Управління роботою насосних систем водовідведення

У каналізаційних насосних станціях (КНС) немає регулюючих засувок, не потрібно підтримувати тиск, а обладнання вмикається та вимикається за необхідності. Хіба вдасться за таких умов скоротити фінансові витрати на електроенергію?

Відповідь це питання дає використання перетворювачів частоти та інтелектуальних шаф управління з урахуванням контролерів, які автоматизують роботу насосної системи. Важливо, що, крім суттєвого скорочення витрат на оплату електроенергії, мікропроцесорні засоби контролю та моніторингу дозволяють підвищити надійність КНС: у результаті знижується кількість аварій та ймовірність викидів стічних вод у навколишнє середовище.

Навіщо потрібна автоматизована система керування технологічними процесами (АСУ ТП) водовідведення?

Оптимізація роботи насосів;
Підтримка максимально допустимого рівня рідини у резервуарах КНС;
Запобігання аварійним ситуаціям;
Обмін даними із центральним диспетчерським пультом.

Розглянемо докладніше кожну з цих складових.

Оптимізація роботи насосів

Ефективність роботи КНС оцінюється за питомою витратою електроенергії на перекачування одного кубічного метра стоків. Розрахувати оптимальну робочу точку для станції досить складно - необхідно одночасно враховувати кілька параметрів, що змінюються в процесі роботи: ККД двигуна і насоса, гідродинамічний опір трубопроводу, щільність і температуру рідини, що перекачується, і т.д.

Нерідко оптимальну робочу швидкість насоса визначають вручну вже при експлуатації. Фахівці GRUNDFOS пропонують ще більш простий та точний спосіб – використання системкерування насосами з автоматичною функцією визначення зони найвищої енергоефективності, наприклад, як у шафах керування Control DC на базі контролерів CU362. Ця функція дозволяє забути про ручні налаштування та допомагає системі управління автоматично підлаштуватися під параметри конкретного обладнання, яке буде експлуатуватися на каналізаційній станції», - розповідає Михайло Борисов, керівник напряму «Системи автоматизації та управління» компанії ГРУНДФОС, виробника насосного обладнання.

Інтелектуальна система, що отримала назву Dedicated Controls, безперервно відстежує та коригує режими роботи насосної системи (паралельно можна підключати до 6 насосів). Контролер негайно змінює частоту обертання обладнання відповідно до даних, отриманих від вбудованого перетворювача частоти та витратоміра. Таким чином, насоси завжди працюють у точці найвищого ККД, значно скорочуючи своє енергоспоживання порівняно зі стандартними алгоритмами керування. Таке рішення допомагає здійснювати безперервний контроль ефективності роботи обладнання, дозволяючи своєчасно планувати сервісне та технічне обслуговування насосів та трубопроводів.

Відео на тему "Огляд технічних рішень для застосування в системах водопостачання та водовідведення"

Підтримка максимально допустимого рівня рідини у резервуарах каналізаційних насосних станцій

Основна інформація, необхідна для роботи будь-якої системи керування каналізаційними насосами - це дані про рівень рідини в резервуарі насосної станції. Інтелектуальні системи з перетворювачами частоти можуть підтримувати постійне значення рівня незалежно від обсягів рідини, що надходить, тому з'являється можливість тримати його максимальновисоким. Це дозволить створити надлишковий тиск на вході, який допомагатиме насосам працювати і дасть додаткову економію енергії.

При роботі насосів у режимі підтримки рівня додатково зберігаються фінансові кошти та на очисних спорудах (ОС). Вода подається не залпами, як під час роботи насоса в режимі «пуск/зупинка», а плавно. При цьому на дні резервуара утворюється осад, який може призвести до зменшення обсягу ємності. Щоб уникнути цього, необхідно в нічний час поєднати режим змучування з відкачуванням приймача до гранично допустимого рівня, а також з прокачуванням трубопроводу на максимальній швидкості (для виключення утворення осаду). Всі ці режими також автоматично активуються у шафах керування GRUNFDOS Control DC у процесі експлуатації.

Захист від аварійних ситуацій

Ключова особливість систем водовідведення - наявність у стоках досить великих домішок та довговолокнистих включень. Бруд та інші сторонні тіла заповнюють порожнину між робочим колесом та корпусом насоса, викликаючи небезпеку блокування. «Зоклінування обладнання, що перекачує стічні води, загрожує справжньою екологічною катастрофою, – упевнений Михайло Борисов (ГРУНДФОС). - Для забезпечення максимальної надійності роботи каналізаційних насосів, у шафах керування Control DC є кілька спеціалізованих функцій, таких як «захист від заклинювання», «робота зворотним ходом» тощо. Вони спрацьовують у всіх позаштатних ситуаціях, що викликають зупинку насоса, тим самим захищаючи його від блокування. Це дозволяє запобігти аваріям, а значить, виключити можливість затоплення станцій та потрапляння стічних вод у навколишнє середовище.

Крім того, шафи управління дозволяють уникнути витрат при простої та ремонту обладнання».

Обмін даними із центральним диспетчерським пультом

Каналізаційні насосні станції проектуються з урахуванням резервних одиниць обладнання, які підключаються при занадто велику витрату стічних вод або поломку основного агрегату. Однак «запасні» потужності не можуть запобігти затопленню у випадках, коли несправність залишається непоміченою протягом тривалого часу. Саме тому на КНС доцільно застосовувати спеціальні системи дистанційного контролю та сигналізації.

Наявність дистанційного моніторингу та управління має багато переваг. Час, що витрачається на звітність, збирання даних тощо, зводиться до мінімуму, як і кількість візитів фахівців щодо сервісного обслуговування. Значно знижується ймовірність поломок та виходу з ладу обладнання. Через війну використання навіть самої технічно «укомплектованої» системи віддаленого контролю окупається дуже короткий термін.

Досвід автоматизації роботи КНР

У 2008 році було проведено модернізацію КНС-19 «П'ятівська» у місті Ярославлі. Одним із головних етапів реконструкції стало оновлення обладнання для відведення стоків. П'ять застарілих вітчизняних насосів типу Д потужністю по 800 кВт кожен, які працювали від напруги 6 кВ, замінили обладнання GRUNDFOS серії S2 потужністю 350 кВт і живленням від мережі 380 В.

Крім того, було впроваджено АСУ ТП водовідведення Grundfos Control DС із перетворювачами частоти. У процесі пуско-налагодження були активовані такі функції:

Автоматична оптимізація енергоспоживання із підстроюванням під поточний режим роботи;
Розбивка насосів на дві групи для кращої оптимізації роботи при змінному припливі;
Автоматичне зміна рівнів пуску зниження наросту на стінках резервуара;
Розрахунок витрати безвикористання витратоміра;
Захист від засмічення та замулювання;

Встановлена шафа керування була підключена до існуючої SCADA-системи за протоколом Modbus RTU. Особливістю устаткування відсутність необхідності у програмуванні контролера при пуско-наладке і подальшої експлуатації, т.к. в ньому використовується контролер CU362, що параметрується, всі функції якого активуються і відключаються за допомогою меню в самому контролері, тобто. користувач у будь-який момент часу може сам додати або змінити функціонал системи керування насосною станцією.

Енергоаудит, проведений технічним персоналом місцевого Водоканалу спільно з представниками компанії ГРУНДФОС, показав, що в порівнянні зі старою системою нове обладнання заощаджує майже 50% електроенергії (див. табл. 1).

Таблиця 1. Енергоспоживання КНР-19 «П'ятівська» в період 2007-2009 років.

Економія по відношенню до періоду до модернізації, %