Василенко А.А., Грабовский П.А., Ларкина Г.М., Полищук А.В., Прогульный В.И. Реконструкция и интенсификация сооружений водоснабжения и водоотведения

Подождите немного. Документ загружается.

141

электронным управлением, как утверждают фирмы производители,

окупаются, как правило, очень быстро

Подробный анализ способов регулирования частоты вращения

насосов приведен в [50].

3.3.2. Методы управления насосной станцией

Под рациональным управлением насосной станцией понимают-

ся такие режимы её работы, при которых обеспечивается необходимая

подача воды потребителям при минимальных избыточных напорах и

минимальных расходах энергии.

Сложность решения задачи выбора таких режимов обусловлена

очень широкими диапазонами колебаний

необходимых расходов и

напоров, происходящими в течение суток, по дням недели и по сезо-

нам года. Так, для города с численностью населения 100 тыс. человек

колебания суточных расходов составляют ± 30 %. Еще большие коле-

бания часовых расходов (в течение суток): от +54 % до 72 % [9].

Весьма велики колебания необходимых напоров на выходе из

насосных станций. Рассмотрим

упрощенную схему работы насосной

станции на водопроводную сеть. Пусть город застроен 9-ти этажными

домами, местность с плоским рельефом (рис. 3.25). Потеря в сети при

максимальном водоразборе составляет 16 м, минимальный расход

вдвое меньше максимального. Необходимый свободный напор для 9-

ти этажной застройки при максимальном водоразборе – 42 м, при ми-

нимальном – 34 м [9].

Напор в начале

сети при максимальном водоразборе равен – 42

+ 16 = 58м, а при минимальном – 34 + 4 = 38 м. Таким образом, напоры

насосной станции в этих режимах отличаются на 20 м. Если при ми-

нимальном расходе использовать тот же насос, как и при максималь-

ном, то при таком же развиваемом напоре (а фактически напор при

уменьшении подачи растет) во всей

сети будут созданы значительные

избыточные напоры (см. пунктир на рис. 3.25). В результате в дик-

тующей точке будет избыточный напор 20 м, а в остальных точках –

еще больше. Отсюда понятна необходимость регулирования напоров

на выходе из насосной станции.

Веб – узел - www.infoline.ru/~krn.nasos/price.htm#pchprice/.

142

Такое регулирование на существующей насосной станции мож-

но осуществлять следующими способами:

1. Выбором подходящего насоса или их сочетания.

2. Регулированием параметров нескольких или одного из работающих

насосов (

разд.3.3.1). Следует отметить, что вопрос об оптимальном

регулировании группы насосов рассматривался еще в 30-е годы. В ра-

боте [51] доказано, что минимальный расход энергии будет при регу-

лировании одного из группы параллельно работающих центробежных

насосов. Этому же вопросу посвящены и более поздние статьи

[52,53,54].

3. Использование автоматизированных систем управления (

АСУ)

работой систем подачи и распределения воды [50,55].

Из перечисленных способов наиболее эффективен, разумеется,

последний – использование

АСУ. Однако создание АСУ требует зна-

чительных капитальных затрат и решения ряда сложных технических

задач, к которым, в частности, относится передача диспетчеру опера-

Минимальный расход

(необходимый напор)

Рис. 3.25. Схема к определению напора насосной станции

НС

Максимальный расход

(необходимый напор)

Максимальный расход

(фактический напор)

143

тивной информации о работе системы (например, напоров в диктую-

щих точках сети). Кроме того, нельзя считать окончательно решенной

проблему алгоритма управления системой из-за ее сложности, хотя

такие исследования и проводятся [55]. Поэтому более реальным спо-

собом управления для большинства Водоканалов следует считать 1-й и

2-й способы.

Одним из наиболее простых

способов управления насосной

станцией является автоматизация работы насосов путем поддержания

заданного давления на выходе из насосной станции [53]. Этот способ

часто используют для сравнительно небольших подкачивающих на-

сосных станций с использованием импортного оборудования (напри-

мер, фирм Wilo или Grundfos). Для управления многонасосными уста-

новками фирма Wilo использует следующую технологию [56]. Кон-

троль и управление работой установки

осуществляется с помощью

датчиков давления на выходе из насосной станции: в зависимости от

этого давления в пределах заданного диапазона включаются или вы-

ключаются один за другим насосы установки (рис. 3.26).

При использовании частотного преобразователя дополнитель-

но производится изменение числа оборотов основного насоса, что по-

зволяет снизить диапазон давлений, в пределах которого

работают

насосы.

Такая схема управления, безусловно, намного эффективнее, чем

регулирование дросселированием – здесь значительно могут быть

снижены и избыточные напоры насосов и давления в сети. Однако и в

этой схеме будет перерасход энергии. Диапазон напоров, поддержи-

ваемых на выходе из НС, выше, чем потребные давления, определяе-

мые характеристикой сети (эта характеристика проходит

ниже, чем

полоса заданных давлений – см. рис. 3.26).

Насос 2

Насос 1

Расчетная характеристика сети

Рис. 3.26. Работа насосной

становки с

правлением по

заданному давлению с частотным преобразователем

Насос 3

Заданный диапазон

давлений

144

Наилучшие результаты с точки зрения энергосбережения дает

управление по давлениям в контрольных точках сети. Этот метод

управления рекомендован и в нормах проектирования [9]. Капиталь-

ные затраты здесь несколько увеличиваются за счет затрат на установ-

ку датчиков давления на сети и передачу сигналов от датчиков в пункт

управления.

При размещении датчиков следует иметь

в виду, что положение

диктующей точки на сети может измениться при изменении подачи

(рис.3.27). Поэтому ограничиться одной контрольной точкой не всегда

удастся. Кроме того, при достаточном числе точек контроля давления

в сети диспетчер имеет возможность оперативно устанавливать пред-

полагаемые места аварий.

При наличии данных о давлениях в контрольных точках сети

рациональное управление работой насосных станций сводится к ре-

шению задачи о том, какие насосы должны быть включены, с какими

параметрами они должны работать (прикрытие задвижек, частотное

регулирование и т.п.). Эта задача упрощается при наличии математи-

ческой модели системы СПРВ, дающей связь напоров на выходе из

насосной станции с давлением

в контрольных точках в зависимости от

подачи насосной станции.

Пьезометрическая линия при q

макс

Зоны недостаточных напоров

Пьезометрическая линия при q

мин

НС

Рис. 3.27. Изменение положения диктующих точек в сети

при изменении водопотребления

145

Такие зависимости получают путем статистической обработки

данных о свободных напорах в контрольных точках (Н

), напорах на

выходе из насосных станций (Н

) и подачи насосной станции (Q

Этот вид обработки называют «пассивным» экспериментом. Значи-

тельно большую информацию получают с помощью «активного» экс-

перимента, при котором напоры и подачу НС меняют в значительно

больших пределах. Эксперименты, проведенные в Москве, Санкт-

Петербурге, Зеленограде и других городах, показали, что математиче-

ские модели работы СПРВ могут быть описаны зависимостями вида

= Н

+ а + вQ

где а и в – эмпирические коэффициенты, меняющиеся в зависимости

от периода водопотребления (например, они различны для максималь-

ного среднего и минимального расходов).

При наличии таких моделей можно разработать типовые графи-

ки работы насосов. Составление таких графиков является непростой

задачей из-за возможной многовариантности ее решения, необходимо-

сти учета индивидуальных особенностей

насосов (даже если они од-

ной марки). Следует также учитывать необходимость равномерной

загрузки агрегатов, чтобы избежать преждевременного их износа.

Графики работы насосов должны периодически пересматриваться,

поскольку изменяется характеристика обслуживаемой системы и,

кроме того, меняются характеристики насосов. Однако значительно

лучшие результаты будут получены при наличии автоматизированной

системы управления работой СПРВ.

Контрольные вопросы

1. Перечислите методы регулирования работы насосов.

2. Какой из этих способов наиболее и наименее экономичен?

3. Как изменить частоту вращения электродвигателя насоса?

4. Каким образом управляют работой группы насосов при задан-

ном диапазоне давления на выходе из НС?

5. Что такое контрольная точка на сети и как параметры в ней

влияют

на работу НС?

6. Для чего нужна математическая модель работы СПРВ?

146

3.4. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ВОДОПРОВОДОМ

АСУТП

– автоматизированная система управления технологи-

ческим процессом – человеко-машинная система управления, обеспе-

чивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необ-

ходимой для оптимизации управления технологическим объектом в

соответствии с принятым критерием.

Важная роль в АСУТП принадлежит человеку (диспетчеру, опе-

ратору), который воспринимает результаты обработки информации в

ЭВМ, участвует в выработке оптимальных режимов,

принимает окон-

чательное решение по выбору управляющих воздействий и реализует

их путем посылки команд на исполнительные механизмы.

АСУТП выполняет следующие задачи:

- получение информации от установленных на водопроводной сети

датчиков (расход, давление, уровень и т.п.);

- передача информации с использованием аппаратуры телемеханики и

связи в диспетчерский пункт;

- обработка этой информации

с помощью средств вычислительной

техники в целях расчета оптимальных режимов работы и выдача ре-

зультатов оператору или управляющим механизмам.

По типу функционирования АСУТП классифицируют следую-

щим образом:

1) информационные системы, осуществляющие автоматически или

автоматизировано

сбор и обработку технологической информа-

ции - решение по управлению принимает и реализует диспетчер.

2) локально-автоматические системы, в которых автоматически вы-

полняются информационные функции, а также функции локаль-

ного управления отдельными объектами; решения по управлению

технологическим процессом принимает и реализует диспетчер.

3) советующие системы, автоматически выполняющие п. 1) и фор-

мирующие

советы диспетчеру по выбору управляющих воздейст-

вий;

4) автоматические системы, в которых все функции АСУТП выпол-

няются автоматически, а диспетчер осуществляет надзор за ходом

Иногда такие системы называют системами автоматизированного управле-

ния (САУ) [44].

Автоматизированный режим – с участием человека, автоматический – без

него.

147

технологического процесса и вмешивается только в случае необ-

ходимости.

Кроме того, в АСУТП есть блоки, выполняющие вспомогатель-

ные функции (внутрисистемный контроль над состоянием технических

средств, хранением информации и т.п.).

Блок- схемы АСУТП обычно разрабатывают индивидуально

для каждой системы водоснабжения. В качестве примера на рис. 3.28

приведена блок-схема общего функционирования

АСУТП.

Централизованный контроль. Решаются задачи периодическо-

го измерения технологических параметров; обнаружение, оперативное

отображение и сигнализация отклонений от заданных значений (в т.ч.

аварийные сигналы).

Оперативный учет. Здесь с заданной периодичностью произво-

дится регистрация измеряемых технологических параметров и состоя-

ния оборудования. Осуществляется автоматическое ведение журнала

эксплуатации за смену, сутки.

Расчет технико

-экономических показателей (ТЭП). Один раз в

сутки выполняются расчеты показателей, характеризующих работы

водопровода, подсчитываются сводные показатели за сутки.

Диагностика технологических процессов. Выполняются расче-

ты по анализу отклонений технологических параметров от требуемых

значений, определяется необходимость изменений технологического

режима.

Рекомендации по рациональному режиму эксплуатации. Про-

изводятся расчеты режима работы технологических

объектов, т.е. при

необходимости вносятся изменения в оперативный план работы в со-

ответствии с выявившимися отклонениями.

Оперативное планирование процесса. Производятся расчеты оп-

тимальных режимов работы водопроводных сооружений на предстоя-

щий период (часы, сутки).

Полученная информация накапливается в базах данных, а не-

обходимая её часть передается в смежные системы управления,

про-

изводится формирование массивов информации для передачи в

АСУТП верхнего уровня (Водоканал, областные управления и т.д.).

Реализация АСУТП требует капиталовложений на устройство

системы связи, сухих колодцев на сети (с датчиками давления, расхо-

домерами), установка уровнемеров, расходомеров, управляемых пово-

ротных затворов и т.п.

Кроме того, понадобятся затраты на приобретение компьюте

ров, создание сети и разработку программного обеспечения. Поэтому

148

целесообразно производить технико-экономическое обоснование по

введению АСУТП и вводить его по частям (локальные, информацион-

ные и т.д.). Однако эти расходы достаточно быстро окупаются.

Основные факторы экономии за счет АСУТП:

1. Сокращение расхода электроэнергии.

2. Сокращение потерь и непроизводственных расходов (за счет

снижения избыточного давления, числа аварий и т

.п.).

3. Снижение затрат на аварийно-восстановительные работы

вследствие сокращения числа аварий и уменьшение времени их

ликвидации.

Централизованный

конт

оль

Диагностика

оцессов

Оперативный учет

Оперативное

управление

Расчет ТЭП

Оперативное

планирование

процесса

СИСТЕМА

ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Рекомендации по

рациональному

режиму

экспл

атации

Рис. 3.28. Блок – схема АСУТП водопровода

Диспетчер

149

4. Сокращение штата.

Кроме того, снижается стоимость нового строительства сетей за

счет выбора оптимальных путей развития сети.

Контрольные вопросы

1. Что такое АСУТП?

2. Какая разница между автоматической и автоматизированной

системами?

3. Задачи АСУТП.

4. Перечислите АСУТП по типу функционирования.

5. За счет чего достигается экономическая эффективность от

внедрения АСУТП?

Б. ВОДООТВЕДЕНИЕ

4. РЕКОНСТРУКЦИЯ СЕТЕЙ ВОДООТВЕДЕНИЯ И СООРУ-

ЖЕНИЙ НА НИХ

4.1. ОБСЛЕДОВАНИЕ И ПАСПОРТИЗАЦИЯ СЕТЕЙ

ВОДООТВЕДЕНИЯ, УВЕЛИЧЕНИЕ ПРОПУСКНОЙ

СПОСОБНОСТИ

Разработке проекта реконструкции сетей предшествует деталь-

ное обследование и паспортизация.

Паспортизация сетей заключается в следующем:

• изучаются исполнительные чертежи сетей и топографическая

съемка последних лет;

• вместе со службой эксплуатации выделяются наиболее нагру

женные участки;

• осуществляется уточнение трассы существующей сети и со-

ставляются паспорта колодцев, в которых указывается адрес, привязка

к существующим постоянным наземным объектам, приводятся данные

о состоянии конструкций, схема трубопроводов, их диаметры, глубина

заложения и материал труб;

• изучается гидравлический режим работы участков методом

замера расходов сточных вод, на основе

которого при перекрытии бо-

ковых присоединений можно установить наличие или величину ин-

фильтрации или эксфильтрации.

150

На базе паспортизации сетей выполняется анализ их работы, и

указываются участки, на которых необходимо проводить более де-

тальное обследование. Так, на коллекторах больших диаметров воз-

можное обследование верхнего свода коллектора с помощью видеока-

меры.

Если отдельные участки сети переполняются периодически и

это связано со сбросом производственных сточных вод, можно изме-

нить

время сброса последних за счет устройства регулирующей емко-

сти на предприятии. Чтобы избежать перегрузки сетей, которые отво-

дят сточные воды от промышленного узла, изучается режим отвода их

в сеть и предлагается график сброса.

В городах, насыщенных водоотводными сетями, когда есть воз-

можность перераспределения потоков сточных вод, между коллекто-

рами можно

использовать „кольцевание” самотечных коллекторов пу-

тем устройства перепускных линий.

Для определения утечек из напорных коллекторов используется

замер подачи насосной станции и расхода, который поступает на очи-

стные сооружения.

Анализ состояния отдельных сооружений на водоотводящей се-

ти (камер перепадных колодцев, распределительных камер, дюкеров,

эстакад, переходов под инженерными сооружениями) осуществляется

в отдельности с

использованием современных устройств и приборов.

Особое значение имеет состояние железобетонных конструкций, кото-

рые разрушаются из-за газовой коррозии. Уменьшение её влияния на

железобетонные конструкции осуществляется (где это возможно) либо

уменьшением турбулентности потока, что предотвращает выделение

растворенных в сточных водах газов, в особенности сероводорода,

либо применением принудительной вентиляции сооружений. Защита

железобетонных

конструкций от действия газовой коррозии возможна

также покрытием внутренних поверхностей защитным слоем после

очистки и ремонта.

Реконструкция насосных станций перекачки сточных вод осу-

ществляется по отдельному проекту и состоит в замене оборудования

и восстановлении строительных конструкций. Для повышения произ-

водительности станции в машинном зале, если позволяет объем поме-

щения, а также

емкость приемного резервуара, возможна установка

нового более мощного насосного оборудования.

При реконструкции насосной станции с удовлетворительным

состоянием стен, построенной методом опускного колодца, можно

использовать весь объем колодца как приемный резервуар, в котором