上，黨中央、國(guó)務(wù)院為改善農(nóng)村生產(chǎn)生活條件出臺(tái)了一系列更直接更有力的政策措施，特別是農(nóng)村“六小工程”建設(shè)進(jìn)展順利，成效顯著，為新農(nóng)村建設(shè)積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。新密市超化鎮(zhèn)東店村變頻供水工程的實(shí)施就是當(dāng)?shù)匦罗r(nóng)村建設(shè)的一個(gè)亮點(diǎn)。
新密市超化鎮(zhèn)東店村位于超化鎮(zhèn)政府東800米，現(xiàn)有人口900多戶。當(dāng)?shù)孛禾抠Y源豐富，同時(shí)也是全國(guó)耐火材料的生產(chǎn)集中地。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，尤其煤炭資源的開(kāi)發(fā)，也對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷娘嬎畣?wèn)題造成一定影響，可飲用水層水位日益降低。新密市各級(jí)政府非常重視東店村的飲水問(wèn)題，結(jié)合該村的實(shí)際問(wèn)題，國(guó)家劃撥專項(xiàng)資金，村子自籌部分資金，各戶收取到戶水表費(fèi)、入戶費(fèi)，總共投資約100萬(wàn)元，建成現(xiàn)在日最大供水量800噸的深水井變頻調(diào)速供水系統(tǒng)。
二、深水井變頻供水設(shè)備簡(jiǎn)介
隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展和人們對(duì)生活飲用水品質(zhì)的要求不斷提高，變頻供水設(shè)備已廣泛應(yīng)用于城市住宅小區(qū)的生活二次加壓供水系統(tǒng)。近年來(lái)，深水井潛水泵采用變頻調(diào)速控制的也已非常廣泛，由于不需再建水塔，設(shè)備占地小，建設(shè)周期短，另外水質(zhì)無(wú)二次污染，水泵軟啟動(dòng)軟停車，故障率低，設(shè)備大修周期延長(zhǎng)，使用壽命提高。
但是，變頻恒壓供水系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中若選型及控制不當(dāng)，不但達(dá)不到節(jié)能目的，反而“費(fèi)電”，尤其深水井變頻系統(tǒng)問(wèn)題更為突出。為此，不少村鎮(zhèn)在采用變頻供水模式后，感到并不像傳統(tǒng)宣傳的那樣“用變頻就節(jié)電”，使得對(duì)變頻模式產(chǎn)生“懷疑”和“信任危機(jī)”，甚至有些地方人畜飲水項(xiàng)目干脆不采用變頻供水模式。難道國(guó)家一直在推廣的變頻節(jié)電技術(shù)真的有問(wèn)題嗎？其根本原因在于變頻供水系統(tǒng)存在的小流量能耗問(wèn)題。
三、變頻供水設(shè)備的小流量“費(fèi)電”問(wèn)題
根據(jù)流體力學(xué)理論，當(dāng)水泵調(diào)速時(shí)，水泵電機(jī)軸功率P和流量Q、壓力H與轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系為：
Q1/Q2= N1/N2 (1-1)
H1/H2=（N1/N2）2 (1-2)
P1/P2=（N1/N2）3 (1-3)
即水泵的流量與其轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程（壓力）與其轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與其轉(zhuǎn)速的立方成正比。按以上關(guān)系，在其它運(yùn)行條件不變的情況下，通過(guò)下調(diào)電機(jī)的運(yùn)行速度，其電耗是與轉(zhuǎn)速成立方關(guān)系降低的，節(jié)電效果應(yīng)非常明顯。例如如果工況只需要50％的水量，則可以將電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)為額定的一半，此時(shí)電機(jī)消耗的功率僅為額定的12.5％，即理論上節(jié)能可達(dá)87.5％。
但以上結(jié)論只是理論分析，而且以上關(guān)系滿足的前提是水泵的總效率η恒定，實(shí)際上當(dāng)調(diào)速范圍很大時(shí)，水泵的總效率η變化（降低）較大，根據(jù)水泵電機(jī)軸功率P和流量Q、揚(yáng)程（壓力）H之間的關(guān)系：
P=K?H?Q/η (1-4)
其中K為常數(shù)，η為水泵的總效率。一般當(dāng)水泵調(diào)速70%以下時(shí)，水泵效率η急劇降低，而且，實(shí)際的供水系統(tǒng)并不是開(kāi)環(huán)狀態(tài)，而是恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，速度調(diào)節(jié)范圍不能很大，否則就滿足不了設(shè)定壓力的要求，所以，實(shí)際的變頻恒壓閉環(huán)供水控制系統(tǒng)小流量甚至“零流量”時(shí)水泵轉(zhuǎn)速并不很低，管路壓力設(shè)定越高，“零流量”頻率越高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知道，對(duì)多層供水系統(tǒng)“零流量”頻率約為25~30Hz，對(duì)高層、深水井供水系統(tǒng)“零流量”頻率約為30~35Hz，若水泵揚(yáng)程（選型不當(dāng)）富裕量小，“零流量”頻率會(huì)更大。
所以水泵在70%以下調(diào)速時(shí)，其電機(jī)軸功率P降低平緩，并不是完全與轉(zhuǎn)速成立方的關(guān)系降低，這一點(diǎn)已由實(shí)踐得以證實(shí)?？梢哉f(shuō)公式(1-1)~(1-3)僅當(dāng)速度調(diào)節(jié)范圍不大時(shí)成立，因此相對(duì)于水塔、高位水箱等的工頻供水模式，當(dāng)水泵速度調(diào)節(jié)范圍很大時(shí)，變頻供水模式就存在小流量“費(fèi)電”問(wèn)題。
隨著人民生活水平的提高，一般生活供水系統(tǒng)都要求24小時(shí)不間斷供水，村鎮(zhèn)供水系統(tǒng)同樣有此要求。而對(duì)于純生活供水系統(tǒng)，供水高峰主要集中在早中晚三個(gè)時(shí)段約8個(gè)小時(shí)，其余時(shí)間供水量較小（甚至相差很大），若水泵功率較大，盡管采用變頻器調(diào)速，但由上知調(diào)速泵在小流量下運(yùn)行效率很低，因而造成小流量供水時(shí)間段內(nèi)較大的能量浪費(fèi)。一般潛水泵功率較大，因而深水井變頻系統(tǒng)小流量“浪費(fèi)”問(wèn)題更為突出。假如深水井潛水泵功率為30KW，小流量頻率按30Hz計(jì)算，每天夜間近6個(gè)小時(shí)內(nèi)約有50~70KWh電能被“浪費(fèi)”，實(shí)際白天也有近8個(gè)小時(shí)用水量較小，綜合考慮，保守估計(jì)一年就多耗費(fèi)30000~40000KWh！因此，不少村鎮(zhèn)在使用變頻供水模式后，感到電能消耗很大。下面就結(jié)合東店村的變頻供水系統(tǒng)，介紹使用恒壓穩(wěn)壓變頻供水的方案解決小流量供水的耗能問(wèn)題。
四、變頻控制設(shè)備調(diào)試運(yùn)行情況
變頻控制設(shè)備調(diào)試按以下步驟進(jìn)行：
1）、先檢查潛水電機(jī)絕緣情況，結(jié)果應(yīng)符合廠家說(shuō)明書(shū)要求。
2）、連接變頻柜電源主進(jìn)線，空轉(zhuǎn)運(yùn)行變頻器，檢查變頻器顯示及變頻器參數(shù)設(shè)置，并先設(shè)置小流量頻率為50Hz。
3）、連接潛水電機(jī)電纜。關(guān)小出水總閥，將雙向閘刀投向工頻側(cè)，起動(dòng)水泵，用鉗形表檢測(cè)三相運(yùn)行電流，觀察三相電流是否平衡，逐步打開(kāi)總閥，觀察電流變化及其他情況是否正常。
4）、停機(jī)后，檢查壓力表傳感器連線，調(diào)整電節(jié)點(diǎn)壓力表上下限，按實(shí)際需求設(shè)置，本工程可設(shè)置為0.24MPa~0.50MPa。
5）、關(guān)小出水總閥，帶負(fù)荷運(yùn)行變頻控制設(shè)備，利用變頻器面板上升、下降鍵調(diào)整恒壓設(shè)定值，使總管出口水壓恒定為0.3MPa（按實(shí)際需要設(shè)定）。適當(dāng)調(diào)節(jié)總閥，觀察壓力變化及響應(yīng)情況，如需要還要對(duì)變頻器內(nèi)部PID參數(shù)進(jìn)行整定（參看相關(guān)說(shuō)明）。
6）、關(guān)死出水總閥，測(cè)試本系統(tǒng)的“零流量”頻率f0，根據(jù)該頻率值設(shè)置小流量頻率fL，一般比“零流量”頻率高3~5Hz。
7）、稍稍打開(kāi)出水總閥，模擬小流量供水工況，觀察由變頻恒壓模式進(jìn)入小流量變頻穩(wěn)壓模式情況。逐步打開(kāi)出水總閥，觀察小流量變頻穩(wěn)壓模式返回變頻恒壓模式的切換運(yùn)行情況。
8）、記錄相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，可編程設(shè)置和變頻器參數(shù)，備案歸檔。有關(guān)變頻器參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。
實(shí)際調(diào)試過(guò)程順利，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這里不再詳細(xì)介紹，至今設(shè)備已正常運(yùn)行近2個(gè)月，實(shí)際運(yùn)行試驗(yàn)表明，按當(dāng)前供水規(guī)模，沒(méi)有小流量功能時(shí)平均日耗電400KWh，有小流量功能時(shí)平均日耗電200KWh。
五、結(jié)論
在當(dāng)前開(kāi)展的新農(nóng)村建設(shè)中，各級(jí)政府非常關(guān)注和加大農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入，尤其切實(shí)解決農(nóng)民群眾的飲水問(wèn)題，新密市超化鎮(zhèn)東店村變頻供水工程的實(shí)施就是當(dāng)?shù)匦罗r(nóng)村建設(shè)的一個(gè)亮點(diǎn)，通過(guò)近兩個(gè)月的正式運(yùn)行，證明了深水井并配套變頻調(diào)速小流量恒壓供水方案的可行性。系統(tǒng)的成功運(yùn)行，也為各地新農(nóng)村建設(shè)中的人畜飲水工程建設(shè)積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。
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