Альтернативное решение по замене башен Рожновского

Первые водонапорные башни Рожновского появились в 30-х годах прошлого столетия и получили широкое распространение в военные и послевоенные годы, когда условия времени требовали изготовления подобных сооружений в заводских условиях, монтажа на месте в течение нескольких суток и, самое главное, отказа от использования дефицитного в то время топлива на их обогрев.
И в настоящее время водоснабжение многих поселков и промышленных предприятий осуществляется при помощи водонапорных башен.

Однако при всей простоте и широком распространении башни Рожновского обладают рядом недостатков:

• трудности использования в зимний период, особенно возрастающие при уменьшении водопо-требления;
• интенсивное появление ржавчины в воде из-за большой поверхности окисления накопительной емкости;
• ограниченное и непостоянное давление воды на выходе из башни, определяющееся высотой башни;
• высокая стоимость и трудоемкость работ по ремонту башни.

Основной недостаток водонапорных систем Рожновского – изношенное или аварийное состояние действующих башен.

Водонапорные башни долгое время являлись основным элементом локального водоснабжения, но на сегодняшний день их установка экономически нецелесообразна, в то время как применение частотного преобразователя для управления насосом скважины снижает расходы по реконструкции башни и имеет ряд неоспоримых технических преимуществ:
• стабильность создаваемого давления за счет автоматического регулирования производительно-сти насоса в зависимости от текущего расхода воды;
• исключение громоздкой водонапорной башни: все необходимое оборудование может быть смонтировано в обычном помещении или специализированном внешнем контейнере, что резко снижает затраты по доставке оборудования и монтажу;
• повышенная надежность оборудования, стабильность работы в зимний период;
• повышение ресурса насоса скважины за счет плавного регулирования и ряда защит;
• отсутствие периодически смачивающихся участков водопроводной системы и, соответст¬венно, отсутствие коррозии, и лучшее качество подаваемой воды;

• возможность интеграции систем учета по расходуемой воде и потребляемой электроэнергии.

Компания «ЭФФЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ» предлагает альтернативное решение по замене водонапорных башен!

Основу проекта водоснабжения малых населенных пунктов и хозяйственных объектов без использования водонапорных башен составляют частотный преоб-разователь, который устанавливается в отапливаемом помещении для управления асинхронным двигате-лем насоса скважины, датчик давления и вспомогательное сило-вое коммутационное оборудование. В случае отсутствия отапливаемого помещения не обязательно его строить, достаточно установить преобразователь частоты в шкаф соответствующего климатического исполнения.

СТОИМОСТЬ ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Стоимость новой башни системы Рожновского высотой 15 м и объемом 25 м3 на сегодняшний день в среднем 300 тыс. рублей. В случае нового строительства следует также учитывать стоимость разработки проекта и стоимость всех других подготовительных работ (плюс в среднем 200 тыс. рублей).

Т.е. имеем на сегодня: затраты на установку данной башни составит в среднем 500 тыс. руб.:
• стоимость собственно башни, привязка её на место, фундамент (500 кг арматурной стали, 10 кг листовой стали, 25 т бетона, плюс работы).
При использовании частотного регулирования стоимость частотных преобразователей производства компании «ЭФФЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ» г. Москва (на примере, 7,5 кВт) составляет 24 тыс. руб. В качестве датчиков давления используются как датчики с токовым выходом 4

20 мА типа КРТ-5 или МВS 3000, так и электроконтактные манометры типа ЭКМ. Приборы равнозначны с точки зрения управления частотным преобразователем, различия заключаются в точности поддержания заданного давления в системе, т.е. датчик давления поддерживает давление в системе с точностью до 1%, в то время как использование ЭКМ позволяет поддерживать давление в системе в пределе, заданном ЭКМ.

Таким образом, в цену базового комплекта оборудования при безбашенном водоснабжении входит стоимость:

• частотного преобразователя – 23 900 тыс. руб.;
• датчика давления – 6,5 тыс. руб.;
• монтажных работ – 10 тыс. руб. (в среднем)
• пуско-наладочных работ – 10 тыс. руб. (в среднем).

Итого: стоимость решения без водонапорной башни – 50,4 тыс. руб., что на порядок меньше, чем стоимость башни – 500 тыс. руб.

РАСХОДЫ, СВЯЗАННЫЕ С ОБСЛУЖИВАНИЕМ ОБОРУДОВАНИЯ

Расходы, связанные с обслуживанием при башенном водоснабжении и водоснабжении с использованием частотных преобразователей производства компании «ЭФФЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ» г. Москва, различаются на порядок поскольку:
• частотные преобразователи практически не требуют технического обслуживания, за исключением периодического профилактического осмотра оборудования;
• отсутствие больших пусковых токов, полная защита электродвигателей насосных агрегатов, работа электродвигателей и пусковой аппаратуры с пониженной нагрузкой, увеличивает межре-монтный период и срок службы электродвигателей.
• отсутствие гидравлических ударов в системе подачи воды положительно сказывается на сальниках, запорной арматуре, продлевая срок их эксплуатации без ремонта;
• небольшие габаритные размеры и отсутствие особых требований к качеству электропитания позволяют разместить частотные преобразователи в любом подсобном помещении и даже в ко-лодцах скважин, обеспечив необходимые условия эксплуатации;
• унификация, модульность, простота установки позволяют выполнить ремонт в кратчайшие сроки с минимальными затратами;
К особенностям эксплуатации частотного преобразователя можно отнести необходимость поддержания в зимний период температуры не ниже — 5° С или обеспечения его безостановочной эксплуатации (исключить отключение электропитания и останов насосного агрегата и, соответственно, пч), а также обеспечение защиты от прямого попадания влаги (по условиям эксплуатации влажность до 98% без конденсата).

Расходы на обслуживание водонапорных башен значительно выше, поскольку складываются из затрат на проведение ежегодного санитарно-технического обслуживания, очистки, покраски и т.д.

ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ВОДЫ

Экономия электроэнергии происходит за счет разности работ, производимых насосом при подъеме воды на 15-метровую высоту водонапорной башни и подаче к потребителю по горизонтальному водопроводу, плюс экономия за счет стабилизации давления и уменьшения утечек из башни, особенно в зимний период. Еще одним источником экономии при частотном регулировании служит встроенная автоматическая функция минимизации затрат электроэнергии при слабой нагрузке.

Таким образом, суммарная экономия электроэнергии составляет от 30% до 50 %.
Такая существенная экономия электроэнергии становится возможной еще и потому, что снижается общий расход воды, в том числе потери от утечек. Экономия воды в системах водоснабжения связана с устранением при регулируемом электроприводе ненужных избытков давления. Для существующих систем водоснабжения в коммунальной сфере, не находящихся в аварийном состоянии, каждая лишняя атмосфера вызывает за счет больших утечек дополнительные 2

7% потерь воды, которые и приходится восполнять, затрачивая дополнительное количество электроэнергии при эксплуатации насосного агрегата.

ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ, УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ, УДОБСТВО В РАБОТЕ

При замене водонапорной башни возможна установка наземного павильона со станцией управления погружным или центробежным насосом (см. рис. ниже). В состав станции управления входят преобразователь частоты, контрольно-измерительные приборы, коммутационная аппаратура, органы управления и контроля.

Регулирование давления может быть автоматическим и ручным.
При автоматическом управлении процесс регулирования давления полностью автоматизирован. При ручном – возможны варианты дискретного (ночное давление – дневное давление) и плавного регули-рования давления в водопроводной сети (согласно установленных ограничений).
На объектах, где расположены несколько электроприводов, работа-ющих во взаимосвязанном режиме, наличие преобразователя частоты в составе станции управления обеспечивает плавный пуск и регулирование скорости вращения одного основного двигателя погружного насоса, при этом остальные двигатели работают непосредственно от питающей сети. Включение и отключение допол-нительных насосов производится автоматически для поддержания давления в водоводе при увеличении расхода воды потребителями и невозможности поддержания заданного давления с помощью основного насоса.

Использование частотных преобразователей в водоснабжении позволяет:
• снизить затраты на ремонт вышедших из строя водонапорных башен не менее чем в 8-10 раз по сравнению с их заменой на новые;
• снизить потребление электроэнергии;
• регулировать давление в водопроводной сети;
• снизить потери чистой питьевой воды при утечках;
• исключить влияние прямых пусков электроагрегатов на электросети;
• уменьшить эксплуатационные расходы на обслуживание, ремонт и поддержание технического состояния оборудования;
• значительно снизить, а не редко и исключить, расходы на ремонт трубопровода за счет исклю-чения гидроударов в сети;
• обеспечить технологичность, универсальность и экологичность по сравнению с водонапорными башнями;
• обеспечить окупаемость внедряемого частотно-регулируемого привода в среднем за 5-6 ме-сяцев только за счет сэкономленной электроэнергии (с учетом всех косвенных экономических факторов этот срок значительно снижается).

Метод водоснабжения без использования водонапорных башен с успехом может быть использован для водоснабжения малых населенных пунктов, отделенных хозяйственных объектов, а также частных коттеджей.

Водоснабжение без водонапорных башен

Многолетняя практика работы с системами водоснабжения небольших населенных пунктов – сел, поселков, небольших городов, вынудила написать статью о проблемах и ошибочных взглядах специалистов, занимающихся организацией подачи воды именно в малых населенных пунктах. Их уровень знаний и пониманий специфики таких систем, к сожалению, часто приводит к ошибочным решениям и дополнительным финансовым издержкам – как на установку новых башен Рожновского, взамен вышедших из строя, так и на регулярные энергетические перезатраты при эксплуатации непрофессионально подобранных насосных агрегатов. Именно в качестве консультационной помощи мы и предлагаем ознакомиться с данной статьей.

Башня Рожновского используется в системах водоснабжения как средство накопления воды для покрытия пиковых объемов водопотребления в первую очередь, и для создания определенного давления в системе – достаточного для подачи воды во все точки населенного пункта. Делая профессиональный анализ существующих систем, первая задача может решаться и без башни в том случае, если дебит артезианской скважины (количество воды, подаваемое из скважины за 1 час при его полном восстановлении артезианской скважиной в течение того же периода времени) перекрывает пиковую нагрузку водопотребления. Вторая задача может решаться за счет установки станций автоматического управления с частотными преобразователями, за счет которых система отслеживает заданное в напорной магистрали давление путем регулирования оборотов насосного агрегата. Таким образом – задача обеспечения бесперебойной подачи воды пользователям может быть решена и без башни Рожновского. Этот факт особо ценен в том случае, когда башня вышла из строя, а на установку новой средств (как правило) нужно в разы больше, чем на установку современной станции автоматического управления.

Но – к решению данного вопроса нужно подходить взвешенно и технически грамотно. Нельзя отказываться от башни Рожновского при малых дебитах артезианских скважин, при частых отключениях электроэнергии (т.к. без подачи электропитания процесс водоснабжения приостанавливается) и в случае, если в воде — значительное содержание сероводорода (башня в данном случае способствует выветриванию неприятного запаха из накапливаемой воды).

Теперь перейдем к преимуществам так называемого безбашенного водоснабжения:

Использование станций автоматического управления (например, САУ «Каскад-ГА ПЧ», серийно производимых нашим предприятием на базе преобразователей частоты «Danfoss» серии AQUA-Drive, заточенных именно под работу с насосными агрегатами и водными системами) позволяет реализовать следующие преимущества относительно обычных систем с использованием башен Рожновского:

1. 1. Автоматическое поддержание постоянного давления в напорном трубопроводе независимо от изменяющегося объема водопотребления, возможность изменения заданного значения давления в течение суток;

2. Энергосбережение в пределах 30-80%;

3. Отсутствие необходимости привлечения обслуживающего персонала;

4. Увеличение срока безремонтной эксплуатации насосного оборудования в 2-3 раза и более за счет оптимальных режимов эксплуатации;

5. Сокращение затрат на замену башни Рожновского в среднем в 3-4 раза;

6. Исключение вероятности порывов трубопроводов из-за резких перепадов давления;

7. Сохранение (улучшение) качества артезианской воды (отсутствие попеременного контакта кислорода и воды в башне Рожновского и как следствие — попадания ржавчины и прочих примесей в водонапорную систему). Отсутствие благоприятных условий (нагрев воды в башне в летний период) для размножения бактерий и микроорганизмов, накапливаемых в башне;

8. Сохранение водонапорной системы в зимнее время (отсутствует промерзание башни Рожновского из-за ее исключения из системы водоснабжения, постоянный проток воды в трубопроводе подачи воды в башню исключает замерзание системы трубопроводов);

9. Минимизация возможности выхода из строя насосного агрегата из-за некачественной электроэнергии (защита от перекоса фаз, понижения и повышения напряжения и др.);

10. Индикация параметров системы (фактического давления, потребляемых тока и мощности, оборотов двигателя. ) позволяет осуществлять анализ работы системы водоснабжения и контроль ее работы.

Зачастую встречаемся с возражениями так называемых «специалистов» систем водоснабжения о том, что при старых изношенных трубах систем водоснабжения башни Рожновского убирать нельзя. Абсолютно безграмотное предположение, потому что при их наличии – насосы, работающие посредством прямого пуска, создают значительно больше проблем и более высокую вероятность порыва напорных труб. Преобразователь частоты, устанавливаемый в современных станциях, может быть настроен на давление, аналогично создаваемое убранной башней. А при использовании именно серии «AQUA-Drive», имеющей функцию плавного наполнения трубопровода, вероятность порыва сводится к минимуму. И именно регулируемые обороты насосного двигателя позволяют отслеживать и выдерживать стабильность заданного давления в системе, обеспечивая максимально возможную экономию энергозатрат.

Приведем пару отзывов по одним из реализованных объектов для сравнения работы системы водоснабжения с башней Рожновского при эксплуатации устаревших моделей насосов и — после исключения башни из системы с установкой современных более энергоэффективных насосов.

При глубоком понимании специфики организации таких систем – задачи реконструкций решаются легко и профессионально. Разработанная нами методика гидроэнергетического экспресс-анализа энергоэффективности насосных станций позволяет рассчитать прогнозируемые результаты реконструкций до момента их реализаций.

Приведем одну из таблиц расчета системы водоснабжения, состоящей из нескольких артезианских скважин:

Все выше указанные материалы позволят вам понять суть систем водоснабжения, состоящих из артезианских скважин и башен Рожновского.

В случае необходимости – готовы оказать консультационную и техническую поддержку для возможной реализации реконструкций и модернизаций ваших систем.

Директор ЧП «ГидроАвтоматизация»