摘 要：通過長(zhǎng)期對(duì)供水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行研究，先后在不同的供水系統(tǒng)實(shí)施了生活水廠分時(shí)段變頻變壓供水、供水管線壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)、多水源混合供水等節(jié)能技術(shù)。其中，分時(shí)段變頻變壓供水技術(shù)實(shí)施后，解決了生活水廠在用水低峰時(shí)段供水壓力過剩的問題，比變頻恒壓供水多節(jié)能5%左右；供水管線壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)實(shí)施后，解決了小區(qū)供水壓力過剩問題；多水源混合供水技術(shù)實(shí)施后，解決了油田開發(fā)用水水源缺乏、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題。上述供水節(jié)能措施均達(dá)到了預(yù)期效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

目前，油田供水行業(yè)中普通采用變頻恒壓供水，輔助以管網(wǎng)水力模型進(jìn)行供水管網(wǎng)的供水壓力調(diào)整，在保障供水的情況下具有一定的節(jié)能效果，但是恒壓供水的壓力是以一天中用水高峰時(shí)間的供水壓力設(shè)定的，在用水低峰時(shí)段存在很大的壓力過剩，造成能源浪費(fèi)。同時(shí)因管網(wǎng)壓力超過用水需要，造成供水管線跑冒滴漏，損失水量增加，無形中增加了供水企業(yè)的營(yíng)運(yùn)成本。另外，在供水壓力高的用水區(qū)域，因水龍頭壓力高、出水量大，用戶的平均用水量要高于供水壓力正常區(qū)域的用戶平均用水量。對(duì)此，河南油田開展了針對(duì)性研究，實(shí)施了生活用水水廠的分時(shí)段變頻變壓供水、供水管線壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)、多水源混合供水技術(shù)等，取得了預(yù)期效果，并獲得了一項(xiàng)guojia發(fā)轉(zhuǎn)li授權(quán)和多項(xiàng)實(shí)用新型轉(zhuǎn)li授權(quán)。

1  供水系統(tǒng)改造前情況

1.1黃山水廠

黃山水廠地處平原地區(qū)，1997年建成，設(shè)計(jì)供水能力為5萬m3/d，并預(yù)留擴(kuò)建至8萬m3/d供水設(shè)施安裝場(chǎng)地和供水管線輸送能力，由地下水水源井提供水源，經(jīng)水廠內(nèi)2個(gè)5000m3鋼質(zhì)蓄水罐緩沖后，向油田居民供水。水廠設(shè)計(jì)有6臺(tái)水泵，3臺(tái)大泵額定流量1000m3/h，3臺(tái)小泵站額定流量486m3/h；水廠建成后#大日供水量4.5萬m3，供水壓力在0.33MPa左右，2005年實(shí)施了變頻恒壓供水技術(shù)改造，改造后日供水量2.6萬m3左右，供水壓力在0.31MPa左右。

1.2雙河水廠

雙河水廠地處丘陵地區(qū)，1998年建成，設(shè)計(jì)供水能力為1.5萬m3/d，由虎山水庫提供水源，建設(shè)有一二級(jí)泵房，機(jī)械攪拌澄清池等水處理設(shè)施，二級(jí)泵站安裝有5臺(tái)水泵，2臺(tái)大泵額定流量486m3/h，揚(yáng)程56m，#大日供水量1.4萬m3，2005年實(shí)施了變頻恒壓供水技術(shù)改造，改造后日供水量1.3萬m3左右，供水壓力在0.52MPa左右。

1.3井古供水系統(tǒng)

井古供水系統(tǒng)為井古油田開發(fā)供水，井古油田屬于稠油油田，稠油開發(fā)需要高溫高壓蒸汽進(jìn)行驅(qū)油，但是油田所處位置的地下水水質(zhì)較差，硅含量較高，水質(zhì)達(dá)不到75t高壓蒸汽鍋爐的用水要求，同時(shí)地下水水源井開采成本高，產(chǎn)水量也較低。而地表水倪河水庫水，水源的磷和耗氧量指標(biāo)超標(biāo)，水質(zhì)也達(dá)不到75t高壓蒸汽鍋爐的用水要求，再加之地表水源受區(qū)域降雨量影響較大，尤其在枯水年份其水量也難以滿足油田開采用水要求。

1.4高層樓房二次加壓供水

目前河南油田的高層樓房二次加壓供水多采用高位水箱緩沖，變頻恒壓供水，1~6樓由自來水廠直接供水，7樓及以上樓層通過二次加壓供水，但高位水箱的設(shè)置，使水廠來水約0.2MPa的供水壓力浪費(fèi)，產(chǎn)生不必要的能耗，不利于供水節(jié)能和降低運(yùn)行成本。

2  河南油田供水節(jié)能技術(shù)研究與實(shí)踐

2.1生活用水水廠的分時(shí)段變頻變壓供水

2005年左右，河南油田黃山水廠和雙河水廠實(shí)現(xiàn)了變頻恒壓供水，運(yùn)行至2006年底，通過對(duì)供水管末端的供水壓力監(jiān)測(cè)和分析，得出在用水低峰時(shí)段，特別是每天凌晨的1~5點(diǎn)，居民用戶基本不用水，黃山水廠末端的供水壓力比用水高峰時(shí)段高0.07MPa，雙河水廠末端的供水壓力比用水高峰時(shí)段高0.12MPa，存在供水壓力的嚴(yán)重過剩。

變頻恒壓供水系統(tǒng)是由電機(jī)、水泵、供水管線、壓力變送器、智能調(diào)節(jié)儀和變頻器組成的一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)用戶用水量的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵的供水壓力，達(dá)到恒壓供水的目的。研究認(rèn)為，在用水低峰時(shí)段讓變頻恒壓供水系統(tǒng)檢測(cè)到的供水壓力高于實(shí)際值，閉環(huán)控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)降低水泵的供水壓力，使檢測(cè)到的供水壓力與智能調(diào)節(jié)儀設(shè)定的壓力相同，實(shí)現(xiàn)用水低峰時(shí)段的供水壓力低于用水高峰時(shí)段的供水壓力，實(shí)現(xiàn)了分時(shí)段變頻變壓供水。

實(shí)施方法十分簡(jiǎn)單，其工作原理如圖1所示。

通過在壓力變送器和智能調(diào)節(jié)儀之間設(shè)置分流電路，分流電路接入閉環(huán)控制系統(tǒng)后，智能調(diào)節(jié)儀檢測(cè)的供水壓力高于實(shí)際供水壓力，閉環(huán)控制系統(tǒng)自動(dòng)降低水泵的供水壓力，使檢測(cè)到的供水壓力與智能調(diào)節(jié)儀設(shè)定的壓力相同，從而達(dá)到在用水低峰時(shí)段降低供水壓力目的。簡(jiǎn)單的分流電路如圖2所示，由可編程時(shí)間控制器J和電阻R組成，可編程時(shí)間控制器J根據(jù)預(yù)先設(shè)定，在不同的時(shí)段接入或切除電阻R，從而實(shí)現(xiàn)在不同的供水時(shí)段自動(dòng)改變供水壓力。

可編程時(shí)間控制器可在多個(gè)時(shí)間段接入或切除分流電阻，使水廠出口的供水壓力在不同時(shí)間段變高或變低，當(dāng)然，接入多個(gè)分流電路，實(shí)現(xiàn)更多的壓力變化，至少可以設(shè)置2個(gè)分流電路，一個(gè)用于白天和午夜之前不同用水時(shí)段的供水壓力控制，一個(gè)用于午夜之后的供水壓力控制。

按照該技術(shù)方案，原材料投資在2000元以內(nèi)。

2007年完成了對(duì)雙河水廠和黃山水廠的供水系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了分時(shí)段變頻變壓供水。通過實(shí)驗(yàn)，雙河水廠在丘陵地區(qū)，用水低峰期壓力控制為0.46MPa，用水高峰期壓力控制為0.52MPa；黃山水廠在平原地區(qū)用水低峰期壓力控制在0.28MPa，用水高峰期壓力控制為0.30MPa。通過這種方法進(jìn)行供水，可比變頻恒壓供水多節(jié)能5%左右。該技術(shù)獲得了guojia2項(xiàng)實(shí)用新型轉(zhuǎn)li授權(quán)和1項(xiàng)發(fā)轉(zhuǎn)li授權(quán)[1]。

2.2供水管線壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)

雙河水廠地處丘陵地區(qū)，水廠位于低洼位置，因此供水壓力較高，同時(shí)低洼地區(qū)的雙河水電基地生活小區(qū)、雙河村委等用戶供水壓力嚴(yán)重過剩，由于管線老化和水中消毒劑對(duì)管線腐蝕等原因，管線暗漏時(shí)常發(fā)生，供水損失水量很大。因此，實(shí)現(xiàn)供水壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)是解決問題的關(guān)鍵，河南油田研究出在供水管線上安裝帶電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，與壓力變送器、智能調(diào)節(jié)儀組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)供水壓力進(jìn)行閉環(huán)控制。

shou先在雙河村委的供水管線上實(shí)施該技術(shù)方案，通過在供水管線上安裝一個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門和壓力變送器，同時(shí)在附近安裝一個(gè)由控制電源、繼電器、智能調(diào)節(jié)儀組成的控制箱，實(shí)施該項(xiàng)目投資成本在2萬元以內(nèi)。

項(xiàng)目建成后，通過將雙河村委的供水壓力設(shè)定并控制在0.17MPa，減少了水量損失。之后在雙河水電基地小區(qū)和雙河新區(qū)等生活小區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用，均取得了很好的節(jié)能效果，并獲得了guojia實(shí)用新型轉(zhuǎn)li授權(quán)[2]。

2.3多水源混合供水

井古供水系統(tǒng)由古城水源井水源和倪河水庫水源共同供水。改造前只能用其中一個(gè)水源進(jìn)行供水，即使兩個(gè)水源同時(shí)供水，由于無法保持#佳的取水比例，同樣無法保證水質(zhì)合格。

研究認(rèn)為，地表水不含超標(biāo)物質(zhì)硅，而地下水也同樣不含超標(biāo)物質(zhì)磷，也不存在耗氧量指標(biāo)超標(biāo)的問題。采用兩個(gè)水源混合供水的方式，通過稀釋超標(biāo)物質(zhì)，使水質(zhì)和水量均能達(dá)到井古油田的開采需求，但混合比例的控制是解決問題的關(guān)鍵。

采用的技術(shù)方案是：通過水泵、流量計(jì)、變頻器和PLC可編程控制器（內(nèi)部帶PID智能調(diào)節(jié)功能）組成定量閉環(huán)控制取水系統(tǒng)，在地下水源井和倪河水庫泵站各安裝一套，值班室安裝一套控制軟件，通過控制軟件設(shè)置兩個(gè)取水系統(tǒng)各自用取水量，實(shí)現(xiàn)以#佳的比例取水，混合后供給75t高壓蒸汽鍋爐，混合后水的硅、磷含量和耗氧量均不超標(biāo)。

2014年項(xiàng)目實(shí)施后，達(dá)到了預(yù)期效果，既解決了水質(zhì)不合格的問題，也解決了單一水源供水量不足的問題，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。該技術(shù)獲得了guojia實(shí)用新型轉(zhuǎn)li授權(quán)[3]，同時(shí)還申請(qǐng)了發(fā)轉(zhuǎn)li[4]。

2.4高層樓房二次加壓供水

河南油田某小區(qū)因住戶反映位于地下室的加壓水泵振動(dòng)噪聲太大，要求進(jìn)行改造。通過研究國(guó)內(nèi)高層樓房二次加壓供水方面的節(jié)能技術(shù)，選擇了無負(fù)壓供水設(shè)備[5]，并將供水設(shè)備從地下室移至小區(qū)一角，實(shí)施后節(jié)能20%左右，同時(shí)消除共振噪音對(duì)住戶的影響。考慮改造成本等影響，其他小區(qū)將在設(shè)備大修時(shí)全部進(jìn)行改造。

3結(jié)論

1）生活用水水廠用水高峰時(shí)段和用水低峰時(shí)段的用水量變化很大，分時(shí)段變頻變壓供水是必然的選擇，可在變頻恒壓供水的基礎(chǔ)上再節(jié)能5%以上。

2）在山區(qū)或丘陵地區(qū)的生活小區(qū)供水水廠，一定要對(duì)壓力過剩的低洼區(qū)進(jìn)行供水壓力控制，供水壓力過高造成管線跑冒滴漏損失水量大，同時(shí)不利于用戶節(jié)約用水，供水管網(wǎng)壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)方案可以采取分時(shí)分壓調(diào)節(jié)，即在用水高峰供水壓力高些，而用水低峰則供水壓力低些。

3）對(duì)于有水質(zhì)要求的供水，且多個(gè)水源的不同指標(biāo)超標(biāo)不多的情況下，可采用多水源混合供水，多水源混合供水與建設(shè)水處理廠和開發(fā)新的水源相比，增加的投資和運(yùn)行成本均可忽略不計(jì)。