農(nóng)村安全飲用水解決方案
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,我國已初步具備了建設(shè)新農(nóng)村的條件:一方面,經(jīng)過改革開放以來的快速發(fā)展,綜合國力顯著增強(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,在起點(diǎn)較高的基礎(chǔ)上,黨中央、國務(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,尤其煤炭資源的開發(fā),也對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷娘嬎畣栴}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題,結(jié)合該村的實(shí)際問題,國家劃撥專項(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,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,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。難道國家一直在推廣的變頻節(jié)電技術(shù)真的有問題嗎?其根本原因在于變頻供水系統(tǒng)存在的小流量能耗問題。
三、變頻供水設(shè)備的小流量“費(fèi)電”問題
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)。可以說公式(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?。ㄉ踔料嗖詈艽螅羲霉β瘦^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)符合廠家說明書要求。
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,用鉗形表檢測三相運(yùn)行電流,觀察三相電流是否平衡,逐步打開總閥,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)說明)。
6)、關(guān)死出水總閥,測試本系統(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)置見表1。
實(shí)際調(diào)試過程順利,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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