Аннотация
В работе проведен анализ факторов, воздействие которых на КНС носит критический характер, а также перечислены методы повышения надежности эксплуатации КНС. Приведены требования к регулированию работы КНС и пути их реализации на практике.
Ключевые слова: НАСОС, ВОДООТВЕДЕНИЕ, КНС, КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ, РАСХОД, АВАРИИ, АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УПРАВЛЕНИЕ КНС
Актуальность: Канализационные насосные станции (КНС) являются важнейшей частью водного коммунального хозяйства любого населенного пункта. Улучшение санитарных условий жизни населения в современном мире подразумевает нормальное функционирование канализационных систем, с целью предотвращения развития и распространения различного рода инфекций и заболеваний. Отказ КНС способен привести к последующему отказы всего канализационного трубопровода, что станет причиной огромных финансовых потерь, а также роста количества эпидемий различных инфекций. Поэтому необходимо учитывать огромное количество факторов, влияющих на ввод в эксплуатацию КНС, а также на его дальнейшее использование в системе канализации. Особенно остро проблема надежности КНС стоит применительно к крупным предприятиям, для которых даже кратковременное нарушение в работе КНС приводит к огромным финансовым потерям.
КНС по своей сути является системой гидротехнического оборудования и сооружений, которые применяются с целью перекачивания сточных вод.
Ярким примером аварий на КНС стало отключение электродвигателей насосных агрегатов на Люблинской канализационной насосной станции (КНС) производительностью 500 тыс. м3 в сутки, вследствие чего станция оказалась полностью затопленной сточными водами[1]. В результате данной аварии более 1 млн человек оказались отрезаны от водоснабжения. На устранение аварии и ее последствий (включая откачку воды, санитарную обработку и тд) потребовалось 3 дня.
Согласно статистическим исследованиям, среди причин перебоев в работе КНС выделяют следующие:
· Загрязнение и механическая непроходимость канализационных насосов, вызванная крупным мусором,
· Отказ в работе или неравномерность работы насоса КНС, вызванная засорами и приводящая к изменениям КПД насоса, а также большому энергопотреблению,
· Засоры канализационных трубопроводов,
· Отсутствие своевременного обслуживания и ремонта вспомогательного оборудования (грабельные решетки, транспортер, обезвоживатель и тд),
· Ручная очистка решеток грабельного отделения от мусора, нарушение технологии,
· Морально устаревшее оборудование,
· Большой износ оборудования,
· Сбой в цепях управления электрооборудованием,
· Проектные нарушения,
· Отсутствие современной автоматизированной системы управления и контроля за состоянием системы в процессе эксплуатации (наиболее остро стоит данная проблема в небольших населенных пунктах).
Рисунок 1 —Частота аварий на КНС в зависимости от причин
Основной причиной частоты отказов КНС являются различного рода неисправности в процессе эксплуатации электрооборудования, в частности эксплуатации насосного оборудования. Данное оборудование является чувствительным к кратковременным нарушениям подачи электроэнергии. В совокупности с эксплуатацией в режиме перегрузки, а также при отсутствии своевременного контроля состояния агрегатов значительно сокращается ресурс эксплуатации насосного оборудования.
Кратковременные нарушения электроснабжения КНС приводят также к возникновению в трубопроводах сильных гидравлических ударов и, как следствие — к разрушениям трубопроводов и оборудования насосных станций.
Помимо этого, не все автоматические системы управления (АСУ) КНС предусматривают временные характеристики перебоев в электроснабжении, а именно их продолжительность. В целях предотвращения сильных гидравлических ударов требуемое время срабатывания автоматики восстановления электроснабжения должно быть меньше этого времени.
В большинстве мелких КНС не предусмотрено применение резервного насосного оборудования. Однако, даже при использовании параллельной работы нескольких насосных агрегатов не в достаточной мере реализовано автоматическое управление их работой. Многие АСУ являются технологически сложными для исполнения на базе КНС (разгрузка механизма, автоматический повторный пуск насосного агрегата, включение в цепь возбуждения резистора, синфазного подключения к электросети после нарушения электроснабжения, циклической форсировки возбуждения).
Наиболее перспективным и простым решением по управлению работой КНС является применение частотно-регулируемого привода. К числу преимуществ применения данного вида регулирования относятся:
— исключение возможности выхода насосных агрегатов в режимы перегрузки по параметрам расхода/напора и энергопотребления,
— привязка режима работы насосного агрегата к данным уровня стока в приемных резервуарах,
— возможность контроля допустимых уровней подачи (для предотвращения чрезмерного износа деталей насосных агрегатов),
— исключение гидравлических ударов, вызванных нарушениями в подаче электроэнергии.
Результатом математического моделирования и последующей реализации моделирования работы насосных агрегатов становятся динамические характеристики (рис.2), которые в дальнейшем применяются в программировании автоматического управления.
Рисунок 2 — Динамические характеристики работы насосов при частотном регулировании.
В ходе моделирования работы насосных агрегатов определяются оптимальные частотные параметры, при которых работа устройств является устойчивой, в заданных диапазонах. Именно данный режим работы обеспечивает дополнительный запас прочности для все КНС в целом.
В основу работы АСУ КНС положены также следующие функции:
— включение и выключение насосных агрегатов по сигналам уровня воды в приемном резервуаре и дренажном приямке;
— постоянный мониторинг работы насосных агрегатов для равномерного использования моторесурса и исключение перегрева электропривода;
— применение современных секционных выключателей (например, выключатели поколения BB/TEL-10), которые обеспечивают защиту насосных агрегатов по пусковому току, обрыву и (или) перекосу фаз, снижению сопротивления изоляции и перегреву статора, неисправности обратного клапана;
— поддержание заданных параметров работы насосных агреготов,
— реализация запорных устройств в случае исчезновении напряжения на фидерах или авариях;
— регистрация учета расхода перекачиваемой воды;
— обеспечение охранной и пожарной сигнализация.
Рисунок 3 — Схема АСУ КНС
На рисунке 4 приведен пример реализации автоматического управления КНС.
Рисунок 4 — Пример интерфейса программы автоматического управления КНС
Требования к качеству используемых систем водоснабжения и водоотведения регулярно пересматриваются и обновляются на законодательном уровне. Помимо этого, непрерывно ужесточаются требования к эргономике и экономике применяемой аппаратуры. За последние годы произошли существенные изменения в подходе к подбору инженерного оборудования (в т.ч. в плане исключения избыточности параметров) и в техническом уровне доступности оборудования.
Поэтому на первое место при разработке проектов КНС выходят проблемы модернизации систем за счет применения нового современного оборудования с улучшенными характеристиками. Однако, применение такого оборудования нецелесообразно и экономически невыгодно без применения адекватной и функциональной АСУ КНС. В противном случае новые агрегаты будут выходить из строя с такой же частотой, как и прежние «старые» устройства.
Необходимо отметить также, что разработка оптимальных решений при разработке проектов строительства или реконструкции КНС требует наличия методического и технического (диагностического) обеспечения, которое будет учитывать новые подходы к управлению, а также новые технологии изготовления насосного оборудования.
Список литературы
- Министерство регионального развития Российской Федерации. Свод правил СП 32.13330.2012. Канализация. Наружные сети и сооружения. — М., 2014. — 70 с.
- Основные пути повышения энергоэффективности в системах водоснабжения и водоотведения. Л.Р. Хисамеева, Н.С. Урмитова, А.Х. Низамова, сборник научных трудов VII Международного конгресса «Чистая вода. Казань». ООО «Новое знание». — Казань, 2016. — С. 275.
- Найманова А.Я., Насонкина Н.Г.и др.- Основы надежности инженерных систем коммунального хозяйства- Донецк: ИЕП НАН Украины, 2001.-152 с.
- Душкин С.С., Куликов Н.И., Дрозд Г.Я. Эксплуатация водоотводящей сети.- Харьков: ХГАГХ, 1999.
- Абрамов Н.Н. — Надежность систем водоснабжения М:. Стройиздат, 1984г. −216 с.
- Абрамович И.А. Новая стратегия проектирования и реконструкции транспортирования сточных вод. — Харьков: Основа, 1996.
- Пужайло А.Ф. и др. Энергосбережение и автоматизация электрооборудования компрессорных станций: Монография. Н. Новгород: Вектор ТиС. Том 1. 2010. 560с.
- Kiyanov N.V., Pribytkov D.N., Gorbatushkov A.V. A Concept for the development of invariant automated electric drives for the water recycling systems with fan cooling towers Russian Electrical Engineering. 2007. T. 78. № 11. C.
621-627. - Краснов Д.В. Перспективы применения преобразователей частоты для регулирования производительности электроприводных насосных агрегатов//Промышленность. 2014. № 6 (707). С.
86-89. - Серебряков А.В. Оптимизация управления автономными энергетическими установками в условиях стохастических возмущений//Промышленная энергетика. 2013. № 5. С.
45-49. - Крюков О.В. Электрооборудование и автоматизация комплекса канализационных насосных станций//Автоматизация в промышленности, 2011, № 12. С.31-34.
Ссылки
1. «О мерах по повышению надежности работы канализационных насосных станций г. Москвы» Распоряжение правительства Москвы от 21 октября 2008 г. №