Опыт модернизации насосного оборудования для систем тепло- и водоснабжения

Е.А.Прокофьев, главный инженер ЗАО «Курс», г. Москва

Гарантийных обязательств на насосные агрегаты более года никто не дает, хотя средняя наработка на отказ электродвигателя равна 2,6 года, а ресурс до капитального ремонта 3,4 года, но через год, а то и ранее, насос приходится сдавать в ремонт.

В системах отопления и горячего водоснабжения, и котельных, и ЦТП широко используются насосы типа К (консольный) или КМ (консольный моноблочный). Эти насосы должны обеспечивать расход воды (определяется по тепловому балансу с учетом всех потерь тепла в самую холодную пору) и напор (который определяют как сумму сопротивлений трубопровода, задвижек, радиаторов и т.д. по всей системе отопления при заданном расходе теплоносителя).

Вода, попадая через всас насоса в рабочее колесо, отбрасывается лопастями из центра к краям, тем самым ускоряя движение водяного потока. Тут и начинаются первые проблемы. Дело в том, что рабочее колесо, закрепленное жестко на валу, имеет остаточный дисбаланс, и чем выше его значение, тем выше циклические нагрузки на подшипники и соответственно меньше ресурс всего агрегата. Опыт эксплуатации и ремонта насосов типа КМ показывает, что на заводах-производителях электродвигателей ротор проходит динамическую балансировку, а на насосном заводе при агрегатировании рабочее колесо в лучшем случае балансируют статически (защитная втулка этой операции не подвергается вообще). После сборки происходит следующее:

— из-за дефектов чугунного литья возникают массовые и инерционные силы, действующие на рабочее колесо;

— циклическое действие этих сил вызывает появление вибрации;

— передний подшипник разбивает свое посадочное место в селуминовом корпусе электродвигателя;

— возникает прогиб вала, отчего электродвигатель, а вместе с ним и весь агрегат, выходят из строя.

Гарантийных обязательств на насосные агрегаты более года никто не дает, хотя средняя наработка на отказ электродвигателя равна 2,6 года, а ресурс до капитального ремонта 3,4 года, но через год, а то и ранее, насос приходится сдавать в ремонт.

Решением этой проблемы может быть снижение массы рабочего колеса. Понятно, что снижение массы вращающихся деталей ведет к снижению дисбаланса (см. «Новости теплоснабжения» №2 за 2000 г., Каусов М.А., «Статистическая балансировка рабочих колес») и, как следствие, к увеличению ресурса. Но не так все просто.

Когда нам приходилось разбирать насосы импортного производства, то первое, что удивило, -это рабочее колесо, изготовленное из нержавеющей стали толщиной 2-3 мм и собранное методом точечной сварки. Но импортные насосы будут нормально работать только при соблюдении высоких требований к чистоте рабочей среды. А сколько раз приходилось вытаскивать из проточной части насосов шайбы, гайки, куски окалины и другие предметы, неизвестно как туда попавшие. Установка фильтров перед всасывающим патрубком в насос тоже не является панацеей. Весь мусор, который летает по нашим трубопроводам, могут выдержать только чугунные детали (корпус и рабочее колесо) отечественного производства.

Остается один выход — динамическая балансировка всей вращающейся части (ротор электродвигателя с удлинителем вала, защитной втулкой и рабочим колесом).

Прочностные расчеты показывают, что передний подшипник электродвигателя в насосном агрегате КМ испытывает нагрузки значительно большие, нежели задний. И опыт ремонта и эксплуатации подтверждает это. А заводы-производители используют электродвигатели с одинаковыми передним и задним подшипниками.

Чтобы повысить межремонтный ресурс моноблочного насоса агрегата мы провели замену переднего подшипника на более мощный и, как следствие, — заменили переднюю крышку электродвигателя на стальную с посадочным местом под новый подшипник. Дополнительно в корпусе подшипника устанавливаем манжетное уплотнение перед передним подшипником, что создает дополнительную защиту электродвигателя от попадания в него влаги.

Между передним подшипником и корпусом насоса есть еще один уязвимый узел — это уплотнение корпуса насоса, которое может быть торцевым или сальниковым. Торцевое уплотнение выходит из строя либо из-за вибрации вала или по причине наличия твердых частиц в жидкости. Если вибрацию нам удалось устранить, то с чистотой воды мы поделать ничего не можем. Выбора нет — и мы остановились на сальниковом уплотнении. Конечно, сальниковое уплотнение (как расходное по определению) влечет за собой установку дренажей и периодическое обслуживание. Однако и тут есть выход — сальниковая набивка из терморасширенного графита

«Графлекс» сочетает в себе не только свойства торцевого уплотнения — отсутствие расхода (грундбуксу можно затянуть до упора, и вал будет находиться в графитовой смазке), но и сохраняет конструкцию сальниковой камеры, что не требует доработки корпуса насоса.

Увеличением ресурса насосных агрегатов мы занимаемся с 1996 г. Пройден тяжелый путь, на котором встречались и разочарования, и неудачи. Но за период с ноября 1997 г. 370 моноблочных насосов данной конструкции было установлено в теплоснабжающих предприятиях г. Москвы и Подмосковья, из них вышли из строя только 8, а с 1999 года отказов не было, так что теперь мы можем увеличить гарантийные обязательства на наши насосы до 2-х лет.

Реконструкция систем водоподготовки

Работа большинства промышленных предприятий предполагает использование очищенной, отвечающей определенным стандартам воды. К таким производствам относятся химические, сельскохозяйственные, машиностроительные и др. Однако с увеличением промышленных мощностей и изменением требований к используемой воде имеющееся оборудование для водоочистки перестает справляться с производственными задачами, постепенно выходит из строя, изнашивается. При этом не каждое предприятие располагает необходимым финансовым запасом, позволяющим установить новую систему водоподготовки, либо не может списать еще рабочее, но уже морально устаревшее оборудование. В данной ситуации грамотно проведенный ремонт и модернизация изношенной системы водоочистки позволит при минимальных тратах увеличить эффективность ее использования.

Причины модернизации систем водоочистки

К основным факторам, при выявлении которых требуется реконструкция водоподготовки, относятся:

• снижение показателей качества воды после очистки;
• вырабатывание ресурса или устаревание фильтрующего оборудования;
• существенное повышение среднего показателя потребления воды;
• чрезмерное возрастание затрат на обслуживание и ремонт оборудования;
• плохое или недостаточное сервисное обслуживание, сложности в ТО системы очистки;
• необходимость увеличить производительность системы очистки.

При обнаружении сбоев в работе очистительного оборудования перед проведением модернизации систем очистки воды требуется комплексный аудит существующей системы. Обычно он предполагает выезд на объект специалиста. После осмотра системы сотрудник составляет список рекомендаций по реконструкции.

Если водоочистительное оборудование находится в эксплуатации более пяти лет, необходимо до появления сбоев проконсультироваться у специалистов, провести плановый осмотр.

Работы по реконструкции системы очистки воды

При модернизации системы очистки воды соблюдается принцип замены только необходимых элементов при максимальной эксплуатации уже имеющегося оборудования. Такой подход позволяет снизить расходы, делает процесс реконструкции более быстрым.

К основным работам по модернизации водоподготовки относят:

• замену устаревших устройств;
• увеличение числа технологических стадий;
• перезасыпку фильтрующих наполнителей;
• реорганизацию модуля управления;
• повышение производительности оборудования.

В большинстве случаев корректно проведенная реконструкция системы очистки воды позволяет значительно продлить сроки эксплуатации всего оборудования.

Как определяется эффективность систем водоподготовки?

Модернизация системы очистки воды производится на основании заключения специалистов о показателях эффективности работы осмотренного оборудования. В ходе аудита проводится химический анализ воды, а также ряд дополнительных мероприятий:

• определение соответствия оборудования первоначальным техническим характеристикам;
• выявление степени износа системы;
• определение зон возможной реконструкции;
• разработка программы контролирования качества воды, режима ее оптимального очищения;
• разработка технологических карт для определенных процессов с указанием используемых реагентов, длительности отстаивания;
• оценка очищения воды относительно установленных норм.

Компания Diasel Engineering предоставляет услуги модернизации и реконструкции оборудования для водоподготовки иностранного и отечественного производства. Наши специалисты проведут все необходимые работы по аудиту системы водоочистки на вашем предприятии, частном участке, составят рекомендации по оптимальной реконструкции оборудования с подведением его к современным стандартам качества очищения воды. При необходимости мы произведем демонтаж устаревших и установку новых устройств. Работы осуществляются без остановки действующих процессов производства.

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.

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.