钢厂水系统设备管理提优改造历程及展望

吴霞,曹明义 ,李华忠

新钢集团动力厂，江西新余 338000

摘要：详述钢厂供水系统泵房改造及管控中心建设历程，通过采取泵站与泵船功能合一、开发建设智能化供水系统集中控制平台、高效节能泵应用等多项措施，实现了水系统设备管理品质提升。对创新管理、环境保护方面进行展望。

关键词：钢厂水系统设备管理；提优改造；展望

1水系统设备管理提优改造背景

铁前、炼钢、轧材配套的水处理系统随着钢厂主体工艺升级改造都进行了相应的完善升级，设施先进、自动化水平高，运行高效。但是公辅系统的泵站尤其是水源泵站、二级加压泵站、高炉泵站等仍然是80年代仍至50年代建厂时的装备，性能弱后，效率低下。由于公辅泵站存在涉及生产面广，原建设地理位置狭窄等一系列问题，造成了对此类改造的踌躇不前，严重制约了钢厂整体供水系统的运行水平。为此，动能管控部门花费3年的时间逐渐完成了源水一、二泵站提优改造，并与四、五泵站和老厂区域内的高炉泵站组建了动能管控中心。厂属各泵站内的水泵以能源合同管理总包（三年）方式完成了水泵节能改造及配套电器、仪表、自动化等设备的升级换代。至此，完成了厂区整体供水系统设备的提优升级改造，满足了公司发展需求。

2供水设备提优改造历程

2.1一、二水泵站提优改造建设

2.1.1一、二水泵站的设备存在的问题

一泵站是钢厂现有直接从袁河取水的水源泵站（一级泵站）之一，它由一个岸泵房和一艘泵船组成。二泵站是利用低洼地形自然形成的水池做集水井，无防漏防渗措施。一、二泵站均为60年代所建，设备陈旧，效率低，安全性低，自动化程度低。一泵站至二泵站明渠长度约750米，漏损严重，输水流失量大，同时接纳了沿线厂房、居民的生活、生产废水，水中藻类滋生、植物腐败、淤泥沉积，水污染严重。袁河水位超过4米时，岸泵房才能正常取水，枯水季节只能通过泵船取水，一旦四泵站出现异常，现有一泵站无力满足生产用水需求，钢厂生产将受到严重影响。

2.1.2一、二水泵站提优改造思路

１)重新建设新一泵站，从设备、电器、仪表、工业电视方面升级配套，将一、二泵站“合二为一”，新一泵站管道直供厂区生产水管网。改造后的泵站提升能力可承担生产所需的70﹪。

2)泵站设计采用地下敞开式水池（通过箱涵与河流连通）地上干式泵房的结构形式。将岸边泵站与泵船功能合二为一，将吸水池与泵房一体化（图1）。泵站敞开式水池通过大流道箱涵直接伸入河床取水，保证低水位取水的可靠性。取水设备选用自动耦合式潜水泵替代双吸式水泵，取水时潜水泵潜入水下自动耦合，高效便利。

图1   一体化泵房（新一泵站）

2.1.3一、二水泵站提优改造效果

2019年建成后的新一泵站不仅提升能力强，运行电费、维检费用低，合建后岸上泵站避免了地下取水泵房渗水、被淹没的风险。泵房地坪48.35m比袁河百年一遇最高洪水位46.65m高出1.7m，增加了泵房的抗洪水能力，进一步提高了钢厂的安全供水能力。

2.2智能化供水系统建设

2.2.1供水系统存在的问题

供水作业区的各泵站以及管网是随着各高炉的技改而逐步配套进行改造或扩建的，时间跨度大，电气自动化、PLC控制、信号采集、网络应用等的引入相对较晚，仅在部分泵站的部分工序上实现，并且各专业的技术水平、控制逻辑、通信模式等不一致，难以构建统一的集中控制平台，形成数据共亨。以至于供水系统各生产工序无法实现全流程监控，故障和运行状态无法准确判断和预判。主要泵站自动化程度调查见表1。

表1    主要泵站供水系统自动化程度调查

序号	系统/站点	是否有PLC自控系统	高低压供电系统自动化程度	电气保护是否是微保	是否具备接入网络功能	运行参数及状态信号是否采集并上传	备注
1	一泵站	无	无	否	无	无	已改造
2	四泵站	无	无	否	否	无
3	五泵站	无	无	否	否	无
4	六泵站供水系统	有	差	是	否	部分实现
5	七泵站供水系统	低	差	是	否	部分实现
6	八泵站供水系统	无	差	否	否	无
7	十一泵站供水系统	有	差	是	否	部分实现
8	供水管网	无	无	/	否	部分实现

2.2.2供水系统提优改造思路

1）针对电气控制系统与PLC控制系统通信的问题，利用现有计算机通信技术，在电气控制系统与PLC控制系统之间开发建立信息直联通信平台，实现数据直联共亨，整合电气与PLC控制逻辑，并实现电气与PLC系统共用通信网络。

2）以电气控制系统为基础，规定各电气设备的通信规约，按以太网方式通信，实现各电气子系统与电气控制系统通信。

3）利用电气高频直流系统的稳定性和容量大，与制造厂家共同开发一套直流电源作为主电源，交电源作为备用电源的逆变器，作为PLC监控、控制设备、计算机、网络等设备的工作电源。

4）开发建设智能化供水系统集中控制平台，汇总各泵站、管网的电气、PLC、流量、压力等信号实现对供水系统全流程监控和控制，实现各泵站无人值守。

2.2.3供水系统改造效果

2020.11月建立了智能化供水系统集控平台，实现各泵站之间以及集控平台的环网通信，实现了对供水系统管网和各泵站的生产流程的全过程、全工艺的监控和智能化控制

。

2.3 管控中心管控方案设计

2.3.1供水管控存在的问题

供水及水处理作业区以工程单元建设的水泵房共20个。每个泵站内的水泵有10—30台不等。共计水泵461台。在运行都存在因用户所需水量比设计值低，造成水泵运行点远离高效段或水量比设计值高水泵并段运行满足生产而无备用的情况。还有些泵房投产早，稀油润滑、直联连接等方式的选择使泵站现场环境差、维检难。

2.3.2供水管控提优改造思路

通过水泵的优化选型、更换高效节能泵能解决上述问题。在此次提优改造中，采用了能源管理的方式引进水泵厂家。既以节省电费支付设备费采购设备和服务。在改造前对改造后的节电率、节电量及节电金额进行测算并以此为基础签定合同。设备投入运行三个月后，若各项指标达标，第四个月开始，对设备进行节电率考核，按节电额的60%付款，支付至合同货款的90%。其余10%为质保金。通过此种管理模式，可保证设备节电率的稳定性和设备的完好性。

2.3.3供水管控提优改造效果

2018年首先对29台效率较低的水泵进行试更换，2019年实施完成后，评价效果良好。2019年又对152台水泵进行更换，至2020年11月已全部改造验收完成。通过对一、二期项目中部分已运行的水泵效果测算，项目的回收期约两年，181台水泵改造可使供水年节电费约1200万, 全年可节省电量30%。从表2可见，高效节能泵的应用，不仅产生了可持续的经济效益，也使水泵这一主要设备整体装备水平有了质的飞跃。

表2     水泵节能改造效益明细表（43台）

名称	水泵台数	改造前运行功率（KW）	改造后运行功率（KW）	投标承诺节电率（%）	实际节电率（%）	节电量（KW）	节电金额（元）
9#炉高压供水泵	3	435.41	389.20	22.1	10.61	29903	17642.49
10#炉高压供水泵	3	451.64	294.23		34.85	172312	101664.22
9#炉中压供水泵	2	342.33	303.80		11.25	24962	14727.85
10#炉中压供水泵	2	343.89	269.17		21.73	50541	29819.16
9#炉主供水泵	3	873.17	657.76		24.67	105638	62326.54
10#炉主供水泵	3	852.55	702.45		17.61	69654	41096.07
9#炉板换二次供水泵	3	253.17	144.96		42.74	85206	50271.57
10#炉板换二次供水泵	3	249.45	186.86		25.09	37230	21965.92
9#炉顶供水泵	2	71.22	56.30		20.94	9667	5703.41
10#炉顶供水泵	2	68.60	61.50		10.35	4576	2700.05
9#炉TRT供水泵	2	97.20	65.34		32.78	20708	12217.71
10#炉TRT供水泵	2	125.37	79.88		36.28	29136	17190.44
9#炉综合泵	2	168.14	113.57		32.45	35387	20878.16
10#炉综合泵	2	143.33	113.15		21.06	19563	11542.19
过滤泵	3	65.74	18.01		72.61	27149	16017.96
软水系统	3	830.70	718.66		13.49	70816	41781.17
喷淋供水泵	3	268.72	154.04		42.68	2985	1761.26
总计	43	5640.63	4328.87		23.26	795434	469306.16

3水系统设备管理展望

1）多元化取水，推行中水回用，实行废水分质供应，减少吨钢新水量，使吨钢新水量降为3.8m3/t以下。

传统的河水取水方式已使钢厂吨钢新水很难达到钢铁行业规范标准吨钢新水消耗≤3.8立方米的标准。多元化取水已势在必行。积极推广中水回用是供水系统今后工作的重点。通过几轮技改，水处理作业区已相继建成工业废水处理工程2座，废水经一级处理后的初级回用废水主要供应高炉冲渣、料场抑尘、烧结抑尘、压泥用水。2021年新上了60000m3/d处理能力的深度回用膜系统处理，将中水制成软水、除盐水、生产新水，实现中水回用并取代了原生产新水制软水、除盐水工艺。中水回用虽然效果明显，但节水道路仍任重而道远。节水和达标排放是钢厂主要的目前要面对的双刃剑。

2）水质运营管理模式创新，循环水系统、废水系统、膜系统加药清洗及加药系统维检托管给专业环保公司。专业的事让专业的人去做。

从处理水量来算，公司工业水处理90%在水处理及供水作业区。循环水系统、废水系统、膜系统药剂量非常大，且各系统都有各自特点，对加药系统管理专业化要求高。发挥资源优势，有效降低运行成本，走专业化产业发展之路势在必行，专业化管理能更好地支撑主业发展，实现整体效益最大化。在实施中，拟将净环水系统、浊环系统、含油浊环水系统、新水膜系统、废水膜系统进行归钠，交给3—4个专业环保公司，既保证高效益，又避免技术垄断发生。同时委托第三方检测。以第三方数据为结算依据。从钢厂目前拟运行的模式来看，新模式后药剂总费用降低了10%，经济效益明显。运维管理的效果还有待论证。