Обзор предлагаемых вариантов модернизации систем водоканалов Российской Федерации. Возможности модернизации объектов водоснабжения и водоотведения

1 Обзор предлагаемых вариантов модернизации систем водоканалов Российской Федерации. На перекачку чистых и сточных вод в России расходуется млрд. КВт*ч электроэнергии. Стоимость электроэнергии в общей сумме эксплуатационных расходов на водопроводно-канализационных предприятиях, составляет %. Несмотря на это, созданию экономичных режимов работы насосных установок, пока еще уделяется недостаточно внимания. В результате 5 15 % энергии нерационально теряется в процессе перекачки чистых и сточных вод. В отдельных случаях этот показатель возрастает до %. Энергозатратность производства определяется постоянно возрастающей долей устаревших производственных фондов, изношенностью оборудования. Уровень износа систем ВиК достигает 70-75%, 53 % аварий водопровода и канализации происходит из-за их ветхости. Энергосберегающие мероприятия направлены на замену технологического оборудования на новое, более эффективное, позволяющее автоматизировать процессы и сократить рабочую силу с целью уменьшения потерь воды водопроводно-канализационного хозяйства и снижение потребления энергоресурсов, за счѐт: — установки высокоэффективных насосов, имеющих при равной производительности и напоре меньшие мощности электродвигателей; — установки преобразователей частоты для оптимизации регулируемых параметров посредством изменения частоты вращения электродвигателей на водопроводных насосных станциях; — внедрении автоматики и приборов учета. Возможности модернизации объектов водоснабжения и водоотведения Мощность До 315 квт До 630 квт До 2000 квт Варианты модернизации Электродвигатели Преобразователи частоты (ПЧ) Устройства мягкого пуска (УМП) Шкафы управления насосными агрегатами (ШУН) 1. Станции управления насосами первого подъѐма (водозабор) Н а с о с н а я с т а н ц и я I подъема забирает воду из источника водоснабжения (река, озеро, водохранилище, артезианская скважина и т.п.) и. подает ее в резервуары чистой воды или на очистные сооружения. Недостатки существующих схем:

2 1. Запуск электродвигателя представляет собой чрезвычайно тяжелый режим для электрической машины. Пусковой ток в 5 7 раз превышает номинальное значение, что неизбежно приводит к опасному перегреву электродвигателей при их частых повторных запусках. 2. Ускоренный износ запорной арматуры при единственно возможном способе регулирования напора насосного агрегата дросселировании. 3. Ускоренный износ электродвигателей насосных агрегатов работающих в номинальном режиме. 4. Необоснованно увеличенное энергопотребление относительно необходимого количества перекачиваемого продукта. Возможности модернизации: — Применение устройств плавного пуска насосных агрегатов исключает гидравлические удары, снижает пусковые токи и защищает электродвигатели во время работы. — Автоматическое управление насосными агрегатами скважин и водоприемных колодцев с применением преобразователей частоты. — Оптимизация нагрузки на каждую скважину и водоприемный колодец по фактической добыче воды или времени работы. — Оптимизация количества одновременно работающих насосных агрегатов. — Дистанционный контроль состояния скважин. 2. Станции управления насосами второго и третьего подъѐма. Насосная станция II подъема подает воду из резервуаров чистой воды в распределительную сеть. В тех случаях, когда развиваемое давление недостаточно для подъема воды на требуемую высоту, сооружаются п о в ы с и т е л ь н ы е насосные станции (станции подкачки). Недостатки: 1. Невозможность оптимизировать производительность насосного агрегата соответственно суточного водопотребления. 2. Запуск электродвигателя представляет собой чрезвычайно тяжелый режим для электрической машины. Пусковой ток в 5 7 раз превышает номинальное значение, что неизбежно приводит к опасному перегреву электродвигателей при их частых повторных запусках. 3. Ускоренный износ запорной арматуры при единственно возможном способе регулирования напора насосного агрегата дросселировании. 4. Ускоренный износ электродвигателей насосных агрегатов работающих в номинальном режиме. 5. Необоснованно увеличенное энергопотребление относительно необходимого количества перекачиваемого продукта. Применение станций управления с ПЧ целесообразно обычно в тех случаях, когда: — насосная водопроводная установка подает воду непосредственно в сеть (насосные станции 2, 3 подъема, станции подкачки) — диапазон колебания водопотребления достаточно большой (не менее % максимальной подачи) — динамическая составляющая водоподачи достаточно большая (не менее 20-30% общей высоты подъема)

3 Эффект от внедрения: 1. Снижение расхода электроэнергии на 20-30% 2. Снижение расхода чистой воды на 2-5% за счет стабилизации давления в водопроводной сети и соответственно, уменьшаются утечки и непроизводительные расходы (сброс воды) 3. Снижение расхода чистой воды, соответственно снижает сброс сточных вод в систему водоотведения и составляет 80% от экономии чистой воды 4. Уменьшается кол-во аварийных раскопок и объем ремонтных работ в зависимости от снижения избыточных напоров 5. Увеличивается межремонтный цикл электродвигателей и запорной арматуры. Системы водоотведения: Канализационные насосные станции (КНС) предназначены для перекачки сточных вод к месту очистки. В зависимости от места в общей схеме канализации КНС подразделяются на местные, районные и г л а в н ы е (центральные). Кроме того, КНС подразделяются по роду п е р е к а ч и в а е м ы х с т о к о в (бытовые, производственные и др.). КНС оборудуются насосами для сточных жидкостей или насосами, предназначенными для перекачки загрязненных вод. Сточные воды из сети поступают в приемный резервуар КНС, далее подаются насосами в напорные водоводы и по ним поступают на очистные сооружения. Применение станций управления с ПЧ целесообразно обычно в тех случаях, когда: — объем приемных резервуаров канализационных и иных насосных станций не превышает обычных размеров, т.е. его емкость не превышает минутной подачи наиболее крупного насоса — диапазон колебания притока достаточно большой (не менее % максимальной подачи). Общий эффект от внедрения: — Снижение энергопотребления до 30%. — Увеличение межремонтного цикла оборудования в 1,5-2 раза. — Оптимизация количества включений и отключений насосных агрегатов. — Применение устройств плавного пуска уменьшает пусковые токи и защищает электродвигатели во время работы.

4 Эффект от внедрения: Экономия электроэнергии до 30 %. Экономия воды до 10%. Значительное уменьшение стоимости системы. Быстрая самоокупаемость. Увеличение надежности агрегатов и системы водоснабжения. Использование специальных электродвигателей, адаптированных для работы в системе с ПЧ. Экономические показатели от внедрения преобразователей часты на насосных станциях. При неравномерном суточном, недельном, месячном графике потребления потребителем воды поддержание оптимального давления в сетях возможно с помощью перекрытия задвижек на выходе насосной станции (метод дросселирования) или за счѐт изменения скорости вращения насосного агрегата (изменение его производительности). Мощность, потребляемая насосом находится в кубической зависимости от скорости вращения рабочего колеса. Р.=f(Q 3 ), т.е. уменьшение скорости вращения рабочего колеса насоса в 2 раза приводят к уменьшению мощности, потребляемой насосом в 8 раз. Производительность насоса Q прямо пропорцианальна скорости вращения рабочего колеса насоса. Исходя из графиков потребления воды и зависимости мощности, потребляемой насосом от производительности можно определить примерную экономию электроэнергии от применения частотно-регулируемого привода.

5 Q, м3/сек P,кВт 1,2 дросселирование (определяется экспериментально) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Р 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Q, м3/сек Суточный график расхода воды P=f(Q 3 )=f(n 3 ) Зная суточный график расхода или потребления воды можно определить суточную экономию электроэнергии при применении частотнорегулируемого привода. Для каждого значения производительности насоса Q это будет разница Р графика потребления мощности. 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, t, час ЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИЯ ОБЪЕКТОВ АВТОМАТИЗАЦИИ ВОЗМОЖНЫЕ ВАРИАНТЫ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИ

6 СОСТАВ СИСТЕМЫ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ центральная ПЭВМ диспетчера с программным обеспечением АРМ Диспетчера ; узлы сбора информации на каждом объекте; каналы передачи данных. ЗАДАЧИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ПЭВМ ДИСПЕТЧЕРА отображение состояния объектов; оперативное сообщение диспетчеру об аварийных ситуациях на объектах; архивирование информации о работе объекта; запрос информации по определенным датчикам и вывод ее в табличном и графическом виде. ЗАДАЧИ УЗЛА СБОРА ИНФОРМАЦИИ считывание информации с управляющих контроллеров, либо с датчиков; архивирование информации на объекте; передача информации по запросу ПЭВМ диспетчера; передача аварийных сообщений в ПЭВМ диспетчера.

Модернизация системы водоснабжения

Модернизация системы водоснабжения – комплекс мероприятий по модернизации водопроводных систем в целях снижения потерь и повышения надёжности сетей, результатом которого является снижение экономических затрат и установка оптимальных режимов работы системы.

Если Вы хотите сократить свои расходы на энергоресурсы и повысить эффективность своего предприятия, то наше предложение для Вас!

Увеличение напора и пропускной способности труб за счет замены износившегося оборудования

Сокращение расходов на энергетические ресурсы и эксплуатационные затраты

Увеличение ресурса насосного оборудования вследствие плавного запуска и работы в щадящем режиме

Полная автоматизация процесса, не требующая в дальнейшем вмешательства человека

Модернизация систем водоснабжения путем внедрения энергосберегающих технологий:

1. Система управления водоснабжением. Долгое время единственным решением по обеспечению водоснабжения малых населенных пунктов, аграрных и промышленных предприятий было использование водонапорной башни. Однако эксплуатация выявила ряд принципиальных недостатков, хорошо известных работникам ЖКХ: невозможность регулирования давления, протекания, переливы и промерзания в зимний период, частые выходы из строя погружного насоса из-за жестких условий работы. Всё это, а также частые включения и резкий запуск со 100% нагрузкой и резким скачком тока, ведёт к резкому уменьшению ресурса насоса, большей степени изношенности и большему расходу электроэнергии.

Современные технические решения позволили разработать совершенно иной подход к водоснабжению. Это системы управления водоснабжением с использованием станций управления погружными насосами на основе управления частотными преобразователями. Данный подход имеет ряд преимуществ, а именно:

• Полностью отказаться от водонапорной башни как регулирующего звена;
• Энергоэфективность: позволяет экономить электроэнергию;
• Полная автоматизация процесса, не требующая в дальнейшем вмешательства человека;
• Стабильное давление в магистрали, независимо от интенсивности водозабора;
• Увеличение ресурса службы насоса вследствие его плавного запуска и работы в щадящем режиме;
• Визуальный контроль всех параметров насоса: напряжения, тока, частоты вращения, неисправностей;
• Защита от превышения по току;
• Защита от превышения или понижения напряжения;
• Защита от пропадания одной из фаз;
• Защита от сухого хода;
• Автоматический запуск после пропадания/возобновления электропитания;
• Полная остановка до устранения неисправности с высвечиванием кода ошибки.

Станция управления погружным насосом оснащена преобразователем частоты, который регулирует скорость вращения двигателя насоса в соответствии с заданным уровнем давления. Другими словами, если все жители населенного пункта одновременно откроют краны, то система отреагирует на это увеличением числа оборотов двигателя насоса. В результате чего произойдет увеличение объема перекачиваемой жидкости и стабилизация давления. В период снижения потребления воды станция автоматически уменьшит количество оборотов двигателя вплоть до полной его остановки, если разбора полностью не будет, например, в ночное время. Следует особо отметить, что разгон и замедление вращения двигателя будет происходить плавно в течение заданного времени, что, несомненно, благоприятно отразится на увеличении срока его службы, приведет к снижению расходов на ремонты погружного насоса и значительную экономию электроэнергии.

1. Станции управления повышением давления. Многоэтажные дома используют насосные станции повышения давления, которые позволяют обеспечить подачу воды на верхние этажи здания и гарантировать хороший напор в кране или душе. Эти параметры контролирует станция управления повышением давления на основе частотного преобразователя. В результате ее работы насосы плавно запускаются и останавливаются, имеют стабильное заданное давление на выходе, защиту по току, напряжению и перекосу фаз. Моторесурс насосов увеличивается, что способствует значительной экономии электроэнергии, так как при малом разборе насосы работают с пониженной частотой, а в ночное время при отсутствии разбора воды полностью останавливаются. При установке данной станции необходимость в операторе отпадает.

Оптимизация системы водоснабжения целесообразна для всех организаций, желающих в полном объеме контролировать объем потребленного ресурса, повысить эффективность перекачивающего оборудования, снизить потери в сетях, тем самым снизив затраты.

Оптимизация систем водоснабжения позволяет снизить расходы на энергетические ресурсы и эксплуатационные затраты, оптимизировать режимы работы оборудования, провести автоматизацию и диспетчеризацию объектов.

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

МОДЕРНИЗАЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ ГОРОДОВ

Зависимость экономики страны и условий развития общества от водных ресурсов со временем существенно возрастает, так как увеличивается потребность в воде, и повышаются требования к ее качеству. Это происходит потому, что очень остро стоит вопрос загрязнения и истощения водных ресурсов [2]. Решение проблемы предполагает совершенствование учета водных ресурсов, определение водного баланса отдельных районов, развитие методов расчетов и прогнозов элементов гидрологического режима для наиболее рационального использования вод.

Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производстве, для многих живых существ служит средой обитания. Она необходима и для хозяйственно-бытовых потребностей человека, всех растений и животных.

Экономика водных ресурсов изучает наличие, количество и качество вод по их видам, а также обеспечивает контроль над вводом в действие сооружений по очистке сточных вод и систем водоснабжения, эффективностью их очистки и сбросов в водоёмы и почву.

Согласно федеральной целевой программе «Чистая вода» на 2011-2017 годы одной из важных ее целей является необходимость создания предпосылок для устойчивого развития систем водоснабжения и водоотведения регионов независимо от объемов дотационных средств из федерального бюджета [1].

Важно понимать, что обе системы (как водоснабжение, так и водоотведение) играют особую роль в современном городском хозяйстве. Нарушения в их работе могут привести к ухудшению санитарно-эпидемиологической ситуации в городской среде.

Одной из особенностей гидрологии городов является организация поверхностного стока. Для этого необходимо строительство ливневой канализации, устройства гидротехнических сооружений, обслуживание и ремонт которых требуют серьезных затрат.

Организацию поверхностного стока в городе необходимо решать с учетом особенностей ландшафта территории. Широкое распространение склонов различной длины и крутизны определяет необходимость отведения под зеленые насаждения больше земель, если сравнивать с городами, в которых рельеф слабо выражен [2]. Зеленые насаждения следует размещать так, чтобы они способствовали очистке вод поверхностного стока, выполняли эстетические, рекреационные и другие функции.

Очистка сточных вод представляет собой комплекс мероприятий по удалению загрязнений в сточных водах, обеспечивающих соответствие воды установленным нормам качества. Процесс очистки сточных вод состоит из трех этапов:

1) механическая очистка сточных вод – простое механическое отделение очищенной воды и твердых или осаждаемых веществ в сточных водах без биологических воздействий;

2) биологическая очистка сточных вод – очистка отфильтрованных сточных вод искусственно регулированными биологическими процессами с помощью живых организмов, обычно микроорганизмов;

3) химическая очистка сточных вод – использование специальных методов для повышения эффективности биологической очистки с целью удаления питательных или минеральных веществ [6].

Для правильного выбора системы водоснабжения необходимо иметь данные о водопотреблении, знать требования, предъявляемые к качеству воды, располагать сведениями о напоре, под которым она должна подаваться потребителю, знать характеристику имеющихся природных водоисточников в районе проектирования и т.д [5].

Система водоснабжения включает в себя холодный и горячий водопроводы. Параметры водопроводных сооружений систем водоснабжения городов и населенных мест рассчитывают на определенный расчетный период, который может включать несколько очередей строительства, учитывающих перспективу развития города и повышение уровня благоустройства потребителей воды [4]. Одним из основных показателей надежности работы системы служит безотказное функционирование в течение рассматриваемого периода времени.

В целях повышения качества систем водоснабжения и водоотведения необходимо:

— улучшение качества питьевой воды путем внедрения новых технологий на действующих сооружениях;

— противокоррозионная обработка теплоносителя и защита его от вторичного насыщения коррозионно-активными газами;

— улучшение качества очистки стоков на действующих городских очистных сооружениях канализации.

Основными подходами модернизации систем водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод согласно федеральной целевой программе «Чистая вода» на 2011-2017 годы являются:

1. Осуществление капитальных вложений.

2. Реформирование сложившихся в отрасли отношений посредством реализации мероприятий региональных программ развития водоснабжения, водоотведения и очистки сточных вод [1].

Выбор водопроводных и водоотводящих систем для населенных мест и промышленных предприятий следует осуществлять с учетом санитарных, технических, экологических, социальных и экономических требований.

Рациональное и успешное решение этих задач возможно при условии знания закономерностей природных явлений и разумного их использования.

1. Российская Федерация. Правительство. О федеральной целевой программе «Чистая вода» на 2011-2017 годы [Электронный ресурс] : постановление Правительства Рос. Федерации от 22.12.2010 № 1092 : [ред. от 25.05.2016]. – Режим доступа : КонсультантПлюс. Законодательство. Версия Проф.

2. Битюкова, В. Р. Социально-экологические проблемы развития городов России / В. Р. Битюкова. – Москва : Либроком, 2009 – 448 с.

3. Павлов, К. В. Ядро экономических систем и эффективная хозяйственная политика / К. В. Павлов. – Москва : Магистр, 2009. – 196 с.