摘要:隨著城鎮現代化建設的快速發展,城鎮供水規模越來越大,對供水管理的要求也越來越高。二次增壓泵站是城鎮供水系統的重要耗能環節，如何在保證供水安全的條件下實現能耗最低化一直是城鎮供水的難題.本文圍繞相關問題進行了相關探討。
　　關鍵詞:城鎮供水;二次增壓;管網壓力優化;系統節能
　　隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，城鎮供水過程中暴露出的矛盾日益突出，一方面人們對供水系統的安全性、可靠性、穩定、要求越來越高；另一方面供水企業在城鎮中屬于耗電大戶，企業本身要求降低供水生產成本和電能消耗。二次增壓泵站是城鎮供水系統的重要耗能環節，如何在保證供水安全的條件下實現能耗最低化一直是城鎮供水的難題.為實現節能降耗的目標，需通過對管網壓力情況做出正確分析，合理選擇增壓供水方式與水泵型號和調度方式.
　　1傳統二次增壓供水系統現狀分析
　　1.1增壓供水形式
　　傳統二次增壓供水方式一般指水庫（池）增壓，是指由市政進水管供水至低位水池后經水泵取水的供水方式.該增壓供水方式的弊端在于無法利用市政管網進水的剩余壓力（h0）導致能量浪費.圖1給出了傳統二次增壓供水系統的供水方式和水壓變化情況.
　　
　　1.2泵站運行方式
　　目前，早期建設的供水增壓泵站普遍存在更新和改造能力較差的問題，某些老式泵站水泵與電機不配套或水泵選型過大，致使水泵和電機的工作效率大幅降低，電能損耗大；某些泵站采用工頻泵供水，仍處于依靠調節閥門開啟度來調整供水量的階段，導致最不利點用戶的壓力普遍偏高且波動劇烈，供水可靠性和經濟性都較差.水泵的設計型號是根據工程中最不利工況選定的，即按最大設計流量和揚程選定，而在泵站系統實際運行時，大多數時間的流量都小于最大設計流量，水泵工作效率偏離高效段，浪費了能量；同時，泵站依靠閥門阻力增加使水泵揚程上升而調節流量，浪費了因管網阻力下降而產生的剩余揚程.圖2是某市增壓泵站某時刻依靠閥門調節的能量消耗情況，在該時刻采用閥門調節浪費了42.4%的能量，若采用變頻調速或者切削葉輪措施，則可節約相應的能量.
　　1.3管網運行現狀
　　目前，我國許多城鎮管網維護管理不健全，一定程度上仍然依賴于經驗，缺乏科學的理論依據與管理.隨著城鎮規模的不斷擴大、用水人口不斷增多及生活水平逐漸提高，城鎮用水量急劇增加，使原有給水系統不堪重負；另外，老城區給水管網埋地時間較長，管材老化，過水能力下降，供水壓力分布不均，導致部分地區水量欠缺、低壓區不斷擴大，部分地區可能出現壓力過高等問題.特別是在城市一體化供水的模式下，管網的運行和調度模式都有較大的變化，如隨著供水范圍的擴大，水廠提高出水壓力以保證向周邊地區長距離輸水而管網運行方式未改變，或管網中增壓泵站供水模式一致，使同時段壓力下降較大，造成管網不能優化運行.
　　2二次增壓供水系統節能方案
　　2.1進水余壓優化利用
　　二次增壓泵站之所以采用傳統的水庫增壓方式，原因在于：①供水公司禁止水泵直接從市政管網抽水，以免造成抽水處供水管網壓力下降過大影響管網的供水能力；②直接吸水可能造成因回流而污染城鎮生活用水管網；③城鎮管網來水量的波動易影響增壓水泵的抽水量，無法保證增壓水泵穩定工作.若能夠在保證抽水處水壓、水量、水質及水泵安全穩定工作的基礎上充分利用剩余水壓，則可大大降低二次增壓泵站能量消耗.
　　目前，管網余壓節能利用的方法有直接式管網疊壓供水方式（即無負壓供水設備）[1-2]、剩余水壓利用器供水方式[3]及水庫和管道聯合增壓方式等，各種方式的優點與適用范圍如表1所示.
　　
　　以某增壓泵站的改造方案研究為例說明二級增壓泵站管網余壓節能.該增壓泵站供水量為2萬m3/d，泵站前端進水余壓h0=0.08-0.27MPa，如圖3所示.供水壓力H1=0.35MPa，若能充分利用泵站進水剩余壓力，則增壓電耗可節省27.9%-71.4%.若采用直接式管網疊壓供水方式，水力模擬結果表明該方式充分利用了進水余壓，但卻對前端進水管網壓力產生了一定影響，存在產生進水管段一旦出現事故將導致整個增壓范圍完全斷水的潛在危險；由于泵站水泵為定速泵，不宜采用余壓利用器供水方式；考慮其供水區域與用水量較大且對安全性要求較高，建議采用水庫和管道聯合增壓供水方式.改造后增壓區域供水量的74%由管道直接增壓供給，原水泵變頻調速后滿足直接增壓管道所需提升的揚程，水庫在用水低峰進水而在用水高峰時啟用向管網補充增壓供水.根據前端模擬分析計算，該方案可節能56.9%.
　　
　　2.2泵站內部節能及優化調度
　　增壓泵站內水泵的設計選型必須經過嚴謹細致的計算，合理確定揚程（H）、流量（Q）使之滿足用戶服務壓力要求.另外，在水泵選型和運行調度時應全面考慮水泵機組的優化組合.某增壓泵站供水量為1100-1300m3/d，規模較小，是針對該區地勢較高而設置的小型增壓泵站.泵站內水泵的額定揚程為0.62MPa，而其泵站出口壓力H1=0.365-0.375MPa，如圖4所示.其綜合供水單耗遠高于《城市供水行業2010年技術進步發展規劃及2020年遠景目標》[4]目標值，可見水泵工況點嚴重偏離高效段，造成該泵站的綜合供水電耗高.為充分利用進水余壓h0，建議取消進水清水池，實施無負壓供水改造，更換泵站內水泵，選擇配套電機.此方案在一定程度上消除了該處的水質安全隱患，保證生活用水安全.該增壓泵站的能耗改造前為15000kWh/月，改造后為4537kWh/月，其綜合供水單耗基本達到該類自來水公司的奮斗目標，經投資分析知3年內即可收回投資.
　　
　　2.3供水管網壓力優化調度
　　利用管網微觀模型對管網運行狀態進行動態模擬，分析管網壓力分布與壓力變化情況，從而提出合理的解決方案.對用戶少、用水量不大及服務壓力偏高的區域可在滿足管網合格壓力的基礎上降低水壓.對水壓相對較低的區域，若因局部地勢過高造成無法滿足用戶服務壓力可在該地區增設局部增壓設備；若因管段壓降損失過大造成，建議敷設平行管段或更換合適管段；若管網壓力下降區域較大時可考慮提高水廠出水壓力以滿足整體管網供水壓力要求，此時增壓區域也要進行相應的調整.以某市供水管網為例，由于實施區域供水，水廠提高了出廠壓力以給南部新建增壓泵站通水，此時處于
　　北部和中部的增壓泵站供水區域的管網中有些管段的自由水壓升至市政直供水平，經閥門切換操作后可對該增壓區域部分供水管段實施市政直接供水，涉及用戶水量約2500m3/d.此外，該市南部的某區局部地勢高，地面絕對標高20m，水廠地面絕對標高為3m，由于南部水量增加使該區的管網阻力增加，經模擬和實際測壓發現，在現有供水壓力情況下，采用新鋪進水管段和調節相關閥門開啟度等措施都難以實現市政直供，須設局部增壓設備.
　　3結語
　　二次增壓泵站是城鎮供水系統的重要耗能環節，如何在保證供水安全的條件下實現能耗最低化一直是城鎮供水的難題.為實現節能降耗的目標，需通過對管網壓力情況做出正確分析，合理選擇增壓供水方式與水泵型號和調度方式.以上分析了城鎮二次增壓泵站供水系統的各個具體環節，深入研究了二次增壓供水中的存在問題，提出了管網余壓節能、泵站節能及管網壓力優化節能的解決方案。