在供水系统中，供水泵是最大的耗能设备，控制系统是否科学，也在一定程度上决定了水泵的能耗。 在一些老旧的供水系统中，存在供水泵长期偏离高效区工作、系统设计不合理或设计参数与实际运行参数严重偏离、控制系统不合理等问题，造成水泵实际运行效率较低，能耗增加，吨水输送成本偏高。
供水系统的节能改造主要从以下两个方面入手。
（ 1）提高泵机组本身的效率。泵机组效率的提升包括泵效率的提升和电机效率的提升。随着泵类和电机产品的技术革新，其效率有了很大提升，有必要对一些老旧设备进行升级改造。
（ 2）提高系统的运行效率。这主要包括对系统和水泵选型进行优化设计、确保水泵在高效点运行、采用变频控制、合理设计管道、降低管损等措施。
供水系统的节能改造流程如图 1 所示。
图 1 供水系统的节能改造流程图
厂区内原有 6 套供水系统，分别为厂区提供工艺用水及园区内生活用水，先期仅对四泵站矿区生活供水系统进行改造。
3.1 原有供水系统状况
3.1.1 原有系统工艺
在原有系统中，共设计 2 台套多级给水泵，一用一备运行。给水泵从取水池中取水，加压后供给矿区住宅区二次加压设备，经二次加压后提供给住户。水泵工频运行。
原有给水系统原理如图 2 所示。
图 2 原有给水系统原理图
3.1.2 原有设备主要参数
原有设备主要参数如表 1 所示。
| 项目 | 1#供水泵 | 2#供水泵 |
| 额定流量/（m3/h） | 162 | 155 |
| 额定扬程/m | 191 | 202 |
| 电机型号 | Y315M1-2 | Y315M-2 |
| 电机额定功率/kW | 132 | 132 |
| 电机额定电压/V | 380 | 380 |
| 电机额定电流/A | 242 | 242 |
| 电机额定转速/（r/min） | 2950 | 2950 |
表 1 原有设备主要参数表
3.1.3 原有系统主要运行参数及运行费用
（ 1）对 1# 供水泵的实际运行参数采用电能质量分析表（图 3）进行了实测，实测数据如表 2 所示，从表中可以看出，1# 供水泵的实际效率只有 0.59。
| 介质 | 温度 /℃ |
实测流量 / （m3/h） |
泵入口 表压 /MPa |
泵出口 表压 /MPa |
表高 /m | 运行电流 /A | 运行频率 / Hz |
电机输入 实测 功率 /kW |
实测 功率因数 |
计算轴 功率 /kW |
计算电机 效率 |
计算泵 效率 |
| 水 | 25 | 129 | 0 | 1.91 | 1 | 190 | 50 | 113 | 0.845 | 101.64 | 0.898 7 | 0.59 |
表 2 实测运行数据
（ 2）根据表 2 中数据及电脑记录的年实际运行时间，经计算可得出年运行费用，如表 3 所示
| 日产量 /（m3/d） | 2 000 ～ 2 500 | 2 500 ～ 3 000 | 3 000 ～ 3 300 |
| 小时产量 /（m3/h） | 83 ～ 104 | 104 ～ 125 | 125 ～ 138 |
| 折合年运行天数 /d | 28 | 186 | 149 |
| 年用水量合计 /m3 | 1 067 771 | ||
| 吨水耗电 /（kWh/m3） | 0.92 |
表 3 年运行时间及运行费用统计
从表 3 数据中可知， 1# 供水泵常年在 83 ～ 138 m3/h 区间内运行，而从表 1 中数据可看出， 1# 供水泵的高效工况点为 162 m3/h。因此， 1# 供水泵常年运行于高效工况点之外，导致运行效率低下。
3.2 改造设想
3.2.1 原系统分析
根据实测数据和自控系统记录数据，经分析，发现该系统存在以下问题：
（ 1）在该系统中，给水泵属多年前国产产品，产品自身效率较低；
（ 2）给水泵额定流量为 162 m3/h（铭牌流量），而实际常年运行在 83 ～ 138 m3/h，导致泵实际运行参数严重偏离高效区；
（ 3）原系统虽然加装了流量计、压力模块等计量仪表，却一直采用工频控制，没有根据供水压力对泵进行调节，导致整个系统运行效率低下。
3.2.2 改造方案
（ 1）针对实际供水瞬时流量变化范围大的问题，将 1#供水泵更换为 3 台 50 m3/h 泵（ 1-1# 泵、 1-2# 泵、 1-3# 泵），采取在低峰负荷开启 1 台，在高峰负荷开启 3 台的形式，确保每台泵在高效区运行；
（ 2）考虑到整个系统的运行情况，将其中的 1-1# 泵采用变频控制， 1-2#、 1-3# 泵采用工频控制的形式运行，通过PLC 控制系统根据实际供水压力对 3 台泵进行调节运行，以达到节能的目的；
（ 3）将原 2# 供水泵作为备用，不作更换，以节省改造费用。
3.3 改造后效果
3.3.1 改造后工艺原理
经过改造后的供水系统原理如图 3 所示，改造后供水泵
参数如表 4 所示。
| 设备位号 | 流量/（m3/h） | 扬程/m | 效率/% | 电机功率/kW |
| 1-1# | 50 | 199 | 77 | 37 |
| 1-2# | 50 | 199 | 77 | 37 |
| 1-3# | 50 | 199 | 77 | 37 |
| 2# | 155 | 202 | — | 132 |
表 4 改造后供水泵参数表
图 3 改造后的供水系统原理图
3.3.2 改造后实际运行效果
经过 3 个月的实际运行后，调取控制系统自动记录的输水总量和耗电量，经分析计算，最终确认电耗从改造前的0.92 kWh/m3 降至 0.685 kWh/m3，供水泵效率从改造前的 59%上升至 77%，预计年节省电耗 25 万 kWh。