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.

Модернизация водопроводных сетей — с чего начинать?

Модернизация водопроводных сетей – с чего начинать?

, канд. химических наук.

Как мы уже отмечали в предыдущей статье [1], в настоящее же время многие водопроводные сети (ВПС) уже полностью выработали свой технический ресурс и поддерживаются только за счет регулярных ремонтов. Было показано также, насколько разорительной является эксплуатация старых изношенных сетей. С каждым годом степень износа инженерных систем увеличивается, а вместе этим увеличиваются и затраты на их эксплуатацию и текущий ремонт.

В связи с этим актуальной становится задача радикальной модернизации ВПС, используя трубы из самых современных материалов, а также привлекая самые эффективные методологии модернизации и проектирования сетей. В настоящей статье предлагается ряд первичных этапов, которые автор разработал на основании анализа состояния дел в ряде Водоканалов городов Сибири и России (данные из открытых источников), а также на основании литературного анализа и собственных модельных расчетов с помощью ПК SibStream [2].

В результате серии гидравлических расчетов [2] и анализа литературных данных [3] было установлено, что:

износ сетей на каждые 5% (в среднем через каждые 4 года) приводит к увеличению затрат на их эксплуатацию более чем на 50% относительно проектных значений! Спустя уже 3-5 лет после начала эксплуатации толщина отложений на стенках металлических труб составляет величину 10-15 % от диаметра, что сокращает пропускную способность магистралей в 1.5-2 раза. Через 10-15 лет гидравлическое сопротивление магистралей увеличивается в 3-5 раз. Это обстоятельство вынуждает повышать давление в главных магистралях больших диаметров и, соответственно, кратно увеличивать расходы электроэнергии на насосных станциях. трубы диаметром D≤300 мм. имеют общую протяженность примерно в 2-3 раза меньше суммарной протяженности всех водопроводных магистралей города. Однако предельный износ и зарастание именно этих труб является причиной массовых утечек и повышенного гидравлического сопротивления сетей в целом. Именно среди этой группы труб имеется много слабопроточных и тупиковых магистралей, подверженных сильному зарастанию. При этом, чем уже труба, тем сильнее относительное сужение внутреннего сечения при равной – по сравнению с широкими трубами – толщине отложения на стенках труб.

Исходя из всего вышесказанного, нами предлагается следующее (цифры относительно города на 500 тыс. жителей и в/п сети протяженностью 600-800 км.):

Районы водопроводной сети, где преобладают предельно изношенные трубы, желательно планировать заново. Это позволит построить действительно оптимальную схему сети района, составить ее точный план и гидравлическую модель и сократить общую протяженность трубопроводов района. Такой способ модернизации каждого района способен, в итоге, значительно сократить протяженность городских магистралей и, следовательно, удешевить процедуру их модернизации и дальнейшей эффективной эксплуатации.

Под гидравлической моделью здесь понимается следующий набор информационных данных, а также аппаратных и программных средств.

Точные координаты всех узлов (колодцев и водопотребителей) ВПС, индивидуальные или групповые графики потребления, а также нормативные свободные напоры в узлах. Расположение всех магистралей в других элементов сети с указанием их диаметров, даты укладки, эквивалентных шероховатостей труб, типа материалов труб и других технических характеристик. Подробное описание насосных станций с указанием всех насосов, их напорно-расходных характеристик (НРХ), порядка подключения насосов (последовательное, параллельное, комбинированное), а также индивидуальных графиков работы всех насосов. Совокупность всех измерительных приборов, постоянно или временно функционирующих в сети (манометры, расходомеры и т. п.). Структурированная совокупность всех данных о замерах, полученных в ходе эксплуатации и ремонта сетей. Например, суточные и многодневные графики водопотребления в узлах, графики колебания давлений и уровней воды в баках, графики энергопотребления и КПД всех насосов и т. п. К особой группе относятся данные о степени зарастания и корродирования труб разных районов, диаметров, материалов и сроков эксплуатации. Они получаются в ходе планового или аварийного ремонта на участках. Программные средства, способные выполнять гидравлические расчеты ВПС любого размера и сложности. В связи с общей изношенностью сетей России и стран СНГ, необходимое давление в сети поддерживается не всегда и не во всех участках. Поэтому расчетная схема, заложенная в программе, должна явно учитывать зависимость уровня потребления в каждом узле от свободного напора, а не только от времени (графики неравномерности водопотребления). Кроме того, программа должна располагать эффективными средствами оптимизации как всей ВПС в целом, так и отдельно по районам.

Создание точной гидравлической модели для сильно изношенных водопроводных сетей является очень сложной проблемой, которая требует проведения многочисленных исследований и измерений в сетях, а также использования высокоэффективного программного обеспечения. Такая задача может быть решена лишь усилиями коллектива специалистов по гидравлическим расчетам и мониторингу водопроводных сетей совместно со специалистами Водоканала. Разработанная таким способом адекватная гидравлическая модель водопроводных сетей может уже непосредственно использоваться в процессе их модернизации. Только с помощью такой модели можно вначале оптимизировать и удешевить процесс модернизации сетей, а затем осуществлять эффективный мониторинг с целью постоянного поддержания их работоспособности на достаточно высоком уровне. Очевидно, что гидравлическая модель должна постоянно обновляться и пополняться в соответствии с проведенными изменениями в сетях. Экономический эффект от разработки и успешного применения гидравлической модели многократно превысит все затраты на ее создание и поддержку.

лучшие муниципальные практики

Модернизация централизованной системы холодного водоснабжения и водоотведения

Ответственный от субъекта Российской Федерации:

Министр строительства и модернизации жилищно-коммунального комплекса Республики Бурятия

Рузавин Николай Юрьевич

8(3012)21-14-40, minstroy@govrb.ru

ПРЕДПОСЫЛКИ РЕАЛИЗАЦИИ

• Изношенность систем коммунальной инфраструктуры;
• низкие темпы и объемы реконструкции сетей и модернизации оборудования;
• высокий уровень потерь в сети, низкая степень энергосбережения и энергоэффективности;
• отсутствие у муниципального образования средств для софинансирования мероприятий по модернизации.

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

• Повышение качества питьевой воды;
• повышение надежности и бесперебойности систем водоснабжения и водоотведения;
• повышение эффективности использования ресурсов.

ОСНОВНЫЕ ВЕХИ ДОРОЖНОЙ КАРТЫ

• Разработка и утверждение концессионного соглашения;
• подготовка и проведение открытого конкурса на право заключения концессионного соглашения;
• разработка и утверждение стратегии (программы) совершенствования системы холодного водоснабжения и водоотведения;
• организация финансирования инвестиционной программы концессионера, в т.ч. эмиссия концессионных облигаций, размещение ценных бумаг на бирже.

Модернизация централизованной системы водоснабжения

Модернизация централизованной системы холодного водоснабжения и водоотведения

Ответственный от субъекта Российской Федерации:

Министр строительства и модернизации жилищно-коммунального комплекса Республики Бурятия

Рузавин Николай Юрьевич

8(3012)21-14-40, minstroy@govrb.ru

ПРЕДПОСЫЛКИ РЕАЛИЗАЦИИ

• Изношенность систем коммунальной инфраструктуры;
• низкие темпы и объемы реконструкции сетей и модернизации оборудования;
• высокий уровень потерь в сети, низкая степень энергосбережения и энергоэффективности;
• отсутствие у муниципального образования средств для софинансирования мероприятий по модернизации.

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

• Повышение качества питьевой воды;
• повышение надежности и бесперебойности систем водоснабжения и водоотведения;
• повышение эффективности использования ресурсов.

ОСНОВНЫЕ ВЕХИ ДОРОЖНОЙ КАРТЫ

• Разработка и утверждение концессионного соглашения;
• подготовка и проведение открытого конкурса на право заключения концессионного соглашения;
• разработка и утверждение стратегии (программы) совершенствования системы холодного водоснабжения и водоотведения;
• организация финансирования инвестиционной программы концессионера, в т.ч. эмиссия концессионных облигаций, размещение ценных бумаг на бирже.

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.