供水泵站经济运行分析与改造

NO.17.2014

( CumulativetyNO.296 )

供水泵站经济运行分析与改造

谢 卿 奚培荣

（上海城投原水公司松浦原水厂，上海 200000）

摘要：供水泵站的经济运行管理是市场经济体系下泵站管理的核心内容。文章对泵站的运行效率进行了分析，提出了通过引入变频调速技术及提高管路效率等方法来提高泵站效率，改善节能效果。通过泵站技术改造，引进先进的自动化、智能化科技，削减人力物力，减少后期不必要的保养及维护费用，保证供水设备的稳定性，确保安全供水的可靠性，努力打造一流的智能化、现代化泵站。关键词：经济运行管理；泵站效率；科技创新；自动化；智能化

中图分类号：TU992　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2014）17-0069-03

在我国经济体制改革不断深化的形势下，供水企业也在转换内部经营机制，建立现代企业制度和市场经济体系，同时对供水企业的设备管理也提了更高的要求。泵站作为长距离供水的一个不可或缺的中转站，应充分发挥其应有的效益。新的形势下泵站设备运行管理的中心任务，就是建立设备管理的激励约束机制，提高泵站的运行效率，保证设备运行的安全性、可靠性，力求做到高效化和智能化，促进供水企业的设备管理工作，谋求良好有效的技术装备为供水企业的生产经营目标服务。

行，平均流量为71700÷24÷3600÷2=0.415m3/s，平均扬程为17m，根据公式得：

e=（1000×3000）/(3.6×1000×0.415×17×24) =4.926

η=2.732÷4.926×100% =55%

因为日常运行时的扬程远没有达到额定扬程，进出水阀门开度也仅为一半，因此水泵效率仅为55%，远未达到最佳运行工况。一般泵站总是按最不利情形设计的，就供水泵站而言，泵站的供水能力是按一年当中最高供水日的最大供水时设计。而在实际运行时，绝大部分情况是偏离了设计工况的，这就导致了极大的经济损失，加之不在最佳运行工况同时影响水泵寿命，定期的保养费用和配件的更换费用，最终甚至导致投资回报率呈负增长的趋势。

1　泵站管理的发展现状

目前多数泵站规模较小，水泵台数较多且分布不合理，这就大大增加了运行管理的难度。除部分新建泵站大多建设时间久远，长期运行，已经陈旧老化，性能差，效率低，耗能高，且存在安全隐患。根据近两年的调查统计，泵站的平均装置效率约为47%，远低于部颁标准（55%）；单位耗能约为15～18（kW・h）/（kt・m），约为部颁标准的1.5倍。现在，随着泵站服务功能的多样化，其运行时间延长，加速了设备的老化。这主要体现在：机组设备的故障率增多，需要经常维护；机组设备效率不断降低，能耗较大。

3　提高泵站经济运行的措施

泵站的经济运行必须考虑泵站实际运行是否满足泵站本身的技术、经济和安全的要求，自然条件和用户实际要求是否变化。应使泵站具有更好的经济效益和社会效益，更加有利于泵站现代化管理。3.1　变频调速技术的引入

通过变频调速取代阀门调节从而确定水泵的最佳转速，变频调速技术具有优异的节能效果，根据设定的压力自动调节水泵转速和水泵的运行台数，使水泵运行在高效节能的最佳工作状态。

节电效果分析：

工频运行电机的平均功率为80kW，每天的耗电量为2200kW・h；变频运行电机的平均功率为65kW，每天的耗电量为1600kW・h。根据工频、变频日均电量计算的节电率为：

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2　泵站运行效率分析

市某供水泵站共5台机组，水泵型号均为24SA-18Ⅰ，配套电机型号为YVP355L3，额定扬程29m，额定功率为280kW。正常运行时扬程17m，日供水量7万m3，耗电量3000kW・h，日常每日运行台数为2台，24小时不间断供水。

以下根据市某泵站实际日供水情况生产运行数据来分析泵站的运行效率。当日总供水量为71700m连续运

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节电率=(工频日均电量-变频日均电量)/工频日均电量×100%=27.27%

再根据工业企业用电方法计算电费=基本电费+峰值电费+平均电费+谷值电费，根据有功量及无功量计算出功率因数调整百分数。

实际电费=电费×（1+功率因数调整百分数）经计算每月可节省电费13218元，累计一年可节电接近16万元。

虽然使用ABB变频器初期投入成本较大，但系统自投运以来，运行稳定、保养周期长，设备故障率低，节能效果明显。更为重要的是长期运行变频调速可靠性高，智能化强，便于运行人员操作，亦能提高水泵的运行效率，可以说是一举多得。3.2　提高管路效率

合理地确定管路直径，无论对提高泵站效率、节约能源，还是对减少工程投资都具有重要意义。目前普遍对于卧式混流泵和离心泵，以往在管路布置时常布置成折线，从而造成管路较长，弯头多。为更好地提高管路效益，可根据进出水位的高低位置，将水泵倾斜安装，将管路折线布置改为直线布置，缩短管路长度，减少弯头个数。对于一般的中小型水泵，每减少一个90°弯头，可减少局部水头损失0.18～0.27m。

另外可通过减少管路附件来提高管路效率。管路附件的局部水头损失系数大，引起的水头损失也较大，运行时必然消耗大量的能量。因此应尽量减少不必要的管路附件。有些泵站采用底阀进水，而底阀在管路附件的局部水头损失系数较大，几乎占进水管路水头损失的50%左右，一个DN250的底阀，其局部水头损失系数ξ=44，局部水头损失可达1.9m。而取消底阀改用真空泵充水，以及在进水管路进口处加装喇叭口，都能很好f 抑制管路的水头损失，节能效果显著。据某泵站实际技术改造数据显示，在进水管道进口处加装喇叭口后，泵站效率切实提高了5%～8%。再配合经济管径的选择，特别对应长距离供水的泵站，选择最经济适用的管径，将极大地有利于水头损失的减少和能源消耗的降低，提高管路效率。

得到及时处理，极大地提高了供水的安全性和可靠性。

设备的效率提高了，故障可以有效监控，这样可以降低由能耗、设备人工监控、日常巡视产生的成本，同时还可以减少人工成本，原来5个人当班的工作量，现在两人便错错有余。目前有一些现代化泵站的自动化程度越来越高，甚至一些无人泵站的出现都预示着泵站自动化革命的步伐正不断在加快，未来泵站的发展趋势将逐步往中小型、紧凑型、经济型、智能型四型化转变，努力发展成为集经济运行和优质管理于一体的现代化泵站。4.2　先进的智能化系统的引入

随着科技创新的不断发展，对于泵站的技术改造所提出的要求也越来越高，越来越多的泵站通过引入物联网技术、SCADA系统，来提升整个泵站的自动化程度，轻松掌控所有设备的运行状况，谋求将人力物力降至最低，谋求效率最大化。无线传感网综合管理系统是当下比较热门的数据采集监控系统，主要由管理中心（控制主机）、数据传输基站和无线传感器组成。

无线传感器通常直接安装在被监测设备附近或之上，每个传感器都具有唯一ID，实际安装时要记录监测点物理位置，并一起录入主机数据库中。传感器定时启动测量和发送被监测点状态数据，这些数据通过无线信道传输到基站，基站通过RS-485（CAN、以太网）总线方式将数据上传至主机。主机具备监测数据汇集、图形化展示、阀值比较、监测预警、标准化数据通信等功能，实现泵站各设备状态的智能在线监测。

中小型泵站使用这套系统几乎能实现生产场所全覆盖，能准确、实时地检测设备健康状况，保持水泵、电机等设备工作在最佳工况下，达到效率最大化。待设备出现亚健康状况，通过显示屏上指示状态颜色的变化提出注意，保证能够及时消除安全隐患，保证操作人员运行安全及延长设备的使用寿命。而当传感器检测到相应数值超标时，将以报警提示的方式来引起注意，方便维修人员判断故障性质，保证设备维护检修的及时性，同时确保泵站供水的稳定性。

5　结语

综上所述，泵站管理要实行经济运行管理，也是目前市场经济体系泵站管理的核心内容。其目的旨在投资少、收益多；人力少，效益高；故障率少，可靠度强。通过对泵站效率及耗电量的分析，提出目前泵站普遍存在水泵未能工作在最佳效率区内，以及普遍耗电量较大，节能效果不佳等问题。针对讨论课题提出提高泵站经济运行措施，引入变频调速及提高管路效率来改善泵站效率，降低能耗，实现节电节能效果。并在泵站建设改造中不断完善科技创新，努力达到自动化程度高，智能化系统强于一体的现代化泵站。

泵站经济运行管理中存在的问题可能还有许多，而相应的改造措施则需要根据自身的特色和未来的规划来

4　智能化科技创新

4.1　自动化系统管理

一个良好的自动化系统能够最大程度地控制运营成本，降低设备故障率，延长保养周期，增加设备的使用寿命。

自动化管理下的泵站，所有机泵、阀门及相关供水设施都在集控室的监控之下，压力、电流、功率等任何一点的传输信号都将准确地传输到显示器上，当班运行人员在集控室里便能做到运筹帷幄之中，一旦设备出现故障，亦或是出现失电、PLC故障等突发事件，系统将进行报警，运行人员可以第一时间采取应对措施，使故障70

2014年第17期（总第296期）

NO.17.2014

( CumulativetyNO.296 )

异种金属材料物理性质对焊接的影响

孙立东

（鞍山铁塔制造总厂，辽宁 鞍山 114042）

摘要：异种金属材料由于物理性质的不同会对焊接过程起着不同程度的影响。按照实际工程要求的需要，异种金属焊接的组合是多种多样的，按照焊接材料的不同来分类，有异种钢焊接、异种有色金属焊接、钢与有色金属焊接。由于异种金属的材料的物理性质的不同对焊接产生了不同程度的影响，文章主要对这一问题进行了讨论。

关键词：异种金属；物理性质；焊接

中图分类号：TG453　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2014）17-0071-02

所谓“异种”金属的焊接是指两种或两种以上不同物理材料的金属的焊接，常见的比如说，铜和铝的焊接。除此之外，也指同种金属不同材质的焊接，例如同为钢材料的Q235与16Mn的焊接，由于物理性质的差异决定了不同金属的焊接要使用不同的焊接技术，只有这样才能保证金属焊接的质量。

比热容各不相同，当两种金属的热导率和比热容差距很大的时候，就会引起热输入不平衡，焊接时金属熔化不均匀，焊接缝隙就会发生改变，金属两边发生结晶的情况也会根据条件发生转变。举例说明，那些热导率较高的金属在进行焊接的过程中受热影响的区域比较多，而当它们在冷却时也会迅速而轻易地发生淬硬问题，而其他热导率相对低一些的金属就会在焊接中发生过热现象。

（3）线膨胀系数问题。两种线膨胀系数差异很大的金属在焊接中，因为二者冷却和收缩的时间不一致，就会产生比较剧烈的焊接应力，严重的时候就会引起焊接的裂缝。

（4）磁场作用。磁场作用引起焊接问题主要是对于那些两种磁性不同的异种金属的焊接。当我们采用直流电弧或者是电子束焊接方法的时候，就可能会由于磁场不同的原因使电弧偏吹或者电子束偏离金属固定的轴线，电流向金属磁体的另外一侧偏离。这种现象就会导致被焊接的金属熔化量过于大，金属过分熔化，或者是[2] 梁波．无负压变频恒压供水自控技术研究[J]．山 西建筑，2010，（19）

[3] 王福军．水泵与水泵站[M]．北京：中国农业出版 社，2005.

[4] 唐永哲．电力传动自动控制系统[M]．西安：西安 电子科技大学出版社，1998.

[5] 高天舒．如何提高水泵效率[J]．农机使用与维 修，2012，（2）．

作者简介：谢卿（1987—），男，上海人，上海城投原水公司松浦原水厂助理工程师，研究方向：泵站综合管理。

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1　金属物理性质的差异对焊接的影响

（1）熔点问题。在进行焊接的时候，两种金属都必须熔化，假如这两种金属的熔点相差不大（＜100°），焊接就可以轻松地进行。但是假如两种金属的物理熔点差异较大（＞100°）时，就可能会引起下面的情况——那个熔点温度较为低的金属材料因在加热的过程中过早熔化成液体，而那个熔点相对较高的金属因为没有达到熔点而没有熔合。再则，高熔点的金属在焊接中收缩和凝固时，会给在部分凝固、薄弱状态的熔点低的金属产生相应的压力，导致焊接出现裂缝。

（2）比热容和热导率问题。不同金属的热导率和制定，此处仅对一些普遍存在和共性的问题进行了研究和探讨。随着科技发展，时代进步，泵站自动化控制水平和管理的智能化、现代化要求的不断提高，新技术的引入不断冲击着泵站的经济改造，同时泵站经济运行管理中可能会暴露出更多的新同题、新矛盾。只要我们认真分析，反复论证，深入研究，不断学习新技术，总结新经验，努力寻找解决问题的方法和对策，相信泵站的经济改造一定会朝着有利于时代发展的方向前进。

参考文献

[1] 王建斌．基于PLC自动控制的液压泵站设计与研究

[J]．大科技，2013，（1）．