Насосные станции
пожаротушения и водоснабжения

Насосные станции водоснабжения

Насосные станции водоснабжения играют одну из ведущих ролей в системах, которые обеспечивают подачу определенного расхода воды с нужным напором. От качества проекта, монтажа и точного подбора оснащения зависит удобство эксплуатации, оптимальные затраты при высокой надежности всей конструкции снабжения и отведения воды.

Классификация насосных станций

Система администрирования насосной станцией должна обеспечивать простоту и надежность ее работы. Выбор соответствующего способа определяется видом станции и ее расположением:

• вручную — операторы непосредственно запускают устройство и контролируют его функционирование;
• автоматически — по результатам показаний датчиков уровня воды в резервуарах, давления в трубопроводах и потребления воды;
• полуавтоматически — оператор задает сигнал, а далее работа происходит в автоматическом режиме;
• дистанционно — из диспетчерской за пределами территории площадки.

В проект закладывается способ управления, который определяется путем технического анализа.

Насосы, применяемы на станциях водоснабжения первого и второго подъема, циркуляционных и повысительных насосных станциях, классифицируют по устройству, способу установки и области применения. Здесь устанавливаются горизонтальные, вертикальные, центробежные и осевые насосы. Существует два типа сооружений, выбор которых зависит от высоты расположения воды в водозаборе:

• насосы с положительной высотой всасывания;
• насосы с отрицательной высотой всасывания, установленные с подпором (под залив).

Особенности рельефа и проектные данные непосредственно влияют на расположение машинного отделения. Исходя из заданных условий его изготавливают в следующем исполнении:

• наземным;
• полузаглубленным;
• заглубленным (подземным).

Разделяют 3 категории, согласно которым соблюдается надежность и обеспеченность водоснабжением.

1. I категория — остановка водоснабжения нежелательна и может привести к серьезному материальному ущербу (выхода из строя технологического оборудования, нарушения сложного техпроцесса);
2. II категория — остановка водоснабжения возможна на время, необходимое для включения резервных агрегатов;
3. III категория — остановка водоснабжения допустима на срок до суток.

Категория	Максимальное время	Численность обслуживаемых	Максимальный срок снижения
Насосной станции	остановки водоснабжения	населенных пунктов	водоснабжения на 30 %
I категория	10 минут	Свыше 50 тысяч населения	3 суток
II категория	6 часов	От 5 до 50 тысяч населения	10 суток
III категория	24 часа	До 5 тысяч населения	15 суток

Если происходит авария, то при остановке деятельности всего оборудования включаются резервные агрегаты. Также ее работу прерывают для проведения текущего ремонта или замены установок. Требования, которым должны соответствовать станции разных категорий, возрастают по степени их надежности.

I категория надежности больше подходит для промышленных объектов.

Станции первых двух категорий обеспечиваются как минимум двумя самостоятельными источниками электроснабжения.

По выполняемым функциям и параметрам станции водоснабжения можно разделить на следующие виды:

• насосные станции первого подъема;
• насосные станции второго подъема;
• насосные станции третьего, четвертого и последующих подъемов;
• повысительные насосные станции (станции подкачки);
• циркуляционные насосные станции.

Транспорт воды происходит по определенной схеме с помощью насосов, к которым подсоединены всасывающие трубы и напорные водоводы.

Насосные станции первого подъема

Насосные станции первого подъема всасывают воду из открытых или подземных источников и направляют ее на очистные сооружения, а при высоком качестве воды или при низких требованиях к качеству, сразу в водопроводную сеть, накопительные емкости или водонапорную башню. Функционирование станции происходит равномерно на протяжении суток, без перерывов. Ее производительность рассчитывают на средний часовой расход в дни значительного водопотребления.

Станции первого подъема бывают оснащены как минимум двумя ведущими насосами и одним или двумя резервными. И те и другие имеют отдельный всасывающий трубопровод.

Насосная станция второго подъема

Насосная станция второго подъема представляет собой систему накопительных емкостей и насосного оснащения. Она обеспечивает подачу чистой либо технической воды в водопроводную сеть населения и объектов промышленности, а также поддерживает требуемое давление в магистрали. Эффективность деятельности станции меняется на протяжении суток, поэтому производительность насосного оснащения рассчитывается на подачу заданного объема воды, соответствующего режимам ступенчатого потребления.

При проектировании и монтаже станции второго подъема желательно установить автоматическое и ручное управление. Бинарный принцип контроля обеспечивает:

• стабильное давление в напорном водопроводе путем автоматической регулировки насосов;
• экономию электроэнергии;
• ограничение пусковых токов в линии электропередач;
• отсутствие гидроударов в водопроводной магистрали, снижение вероятности аварий;
• надежность работы в холодный период года;
• уменьшение численности персонала по обслуживанию станции, создание удаленной диспетчерской службы.

Насосная станция второго подъема размещается чаще всего неподалеку от очистных сооружений.

Повысительные насосные станции (станции подкачки)

Данные станции обеспечивают нужный напор воды на отдельном участке водопроводной сети в многоэтажных жилых застройках или на индустриальных объектах. Они всасывают воду непосредственно из трубопроводов и не могут координировать ее подачу. Такая станция действует согласно принятой схемы водопотребления.

Станции подкачки представляют собой группу насосов, количество которых зависит от объема водопотребления. Станция оснащается основными и резервными насосами, которые включаются автоматически, если запуск основного не произойдет на протяжении 10 сек.

Циркуляционные насосные станции

Циркуляционные насосные станции встраивают в цепи оборотного водоснабжения. Они поставляют отработанную воду в охлаждающие устройства определенных технологических установок. Вид и число насосов определяются мощностью системы и применяющимися водоохладительными сооружениями.

Циркуляционные станции относят к I категории надежности. Остановки процесса их работы недопустимы. Они оснащаются резервным оборудованием, независимыми источниками электроснабжения, всасывающими и напорными коммуникациями, насосом, установленным под заливом. Такой насос требует заглубленное машинное отделение.

Циркуляционные насосы работают согласно графику технологического процесса производства.

6.3. Насосные станции систем водоснабжения предприятий

6.3.1. Назначение насосных станций. Основные требования к сооружениям и оборудованию насосных станций

В системе производственного водоснабжения используются следующие насосные станции: насосные станции 1-го подъема; станции 2-го подъема; станции оборотного водоснабжения (циркуляционные); повысительные; перекачивающие; шламовые и дренажные.

Насосные станции 1-го подъема(НС1) забирают воду из источника и подают ее на очистные сооружения, или, если очистка не требуется, непосредственно в резервуар или распределительную сеть – в зависимости от принятой схемы водоснабжения.

Они располагаются обычно вне территории предприятия на берегу водоема. НС1 должны располагаться на местах, которые не затапливаются в паводок, но и должны обеспечивать надежный забор воды при наинизшем ее уровне. Поэтому чаще всего строятся станции заглубленного типа, когда основание станции находится ниже уровня воды.

НС1 выполняют цилиндрической формы. Особое внимание обращают на компактность размещения оборудования и уменьшения диаметра здания. Поэтому широко используются насосы вертикального типа, у которых двигатель и арматура располагаются на втором этаже. Число насосов – минимально возможное.

На предприятиях, предъявляющих различные требования к качеству воды, на НС1 могут быть установлены насосы, подающие воду как на очистные сооружения, так и потребителям неочищенной воды. Таким образом объединяются насосные станции НС1 НС2.

Часто также, объединяются НС1 и водоприемные камеры в одно сооружение.

Насосные станции 2-го подъемаслужат для подачи воды потребителям, обычно из резервуаров чистой воды. Они, как правило, объединяются со станциями оборотного водоснабжения. Такие объединенные станции носят название циркуляционных. Они обслуживают одну или несколько систем оборотного водоснабжения, поэтому могут иметь несколько групп соответствующих насосов.

Циркуляционные станциирасполагаются в зданиях прямоугольной формы с шириной пролета 6, 12, 18 м. Насосы этих станций забирают воду из резервуаров теплой и охлажденной отработавшей воды. Эти резервуары, как правило, заглублены ниже уровня земли. Поэтому и пол машинного зала насосной станции тоже заглублен, чтобы обеспечить необходимую высоту всасывания насосов.

При температуре воды выше 30Cнасосы устанавливают так, чтобы они были под заливом при нижнем уровне воды в резервуаре. При температуре воды больше 60Cнадо еще обеспечить достаточный подпор на входе в насосы.

Сами насосы располагаются в зале так, чтобы исключить лишние повороты трубопроводов. Прокладку трубопроводов выполняют в каналах или непосредственно по полу. Последнее предпочтительнее, так как дешевле. Над трубопроводами сооружают переходные мостики.

В заглубленных насосных станциях предусматривают защиту от затопления при авариях. Это либо слив в канализацию, либо установка дренажного насоса.

Повысительные насосные станции(станции подкачки) предназначены для повышения напора воды для отдельных объектов, цехов или агрегатов.

Перекачивающие станции служат для подъема использованной воды от отдельных низкорасположенных потребителей в общую систему отводящих трубопроводов.

Шламовые насосные станциипредназначены для перекачки в отстойники или шламонакопители различных отходов производства (шламов, хвостов горных пород, шлаков и др.).

Дренажные насосные станции и установкислужат для откачки грунтовых или случайных вод из различных заглубленных мест.

К каждой системе водоснабжения, а следовательно и ее насосной станции предъявляются определенные требования в отношении надежности. По уровню требований надежности системы водоснабжения и насосные станции делятся на три категории:

к 1-й категориинадежностиотносятся системы водоснабжения и насосные станции предприятий металлургической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности и электростанций. На этих предприятиях не разрешаются перерывы в подаче воды. Снижение подачи допускается не более чем на 30% от расчетной подачи и не более чем на 3 суток. Допускается снижение расхода ниже этого предела не более 10 мин.

к 2-й категорииотносятся системы предприятий угольной, горнорудной, нефтедобывающей, машиностроительной и др. видов промышленности, на которых допускается перерыв в подаче не более чем на 5 часов, а также снижение подачи на 30% до 15 суток;

к 3-й категорииотносятся системы мелких промышленных предприятий, допускающие перерыв в подаче воды до одних суток, а также снижение подачи на 30% не более чем на месяц.

6.3.2. Резервирование в системах водоснабжения

Для обеспечения надежности подачи воды на насосной станции применяется структурное, нагрузочное, функциональное и временное резервирование.

При структурном резервировании устанавливается избыточное количество элементов: насосов, арматуры, трубопроводов, кабельных вводов и т.п.

Пример такого резервирования приведен на рис.6.8.

Рис.6.8. Виды структурного резервирования:

а) общее структурное резервирование;

б) раздельное структурное резервирование

Общее структурное резервирование характерно для станций с малым числом насосов. Каждый из них оборудуется самостоятельным всасывающим и напорным трубопроводами с арматурой.

Раздельное структурное резервирование применяют при более сложных схемах, когда число рабочих насосов более двух, а установка всасывающих и напорных трубопроводов более двух нерациональна.

Нагрузочный метод резервирования основан на способности рабочих насосов при отключении части из них увеличивать производительность и этим несколько компенсировать снижение общей подачи.

Функциональное резервирование основано на возможности взаимозаменяемости оборудования различного назначения. Например, есть две группы насосов разного назначения. В каждой группе есть свой резерв. Часть насосов одной группы (чаще только резерв) используется для резервирования другой группы.

Временное резервирование – это использование резерва по продолжительности работы станции. Это возможно, когда у потребителей имеются регулирующие емкости, а на станции установлены насосы с подачей выше среднесуточной.

Выбор метода резервирования связан с оценкой их эффективности. Она оценивается при помощи вероятностных показателей работы станции (поток отказов оборудования, интенсивность ремонтов и т.п.). Математическая оценка эффективности вариантов возможна при наличии базы данных по отказам различных элементов насосных станций.

6.3.3. Схемы циркуляционных насосных станций

Эти схемы рассмотрим на примере систем водоснабжения тепловых электрических станций (ТЭС). На ТЭС используются две схемы циркуляционных насосных станций: централизованная и блочная схемы. Обе эти схемы приведены на рис.6.9.

Рис.6.9. Схемы оборотного водоснабжения ТЭС: а – централизованная; б – блочная; 1 – конденсаторы паровых турбин; 2 – приемные колодцы; 3 – здание циркуляционной станции; 4 – помещение обратных клапанов и задвижек; 5 – закрытые самотечные отводящие каналы (к бассейнам) или сливные напорные трубопроводы (к градирням); 6 – приемные самотечные каналы (с приемными колодцами); 7 – напорные трубопроводы

При централизованной схеме вода насосами подается по двум магистральным трубопроводам 7, проложенным вдоль турбинного цеха. От них уже она подводится к конденсаторам.

При блочной схеме магистральные трубопроводы отсутствуют. Каждый насос непосредственно подает воду на один конденсатор или на его секцию. В последнем случае на каждый конденсатор работают два насоса.

Иногда на циркуляционных станциях ставят еще насосы для подъема воды из отводящих каналов (или сборной емкости теплой воды) до форсунок градирен. Обычно это случается при реконструкции системы водоснабжения – при переводе ее с прямоточного водоснабжения на оборотное.

6.3.4. Оборудование насосных станций

В состав насосных станций входит следующее оборудование:

а) основное энергетическое оборудование. Это насосы с приводными двигателями. Комплекс, состоящий из насоса и двигателя называют гидроагрегатом (или просто агрегатом) насосной станции. Число их различно. При больших подачах стремятся снизить их число за счет увеличения их единичной мощности;

б) механическое оборудование. Оно включает в себя сороудерживающие устройства, затворы и подъемно-транспортные механизмы;

в) вспомогательное оборудование включает в себя: систему технического водоснабжения НС (на сальники, подшипники, к теплообменникам компрессоров, масляной системы, электродвигателю и др.);дренажно-осушительную систему; систему маслоснабжения; систему пневматического хозяйства; вакуум-систему; контрольно-измерительные приборы (комплекс КИПиА); трубы и фасонные части;

г) электрические устройства (трансформаторы, распределительные устройства);

д) противопожарное и санитарно-технические устройства.

6.3.5. Выбор типа и числа насосов на насосной станции

Выбор типа и числа насосных агрегатов невозможен без учета совместной работы насосов, водоводов и сети. При этом необходимо руководствоваться следующими соображениями:

а) число рабочих агрегатов одной группы должно быть не менее двух;

б) устанавливать как можно меньше рабочих насосов, т.к. параллельная работа нескольких насосов экономически менее выгодна, чем крупных насосов с более высокими КПД. Подача одного насоса в группе нескольких параллельных агрегатов всегда меньше, чем каждого в отдельности, работающего на данную систему;

в) насосы должны работать длительное время в области наивысших КПД. Лишь кратковременные расходы могут подаваться с более низкими КПД;

г) желательны однотипные насосы, однако, для повышения КПД станции, насосы должны подбираться на разные расходы при максимальных значениях КПД с учетом требуемых напоров. Это приводит к необходимости установки разнотипных насосов;

д) рабочие насосы должны обеспечить максимальную подачу. Число резервных агрегатов выбирается в зависимости от категории надежности НС. Но в любом случае их следует принимать не менее двух. Это связано с тем, что при ремонте рабочего насоса станция останется без резерва и при аварийном останове другого рабочего насоса его нечем будет заменить.

Необходимо учитывать, что стоимость агрегата весьма мала по сравнению со стоимостью всей системы. Поэтому не стоит экономить на резерве. Особенно, если важна бесперебойность водоснабжения.

6.3.6.Удельные технико-экономические показатели насосной станции

Основными технико-экономическими показателями работы насосных станций являются: КПД насосных станций и удельный расход электроэнергии.

а) КПД – это отношение полезной энергии, полученной перекачиваемой жидкостью к затраченной электроэнергии на привод насоса (за один период времени):

. (6.15)

Полезную энергию N_пол, кВтч, можно вычислить:

, (6.16)

где Q– подача, м 3 /с;P– развиваемое давление, Па (кДж/м 3 ); Т – время работы насосного агрегата, ч.

Потребляемую энергию N_зат, кВтч, определяют по счетчику. Если известен КПД насосной станции, то по формуле:

. (6.17)

КПД насосного агрегата определяется произведением:

, (6.18)

где _н— КПД насоса;_пр— КПД привода;_дв— КПД двигателя.

Если насосы НС однотипные и все работают равномерно, то _н.с_н.а. Если насосы разные, то при установке на НСiнасосов, КПД станции определяется соотношением:

(6.19)

При ступенчатом графике работы необходимо учитывать еще и время работы;

б) удельный расход электроэнергии. Это наиболее важный экономический показатель работы НС. Он определяется отношением фактически израсходованного количества электрической энергии к полезной работе, совершаемой насосами за то же время:

. (6.20)

Если расход электроэнергии определять в кВтч, и отнести его к подаче 1000 м 3 с напором 1 м и за то же время, то удельный расход электроэнергии можно вычислять по формуле:

. (6.21)

Эту величина называется теоретической удельной нормой расхода электроэнергии.

Для одного агрегата

. (6.22)

Принимая паспортные значения КПД _ни_двможно получить теоретическую удельную норму расхода электроэнергии для агрегата. Сравнение с фактическим удельным расходом можно судить о эффективности работы агрегата.

Так как КПД электродвигателя практически не меняется, то все изменение падает на КПД насоса. По величине снижения КПД судят о причинах его изменения и о необходимых мерах.

На практике пользуются еще одним показателем – коэффициентом использования рабочей мощности. Это отношение фактически израсходованной электроэнергии в течение рассматриваемого периода к той энергии, которую могли бы израсходовать рабочие агрегаты, если бы они работали в течение 24 часов в оптимальном режиме.