Автоматизация насосных станций

Насосные станции одна из наиболее распространенных систем, которая встречается практически во всех сферах жизнедеятельности. Любые промышленные предприятия, имеющие дело с водоснабжение или водоотведением, имеют в своём парке промышленной оснастки подобное оборудование. К такому оборудованию относится не только станции водоснабжения, подготовки и очистки воды, но и станции водоотведения канализационных вод и ливневых стоков, дренажа грунтовых вод, дренажа грязной технической воды и прочего.

Современные насосные станции являются сложными комплексными системами, требующими проектирования, настройки, управления и обслуживания квалифицированными специалистами. Причём если таких станций несколько, и они расположены в разных концах предприятия, то на обслуживание этих систем затрачивается довольно серьёзное количество усилий и времени. Что существенно увеличивает затрачиваемый бюджет.

Для минимизации расходов и повышения удобства контроля и управления такими комплексами наша компания разработала специальный аппаратно-программный комплекс диспетчеризации насосных станций. Весь массив информации, получаемый со всех объектов, включённых комплекс КНС, сводится в единый интерфейс диспетчера, позволяющий не только контролировать работу комплекса, но и оперативно реагировать на возникающие ситуации или выполнять настройку графиков работы оборудования. Система имеет интуитивно-понятный графический интерфейс, дружественный к оператору и приятный для восприятия. Специального обучения для пользования комплексом не требуется.

Система позволяет осуществлять контроль качества получаемой электроэнергии, вводных автоматов, а также контроль состояния распределительной сети. Все аварийные сигналы моментально передаются в единый центр диспетчеризации КНС.

В предлагаемой нашей компанией системой диспетчеризации насосных станций реализована полная автоматизация насосных установок. Контроль и управление насосными группами реализуется без присутствия обслуживающего персонала с единого рабочего места диспетчера. Это позволяет отказаться от постоянного присутствия персонала на объектах и/или отказаться от частого обхода или объезда комплекса.

Для контроля за уровнем и переполнением септиков или подтопления машинного зала в системе используются специальные датчики, позволяющие получать доступ к данным на любом удалении от диспетчерской. Такая связь может выполнять как по проводным сетям, так и беспроводным, в том числе и через сеть Интернет. Вся получаемая информация архивируется для дальнейшей обработки. В системе предусмотрена возможность оповещения ответственных лиц через СМС при возникновении нештатных ситуаций.

Автоматизация насосных станций

Экономический эффект, достигаемый при автоматизации и телемеханизации систем водоснабжения и канализации, зависит от конкретных, условий данного объекта, технологической схемы, структуры эксплуатации и других факторов. Экономия достигается по трем основным статьям затрат: по капитальных—на постройку насосных станций и напорных резервуаров, по расходу электроэнергии и содержанию обслуживающего персонала. Отсутствие постоянного обслуживающего персонала в помещениях, где установлено оборудование, позволяет более плотно располагать агрегаты за счет уменьшения проходов и упразднения специальных мест для персонала. 

Во многих случаях отсутствие персонала дает возможность больше заглублять в землю помещения с оборудованием или даже располагать их под землей, что уменьшает затраты по архитектурному оформлению зданий насосных станций. Возможный при автоматическом управлении часто прерывистый пуск насосов позволяет уменьшить регулирующую емкость напорных резервуаров за счет некоторого увеличения емкости запасных резервуаров при насосных станциях. 

Так как запасные резервуары всегда устраиваются под землей, а напорные могут быть подземными лишь при благоприятном рельефе местности и чаше устанавливаются на башнях, это дает экономию средств около 2,5% от общей стоимости водопровода. 

При автоматизации снижается стоимость сети благодаря большей возможности ее зонирования (создания участков со своими станциями подкачки, работающими без обслуживающего персонала). При зонировании сети значительно уменьшается общая емкость резервуаров, необходимая мощность основного насосного оборудования, диаметры труб, а значит, и общий вес сети. 

Стоимость водоподъема определяется эксплуатационными расходами. Главные из них — потребление электроэнергии и заработная плата обслуживающего персонала. Основной расход электроэнергии в водоснабжении падает на насосные агрегаты, работа которых зависит от режима источника воды и графика водопотребления. 

Сезонные колебания источника воды, суточные и часовые колебания графика потребления влияют на к. п. д. насосов и нередко создают излишний напор в сети, увеличивая потери электроэнергии. Устранение влияния колебаний режима источника воды может быть достигнуто регулированием уровня в водоприемнике или регулированием производительности насосных станций. Колебания потребления воды при неизменном давлении на станции сильно влияют на распределительную сеть, особенно там, где сеть работает без напорных резервуаров. 

При минимальном водопотреблении, насосы развивают излишнее давление в сети, что вызывает перерасход электроэнергии. Этих потерь можно избежать, если насосные станции будут работать при переменном давлении. Можно поддерживать давление в наиболее удаленном и возвышенном участке сети на минимальной высоте, необходимой для пожаротушения при любом расходе. В таком случае на насосной станции давление придется поднимать только тогда, когда в критической точке сети в этом есть необходимость. 

Автоматическая работа насосных станций с давлением, изменяющимся в соответствии с потреблением воды в сети, дает экономию электроэнергии около 10—15% от общего расхода станции. Экономию электроэнергии дает также питание насосных станций от энергосистем с различным тарифом на электроэнергию в зависимости от времени потребления. Автоматические насосные станции, заполняющие резервуары в часы минимальной нагрузки энергосистемы, получают электроэнергию по пониженному тарифу и устраняют провалы в графике нагрузки энергосистемы, что имеет большое экономическое значение. 

При автоматизации сокращаются расходы на содержание обслуживающего персонала, т. к. отпадает необходимость в дежурствах машинистов, уменьшается число обходчиков и контролеров В каждом конкретном случае необходимый штат определяется степенью автоматизации, которая может охватывать работу отдельных агрегатов, отдельных насосных станций или комплекс сооружений, связанных единым диспетчерским управлением. 

Капитальные затраты на аппаратуру автоматизации, по данным различных отраслей народного хозяйства, в среднем не превышают 3— 5% стоимости основного технологического оборудования. Эти затраты обычно окупаются экономией от автоматизации в первые два три года эксплуатации сооружений.

Автоматизация канализационных насосных станций

Автоматизирование работы КНС

Насосные станции, входящие в состав систем водоотведения, предназначены для обеспечения требуемого режима водоотведения сточных вод. Эти станции образованы комплексом основного и вспомогательного оборудования и сооружений, характеристики и конструктивные особенности которых определяются в соответствии с предъявляемыми к ним технологическими требованиями, назначением КНС, принципами охраны природы и комплексного пользования водными ресурсами.

Основная функция насосных станций, образующих системы водоотведения, заключается в транспортировке сточных вод на очистные сооружения, расположенные на более высоком участке местности, поскольку в этом случае организация этого процесса самотеком невозможна. Также довольно часто КНС применяют для избегания глубокой закладки самотечного коллектора – в данном случае производится подача сточных вод из более низкого заглубленного коллектора в более высокий.

Классификация насосных станций в общей схеме систем водоотведения осуществляется на главные и районные. Главные насосные станции перекачивают сточные воды со всей территории промышленной зоны и населенного пункта. Районные насосные станции перекачивают сточные воды в близлежащий коллектор или непосредственно на очистные сооружения с части территории промышленной зоны и населенного пункта.

Автоматизация насосных станций выполняется в следующих направлениях: пуск/останов насосных агрегатов (НА) и вспомогательного оборудования, контроль заданных параметров и их поддержание на определенной величине (например, уровня воды), прием и передача на диспетчерский пункт сигналов от датчиков параметров. Датчики, используемые для мониторинга рабочих параметров насосной станции, функционируют на принципе преобразования контролируемой величины в электрический сигнал, который затем подается на исполнительный механизм.

Основным современным методом управления работой насосных станций является применение микропроцессорных схем. Основными параметрами, учитываемыми при построении таких систем автоматизированного управления насосными установками, являются уровень воды в резервуаре КНС (контролируемый датчиками) и величина напора в ее отводящем коллекторе. Одним из приоритетных направлений по внедрению автоматизированных систем управления процессом водоотведения считается управление насосными станциями. Таким образом достигается создание технологий, позволяющих обеспечить энергосбережение и экологическую безопасность.

Следует отметить, что во многих населенных пунктах работа сети КНС не автоматизирована, что приводит к повышенной вероятности возникновения аварийной обстановки. Это, в свою очередь, служит причиной перебоев с водоснабжением и сбросов неочищенных сточных вод в природные водные объекты (водоемы, реки), приводя к еще большему усугублению экологической обстановки.

Современная АСУ ТП водоотведения должна выполнять следующие основные функции:

• централизованно контролировать технологические параметры как непосредственно процесса водоотведения, так выполняющего его оборудования (основного и вспомогательного),
• оперативно учитывать и регистрировать рабочие параметры оборудования,
• идентифицировать аварийные ситуации,
• прогнозировать процессы водоотведения,
• оптимизировать режимы функционирования оборудования КНС и диагностировать его техническое состояние.

Использование автоматизированного управления позволяет:

• достигнуть бесперебойной и четкой работы оборудования,
• уменьшить объем приемных резервуаров путем установки оптимального режима откачивания стоков,
• достичь значительной экономии электроэнергии,
• увеличить срок эксплуатации оборудования,
• сосредоточить в одном месте управление несколькими КНС.

Основными функциями, выполнение которых обеспечивается приборами автоматики на насосных станциях, являются:

• прием и передача сигналов управления на пуск/останов НА,
• пуск в установленной временной последовательности одного или нескольких НА,
• обеспечение требуемой величины вакуума перед пуском на корпусе насоса и всасывающем трубопроводе,
• контроль над параметрами рабочего режима при пуске/останове и работе НА,
• остановка НА при выявлении нарушений в их рабочем режиме и пуск резервного НА,
• обеспечение защиты НА от повреждений теплового, электрического и механического характера,
• передача на диспетчерский пульт параметров рабочего режима НА,
• установление, поддержание и контроль таких величин параметров рабочего режима (уровня сточных вод, напора, подачи и др.), при которых данная конкретная КНС обеспечивает наиболее эффективную работу,
• пуск/останов насосных установок, выполняющих дренаж, уплотнение и охлаждение сальников,
• пуск/останов механических грабель,
• подача сигнала о затоплении насосной станции и др.

Пример автоматизации городской КНС.

До модернизации:

Пуск/останов насосных установок выполнялся вручную оператором. Для этого использовался звуковой сигнал, подаваемый в ночное и дневное время через каждые 15 – 30 минут.

После модернизации:

Работа насосных установок выполняется в автоматическом режиме, основываясь на предварительном состоянии системы, технологических задержках, скорости заполнения резервуара и логике недопущения аварийных ситуаций. Также внедрена система энергосберегающего освещения и автоматизация функционирования климатического оборудования.

Характеристики системы:

• автоматизированная работа насосных установок,
• обеспечение функционирования основных насосных установок через устройства плавного пуска или магнитные пускатели,
• смена основных и резервных насосных установок,
• автоматизированная работа нагревателей и вентиляторов, обеспечивающих вентиляцию КНС,
• визуально-звуковая индикация рабочих процессов и аварийных ситуаций,
• предупреждение возникновения аварийных ситуаций и негативных последствий от них,
• снижение энергопотребления и расширение учета электроэнергии,
• управление каждой насосной установкой в автоматическом или ручном режиме,
• свыше 18-ти защитных систем по электрическим и технологическим параметрам.
Проектирование силовой схемы и управляющей части ориентировано на гибкость и максимальную эффективность функционирования при минимальных вложениях.

Экономический, эксплуатационный и социальный эффект:

• энергопотребление основных насосных установок снижено на 5% путем реализации энергосберегающего алгоритма работы и не допущения динамических пусковых режимов,
• энергопотребление освещения КНС снижено на 70% путем секционирования зон освещения и монтажа герметичных энергосберегающих светильников,
• ресурс запорной арматуры и НА увеличен в 1,4 раза,
• нагрузка на энергосберегающую систему КНС снижена путем не допущения возникновения резких пусковых режимов,
• надежность работы КНС повышена путем резервирования режимов, использования качественного оборудования и исключения человеческого фактора,
• электробезопасность эксплуатации системы повышена,
• сведены к минимуму затраты на обслуживающий персонал и эксплуатационные расходы,
• операторы выполняют лишь функции дежурства, поскольку отсутствует необходимость их вмешательства в рабочий процесс в любое время суток. Использованием автоматики достигается бесперебойная работа городской КНС независимо от объема поступающих стоков.