Пнс это повысительная насосная станция: Насосные станции

Содержание

Повысительная насосная станция водоснабжения: устройство

В городских системах водоснабжения нередко происходят сбои обеспечения водой. Происходит падение давления или засоряется труба, из-за чего поток становится слабее. Чтобы избежать таких проблем, нужно позаботиться о приобретении специального оборудования. Поможет в этом случае повысительная система, состоящая из специальной станции, основой которой являются мощные насосы. Именно такая станция стабилизирует давление, и его показатели становятся постоянными. А главное, достигается бесперебойная подача необходимого количества жидкости для любых нужд.

Как устроена такая система?

Станция для повышения давления может быть компактной. Именно такие модели чаще всего применяются в сфере частного жилья. Помимо этого, есть и другой тип таких агрегатов для водоснабжения, применяемых в промышленности, и имеющих достаточно большой размер.

В любом случае такая станция состоит из следующего набора комплектующих:

  • система автоматики;

  • 2 основных насоса;

  • 2 резервных насоса;

  • датчик потока;

  • гидроаккумулятор.

Последний элемент для агрегатов стабилизации водоснабжения, используется всегда в бытовых приборах, на производстве он применяется редко. Гидроаккумулятор представляет собой накопительный бак больших размеров вместительностью не менее 30-ти литров. Внутри него располагается мембрана, наполненная воздухом. Это и вызывает давление внутри гидроаккумулятор

а, которое выталкивает из него жидкость. Когда давление снижается, бак автоматически наполняется водой. Таким образом, в доме всегда будет вода и стабильный напор, который обеспечивают насосы и гидроаккумулятор.

Вся станция работает в полностью автоматизированном режиме и не нуждается в специализированном регулярном обслуживании. Её установку можно произвести самостоятельно, особенно если приобретать полностью готовый комплект: он легче монтируется и подходит для любого бытового водоснабжения.

Для чего нужно повысительное оборудование?

Повысительная система применяется для увеличения напора в любой системе водоснабжения и для забора из нее жидкости. Особенно актуально её применение там, где присутствует слабый напор. С помощью насосов он значительно повышается. В данном случае применяется коллекторная схема подключения, что позволяет обеспечить любые потребителичастного водоснабжения необходимым потоком воды регулярно и без сбоев.

Особенности агрегата

Повысительная система имеет множество особенностей, отличающих её от других агрегатов подобного назначения. Основной особенностью является то, что станция работает в полностью автоматическом режиме. Поэтому не нуждается в постоянном контроле. Монтировать такую систему можно самостоятельно, к тому же она очень неприхотлива к работе, а насосы работают достаточно тихо.

Работать насосная аппаратура может как от дизельного топлива, так и от электрической сети – все зависит от её назначения и мощности.

Но чаще всего используется последний вариант.

Еще одно преимущество, которым обладает подобная станция, — возможность докомплектовки различным вспомогательным оборудованием. Это позволит увеличить общие характеристики и повысит производительность, которые так важны для любого водоснабжения. В основном это касается промышленных аппаратов, предназначенных для работы с крупными водоснабжающими системами. К таким дополнительным приборам относятся фильтры и вентиляционные установки.

Типы повысительного оборудования

Сегодня используется два типа подобных приборов для водоснабжения, отличающихся по конструкции. Первый тип имеет насосы с сухим ротором, второй оснащен мокрым ротором. Проще говоря, это поверхностный и погружной типы. Погружные насосы имеют низкий уровень шума, а охлаждение осуществляется потоком воды. При выборе такого оборудования, стоит учитывать, что оно еще отличается и по степени автоматизации всего процесса, поэтому оно подразделяется на системы с реле давления и полностью автоматизированные.

Если станция будет использоваться в небольшом доме или многокомнатной квартире, то первого варианта вполне будет достаточно. Для более обширных помещений и производства лучше применять 2-й вариант, на котором установлены более мощные насосы. Но такая повысительная техника стоит дороже за счет использования современной автоматики. Датчики, установленные в ней, реагируют на малейшие изменения в напоре, и сразу же нормализуют давление при обнаружении отклонений в нём.

Так же любой насосный агрегат — станция для повышения напора, подразделяется в зависимости от своего назначения. Она может быть использована для:

Пожарные и промышленные устройства предусматривают наличие элементов водоподготовки и более мощные насосы. Частные агрегаты применяются для бытовых целей. Они менее мощные, но более компактные.

Повысительная насосная станция

    Сфера водоснабжения по праву считается основной нишей эксплуатации насосных станций. Существует два сегмента их применения: использование в промышленных масштабах – жилищно-коммунальное хозяйство, водоканалы, предприятия, административные, спортивные и развлекательные комплексы, где востребованы крупные станции с высокой производительностью, для транспортировки и достижения необходимых параметров воды в системах коммуникаций, и бытовое использование. Бытовое использование наше предприятие не рассматривает, т. к. рынок переполнен разнообразными изделиями целого ряда брэндов. Наше направление – первое, промышленное водоснабжение и схожее с ним по параметрам.

    Сегмент ПНС для организации водоснабжения делится на три категории: для забора воды из источников, для повышения давления воды в системах циркуляции, и для откачки грязной сточной воды.

    Насосная станция водоснабжения характеризуется относительной легкостью монтажа, малыми габаритами, простотой в эксплуатации, и, что самое важное, отсутствием необходимости вмешиваться в производственный процесс.

    Повысительная насосная станция представляет собой готовую к работе установку, состоящую из 1-6 параллельно размещенных центробежных насосов. Собирается (ПНС) на общей раме-фундаменте, с общей трубной обвязкой, а также такими компонентами, как:

  • шкаф-контроллер,
  • датчики давления,
  • преобразователи частоты встраиваемые в шкаф или устанавливаемы на насосы,
  • общая кабельная разводка.

    Фундаментальная рама регулируется по высоте за счет специальных виброопор, которые гарантируют отличную звуко-виброизоляцию.

    При производстве трубной обвязки, в зависимости от назначения ПНС, используются различные материалы – трубы из клеевого ПВХ, нержавеющая, оцинкованная или обычная сталь с антикоррозионным покрытием. Ее можно сочетать с любыми трубами в оснащении зданий различного типа. Диаметр труб ПНС непосредственно зависит от предполагаемой производительности устройства. Для повышения уровня звуко-виброизоляции всасывающий и напорный коллекторы обязательно комплектуются также компенсирующими вибровставками. Каждый насос на входе и выходе оборудован запорной арматурой и обратными клапанами непосредственно на напорной стороне. Это делается для обеспечения дополнительного удобства использования, ремонта и обслуживания устройства. Шкаф-контроллер ПНС управляет всей насосной установкой в автоматическом режиме по внесенному в память оборудования сложному алгоритму. Использование аналоговых датчиков давления совместно с преобразователем частоты позволяют подстраивать насосы под фактическую нагрузку. Данные факторы увеличивают срок службы оборудования и позволяют снизить потребление электроэнергии.

    Наша компания разрабатывает и производит насосные станции самых различных областей применения. Насосная станция полностью автоматизирована и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала. Для полной автономности ПНС может оснащаться системой удаленной связи, позволяющая передавать как оперативные (рабочие и аварийные) параметры, так и интегрироваться в SCADA системы. Повысительные насосные станции поставляются как в собранном, так и разобранном виде в зависимости от желания заказчика. Кроме этого, мы можем произвести ПНС с определенными техническими характеристиками, а также поместить ее в готовый модуль (контейнер).

    Исходные данные для проектирования и формирования адресного коммерческого предложения по  насосным станциям формируются на основе опросного листа.

    Работаем на всей территории Таможенного союза.

Кто качает систему теплоснабжения Красноярска

Тепло в квартиру поступает по трубам: вода выходит с ТЭЦ под давлением 13 килограммов на квадратный сантиметр. Недавно нам задали вопрос: «А если местность неровная. Напор воды становится хуже?» Нет. Давление остаётся таким же, потому что в процессе задействованы «перекачивающие» и «

подкачивающие» насосные станции (ПНС). Что это за оборудование и для чего оно нужно, разбираемся вместе со специалистами на примере Красноярска.

Зачем нужна насосная станция

В названии насосных станций уже содержится ответ на вопрос, для чего они предназначены. «Подкачивающие» добавляют давление тепловому потоку там, где это необходимо, чтобы довести тепло до жителей города на самых окраинах. А «перекачивающие» помогают возвращать воду, которая отдала тепло, обратно на ТЭЦ. Там она проходит очистку, догревается и опять бежит к потребителю. Это бесконечный замкнутый процесс.

Скачать

На пути от ТЭЦ до потребителей насосные станции установлены каскадом — это значит друг за другом. И функционируют они преимущественно на магистральных тепловых сетях.

Если же небольшой микрорайон нуждается в «подкачке», то устанавливается центральный тепловой пункт с несколькими агрегатами, этакая мини-насосная.

Что представляют собой насосные станции Красноярска

Во-первых, сколько их? На данный момент в ведении Сибирской генерирующей компании в Красноярске находится 19 таких объектов. Из них 11 построены в советское время и периодически ремонтируются, а в отдельных случаях даже перестраиваются.

  • Так, в 2016–2017 годах в два этапа реконструировали станцию №11 на улице Дачной в Октябрьском районе, которая введена в эксплуатацию в 1980 году. Причём в ходе работ была проведена не только замена пяти действующих насосов, но и смонтирована современная автоматизированная система управления. Благодаря реконструкции производительность ПНС №11 выросла с 4000 тонн в час до 6250 тонн в час. Сделано это для того, чтобы можно было подключать новые здания в части Железнодорожного и Октябрьском районах города и доводить тепло нужного качества до каждого дома.
  • В 2012 году построена новая станция на острове Посадном, чтобы «протолкнуть» тепло от Красноярской ТЭЦ-2 к левому берегу.

  • В 2014 после строительства энергоблока на ТЭЦ-3 потребовалось добавить давление для передачи новой энергии Советскому району Красноярска, который находился на грани теплового дефицита. Для этого была введена новая насосная станция с техническим названием, так и закрепившимся навсегда, «1-1». 

  • В 2017 году одновременно с тем, как прокладывали реверсивную тепломагистраль в теле Октябрьского моста, чтобы передать тепло от Красноярской ТЭЦ-1 развивающемуся Советскому району, на острове Татышева возведена еще одна насосная станция.

Самая мощная насосная станция в Красноярске — ПНС №10 на острове Посадном. Она помогает перегонять воду от ТЭЦ-2, которая находится правом берегу Енисея, к жителям левого берега. Зимой станция может перекачивать до 12,5 тысячи тонн воды за час.

Так выглядит насосная станция внутри
Скачать

Главное, что отличает новые насосные от тех, что работают давно, — полная или частичная автоматизация. Например, на острове Татышева на станции нет ни одного человека, обслуживание ведется дистанционно из диспетчерского пункта теплотранспортного подразделения СГК, который находится за десятки километров. А на острове Посадном восемь насосов обслуживает один человек.

На новых объектах установлено и энергоэффективное оборудование. В частности, на том же Посадном использованы современные технологии, позволяющие уменьшить тепловые потери при передаче теплоносителя, — это мягкая система регулирования производительности сетевых насосов, которая позволяет исключить резкие скачки тока при пуске двигателя и существенно снизить затраты на электроэнергию. Современная автоматическая система управления также способна непрерывно обеспечивать оптимальный гидравлический режим тепловых сетей и качество теплоснабжения потребителей. Например, утром и вечером мы расходуем воды больше, чем днём. Чтобы мы с вами не испытывали дефицит воды, её восполняют из резервуаров, которые есть на ТЭЦ и рядом с насосными станциями, а автоматическая система сама выстраивает нужное давление.

Пики использования горячей и холодной воды — утро и вечер, когда горожане собираются на работу и приходят с неё. В это время давление на насосных станциях повышается, чтобы воды хватило всем. Но есть и так называемое время тишины — это 31 декабря, последний час до нового года, тогда наступает настоящее затишье. А в последние 5 минут до нового года потребления воды вообще почти нет.

Повысительная насосная станция на острове Посадном
Скачать

Важно отметить, на каждой насосной станции имеются резервные агрегаты. Например, в ПНС на острове Татышева из четырёх установленных агрегатов один находится в резерве.

Можно ли обойтись без станций

Есть города, где насосных станций нет вообще. Так, ни одной ПНС не задействовано в системе теплоснабжения алтайского города Рубцовска. Там дополнительное давление в сетях создавать и не нужно, потому что населённый пункт находится на равнине. В Красноярске ситуация иная.

Система теплоснабжения Красноярска имеет свои особенности, которые требуют установки большого количества мощных насосных и тепловых пунктов:

  • большая протяжённость трубопроводов. Максимальное расстояние от теплоисточника до конечного потребителя превышает 20 километров;
  • две из трех ТЭЦ расположены на правом берегу, а развивается в основном левобережье. Таким образом, кроме транспорта тепла, необходимо решать задачи его передачи через реку;
  • разница геодезических отметок — больше 150 метров.

Железное правило, действующее в Красноярске: планируем строительство теплосети — сразу думаем про насосную станцию. Все подобные объекты, которые были введены с 2012 года, — часть инвестиционных планов энергетиков по развитию краевого центра, составлявшихся на два десятилетия вперед. Результат реализации — это надежное теплоснабжение новостроек и возможности для замещения неэффективных котельных, чьи потребители переходили на теплоснабжение от ТЭЦ.


Монтаж повысительных насосных станции в Москве

Повысительная насосная станция представляет собой смонтированную, верифицированную и готовую к активации установку, состоющую из 2-6 параллельно размещенных центробежных насосов. Собирается (ПНС) на общей раме-фундаменте, с общей трубной обвязкой, а также такими компонентами, как:

  • шкаф-контроллер,
  • датчики давления,
  • переключатель давления,
  • общая кабельная разводка.

Фундаментальная рама регулируется по высоте за счет специальных виброопор, которые гарантируют отличную звуко-виброизоляцию.

При производстве трубной обвязки используется обычная или оцинкованная сталь. Ее можно сочетать с любыми трубами в оснащении зданий различного типа. Диаметр труб агрегата для повышения давления непосредственно зависит от предполагаемой производительности устройства. Для повышения уровня звуко-виброизоляции всасывающий и напорный коллекторы обязательно комплектуются также компенсирующими вибровставками. Каждый насос на входе и выходе оборудован запорной арматурой и возвратными клапанами непосредственно на напорной стороне. Это делается для обеспечения дополнительного удобства использования, ремонта и обслуживания устройства. Шкаф-контроллер ПНС управляет всей насосной установкой в автоматическом режиме по внесенному в память оборудования сложному алгоритму.

Насосная станция полностью автоматизирована и поддерживает установленные параметры в соответствии со всеми изменениями характеристик водозабора со стороны потребителей. Оборудование обеспечивает наиболее оптимальный КПД благодаря автоматике активации и дезактивации насосов либо при помощи калибровки частоты их вращения. Повысительные насосные станции поставляются как в собранном, так и разобранном виде в зависимости от желания заказчика. Кроме этого, мы можем произвести ПНС с определенными техническими характеристиками, а также поместить ее в готовый модуль (контейнер).

Устройство насосной станции:

Мембранный бак является своеобразным сосудом, который делится мембраной ровно на две части. Одна часть наполнена воздухом под большим давлением, а вторая часть заливается водой. Реле отвечает непосредственно за сжатие воздуха в самом мембранном баке. Как только нужное вам количество воды наберется, насос автоматически отключится. После отключения можно брать воду прямо из мембранного бака.

Существуют также устройства, которые рассчитаны на небольшой расход воды. Насос в этом случае может работать постоянно.

Насосная станция: достоинства и основные эксплуатационные моменты

Насосная станция для дачи обладает целым рядом преимуществ.

  • Подобный агрегат является самым долговечным среди себе подобных.
  • Мембранный бак позволит вам не испытывать потребности в воде даже при отключении электроэнергии.
  • И, естественно, положительным моментом является тот факт, что насосы, предназначенные для водоснабжения, отличаются особой мобильностью и компактностью.

Средняя масса такого насоса составляет примерно 30 килограмм. Получается, что при желании с танспортировкой оборудования легко может справиться один человек.

Когда будете монтировать насосную станцию, помните, что шланг, который опускается в источник воды, обязательно должен быть оснащен специальным обратным клапаном. Клапан не позволит воде уйти из системы обратно, если насосная станция будет отключена.

Насосная станция может размещаться и в доме, и вне его. Устанавливая насосную станцию летом, Вы почти точно не столкнетесь с какими-нибудь проблемами. Все, что нужно – это:

  • подсоединится прямо к электросети;
  • опустить прилагаемый шланг в воду;
  • подсоединить напорный патрубок к вашей водопроводной сети.

Сделав это, Вы точно обеспечите себя водой на лето.

Однако, если вы планируете, что ваша насосная станция будет работать круглогодично, тогда Вам все-таки придется подготовиться основательнее. Установите насосную станцию в отапливаемом помещении, трубу хорошенько утеплите, ну либо глубже проложите, чтобы не промерзла. Ну и желательно утеплите сам источник воды, в вашем случае колодец.

Для того, чтобы все выше изложенное было справедливо, Вы обязаны учитывать одну вещь. А конкретно уровень залегания воды. Если у вас на даче или загородном доме уровень воды будет ниже 8 м. или ее качество плохое, тогда от покупки такой насосной станции вам следует отказаться. В этом случае применяется погружной колодезный либо скважинный насос.

Схема работы

Оформите заявку:
  • через сайт
  • e-mail
  • телефон
  • посетите наш офис
  • выезд специалиста
  • составление сметы
  • подписание договора
  • проведение работ
  • сдача объекта

Перезвоните мне

Вызвать специалиста

Заказать расчет стоимости

Наша компания предлагает своим клиентам профессиональный монтаж КНС. Менеджеры всегда готовы ответить на ваши вопросы по телефону +7 (495) 761-89-25 или электронной почте Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Система управления повысительной насосной станцией

Объект автоматизации: ПНС-2, ТГК-14 (г. Чита). В Чите, как и во многих других городах, все большее внедрение получают системы погодозависимого регулирования теплоснабжения зданий. Установка систем автоматики позволяет сэкономить значительную часть тепловой энергии, затрачиваемой на отопление и подогрев ГВС. Обратной стороной этого процесса является динамический режим тепловой сети. Расход теплоносителя, потребляемого каждым отдельным зданием, в таком режиме отныне не является величиной постоянной, а может изменяться в зависимости от температуры наружного воздуха, нахождения людей внутри и разбора горячей воды.

Устойчивая работа автоматики зданий невозможна без стабильности давления в магистральных трубопроводах вне зависимости от расхода воды. И чем больше таких потребителей подключено к магистрали, тем ответственнее задача по регулированию давления в ней. Именно такая задача стояла при реализации проекта реконструкции повысительной насосной станции №2 в г. Чите.

Магистраль теплоснабжения состоит из двух трубопроводов – подающего и обратного. Таким образом, мы имеем два значения давления теплоносителя в них. Регулятор, управляющий насосной станцией, должен поддерживать устойчивый режим работы сети при разных значениях расхода.

Архитектура системы

Система автоматизации ПНС-2 состоит из трех шкафов управления, автоматизированного рабочего места оператора и удаленного компьютера диспетчера. В качестве управляемых устройств используются:

  • частотные регуляторы сетевых насосов (6 кВ) – 4 шт.
  • электроприводы регулирующих клапанов – 2 шт.
  • насосы системы охлаждения подшипников – 4 шт.
  • электроприводы запорной арматуры – 20 шт.

Для измерения параметров технологического процесса установлено:

  • датчики избыточного давления – 39 шт.
  • датчики температуры подшипников – 16 шт.
  • ультразвуковые расходомеры – 2 шт.

Основу системы управления образуют приборы ОВЕН:

  • программируемый контроллер ПЛК110;
  • модули аналогового ввода МВ110-8А, МВ110-8АС;
  • модули дискретного ввода/вывода МВ110-16ДФ, МВ110-8Д4Р, МК110-4К4Р;
  • панель управления СП307;
  • источники питания БП15;
  • автоматический преобразователь АС3 RS-232/RS-485.

Управление системой осуществляется контроллером ПЛК110. Устройство имеет два интерфейса RS-485, два интерфейса RS-232 и один Ethernet. Для обеспечения надежности приборы с цифровым каналом опроса разделены на три подсети. В одной находятся частотные регуляторы, во второй – запорная арматура насосных агрегатов и регулирующие клапаны, в третьей – запорная арматура коллекторов и вспомогательные механизмы. Местное управление процессом регулирования осуществляется при помощи сенсорной панели оператора СП307. Средствами разработки проекта СП307 достигнута максимальная схожесть окон управления на панели и окон управления в программе MasterSCADA.

Для увеличения надежности системы в опорных точках измерения установлено по три датчика давления. При регулировании за измеренное значение принимается арифметическое усреднение трех показаний. При различающихся показаниях генерируется аварийное сообщение. Максимально допустимое отклонение от среднего настраивается при эксплуатации.

Алгоритм регулирования

Так как в магистрали два трубопровода, реализована схема с двумя регуляторами давления в контроллере ПЛК 110. Один из них управляя частотой вращения сетевых насосов поддерживает давление в подающем трубопроводе магистрали. Второй – открытием и закрытием регулирующих клапанов регулирует давление в обратном трубопроводе. Стоит отметить, что применяемые сетевые насосы имеют разную производительность. Для выравнивания гидравлических характеристик давление после каждого насоса регулируется отдельно от остальных с поправкой на гидравлические потери в местных сопротивлениях ПНС.

Также реализовано управление системой охлаждения подшипников. Система, опираясь на показания кондуктометрических датчиков, поддерживает уровень воды в баках градирни. При достижении нижнего уровня в напорном баке запускается насос для перекачки и охлаждающий вентилятор.

SCADA-система

Разработанная инженерами оригинальная SCADA-система позволяет оператору оперативно отслеживать параметры теплоносителя на входе и выходе из ПНС. Для простоты и наглядности системы конфигурация трубопроводов на мнемосхеме повторяет расположение труб в ПНС.

SCADA-система считывает показания с теплосчетчика, установленного на выходе из ПНС и отображает на экране значения измеренного расхода, температуры теплоносителя и мощности потребляемой по магистрали. Также SCADA-система установлена на АРМ диспетчера для возможности управления системой при внештатных и аварийных режимах.

Энергоэффективность и технологичность

Суммарная мощность установленных насосных агрегатов ПНС превышает 1 МВт. Экономия от такой большой величины служит существенным стимулом для продолжения внедрений автоматики в регулировании режимов сети.

Ранее регулирование режима работы осуществлялось путем дросселирования давления на запорной арматуре насосов, что приводило к износу арматуры. Данный способ не позволял снизить потребляемую мощность насосного агрегата ниже 60% от номинальной при условии снижении расхода через ПНС. Ранняя весна – время активной работы погодозависимых регуляторов отопления зданий, в это время частотный регулятор снижает обороты электродвигателей насосов на 30 %. Фактическая потребляемая мощность (включая потери в частотном регуляторе) в таком режиме составляет 30 – 50 % от номинальной. Но в данном случае экономичность системы не является главным достижением. Колебания давления в коллекторах трубопроводов ПНС при работе в автоматическом режиме составляет 0,07 кгс/см2, что обеспечивает стабильный режим работы отопления десятков зданий, подключенных к данной магистрали.

Оптимизация программы работы насосных станций. Пути повышения энергоэффективности насосных систем. Возможности программных решений

Выполнение данной задачи основано на проведении натурных испытаний насосных агрегатов, которые проводятся на основании разработанной методики диагностики насосных станций, представленной на рис. четырнадцать.
Для оптимизации работы насосных агрегатов необходимо определение их КПД и удельного энергопотребления путем проведения натурных испытаний насосных агрегатов, что позволит оценить экономическую эффективность насосной станции.
После определения КПД насосных агрегатов определяется КПД насосной станции, откуда легко перейти к выбору наиболее экономичных режимов работы насосных агрегатов с учетом раз-
точности питание станции, типоразмеры устанавливаемых насосов и допустимое количество их включений и выключений.
В идеале полученные данные можно использовать для определения эффективности насосной станции.
непосредственные замеры при натурных испытаниях насосных агрегатов, для чего необходимо будет выполнить натурные испытания в 10-20 точках подачи в рабочем диапазоне насоса при различных значениях открытия клапана (от 0 до 100 %).
При проведении натурных испытаний насосов следует измерять частоту вращения рабочего колеса, особенно при наличии частотных регуляторов, так как текущая частота прямо пропорциональна числу оборотов двигателя.
По результатам испытаний построены фактические характеристики именно для этих насосов.
После определения КПД отдельных насосных агрегатов рассчитывается КПД насосной станции в целом, а также наиболее экономичные сочетания насосных агрегатов или режимов их работы.
Для оценки характеристик сети можно использовать данные автоматизированного учета расходов и напоров на магистральных водопроводах на выходе из станции.
Пример заполнения бланков на проведение полигонных испытаний насосного агрегата представлен в Приложении. 4, графики фактической производительности насоса — в приложении. пять.
Геометрический смысл оптимизации работы насосной станции заключается в подборе рабочих насосов, наиболее полно отвечающих потребностям распределительной сети (расходу, напору) на рассматриваемых интервалах времени (рис.15).
В результате данной работы обеспечивается снижение потребления электроэнергии на 5-15% в зависимости от размера станции, количества и типоразмеров установленных насосов, а также характера водопотребления.

Источник: Захаревич М.Б.. Повышение надежности систем водоснабжения путем внедрения безопасных форм организации их эксплуатации и строительства: учеб. разрешение. 2011 (оригинал)

Еще по теме Повышение эффективности насосных станций:

  1. Захаревич М.Б./ М.Б. Захаревич, А.Н. Ким, А.Ю. Мартьянова; СПбЭАСУ – СПб., 2011. – 6 Повышение надежности систем водоснабжения за счет внедрения безопасных форм организации их эксплуатации и строительства: учеб. руководство, 2011


Пояснительная записка

Настоящая рабочая программа разработана в соответствии с ГОСО РК по специальности 2006002 «Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов и газонефтехранилищ» с составлением рабочего учебного плана.

Программа предмета «Насосно-компрессорные станции магистральных газонефтепроводов» предусматривает изучение методов эксплуатации, ремонта и обслуживания установок, различных типов насосно-компрессорных станций. Особое внимание уделяется компрессорным цехам с газотурбинными, газопоршневыми и электрическими устройствами для изучения методов эксплуатации и ремонта технического оборудования. При изучении предмета необходимо использовать достижения и разработки как отечественной, так и зарубежной практики.Сведения различных серий по технологии перекачки нефти и газа, а также газового конденсата и нефтепродуктов при выполнении расчетов необходимо соблюдать ГОСТ и ЕСКД.

При выполнении данной рабочей программы необходимо использовать дидактические и наглядные пособия, схемы, занятия на компрессорных и насосных станциях.

В данной рабочей программе предусмотрены практические занятия, способствующие успешному усвоению учебного материала, приобретению навыков решения практических задач, связанных с эксплуатацией компрессорных и насосных станций, необходимо проведение экскурсий на действующие станции.


Тематический план

Наименования разделов и тем

Количество учебных часов

Всего часов

в том числе

теоретический

практичный

Агрегаты насосные, используемые на нефтеперекачивающих станциях магистральных трубопроводов

Эксплуатация нефтеперекачивающих станций

Общий план НПС

Резервуарные парки нефтеперекачивающих станций

Основные сведения о магистральном газопроводе

Классификация компрессорных станций Целевая структура сооружений и генеральные планы компрессорных станций

Арматура трубопроводная, используемая на насосно-компрессорных станциях

Водоснабжение станций

Очистные сооружения

Теплоснабжение станций

Вентиляционные станции

Электроснабжение станций

Тема 1. Агрегаты насосные, используемые на нефтеперекачивающих станциях магистральных трубопроводов

Технологические схемы и основное оборудование компрессорных и насосных станций, а также вспомогательное оборудование насосных агрегатов. Основные агрегаты и блоки на компрессорной станции и насосных станциях.

Характеристики насоса, работа насоса от сети. Подбор насоса по заданным параметрам. Параллельное и последовательное подключение насосов. Способы регулирования режима работы насосов.Неустойчивая работа насоса: пульсация и кавитация.

Тема 2. Эксплуатация нефтеперекачивающих станций

Сжатие газа на компрессорной станции, контроль основных параметров на компрессорной станции. Разделение КС по технологическому принципу. Операции, проводимые на компрессорной станции. Основные группы КС. Основные задачи персонала, выполняющего эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт оборудования, систем и сооружения компрессорной станции.Классификация нефтеперекачивающих станций и характеристика основных объектов. Общий план НПС.

Тема 3 . Генеральный план НПС

Насосный агрегат. Вспомогательные системы. Основное и вспомогательное оборудование компрессорных станций.

Тема 4. Резервуарные парки нефтеперекачивающих станций

Поршневые насосы. Центробежные насосы. Вихревые насосы. Бустерные насосы. Их основные характеристики. Иннингс. Агрессия. Власть. Эффективность.Каавитный заповедник.

Тема 5. Основные сведения о магистральном газопроводе

Турбоблок. Камера сгорания. Запустите турбодетонатор. Турбо расширитель. Лалопатирующие устройства. Элементы маслосистемы. Системы регулирования. Основные модификации газоперекачивающих агрегатов. Воздуходувки производства ОАО «Невский завод» (Санкт-Петербург), ОАО «Казанский компрессорный завод» (Казань), ОАО «СМНПО им. М.В. Фрунце» (Сумы).

Тема 6 Классификация компрессорных станций Целевой состав сооружений и генеральные планы компрессорных станций

Характеристики работы PGPA.Особенности ПГПА. Сфера их применения. Назначение поршневого ГПА.

Тема 7. Арматура трубопроводная, применяемая на насосно-компрессорных станциях

Комбинация компрессорных цехов. Блочные структуры PGPA. Основные функции блоков. Состав газоперекачивающей установки ГПА.

Тема 8. Водоснабжение станций.

Устройство. Турбины высокого давления и сопловые аппараты, устройство турбин низкого давления и корпусов ГТУ.

Тема 9.Очистные сооружения

Выполнение газотурбинных установок. Требования к кожуху газотурбинных установок. Эксплуатационные характеристики.

Тема 10 Теплоснабжение станций

Типы вспомогательных систем. Функции этих систем.

Агрегатная функция

Функция станции

Вспомогательные системы газоперекачивающих агрегатов.

Тема 11. Вентиляция станций

Основная информация по системам водоснабжения.Источники водоснабжения и водозаборные сооружения. Виды дренажных сетей. Оборудование для дренажных сетей.

Тема 12. Система электроснабжения

Общемастерские и модульные системы маслоснабжения. Аварийный слив масла. Работа системы смазки. Система охлаждения масла на основе воздушных охладителей.

Список использованной литературы

1. Суринович В.К. Оператор технологического компрессора 1986

2. Резвин Б.С. Газотурбинные и газоперекачивающие агрегаты 1986г.

3. Бронштейн Л.С. Ремонт ГТУ 1987г.

4. Громов В.В. Оператор магистральных газопроводов.

5. Нефтепромысловое оборудование Бухаренко Е.И. Недра, 1990

6. Нефтепромысловые машины и механизмы. А. Г. Молчанов. Недра, 1993

2014-03-15

Внедрение современных SCADA-систем в водном хозяйстве предоставляет предприятиям беспрецедентную возможность контролировать и управлять всеми аспектами получения, подачи и распределения воды из централизованной системы управления.Современные коммунальные предприятия за рубежом признают, что SCADA-система не должна состоять из одного или нескольких изолированных «островков автоматизации», а может и должна представлять собой единую систему, работающую в территориально-распределенной сети и интегрированную в информационно-вычислительную систему их предприятия. Следующим логическим шагом после внедрения системы SCADA является более эффективное использование этих инвестиций с помощью современного программного обеспечения, которое обеспечивает прогнозирующее управление (в отличие от управления с обратной связью) системой водоснабжения.Выгоды, полученные в результате этих действий, могут включать улучшение качества воды за счет уменьшения ее возраста, минимизацию затрат на энергию и повышение производительности системы без ущерба для эксплуатационной надежности.


Введение

С середины 1970-х годов автоматизация вторглась в процессы подготовки, подачи и распределения питьевой воды, традиционно управляемые ручным способом. До этого времени в большинстве конструкций использовались простые консоли с сигнальными лампами, циферблатные индикаторы и дисплеи на консоли, такие как самописцы с круговой диаграммой, в качестве устройств, дополняющих систему ручного управления.Позже появились умные приборы и анализаторы, такие как нефелометры, счетчики частиц и рН-метры. Их можно использовать для управления насосами-дозаторами химикатов, чтобы обеспечить соответствие применимым стандартам водоснабжения. В конце концов, полностью автоматическое управление с помощью ПЛК или распределенных систем управления появилось за границей в начале 1980-х годов. Наряду с совершенствованием технологий совершенствовались и процессы управления. Примером этого является использование расходомеров в качестве вторичного контура управления после внутреннего контура для дозирования коагулянта.Основная проблема заключалась в том, что в промышленности продолжала существовать теория применения индивидуальных средств измерений. Системы управления по-прежнему разрабатывались так, как если бы один или несколько физических счетчиков были соединены вместе для управления одной выходной переменной. Основным преимуществом ПЛК была возможность объединять большое количество цифровых и аналоговых данных, а также создавать более сложные алгоритмы, чем те, которые можно получить при объединении отдельных измерительных приборов.

Как следствие, стало возможным упражнять и пытаться добиться такого же уровня контроля в системе водораспределения.Ранние разработки телеметрического оборудования сталкивались с проблемами, связанными с низкой скоростью передачи данных, высокой задержкой и ненадежной радиосвязью или выделенными линиями. На сегодняшний день эти проблемы еще полностью не решены, однако в большинстве случаев они преодолеваются за счет использования высоконадежных сетей с коммутацией пакетов данных или ADSL-соединений с глобальной телефонной сетью.

Все это дорого обходится, но инвестиции в SCADA-систему являются обязательными для предприятий водоснабжения. В странах Америки, Европы и промышленно развитой Азии мало кто пытается управлять предприятием без такой системы.Привести обоснование окупаемости значительных затрат, связанных с установкой SCADA-системы и системы телеметрии, может быть затруднительно, однако в действительности альтернативы этому направлению нет.

Сокращение рабочей силы за счет использования централизованного пула опытных сотрудников для управления широко распределенной системой и возможности контроля и управления качеством — два наиболее распространенных оправдания.

Подобно установке ПЛК на сооружениях, что обеспечивает основу для включения передовых алгоритмов, внедрение широко распространенной системы телеметрии и системы SCADA позволяет осуществлять более сложный контроль над водораспределением.Фактически, общесистемные алгоритмы оптимизации теперь могут быть интегрированы в систему управления. Полевые удаленные телеметрические устройства (RTU), системы телеметрии и управления объектами могут быть синхронизированы, чтобы значительно снизить затраты на электроэнергию и получить другие преимущества для предприятий водоснабжения. Значительный прогресс был достигнут в области качества воды, системной безопасности и энергоэффективности. Например, в настоящее время в Соединенных Штатах проводятся исследования по изучению реагирования в реальном времени на террористические атаки с использованием разведывательных данных и инструментов в системе распределения.

Распределенное или централизованное управление

Приборы, такие как расходомеры и анализаторы, могут быть довольно сложными сами по себе и способны выполнять сложные алгоритмы с использованием множества переменных и различных выходных данных. Они, в свою очередь, передаются на ПЛК или интеллектуальные RTU, способные осуществлять очень сложное диспетчерское телеуправление. ПЛК и RTU подключаются к централизованной системе управления, которая обычно находится в головном офисе водоканала или на одном из крупных объектов.Эти централизованные системы управления могут состоять из мощного ПЛК и системы SCADA, которые также могут выполнять очень сложные алгоритмы.

В данном случае возникает вопрос, где установить интеллектуальную систему или целесообразно ли дублировать интеллектуальную систему на нескольких уровнях. Имеются преимущества локального управления на уровне удаленного терминала, что делает систему относительно невосприимчивой к потере связи с сервером централизованного управления. Недостатком является то, что на RTU отправляется только локализованная информация.Примером может служить насосная станция, оператор которой не знает ни уровня воды в баке, в который перекачивается вода, ни уровня бака, из которого перекачивается вода.

Отдельные общесистемные алгоритмы на уровне RTU могут иметь нежелательные последствия для работы установки, например, требуя слишком большого количества воды в неподходящее время. Желательно использовать общий алгоритм. Поэтому лучше всего иметь локальное управление, чтобы обеспечить хотя бы базовую защиту в случае потери связи и сохранить возможность управления централизованной системой для принятия общих решений.Эта идея использования каскадных уровней контроля и защиты является наиболее оптимальной из двух доступных вариантов. Элементы управления RTU могут находиться в состоянии покоя и включаться только при возникновении необычных условий или при потере связи. Дополнительным преимуществом является то, что относительно непрограммируемые RTU могут использоваться в полевых условиях, поскольку они требуются только для выполнения относительно простых рабочих алгоритмов. Многие коммунальные службы в США установили RTU в 1980-х годах, когда относительно дешевые «непрограммируемые» RTU были нормой.

Эта концепция сейчас также используется, однако до недавнего времени мало что было сделано для достижения общесистемной оптимизации. Schneider Electric внедряет системы управления на основе программного обеспечения, которое представляет собой программу управления в режиме реального времени и интегрировано в систему SCADA для автоматизации системы распределения воды (см. Рисунок № 1).

Программное обеспечение считывает оперативные данные из системы SCADA о текущих уровнях резервуаров, расходах воды и наличии оборудования, а затем создает графики расхода загрязненной и очищенной воды для сооружений, всех насосов и автоматических клапанов в системе за плановый период.Программное обеспечение способно выполнять эти действия менее чем за две минуты. Каждые полчаса программа перезапускается для адаптации к изменяющимся условиям, в основном при изменении нагрузки на стороне потребления и сбоях в работе оборудования. Элементы управления автоматически активируются программным обеспечением, что позволяет полностью автоматически управлять даже самыми мощными системами распределения воды без обслуживающего персонала. Основной задачей является снижение стоимости распределения воды, в основном стоимости энергоресурсов.

Проблема оптимизации

Анализируя мировой опыт, можно сделать вывод, что многочисленные исследования и усилия были направлены на решение проблемы, связанной с планированием производства, насосами и арматурой в системах водораспределения. Большая часть этих усилий была чисто научной, хотя было несколько серьезных попыток создать решение на рынке. В 1990-х годах группа американских коммунальных служб объединилась для продвижения идеи Системы мониторинга качества энергии и воды (EWQMS) под эгидой Исследовательского фонда Американской ассоциации водопроводных сооружений (AWWA).В результате этого проекта было проведено несколько испытаний. Совет по исследованию водных ресурсов (WRC) в Великобритании применил аналогичный подход в 1980-х годах. Однако и США, и Великобританию сдерживало отсутствие инфраструктуры систем управления, а также отсутствие коммерческих стимулов в этой отрасли, поэтому, к сожалению, ни одна из этих стран не добилась успеха, и впоследствии все эти попытки были оставлены.

Существует несколько пакетов программного обеспечения для моделирования гидравлических систем, в которых используются эволюционные генетические алгоритмы, позволяющие компетентному инженеру принимать обоснованные проектные решения, но ни один из них не может считаться целевой автоматической системой управления в реальном времени для какой-либо системы распределения воды.

Более 60 000 систем водоснабжения и 15 000 систем сбора и отвода сточных вод в США являются крупнейшими потребителями электроэнергии в стране, потребляя около 75 млрд кВтч/год в общенациональном масштабе — около 3% годового потребления электроэнергии в США.

Большинство подходов к решению задачи оптимизации энергопотребления указывают на то, что значительная экономия может быть достигнута за счет принятия соответствующих решений в области планирования режимов работы насосов, особенно при использовании многокритериальных эволюционных алгоритмов (МЭА).Как правило, это прогнозируемая экономия затрат на электроэнергию в пределах 10 — 15%, а иногда и больше.

Одной из проблем всегда была интеграция этих систем в реальное оборудование. Решения на основе MOEA всегда страдали относительно медленным временем отклика решения, особенно в системах, в которых использовалось больше насосов, чем в стандартных системах. Производительность решения увеличивается экспоненциально, когда количество насосов достигает диапазона от 50 до 100. Это позволяет классифицировать проблемы в функционировании алгоритмов МОЭА как проблемы, связанные с проектированием, а сами алгоритмы — как обучающиеся системы, а не автоматическое управление в реальном времени. системы.

Любое предлагаемое общее решение проблемы распределения воды с наименьшими затратами требует нескольких основных компонентов. Во-первых, решение должно быть достаточно гибким, чтобы справляться с изменяющимися обстоятельствами в реальных условиях эксплуатации, и должно иметь возможность подключения к централизованной системе управления. Во-вторых, он не должен мешать работе основных устройств защиты, интегрированных в существующую систему управления. В-третьих, он должен достичь своей цели по снижению затрат на энергию без негативного влияния на качество воды или надежность водоснабжения.

В настоящее время, и это показывает мировой опыт, соответствующая задача решена путем применения новых, более совершенных (по сравнению с МОЭА) алгоритмов. Наличие четырех крупных площадок в Соединенных Штатах свидетельствует о возможной скорости отклика решений при достижении цели по снижению затрат на распространение.

EBMUD составляет 24-часовой график получасовых блоков менее чем за 53 секунды, Washington Suburban в Мэриленде — за 118 секунд или меньше, Eastern Municipal California — за 47 секунд или меньше, а WaterOne в Канзас-Сити — менее чем за 2 минуты. .Это на порядок быстрее по сравнению с системами, основанными на алгоритмах MOEA.

Определение задач

Затраты на энергию являются основными затратами в системах очистки и распределения воды и обычно уступают только затратам на оплату труда. Из общих затрат на электроэнергию на насосное оборудование приходится до 95% всей электроэнергии, покупаемой коммунальным предприятием, а остальная часть приходится на освещение, вентиляцию и кондиционирование воздуха.

Понятно, что снижение затрат на энергию является основным стимулом для этих предприятий, но не за счет увеличения операционных рисков или снижения качества воды.Любая система оптимизации должна быть способна учитывать изменяющиеся ограничивающие условия, такие как эксплуатационные пределы резервуара и технологические требования к конструкциям. В любой реальной системе всегда имеется значительное количество ограничений. К таким ограничениям относятся: минимальное время работы насоса, минимальное время остывания насоса, минимальный расход и максимальное давление на выходе клапанных узлов, минимальная и максимальная пропускная способность сооружений, правила создания давления в насосных станциях, определение времени работы насоса для предотвращения значительных колебаний или воды. молоток….

Правила качества воды установить и количественно определить сложнее, так как взаимосвязь между требованиями к минимальному рабочему уровню воды в водохранилище может противоречить необходимости регулярной циркуляции воды в водохранилище для уменьшения возраста воды. Разложение хлора тесно связано с возрастом воды, а также сильно зависит от температуры окружающей среды, что затрудняет установление строгих правил для обеспечения необходимого уровня остаточного хлора во всех точках распределительной системы.

Интересным шагом в каждом проекте внедрения является способность программного обеспечения определять «стоимость ограничения» как результат работы программы оптимизации. Это позволяет нам оспорить некоторые представления клиентов с помощью надежных данных и посредством этого процесса снять некоторые ограничения. Это обычная проблема для крупных коммунальных предприятий, где оператор со временем может столкнуться с серьезными ограничениями.

Например, на крупной насосной станции может быть ограничение, связанное с возможностью одновременного использования не более трех насосов по обоснованным причинам, заложенным при строительстве станции.

В нашем программном обеспечении мы используем схему моделирования гидравлической системы, чтобы определить максимальный расход на выходе из насосной станции в течение дня, чтобы соответствовать любым ограничениям давления.

Определившись с физической структурой системы водораспределения, указав зоны повышенного давления, выбрав оборудование, которое будет автоматически управляться нашим программным обеспечением, и получив согласованный набор ограничений, можно приступать к реализации проекта внедрения. Изготовление по индивидуальному заказу (при условии предварительной готовности) и конфигурация обычно занимают от пяти до шести месяцев, за которыми следуют обширные испытания в течение трех или более месяцев.

Возможности программных решений

Хотя решение очень сложной задачи планирования представляет интерес для многих, на самом деле это лишь один из многих шагов, необходимых для создания удобного, надежного и полностью автоматического инструмента оптимизации. Типичные шаги перечислены ниже:

  • Выбор долгосрочных настроек.
  • Чтение данных из системы SCADA, обнаружение и устранение ошибок.
  • Определение целевых объемов, которые должны быть в водохранилищах для обеспечения надежности подачи и водооборота.
  • Чтение любых изменяющихся сторонних данных, таких как цены на электроэнергию в режиме реального времени.
  • Расчет графиков для всех насосов и клапанов.
  • Подготовьте данные для системы SCADA, чтобы запустить насосы или открыть клапаны по мере необходимости.
  • Обновление данных анализа, таких как прогнозируемый спрос, затраты, оценки очистки воды.

Большинство шагов в этом процессе займет всего несколько секунд, а решатель займет больше всего времени, но, как отмечалось выше, он все равно будет достаточно быстрым для интерактивного запуска.

Операторы системы распределения могут просматривать прогнозы и выходные данные в простом клиенте, таком как Windows. На скриншоте ниже (рис. №1) на верхнем графике показана потребность, средний график показывает уровень воды в водохранилище, а нижний ряд точек — график работы насоса. Желтые полосы показывают текущее время; все, что до желтого столбца, — это архивные данные; все, что после него, является прогнозом на будущее. Из формы экрана видно прогнозируемое повышение уровня воды в водохранилище в условиях работы насосов (зеленые точки).

Наше программное обеспечение предназначено для поиска возможностей снижения эксплуатационных расходов, а также затрат на электроэнергию; однако преобладающее влияние оказывают затраты на электроэнергию. С точки зрения снижения затрат на электроэнергию он выглядит в трех основных направлениях:

  • Перевод использования энергии на периоды с более дешевым тарифом, использование водохранилища для подачи воды потребителям.
  • Сократите расходы в пиковые периоды, ограничив максимальное количество насосов в эти периоды.
  • Снижение расхода электроэнергии, необходимой для подачи воды в систему водоснабжения, за счет использования насоса или группы насосов в режиме, близком к их оптимальной производительности.

Результаты EBMUD в Калифорнии

Аналогичная система была запущена в EBMUD в июле 2005 года. В первый год работы программа позволила добиться экономии энергии на 12,5% (370 000 долларов США по сравнению с предыдущим годом, когда было потреблено 2,7 миллиона долларов США), что подтверждено независимыми экспертами. На второй год работы он показал еще лучшие результаты, сэкономив около 13,1%. В основном это было достигнуто за счет перевода электрической нагрузки на трехдиапазонный тарифный режим.До использования программного обеспечения EBMUD уже предприняла значительные усилия по снижению затрат на электроэнергию за счет ручного вмешательства оператора и сократила свои затраты на электроэнергию на 500 000 долларов США. Был построен достаточно большой напорный бассейн, что позволило компании отключить все насосы на 6-часовой период с максимальным расходом около 32 центов/кВтч. Программное обеспечение планировало, что насосы перейдут с двух коротких периодов графика фиксированной нагрузки по обе стороны пикового периода со скоростью 12 центов / кВтч на десятичасовую непиковую ночную ставку 9 центов / кВтч.Даже при небольшой разнице в стоимости электроэнергии выгода была существенной.

На каждой насосной станции установлено несколько насосов, а в некоторых случаях на одной станции используются насосы разной производительности. Это предоставляет программе оптимизации множество возможностей для создания различных потоков в системе распределения воды. Программное обеспечение решает нелинейные уравнения, связанные с гидравлическими характеристиками, чтобы определить, какая комбинация насосов обеспечит требуемый ежедневный баланс массы с максимальной эффективностью и минимальным расходом.Несмотря на то, что EBMUD усердно работал над улучшением производительности насоса, программное обеспечение успешно уменьшило общее количество кВтч, необходимое для создания потока. На некоторых насосных станциях производительность увеличена более чем на 27% исключительно за счет правильного выбора насоса или насосов в нужное время.

Улучшение качества труднее поддается количественной оценке. EBMUD использовала три рабочих правила для улучшения качества воды, которые пытались внедрить вручную. Первое правило заключалось в том, чтобы выровнять скорость потока на очистных сооружениях до двух смен скорости в день.Более плавные производственные потоки позволяют оптимизировать дозирование химикатов, обеспечивать постоянный поток с низкой мутностью и стабильные уровни хлора с более чистым резервуаром установки. Программное обеспечение теперь последовательно определяет две скорости потока на очистных сооружениях с помощью надежного прогнозирования спроса и распределяет эти скорости в течение дня. Второе требование заключалось в увеличении глубины цикличных водоемов для снижения среднего возраста воды. Поскольку программное обеспечение является средством регулирования баланса масс, реализация этой стратегии не представляла сложности.Третье требование было самым строгим. Поскольку в каскаде было несколько резервуаров и насосных станций, подающих воду с разным давлением, EBMUD хотел, чтобы все насосные станции работали одновременно, когда верхний резервуар нуждался в воде, чтобы чистая вода поступала из нижней части каскада вместо старой воды из промежуточного резервуара. . … Это требование также было выполнено.

Результаты WSSC (Пенсильвания, Нью-Джерси, Мэриленд)

Система оптимизации работает в компании с июня 2006 года.WSSC занимает практически уникальное положение в США, покупая более 80% электроэнергии по реальным ценам. Она работает на рынке PJM (Пенсильвания, Нью-Джерси, Мэриленд) и покупает электроэнергию напрямую у независимого оператора рынка. Остальные насосные станции работают по разным структурам тарифов от трех отдельных компаний-поставщиков электроэнергии. Очевидно, что автоматизация процесса оптимизации расписания насосов на реальном рынке означает, что планирование должно быть гибким и реагировать на ежечасные изменения цен на электроэнергию.

Программное обеспечение решает эту проблему менее чем за две минуты. Операторам уже удалось перераспределить нагрузку на крупных насосных станциях за счет цен в течение года до установки программного обеспечения. При этом заметные улучшения в планировании были очевидны уже через несколько дней после запуска автоматизированной системы. За первую неделю только на одной насосной станции была зафиксирована экономия около 400 долларов США в день. На второй неделе эта сумма увеличилась до 570 долларов в день, а на третьей неделе превысила 1000 долларов в день.Аналогичные эффекты были достигнуты еще на 17 насосных станциях.

Система водораспределения ВССП отличается высоким уровнем сложности и имеет большое количество нерегулируемых предохранительных клапанов, что усложняет процесс расчета водопотребления и оптимизации. Хранение в системе ограничено примерно 17,5% суточного водопотребления, что снижает возможность перенесения нагрузки на периоды с меньшими затратами. Наиболее жесткие ограничения были связаны с двумя крупными водоочистными сооружениями, где разрешалось не более 4 смен насосов в сутки.Со временем стало возможным устранить эти ограничения, чтобы увеличить экономию от проектов реконструкции.

Взаимодействие с системой управления

Оба этих примера требовали программного взаимодействия с существующими системами управления. В EBMUD уже был современный пакет централизованного планирования работы насосов, который включал таблицу ввода для каждого насоса с максимум 6 циклами пуска и останова. Пользоваться этой доступной функцией и получать график насосов с данными из этих таблиц было относительно просто после каждого решения задачи.Это означало, что в существующую систему управления были внесены минимальные изменения, а также указывало на то, что существующие системы защиты от переполнения и подтопления для резервуаров могут быть использованы.

Система пригородов Вашингтона была еще более сложной для создания и подключения к системе. В головном офисе не было установлено централизованного ПЛК. Кроме того, осуществлялась программа по замене непрограммируемых RTU на интеллектуальные ПЛК в полевых условиях. В скриптовый язык пакета системы SCADA добавлено значительное количество логических алгоритмов, при этом решена дополнительная задача по обеспечению избыточности данных в серверах системы SCADA.

Использование общих стратегий автоматизации создает интересную ситуацию. Если оператор вручную наполняет резервуар в определенной области, он знает, какие насосы были запущены, и, следовательно, он также знает, какой уровень воды в резервуаре следует контролировать. Если оператор использует резервуар, время наполнения которого составляет несколько часов, он будет вынужден контролировать уровни этого резервуара в течение нескольких часов с момента запуска насосов. Если в этот период времени произойдет потеря связи, он в любом случае сможет устранить эту ситуацию, остановив насосную станцию.Однако, если насосы запускаются полностью автоматической системой, оператору не нужно знать, что это произошло, и поэтому система будет в большей степени полагаться на автоматические локальные средства управления для защиты системы. Это функция локализованной логики в поле RTU.

Как и в случае любого сложного проекта по внедрению программного обеспечения, конечный успех зависит от качества входных данных и устойчивости решения к внешним воздействиям. Каскадные уровни блокировок и защитных устройств необходимы для обеспечения уровня безопасности, необходимого для любой жизненно важной утилиты.

Заключение

За последние 20 лет крупные инвестиции в системы автоматизации и управления для компаний водоснабжения за рубежом создали необходимую инфраструктуру для реализации общих стратегий оптимизации. Водоканалы самостоятельно разрабатывают еще более совершенное программное обеспечение для повышения эффективности использования воды, уменьшения утечек и улучшения общего качества воды.

Использование программного обеспечения является одним из примеров того, как можно получить финансовую выгоду за счет значительных первоначальных инвестиций в системы автоматизации и управления.

Наш опыт позволяет утверждать, что использование соответствующего опыта на предприятиях водоснабжения России, построение современных систем централизованного управления является перспективным решением, позволяющим эффективно решать комплекс актуальных задач и проблем отрасли.

1. Аналитический обзор основ теории насосного, нагнетательного
оборудования и технологий для решения задач создания и повышения
давления в системах водоснабжения и распределения (ВСВ)
10

1.1. Насосы. Классификация, основные параметры и понятия.

Технический уровень современного насосного оборудования 10

    Основные параметры и классификация насосов 10

    Насосное оборудование для повышения давления в водопроводе… 12

    Обзор насосных новинок и усовершенствований с практической точки зрения 16

    1.2. Технология применения воздуходувок в СПРВ 23

    1. Станции насосные для систем водоснабжения. Классификация 23

      Общие схемы и методы регулирования работы насосов с повышением давления 25

      Оптимизация производительности воздуходувки: регулирование скорости и совместная работа 30

      Проблемы обеспечения давления в наружных и внутренних сетях водоснабжения 37

      Выводы глава 40

    2.Обеспечение необходимого давления в наружных и внутренних водопроводных сетях
    . Нарастающие компоненты WMS на уровне
    районные, квартальные и внутренние сети
    41

    2.1. Общие направления развития в практике применения насосного

    оборудования для повышения давления в сетях водоснабжения 41

    л 2.2». Задачи обеспечения необходимого давления в системах водоснабжения

      Краткое описание СПРВ ( на примере св.Санкт-Петербург)

      Опыт решения проблем повышения давления на уровне районных и квартальных сетей 48

    2.2.3. Особенности задач повышения давления во внутренних сетях 55

    2.3. Постановка задачи оптимизации добавочных компонентов

    СПРВ на уровне районных, квартальных и внутренних сетей 69

    2.4. Выводы по главе „.._. 76

    3. Математическая модель оптимизации насосного оборудования

    на периферийном уровне СПРВ 78

    3.1. Статическая оптимизация параметров насосного оборудования

    на уровне районных, квартальных и внутренних сетей 78

      Общая характеристика структуры районной сети водоснабжения при решении задач оптимального синтеза. «. 78

      Минимизация затрат энергии на один режим потребления воды „83

    3.2. Оптимизация параметров насосного оборудования на периферии
    номинальный уровень системы водоснабжения при изменении режима водопотребления 88

      Многорежимное моделирование в задаче минимизации энергетических затрат (общие подходы) 88 ​​

      Минимизация энергетических затрат с возможностью регулирования скорости (колёсной скорости) нагнетателя 89

    2.3. Минимизация энергозатрат в случае

    Каскадно-частотное регулирование (управление) 92

    Имитационная модель оптимизации параметров оборудования насосной станции
    на периферийном уровне СПРВ 95

    3.4. Глава Выводы

    4». Численные методы решения задач оптимизации параметров
    насосного оборудования
    101

    4.1. Исходные данные для решения задач оптимального синтеза, 101

      Исследование режима водопотребления методами времени анализ рядов _ 101

      Определение закономерностей временного ряда водопотребления 102

      Частотное распределение затрат и коэффициентов

    Неравномерное водопотребление 106

    4.2. Аналитическое представление производительности насосного оборудования
    , 109

      Моделирование производительности отдельных воздуходувок тят 109

      Определение рабочих характеристик воздуходувок насосных станций 110

    4.3. Нахождение оптимума целевой функции 113

      Оптимальный поиск с использованием градиентных методов 113

      Модифицированный план Холлайда. 116

    4.3.3. Реализация алгоритма оптимизации на компьютере 119

    4.4. Заключения по главе 124

    5. Сравнительная эффективность усилителей

    WMS на основе оценки стоимости жизненного цикла

    (с использованием МИК для измерения параметров) 125

    5.1. Методика сравнительной оценки эффективности

    бустирующих компонентов в периферийных отделах СПРВ 125

    5.1.1. Стоимость жизненного цикла насосного оборудования., 125

      Критерий минимизации суммарных приведенных затрат для оценки эффективности повышающих компонентов СУС 129

      Целевая функция экспресс-модели оптимизации параметров насосного оборудования на периферии уровень C1IPB 133

    5.2. Оптимизация дожимных элементов на периферийных
    участках СПРВ при реконструкции и модернизации 135

      Система управления подачей воды с использованием мобильного измерительного комплекса МИК 136

      Экспертная оценка результатов измерения параметров насосного оборудования насосной станции с использованием МИК 142

      Имитационная модель стоимости жизненного цикла насосного оборудования ПНС на основе данных параметрического аудита 147

    5.3. Организационные вопросы проведения оптимизации

    решения (заключительные пункты) 152

    5.4. Выводы по главе 1 54

    Общие выводы. «155

    Перечень гератур 157

    Приложение 1. Некоторые понятия, функциональные зависимости и
    характеристики, существенные при выборе насосов 166

    Приложение 2. Описание программы исследований

    Оптимизационные модели микрорайона СПРВ 174

    Приложение 3. Решение оптимизационных задач и построение имитационных моделей

    LCCD NS с использованием табличного процессора 182

    Введение в работу

    Система водоснабжения и распределения (ВСВ) является основным ответственным комплексом объектов водоснабжения, обеспечивающим транспортировка воды на территорию подаваемых объектов, распределение по территории и доставка к пунктам сбора потребителями.Нагнетательные (повысительные) насосные станции (НС, ПНС), как один из основных конструктивных элементов системы водоснабжения, во многом определяют эксплуатационные возможности и технический уровень системы водоснабжения в целом, а также существенно определяют экономические показатели его эксплуатация.

    Значительный вклад в разработку темы внесли российские ученые: Н.Н. Абрамов, М.М. Андрияшев, А.Г. Евдокимов, Ю.А. Ильин, С.Н. Карамбиров, В.Я. Карелин, А.М. Курганов, А.П. Меренков, Л.Ф. Мошнин, Е.А. Прегер, С.В. Сумароков, А.Д. Тевяшев, В.Я.

    Проблемы, с которыми сталкиваются российские коммунальщики при обеспечении давления в сетях водоснабжения, как правило, схожи. Состояние магистральных сетей привело к необходимости снижения напора, вследствие чего возникла задача компенсировать соответствующее падение напора на уровне районных и квартальных сетей. Выбор насосов в составе ПНС зачастую производился с учетом перспектив развития, параметры производительности и напора завышались.Получило широкое распространение доведение насосов до требуемых характеристик дросселированием с помощью клапанов, что приводит к перерасходу электроэнергии. Насосы не заменяются вовремя; большинство из них работают с низким КПД. Износ оборудования обострил необходимость реконструкции ПНС для повышения эффективности и надежности работы.

    С другой стороны, развитие городов и увеличение высоты домов, особенно в случае герметизации зданий, требуют обеспечения необходимого напора для новых потребителей, в том числе путем оснащения высотных зданий воздуходувками (ДПЭ ).Создание необходимого для разных потребителей давления на концевых участках водопроводной сети может быть одним из наиболее реальных способов повышения эффективности работы водопроводной сети.

    Совокупность этих факторов является основой для постановки задачи определения оптимальных параметров ПИС при существующих ограничениях по входному давлению, в условиях неопределенности и неравномерности фактических затрат. При решении задачи возникают вопросы сочетания последовательной работы групп насосов и параллельной работы насосов, объединенных внутри одной группы, а также оптимальное сочетание работы параллельно включенных насосов с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) и , в конечном счете, подбор оборудования, обеспечивающего требуемые параметры конкретной системы водоснабжения.Следует учитывать существенные изменения в последние годы подходов к выбору насосного оборудования — как с точки зрения устранения избыточности, так и с точки зрения технического уровня имеющегося оборудования.

    Актуальность рассматриваемых в диссертации вопросов определяется возросшим значением, которое в современных условиях отечественные хозяйствующие субъекты и общество в целом придают проблеме энергоэффективности. Настоятельная необходимость решения этой проблемы закреплена в Федеральном законе РФ от 23.от 11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

    Эксплуатационные расходы на систему водоснабжения составляют большую часть стоимости водоснабжения, которая продолжает расти в связи с повышением тарифов на электроэнергию. В целях снижения энергопотребления большое значение придается оптимизации ГВС. По официальным оценкам от 30% до 50 % энергопотребление насосных систем можно снизить за счет изменения насосного оборудования и методов управления.

    Поэтому представляется актуальным совершенствование методических подходов, разработка моделей и комплексная поддержка принятия решений по оптимизации параметров инжекционного оборудования участков периферийной сети, в том числе при подготовке проектов. Распределение необходимого напора между насосными агрегатами, а также определение внутри агрегатов оптимального количества и типа насосных агрегатов с учетом распределения

    8 равномерных подач, обеспечит анализ краевой сети опции.Полученные результаты могут быть интегрированы в задачу оптимизации системы в целом.

    Цель работы — изучение и разработка оптимальных решений по выбору дожимного насосного оборудования для периферийных участков водопровода в процессе подготовки к реконструкции и строительству, включая методологическое, математическое и техническое (диагностическое) сопровождение.

    Для достижения цели в работе решались следующие задачи:

    анализ практики в области дожимных насосных установок с учетом возможностей современных насосов и способов управления, сочетание последовательной и параллельной работы с ЧРП ;

    определение методического подхода (концепции) оптимизации дожимного насосного оборудования системы водоснабжения в условиях ограниченных ресурсов;

    разработка математических моделей, формализующих задачу выбора насосного оборудования для периферийных участков водопроводной сети;

    Анализ и разработка алгоритмов численных методов исследования математических моделей, предложенных в диссертации;

    разработка и практическая реализация механизма сбора исходных данных для решения задач реконструкции и проектирования новых ПНС;

    реализация имитационной модели формирования стоимости жизненного цикла для рассматриваемого варианта оборудования ПНС.

    Научная новизна. Представлена ​​концепция периферийного моделирования водоснабжения в контексте снижения энергоемкости системы водоснабжения и удешевления жизненного цикла «периферийного» насосного оборудования.

    Разработаны математические модели для рационального выбора параметров насосных станций с учетом конструктивной взаимосвязи и многорежимности функционирования периферийных элементов системы водоснабжения.

    Теоретически обоснован подход к выбору количества воздуходувок в составе ПНС (насосных агрегатов); проведено исследование функции стоимости жизненного цикла ПНС в зависимости от количества воздуходувок.

    Для исследования оптимальных конфигураций НС в периферийных областях разработаны специальные алгоритмы нахождения экстремумов функций многих переменных, основанные на градиентных и случайных методах.

    Создан, мобильный измерительный комплекс (МИК) для диагностики работающих ДНС, запатентован на полезную модель №81817 «Система управления водоснабжением».

    Определена методика выбора оптимального варианта насосного оборудования насосных станций на основе имитационного моделирования стоимости жизненного цикла.

    Практическая значимость и внедрение результатов работы. Даны рекомендации по выбору типа насосов для дожимных установок и Ш 1С на основании уточненной классификации современного насосного оборудования для повышения давления в системах водоснабжения с учетом таксонометрического деления, эксплуатационных, конструкторских и технологических характеристики.

    Математические модели ПНС периферийных участков водопровода позволяют снизить стоимость жизненного цикла за счет выявления «резервов», прежде всего по энергоемкости. Предлагаются численные алгоритмы для приведения решения оптимизационных задач к конкретным значениям.

УТВЕРЖДЕН

Директор Института природных ресурсов

А.Ю. Дмитриева

Направление (специальность) ПЛО 21.03.01 «Нефтегазовое дело»

Номер кластера ( по унифицированным дисциплинам )

Профиль (ы) подготовки (специализация, программа)

« Эксплуатация и техническое обслуживание транспортных и складских помещений для нефти, газа и нефтепродуктов »

Квалификация (степень) Бакалавр

Базовая программа приема 2014 Г.

Скважина 4 семестр 7

Сумма кредитов 6

Код дисциплины В1.ВМ5.1.4

Заочная форма обучения

Виды образовательной деятельности

Ресурс времени для заочных курсов

Лекции, ч

Практические занятия, ч

Лабораторные исследования, ч

Аудиторные занятия, ч

Курсовая работа, ч

Самостоятельная работа, ч

Вид промежуточной аттестации экзамен

Вспомогательный блок Кафедра ТКХНГ ИПР

2014 Г.

1. Цели освоения модуля (дисциплины)

В результате освоения дисциплины Б1.ВМ5.1.4 «Эксплуатация насосных и компрессорных станций» бакалавр приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение поставленных целей Ц1, Ц3, Ц4, Ц5 ООП 21.03.01 «Нефтегазовое дело»:

Код цели

Заявление о цели

Требования ФГОС

и заинтересованные

работодатели

Готовность выпускников к производственной, технологической и конструкторской деятельности, обеспечивающей модернизацию, внедрение и эксплуатацию оборудования для добычи, транспорта и хранения нефти и газа

Требования ФГОС

, критерии АИОР, соответствие международным стандартам EUR-ACE и FEANI.Для нужд научных центров ОАО «ТомскНИПИнефть» и предприятий нефтегазовой отрасли, предприятий ООО «Газпром», АК «Транснефть»

Готовность выпускников к организационно-управленческой деятельности по принятию профессиональных решений в междисциплинарных областях современных нефтегазовых технологий с использованием принципов менеджмента и управления

Готовность выпускников уметь обосновывать и защищать собственные выводы и заключения на аудиторных занятиях разной степени междисциплинарной профессиональной готовности

Требования ФГОС, критерии АИОР, соответствие международным стандартам EUR-ACE и FEANI, запросы отечественных и зарубежных работодателей

Готовность выпускников к самообучению и постоянному профессиональному самосовершенствованию в условиях автономии и самоуправления

Требования ФГОС, критерии АИОР, соответствие международным стандартам EUR-ACE и FEANI, запросы отечественных и зарубежных работодателей

Общая цель изучения дисциплины – приобретение учащимися базовых знаний, связанных с эксплуатацией насосно-компрессорных станций.

Изучение дисциплины позволит студентам овладеть необходимыми знаниями и навыками в области насосов и компрессоров. Приобретать знания, навыки и умения в области проектирования, строительства и эксплуатации насосно-компрессорного и вспомогательного оборудования.

Открытие резервуара объемом 2,95 крор литров в Мундке

Министр водных ресурсов Дели Сатьендар Джайн в среду открыл «Подземный резервуар» (UGR) с двумя водохранилищами.Вместимость 95 крор литров в Мундке для удовлетворения спроса на питьевую воду. Министр также открыл UGR в Сониа Вихар, чтобы помочь примерно шести миллионам жителей Восточного Дели.

Полностью завершены работы по УГР емкостью 2,68 крор литров в Сониа Вихар, которые приведут к увеличению водоснабжения в Каравал Нагаре и избирательном округе Мустафабад на северо-востоке Дели. Это принесет непосредственную пользу примерно шестистам тысячам жителей несанкционированных колоний, таких как Шив Вихар, Анкур Анклав, Анклав Махалакшми, Амбика Вихар, Джохрипур, Даялпур, Садатпур, Колония Бхагат Сингх, Зиауддин Нагар, Амбедкар Нагар, Бхагиратхи Вихар, Неру Вихар и т. д.при наличии воды под соответствующим напором.

Джайн сказал: «Это будет значительный шаг к увеличению давления воды в этом районе и поможет решить существующий водный кризис в Дели. Эти инициативы принесут пользу примерно 8,45 миллионам жителей, которые живут в несанкционированных колониях Мундка, Соня Вихар. и Суровый Вихар».

Министр заложил фундамент новой канализационной насосной станции в Харш Вихаре, способной перекачивать 1,75 крор литров сточных вод в день.

Проект в Харш Вихаре улучшит санитарно-гигиенические условия в этом районе, а также поможет уменьшить загрязнение реки Ямуна после завершения. Проект будет завершен за 12 месяцев с 10-летним периодом эксплуатации и технического обслуживания.

Чтобы увеличить доступность воды в близлежащих домохозяйствах, правительство Дели придумало установку бустерной насосной станции. Бустерная насосная станция относится к устройству, которое увеличивает низкое давление воды и расход, обеспечивая дополнительный импульс, необходимый для доведения давления воды до желаемого уровня.Таким образом, вода может перемещаться из резервуара для хранения или по всему дому или коммерческому объекту.

УГР Мундка будет снабжать питьевой водой пять несанкционированных колоний и деревень, а именно деревню Хиран Кудна, деревню Мундка, деревню Тикри, Баба Харидас Нагар, парк Лех Рам округа Мундка в настоящее время, и постепенно дополнительные колонии и деревни получат преимущества, а именно Деревня Нилвал, парк Радждани, парк Гульшан, лагерь Нанглои JJ № 2, колония Кавита, парк Сваран, анклав друзей, деревня Баккарвала, RSC Баккарвала, Лок Наяк Пурам и т. Д.Ожидается, что это принесет пользу примерно 1,25 миллионам жителей района.

Рабочая программа настройки насосной станции. Оптимизация дожимного насосного оборудования в системах водоснабжения

Основой энергоэффективного использования насосного оборудования является согласованная работа в сети, т.е. рабочая точка должна находиться в пределах рабочего диапазона характеристики насоса. Выполнение этого требования позволяет эксплуатировать насосы с высокой эффективностью и надежностью.Рабочая точка определяется характеристиками насоса и системы, в которой насос установлен. На практике многие организации водоснабжения сталкиваются с проблемой неэффективной работы насосного оборудования. Зачастую КПД насосной станции намного ниже КПД. насосы, установленные на нем.

Исследования показывают, что средний КПД насосных систем составляет 40%, а 10% насосов работают с КПД. ниже 10%. В основном это связано с изменением размеров (подбором насосов с более высокими значениями подачи и напора, чем это требуется для работы системы), регулированием режимов работы насосов с помощью дросселирования (т.д., клапан), износ насосного оборудования. Выбор насоса с большими параметрами имеет две стороны.

Как правило, в системах водоснабжения график потребления воды сильно различается в зависимости от времени суток, дня недели, сезона года. При этом станция должна обеспечивать максимальный расход воды в штатном режиме при пиковых нагрузках. Часто к этому добавляется необходимость подачи воды для нужд систем пожаротушения. При отсутствии регулирования насос не может эффективно работать во всем диапазоне изменения расхода воды.

Эксплуатация насосов в условиях изменения требуемых расходов в широком диапазоне приводит к тому, что оборудование большую часть времени работает вне рабочей зоны, с низкими значениями КПД. и низкий ресурс. Иногда КПД насосных станций составляет 8-10%, а КПД установленных на них насосов в рабочем диапазоне превышает 70%. В результате такой эксплуатации у потребителей складывается ложное мнение о ненадежности и неэффективности насосного оборудования.А с учетом того, что значительную ее часть составляют бытовые насосы, возникает миф о ненадежности и неэффективности бытовых насосов. В то же время практика показывает, что ряд отечественных насосов по надежности и энергоэффективности не уступают лучшим мировым аналогам. Существует множество способов оптимизации энергопотребления, основные из них приведены в таблице 1.

Таблица 1. Методы снижения энергопотребления насосных систем

Методы снижения энергопотребления насосных систем Пониженное энергопотребление
Замена регулятора расхода задвижкой с регулятором скорости 10 — 60%
Снижение частоты вращения насосов при неизменных параметрах сети 5 — 40%
Регулирование путем изменения количества параллельно работающих насосов. 10 — 30%
Отделка рабочего колеса до 20%, в среднем 10%
Использование дополнительных резервуаров для работы при пиковых нагрузках 10 — 20%
Замена электродвигателей на более эффективные 1 — 3%
Замена насосов на более эффективные 1 — 2%

Эффективность того или иного метода регулирования во многом определяется характеристиками системы и графиком ее изменения во времени.В каждом случае решение необходимо принимать в зависимости от конкретных особенностей условий эксплуатации. Например, широко распространенное в последнее время регулирование насосов изменением частоты не всегда может привести к снижению энергопотребления. Иногда это имеет обратный эффект. Применение частотного привода дает наибольший эффект при работе насосов в сети с преобладанием динамической составляющей характеристики, т. е. потерь в трубопроводах и арматуре. Применение каскадного управления путем включения и отключения необходимого количества параллельно установленных насосов дает наибольший эффект при работе в системах с преимущественно статической составляющей.

Поэтому основным исходным требованием для проведения мероприятий по снижению энергопотребления является характеристика системы и ее изменение во времени. Основная проблема при разработке мероприятий по энергосбережению связана с тем, что параметры сети на действующих объектах практически всегда неизвестны и сильно отличаются от проектных. Отличия связаны с изменением параметров сети из-за коррозии трубопроводов, схем водоснабжения, объемов водопотребления и др.

Для определения фактических режимов работы насосов и параметров сети возникает необходимость проведения замеров непосредственно на объекте с использованием специального контрольно-измерительного оборудования, т.е. проведение технического аудита гидросистемы. Для успешной реализации мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности установленного оборудования, необходимо иметь максимально полную информацию о работе насосов и учитывать ее в дальнейшем.В целом можно выделить несколько конкретных последовательных этапов ревизии насосного оборудования.
1. Сбор предварительной информации о составе оборудования, установленного на объекте, в т.ч. сведения о технологическом процессе, в котором используются насосы (станции первого, второго, третьего подъема и др.)
2. Уточнение на месте предварительно полученной информации о составе установленного оборудования, возможности получения доп. данные, наличие измерительных приборов, системы управления и т.д.Предварительное планирование тестирования.
3. Проведение испытаний на месте.
4. Обработка и оценка результатов.
5. Подготовка ТЭО различных вариантов модернизации.

Таблица 2. Причины повышенного энергопотребления и меры по его снижению

лет
Причины высокого энергопотребления Рекомендуемые меры по снижению потребления энергии Расчетный срок окупаемости деятельности
Наличие в системах периодического действия насосов, работающих в постоянном режиме, независимо от потребности системы, технологического процесса и т.п. — Определение необходимости непрерывной работы насосов.
— Включение и выключение насоса в ручном или автоматическом режиме только через определенные промежутки времени.
От нескольких дней до нескольких месяцев
Системы с изменяющимся во времени требуемым расходом. — Применение частотно-регулируемого привода для систем с преобладающими потерями на трение
— Применение насосных станций с двумя и более насосами, установленными параллельно для систем с преимущественно статической составляющей характеристики.
Месяцы, годы
Изменение размера насоса. — Резка крыльчатки.
— Замена крыльчатки.
— Использование электродвигателей с меньшей скоростью.
недели —
Износ основных элементов насоса — Ремонт и замена элементов насоса при снижении его рабочих параметров. недели
Забитые и корродированные трубы. — Очистка труб
— Использование фильтров, сепараторов и аналогичных фитингов для предотвращения засорения.
— Замена трубопроводов на трубы из современных полимерных материалов, трубы с защитным покрытием
Недели, месяцы
Высокие затраты на ремонт (замена торцовых уплотнений, подшипников)
— Эксплуатация насоса вне рабочей зоны, (изменение размеров насоса).
— Резка крыльчатки.
— Применение электродвигателей с меньшей скоростью или редукторов в случаях, когда параметры насоса значительно превышают потребности системы.
— Замена насоса насосом меньшего размера.
Недели-годы
Параллельная работа нескольких насосов в непрерывном режиме — Установка системы управления или настройка существующей недели

Рис. 1. Работа насоса от сети с преобладающей статической составляющей при частотном регулировании


Рис. 2. Работа насоса в сети с преимущественными потерями на трение при частотном регулировании

При первом посещении объекта можно выявить «проблемные» с точки зрения энергопотребления насосы.В таблице 2 приведены основные признаки, которые могут свидетельствовать о неэффективной работе насосного оборудования и типовые мероприятия, способные исправить ситуацию, с указанием ориентировочного срока окупаемости энергосберегающих мероприятий.

В результате испытаний необходимо получить следующую информацию:
1. Характеристики системы и их изменения во времени (часовые, дневные, недельные графики).
2. Определение фактических характеристик насосов. Определение режимов работы насоса для каждого из характерных режимов (наиболее продолжительный режим, максимальный, минимальный расход).

Оценка применения различных вариантов модернизации и метода регулирования основана на расчете стоимости жизненного цикла (LCC) оборудования. Основную долю стоимости жизненного цикла любой насосной системы составляют затраты на электроэнергию. Поэтому на этапе предварительной оценки различных вариантов необходимо использовать критерий удельной мощности, т.е. мощности, потребляемой насосным оборудованием, отнесенной к единице расхода перекачиваемой жидкости.

выводы :
Задачи снижения энергопотребления насосного оборудования решаются, в первую очередь, за счет обеспечения согласованной работы насоса и системы.Проблема избыточного энергопотребления насосных систем при эксплуатации может быть успешно решена за счет модернизации, направленной на выполнение этого требования.

В свою очередь, любые мероприятия по модернизации должны основываться на достоверных данных о работе насосного оборудования и характеристиках системы. В каждом случае необходимо рассматривать несколько вариантов, а в качестве инструмента выбора оптимального варианта использовать метод оценки стоимости жизненного цикла насосного оборудования.

Александр Костюк, кандидат физико-математических наук, директор программы «Водяные насосы»;
Ольга Диброва, инженер;
Сергей Соколов, ведущий инженер. ООО «УК «Группа ГМС»

1. Аналитический обзор основ теории насосов, нагнетательной техники и технологии для решения задач создания и повышения давления в системах водоснабжения и распределения (ВСВ).

1.1. Насосы. Классификация, основные параметры и понятия. Технический уровень современного насосного оборудования.

1.1.1. Основные параметры и классификация насосов.

1.1.2. Насосное оборудование для повышения давления в водопроводе.,

1.1.3. Обзор инноваций и усовершенствований насосов с точки зрения практического применения.

1.2. Технология использования воздуходувок в СПРВ.

1.2.1. Насосные станции для систем водоснабжения. Классификация.

1.2.2. Общие схемы и способы регулирования работы насосов при повышении давления.

1.2.3. Оптимизация производительности воздуходувки: контроль скорости и совместная работа.

1.3. Проблемы обеспечения давления в наружных и внутренних водопроводных сетях.

1.4. Выводы, но глава.

2. Обеспечение необходимого давления в наружных и внутренних водопроводных сетях. Увеличение составляющих СВС на уровне районных, квартальных и внутренних сетей.

2.1. Общие направления развития практики применения насосного оборудования для повышения давления в сетях водоснабжения.

2.2. Задачи обеспечения необходимого давления в сетях водоснабжения.

2.2.1. Краткое описание СПРВ (на примере Санкт-Петербурга).

2.2.2. Опыт решения проблем повышения давления на уровне районных и квартальных сетей.

2.2.3. Особенности задач повышения давления во внутренних сетях.

2.3. Постановка задачи оптимизации компонентов наддува

СПРВ на уровне районных, квартальных и внутренних сетей.

2.4. Выводы главы.

3. Математическая модель оптимизации насосного оборудования периферийного уровня системы водоснабжения.

3.1. Статическая оптимизация параметров насосного оборудования на уровне районных, квартальных и внутренних сетей.

3.1.1. Общая характеристика структуры районной водопроводной сети при решении задач оптимального синтеза.

3.1.2. Минимизация энергозатрат на один режим водопотребления.

3.2. Оптимизация параметров насосного оборудования на периферийном уровне системы водоснабжения при изменении режима водопотребления.

3.2.1. Полимодовое моделирование в задаче минимизации энергетических затрат (общие подходы).

3.2.2. Минимизация энергозатрат с возможностью регулирования скорости (частоты вращения колес) нагнетателя.

3.2.3. Минимизация энергозатрат при каскадно-частотном регулировании (управлении).

3.3. Имитационная модель оптимизации параметров насосного оборудования периферийного уровня системы водоснабжения.

3.4. Выводы главы.

4. Численные методы решения задач оптимизации параметров насосного оборудования.

4.1. Исходные данные для решения задач оптимального синтеза.

4.1.1. Изучение режима водопотребления методами анализа временных рядов.

4.1.2. Определение закономерностей временного ряда водопотребления.

4.1.3. Частотное распределение затрат и коэффициенты неравномерности водопотребления.

4.2. Аналитическое представление производительности насосного оборудования.

4.2.1. Моделирование производительности отдельных воздуходувок

4.2.2. Определение эксплуатационных характеристик воздуходувок на насосных станциях.

4.3. Поиск оптимума целевой функции.

4.3.1. Оптимальный поиск с использованием градиентных методов.

4.3.2. Модифицированный план Холланда.

4.3.3. Реализация алгоритма оптимизации на компьютере.

4.4. Выводы главы.

5. Сравнительная эффективность дожимных компонентов системы на основе оценки стоимости жизненного цикла с использованием МИК для измерения параметров).

5.1. Методика оценки сравнительной эффективности форсирующих компонентов в периферийных отделах FPWS.

5.1.1. Стоимость жизненного цикла насосного оборудования.

5.1.2. Критерий минимизации суммарных приведенных затрат для оценки эффективности возрастающих компонентов системы.

5.1.3. Целевая функция экспресс-модели оптимизации параметров насосного оборудования на периферийном уровне ВМС.

5.2. Оптимизация дожимных элементов на периферийных участках водопроводной сети при реконструкции и модернизации.

5.2.1. Система управления водоснабжением с использованием мобильного измерительного комплекса МИК.

5.2.2. Экспертная оценка результатов измерения параметров насосного оборудования насосной станции с помощью МИК.

5.2.3. Имитационная модель стоимости жизненного цикла насосного оборудования насосных станций на основе данных параметрического аудита.

5.3. Организационные вопросы реализации оптимизационных решений (заключительные положения).

5.4. Выводы главы.

Рекомендуемый список диссертаций

  • Энергосберегающие методы выбора параметров и оптимизации управления группой лопастных нагнетателей в нестационарных технологических процессах 2008 г., д.т.н. Николаев Валентин Георгиевич
  • Энергосберегающие методы управления режимами работы насосных агрегатов систем водоснабжения и канализации 2010, д.т.н. Николаев Валентин Георгиевич
  • Совершенствование методов расчета систем водоснабжения и распределения в условиях многорежимности и неполной исходной информации 2005 г., д.т.н. Карамбиров Сергей Николаевич
  • Автоматическое управление материальными потоками в инженерных системах жизнеобеспечения 1999 г., к.т.н. Абдулханов Наиль Назимович
  • Разработка моделей функционально-структурной диагностики при оптимизации систем водоснабжения и водораспределения 2006 г., к.т.н. Селиванов Андрей Сергеевич

Введение в диссертацию (часть автореферата) на тему «Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей»

Система водоснабжения и распределения (ВСВ) — основной ответственный комплекс объектов водоснабжения, обеспечивающий транспортировку воды на территорию подаваемых объектов, распределение по территории и доставку к пунктам сбора потребителями.Нагнетательные (повысительные) насосные станции (НС, ПНС), как один из основных конструктивных элементов системы водоснабжения, во многом определяют эксплуатационные возможности и технический уровень системы водоснабжения в целом, а также существенно определяют экономические показатели его эксплуатация.

Значительный вклад в разработку темы внесли отечественные ученые: Н.Н. Абрамов, М.М. Андрияшев, А.Г. Евдокимов, Ю.А. Ильин, С.Н. Карамбиров, В.Л. Карелин, А.М.Курганов, А.П. Меренков, Л.Ф. Мошнин, Э.А. Прегер, С.В. Сумароков, А.Д. Тевяшев, В.Л. Хасилев, П.Д. Хорунжий, Ф.А. Шевелев и другие.

Проблемы, с которыми сталкиваются российские коммунальщики при обеспечении давления в сетях водоснабжения, как правило, однородны. Состояние магистральных сетей привело к необходимости снижения напора, вследствие чего возникла задача компенсировать соответствующее падение напора на уровне районных и квартальных сетей. Выбор насосов в составе ПНС зачастую производился с учетом перспектив развития, параметры производительности и напора завышались.Получило широкое распространение доведение насосов до требуемых характеристик дросселированием с помощью клапанов, что приводит к перерасходу электроэнергии. Насосы не заменяются вовремя; большинство из них работают с низким КПД. Износ оборудования обострил необходимость реконструкции ПНС для повышения эффективности и надежности работы.

С другой стороны, развитие городов и увеличение этажности домов, особенно в случае герметизации зданий, требуют обеспечения необходимых напоров для новых потребителей, в том числе путем оснащения высотных зданий воздуходувками (ДПЭ) .Создание необходимого для различных потребителей давления на концевых участках водопроводной сети может быть одним из наиболее реальных способов повышения эффективности работы водопроводной сети.

Совокупность этих факторов лежит в основе постановки задачи определения оптимальных параметров ПНС при существующих ограничениях на входное давление, в условиях неопределенности и неравномерности фактических затрат. При решении задачи возникают вопросы сочетания последовательной работы групп насосов и параллельной работы насосов, объединенных внутри одной группы, а также оптимальное сочетание работы параллельно включенных насосов с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) и , в конечном счете, подбор оборудования, обеспечивающего требуемые параметры конкретной системы водоснабжения.Следует учитывать существенные изменения в последние годы подходов к выбору насосного оборудования — как с точки зрения устранения избыточности, так и с точки зрения технического уровня имеющегося оборудования.

Актуальность рассматриваемых в диссертации вопросов определяется возросшим значением, которое в современных условиях отечественные хозяйствующие субъекты и общество в целом придают проблеме энергоэффективности. Настоятельная необходимость решения этой проблемы закреплена в Федеральном законе РФ от 23.от 11.2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Эксплуатационные расходы системы водоснабжения составляют большую часть затрат на водоснабжение, которые продолжают увеличиваться в связи с повышением тарифов на электроэнергию. В целях снижения энергопотребления большое значение придается оптимизации ГВС. Согласно авторитетным оценкам, от 30% до 50% энергопотребления насосных систем можно снизить за счет замены насосного оборудования и методов управления.

Поэтому представляется актуальным совершенствование методических подходов, разработка моделей и обеспечение всесторонней поддержки принятия решений по оптимизации параметров инжекционного оборудования участков периферийной сети, в том числе при подготовке проектов. Распределение необходимого давления между насосными агрегатами, а также определение внутри агрегатов оптимального количества и типа насосных агрегатов с учетом расчетного расхода позволит провести анализ вариантов периферийной сети.Полученные результаты могут быть интегрированы в задачу оптимизации системы в целом.

Цель работы — исследование и разработка оптимальных решений по выбору дожимного насосного оборудования для периферийных участков водопровода в процессе подготовки к реконструкции и строительству, включая методологическое, математическое и техническое (диагностическое) сопровождение. Для достижения цели в работе решались следующие задачи: анализ практики в области дожимных насосных установок с учетом возможностей современных насосов и способов управления, сочетания последовательной и параллельной работы с ЧРП; определение методического подхода (концепции) оптимизации дожимного насосного оборудования системы водоснабжения в условиях ограниченных ресурсов; разработка математических моделей, формализующих задачу выбора насосного оборудования для периферийных участков водопроводной сети; анализ и разработка алгоритмов численных методов исследования математических моделей, предложенных в диссертации; разработка и практическая реализация механизма сбора исходных данных для решения задач реконструкции и проектирования новых ПНС; реализация имитационной модели формирования стоимости жизненного цикла рассматриваемого варианта оборудования ПНС.

Научная новизна. Представлена ​​концепция периферийного моделирования водоснабжения в контексте снижения энергоемкости системы водоснабжения и удешевления жизненного цикла «периферийного» насосного оборудования.

Разработаны математические модели для рационального выбора параметров насосных станций с учетом конструктивной взаимосвязи и многорежимного характера функционирования периферийных элементов системы водоснабжения.

Теоретически обоснован подход к выбору количества воздуходувок в ПНС (насосных агрегатах); проведено исследование функции стоимости жизненного цикла ПНС в зависимости от количества воздуходувок.

Разработаны специальные алгоритмы нахождения экстремумов функций многих переменных, основанные на градиентных и случайных методах, для исследования оптимальных конфигураций НС в периферийных областях.

Создан, мобильный измерительный комплекс (МИК) для диагностики работающих ДНС, запатентован на полезную модель №81817 «Система управления водоснабжением».

Определена методика выбора оптимального варианта насосного оборудования насосных станций на основе имитационного моделирования стоимости жизненного цикла.

Практическая значимость и внедрение результатов работы. Даны рекомендации по выбору типа насосов для дожимных установок и насосных станций на основе актуализированной классификации современного насосного оборудования для повышения давления в системах водоснабжения с учетом таксонометрического деления, эксплуатационных, конструктивных и технологических характеристик. .

Математические модели ПНС периферийных участков водопровода позволяют снизить стоимость жизненного цикла за счет выявления «резервов», прежде всего по энергоемкости. Предлагаются численные алгоритмы для приведения решения оптимизационных задач к конкретным значениям.

Разработан специальный оперативный инструмент сбора и оценки исходных данных (ИСП), который используется для обследования существующих систем водоснабжения при подготовке к их реконструкции.

Подготовлены Рекомендации

по обследованию существующих систем дожимного водоснабжения с применением МИК и подбору оборудования насосной станции (выбор конструктивного решения) на базе малогабаритных автоматических насосных станций (МАНС).

НИОКР реализованы на ряде объектов коммунального водоснабжения, в том числе ПНС и ИАС в высотных зданиях.

1: АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ОСНОВ ТЕОРИИ НАСОСА, НАПОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ СОЗДАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ НАПОРА В СИСТЕМАХ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Наиболее сложной и дорогостоящей частью современных систем водоснабжения является водопровод, который состоит из множества элементов, находящихся в гидравлическом взаимодействии.Поэтому естественно, что за последнюю четверть века в этой области произошли значительные сдвиги и произошли важные изменения, как в

Аналогичные диссертации по специальности «Водоснабжение, канализация, строительные системы для охраны водных ресурсов», 23.05.04 код ВАК

  • Разработка методов диагностики и оперативного контроля систем водоснабжения и распределения (ВСВ) в аварийных условиях 2002 г., к.т.н. Заико Василий Алексеевич
  • Экспериментальное и численное моделирование переходных процессов в кольцевых сетях водопровода 2010, к.т.н. Лиханов Дмитрий Михайлович
  • Анализ, техническая диагностика и реконструкция систем водоснабжения и водораспределения на принципах энергетического эквивалента 2002, д.т.н. Щербаков Владимир Иванович
  • Совершенствование методов гидравлического расчета систем водоснабжения и распределения 1981, к.т.н. Каримов Рауф Хафизович
  • Энергосберегающее регулирование режима работы магистральных дренажных установок шахт и карьеров с помощью электропривода 2010, к.т.н. Боченков Дмитрий Александрович

Заключение дипломной работы на тему «Водоснабжение, канализация, строительство систем охраны водных ресурсов», Штейнмиллер Олег Адольфович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1.Технические новшества в насосном оборудовании создали условия для изменений, влияющих на методы эксплуатации с точки зрения надежности и энергосбережения. С другой стороны, совокупность ряда факторов (состояние сетей и оборудования, территориальная и высотная застройка городов) обусловила необходимость нового подхода к реконструкции и развитию систем водоснабжения. Анализ публикаций и накопленный практический опыт стали основой для постановки задачи определения оптимальных параметров дожимного насосного оборудования.

2. Предлагается концепция периферийного моделирования как развитие идеи перераспределения нагрузки между основной и распределительной частями системы с целью минимизации непроизводственных потерь и энергозатрат. Стабилизация избыточных напоров на концевых участках водопроводной сети позволит снизить энергоемкость системы водоснабжения.

3. Предложены оптимизационные модели для рационального выбора дожимного насосного оборудования периферийных участков сети с привлечением ТГЦ.Разработанная методика учитывает многорежимный характер функционирования, способы регулирования работы нагнетателей и их компоновки в составе НС, взаимодействие отдельных элементов системы с учетом обратной связи, а также разнообразие целевых установок. функции, отражающие энергоэффективность системы или ее инвестиционную привлекательность.

4. Исследование оптимизационных моделей и проверка результатов моделирования действующих ДНС позволили теоретически обосновать подход к выбору количества и параметров воздуходувок в составе насосной станции (насосных агрегатов) на основе принцип минимизации дисконтированной стоимости жизненного цикла (ICCO) насосного оборудования.Проведено исследование зависимости функции НСНП насосных агрегатов от количества воздуходувок.

5. Разработаны специальные алгоритмы нахождения экстремумов функций многих переменных для решения реальных задач оптимизации насосных станций в периферийных районах, сочетающие в себе черты градиентного и стохастического подходов к исследованию пространств поиска. Алгоритм, основанный на модификации репродуктивного плана Холланда, позволяет решать рассматриваемые задачи без введения упрощающих предположений и замены дискретного характера пространства возможных решений непрерывным.

6. Создан МИК для диагностики действующих ДНС, запатентованный на полезную модель (№ 81817), который обеспечивает необходимую полноту и достоверность исходных данных для решения задач оптимального синтеза элементов ХСС. Разработаны рекомендации по обследованию существующих систем дожимного водоснабжения с использованием МИК.

7. Разработана методика выбора оптимального варианта насосного оборудования насосной станции на основе моделирования LCCB.Сочетание методического, математического и технического подходов к работе позволяет искать решение и проводить сравнительную оценку существующих и новых воздуходувок с точки зрения их эффективности, рассчитывать срок окупаемости инвестиций.

Список диссертационной научной литературы к.т.н. Штейнмиллер Олег Адольфович, 2010

1. Абрамов Н. Н. Расчет сетей водоснабжения / Н. Н. Абрамов, М. М. Поспелова, М. А. Сомов, В.Н. Варапаев и соавт. — М.: Стройиздат, 1983. — 278 с.

2. Абрамов Н.Н. Теория и методика расчета систем водоснабжения и распределения / Н.Н. Абрамов. — М.: Стройиздат, 1972. — 288 с.

3. Айвазян С.А. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичной обработки данных / С. А. Айвазян, И. С. Енюков, Л. Д. Мешалкин. — М.: Финансы и статистика, 1983. — 471 с.

4. Алексеев М.И. Методические основы прогнозирования водопотребления и надежности систем водоснабжения и водоотведения / М.И. Алексеев, Г.Г. Кривошеев // Вестник РААСН.- 1997. — Вып. 2.

5. Алиптул А.Д. Гидравлика и аэродинамика: учеб. учебник для вузов /

6. Алиптул А.Д., Кисилев П.Г. — Эд. 2-й. — М.: Стройиздат, 1975. — 323 с.

7. Андрияшев М.М. Гидравлические расчеты оборудования водоводов / М.М. Андрияшев. — М.: Стройиздат, 1979. — 104 с.

8. Баженов В. И. Экономический анализ насосных систем по показателю — ■ затраты жизненного цикла / В. И. Баженов, С. Е. Березин, Н.Н. Зубовская // ВСТ. — 2006. — № 3, ч. 2. — С. 31-35.

9. Беллман Р. Динамическое программирование / Р. Беллман. — М.: ИЛ, 1961. — 400 с.

10. Березин С.Е. Насосные станции с погружными насосами: расчет и проектирование / С.Е. Березин. -М. : Стройиздат, 2008. – 160 с.

11. Большой энциклопедический словарь / Гл. изд. ЯВЛЯЮСЬ. Прохоров. — М.: Большая Российская Энциклопедия, 2002. — 1456 с.

12. Водоснабжение Санкт-Петербурга / под общ. изд. Ф.В. Кармазинова.- СПб. : Новый журнал. — 2003. — 688 с.

13. Гримитлин А.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры в инженерном оборудовании зданий: учеб. пособие / А. М. Гримитлин, О. П. Иванов,

14. Пухкал Б.А. — СПб. : АВОК Северо-Запад, 2006. – 214 с.

15. Гришин А.П. Закон регулирования преобразователя частоты при питании погружного электронасоса / А.П. Гришин // Сантехника. — 2007. — № 7. -1. С. 20-22.

16. Евдокимов А. Минимизация функций и ее применение к задачам автоматизированного управления инженерными сетями / А.Евдокимов. — Харьков: Ищу школу, 1985 — 288 с.

17. Евдокимов А.Г. Моделирование и оптимизация потокового распределения в инженерных сетях / А.Г. Евдокимов, А.Д. Тевяшев. — М.: Стройиздат, 1990. -368 с.

18. Евдокимов А. Оптимальные задачи на инженерных сетях / А. Евдокимов. — Харьков: Вища школа, 1976. — 153 с.

19. Зорькин Е.М. Сравнительный анализ устойчивости замкнутых напорных систем водоснабжения с регулируемой насосной установкой / Е.М. Зорькин // Вода: технология и экология.- 2008. — № 3. — С. 32-39.

20. Ильин Ю.В. А. Методика выбора энергосберегающих устройств при реконструкции дожимных насосных станций / Ю.В. А. Ильин, С.Ю. Игнатчик, С.В. Саркисов и соавт. // Материалы 4 академических чтений. — СПб., 2009. — С. 53-58.

21. Ильин Ю.В. А. Надежность объектов и оборудования водоснабжения / Ю.В. А. Ильин. — М.: Стройиздат, 1985. — 240 с.

22. Ильин Ю.В. А. О параллельной работе насосов и водопроводов / Ю.В.А. Ильин, А. П. Авсюкевич // Межвузовский тематический сборник трудов ЛИСИ. — СПб., 1991. -С. 13-19.

23. Ильин Ю.В. А. Особенности методики поверочных расчетов при мониторинге сетей водоснабжения / Ю.В. А. Ильин, В. С. Игнатчик, С. В. Саркисов // Материалы 2 академических чтений. — СПб., 2004. — С. 30-32.

24. Ильин Ю.В. А. Повышение надежности водоснабжения при параллельно-последовательной схеме районирования системы водоснабжения / Ю.В. А. Ильин, В.С.Игнатчик, С.Ю. Игнатчик и др. // Материалы 4 академических чтений. — СПб., 2009. — С. 50-53.

25. Ильин Ю.В. А. Расчет надежности водоснабжения / Ю.В. А. Ильин. — М.: Стройиздат, 1987. — 320 с.

26. Ильина Т.Н. Основы гидравлического расчета инженерных сетей: учеб. пособие / Т. Н. Ильина. — М.: Ассоциация строительных вузов, 2007. — 192 с.

27. Инженерные системы зданий. — М.: ООО «Грундфос», 2006.- 256 с.

28. Каждан А. А. Гидроаудит как возможность комплексного решения проблем водоснабжения и водоотведения / А. А. Каждан // Вода: технология и экология. — 2008. — № 3. — С. 70-72.

29. Канаев А. Н. К вопросу измерения расходов воды в трубопроводах больших диаметров / А. Н. Канаев, А. И. Поляков, М. Г. Новиков // Вода: технология и экология. — 2008. — № 3. — С. 40-47.

30. Карамбиров С.Н. Совершенствование методов расчета систем водоснабжения и распределения в условиях многорежимности и неполной исходной информации: Автореф.дис. … доктор технических наук / С. Н. Карамбиров. — М., 2005. — 48 с.

31. Карелин В.Я. Насосы и насосные станции / В.Я. Карелин, А. В. Минаев. — М.: Стройиздат, 1986. — 320 с.

32. Кармазинов Ф.В. Инновационные подходы к решению проблем водоснабжения и водоотведения в Санкт-Петербурге / Ф.В. Кармазинов // ВСТ. — 2008. -№8. -С УЧАСТИЕМ. 4-5.

33. Карттунен Э. Водоснабжение II: пер. с фин. / Э. Карттунен; Финская ассоциация инженеров-строителей RIL — СПб.: Новый журнал, 2005 — 688 с.

34. Ким А. Н. Передвижной измерительный комплекс (МИК) и его применение для оценки работы насосных систем / Ким А. Н., Штейнмиллер О. А., Миронов А. С. // Доклады 66-й научной конференции. — СПб., 2009. — Ч. 2. — С. 66-70.

35. Ким А. Н. Оптимизация насосных систем водоснабжения / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер // Доклады 64-й научной конференции. — СПб., 2007. — Ч. 2. -С. 44-48.

36. Ким А.Н. Проблемы в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения зданий.Установки повышения давления / Ким А. Н., Горячев П. Н.,

37. Штейнмиллер О.А. // Материалы 7-го Международного форума ТЕПЛО&УЭЙТ. — М., 2005. — С. 54-59.

38. Ким А. Н. Разработка мобильного измерительного комплекса (МИК) для оценки работы насосных систем / Ким А. Н., Штейнмиллер О. А., Миронов А. С. // Материалы 4 академических чтений. — СПб., 2009. — С. 46-50.

39. Ким А.Н. Совершенствование напорных очистных сооружений: Ав-тореф. дис…. док. тех. наук / А. Н. Ким. — СПб. : ГАСУ, 1998. — 48 с.

40. Кинебас А.К. Оптимизация водоснабжения в зоне влияния Урицкой насосной станции Санкт-Петербурга / А.К. Кинебас, М.Н. Ипатко, Ю.В. В. Руксин и соавт. // ВСТ. — 2009. — № 10, ч. 2. — С. 12-16.

41. Кинебас А.К. Реконструкция системы водоснабжения Южного гидроузла Санкт-Петербурга / А.К. Кинебас, М.Н. Ипатко, Ю.В. А. Ильин // ВСТ. -2009. -№ Ю, часть 2.-С. 17-22.

42. Классификация основных средств, включаемых в амортизационные группы: утв. Постановление Правитель-ва РФ от 01.01.2002 № 1. — М.: Налоговая информация, 2007. — 88 с.

43. Кожинов И. В. Устранение потерь воды при эксплуатации систем водоснабжения / И. В. Кожинов, Р. Г. Добровольский. — М.: Стройиздат, 1988. — 348 с.

44. Копытин А.Н. Современные подходы к определению эффективности насосных агрегатов / А.Н. Копытин, О.Ю. Царинник // Водопровод, отопление, кондиционирование.- 2007. -№8. — С. 14-16.

45. Корн Г. Справочник по математике (для ученых и инженеров: пер. с англ.: / Г. Корн, Т. Корн; под общ. ред. И. Г. Араманович. — М.: Наука, 1973. — 832 с.

46. Костин В.И. Регулирование производительности воздуходувок со смешанной схемой совместной работы / В.И. Костин // Известия вузов. Строительство. — Новосибирск, 2006. — № 6. — С. 61-64.

47. Красильников А. Применение автоматизированных насосных агрегатов с каскадным управлением в системах водоснабжения.Электронный ресурс. /

48. Красильников А. // Строительная техника. — Электрон, Дэн. — М., 2005-2006. — Режим доступа: http://www.archive-online.ru/read/stroing/330.

49. Курганов А. М. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения: справочник / А. М. Курганов, Н. В. Федоров. — Л.: Стройиздат, 1986. — 440 с.

50. Курганов А.М. Справочник по гидравлическим расчетам систем водоснабжения и канализации / А.М. Курганов, Н.Ф. Федоров. — Л.: Стройиздат, 1973. — 408 с.

51. Лапчик М.П. Численные методы: учеб. пособие / М.П. Лапчик, М.И. Рагулина, Е.К. Хеннер; изд. член парламента Лапчик. — М.: ИЦ «Академия», 2007 г. — 384 с.

52. Лезнов Б.С. Энергосберегающий и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках / Б.С. Лезнов. — М.: Энергоатомиздат, 2006. — 360 с.

53. Лезнов Б.С. Современные проблемы использования управляемого электропривода в насосных агрегатах / Б.С.Лезнов // ВСТ. — 2006. — № 11, часть 2. — С.2-5.

54. Ленский В. А. Водоснабжение и канализация / В. А. Ленский,

55. В.И. Павлов. — М.: Высшая школа, 1964. — 387 с.

56. Меренков А.П. Теория гидравлических цепей / А.П. Меренков, В.Я. Хасилев. — М.: Наука, 1985. — 294 с.

57. Методика определения безучетных затрат и потерь воды в системах коммунального водоснабжения: утв. Приказом Минпромэнерго РФ от 20.12.2004 № 172. — М.: Росстрой России, 2005. — 57 с.

58. Морозов К.Е. Математическое моделирование в научном познании / К.Е. Морозов. — М.: Мысль, 1969. 212 с.

59. Мошнин Л.Ф. Методика технико-экономического расчета сетей водоснабжения / Л.Ф. Мошнин. — М.: Стройиздат, 1950. — 144 с.

60. Николаев В. Анализ энергоэффективности различных способов управления насосными агрегатами с регулируемым приводом / В. Николаев // В СТ. — 2006. — № 11, ч. 2. — С. 6-16.

61.Николаев В. Возможности энергосбережения при переменной нагрузке лопастных воздуходувок / В. Николаев // Сантехника. — 2007. — № 6. — С. 68-73; 2008. — Нет. 1. -С. 72-79.

62. Сводов В.С. Примеры расчетов по сельскохозяйственному водоснабжению и канализации: учеб. пособие / В. С. Оводов, В. Г. Ильин. — М.: Госиздат сельскохозяйственной литературы, 1955. — 304 с.

63. Патент 2230938 РФ, МПК 7 B 04 D 15/00. Способ регулирования работы системы лопастных нагнетателей при переменной нагрузке / В.Николаев.

64. Патент на полезную модель № 61736, МПК Е03В 11/16. Система управления насосным агрегатом / Ф.В. Кармазинов, Ю.В. А. Ильин, В.С. Игнатчик и др.; опубл. 2007 г., Бюлл. № 7.

65. Патент на полезную модель № 65906, МПК ЭОЗВ 7/04. Многозональная система водоснабжения / Ф.В. Кармазинов, Ю.В. А. Ильин, В.С. Игнатчик и др.; опубл. 2007 г., Бюлл. № 7.

66. Патент на полезную модель № 81817, МПК В05В 15/00. Система управления водоснабжением / А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер.; опубл. 2008 г., Бюлл. № 9.

67. Правила технической эксплуатации систем и сооружений коммунального водоснабжения и канализации: утв. Приказом Госстроя России от 30.12.1999г. — М.: Госстрой России, 2000. — 123 с.

68. Прегер Э.А. Аналитический метод исследования совместной работы насосов и трубопроводов канализационных насосных станций: учеб. пособие / Е. А. Прегер. — Л.: ЛИСИ, 1974. — 61 с.

69. Прегер Э.А. Аналитическое определение в расчетных условиях производительности центробежных насосов, работающих параллельно в сети / Э.А. Прегер // Научные труды ЛИСИ.— Л., 1952. — Вып. 12. — С. 137-149.

70. Промышленное насосное оборудование. – М.: ООО «Грундфос», 2006. – 176 с.

71. Промэнерго. Малогабаритные автоматические насосные станции ОАО «Промэнерго». — Эд. 3-й, доп. — СПб., 2008. — 125 с.

72. Пфляйдерер К. Центробежные и пропеллерные насосы: пер. из 2-го немецкого издания / К. Пфлейдерер. — М.; Л.: ОНТИ, 1937. — 495 с.

73. Райзберг Б.А. Диссертация и ученая степень: пособие для соискателей / Б. А. Райзберг.- 3-е изд. — М.: ИНФРА-М, 2003. — 411 с.

75. Рутковская Д. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы / Д. Рутковская, М. Пилинская, Л. Рутковская. – М.: Горячая линия – Телеком, 2004. – 452 с.

76. Селиванов А.С. Разработка моделей функционально-структурной диагностики при оптимизации систем водоснабжения и водораспределения: Автореф. дис. … канд. тех. наук / А. С. Селиванов. — СПб, 2007. — 27 с.

77.СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий.- М.: ГПХПП, 1996.

78.СНиП 2.04.02-84*. Водоснабжение. Внешние сети и объекты. — М.: ГПХПП, 1996.

79.СНиП 2.04.03-85. Канализация. Внешние сети и объекты. — М.: ГП ЦПП, 1996.

80.СНиП 3.05.04-85*. Наружные сети и объекты водоснабжения и канализации. — М.: ГП ЦПП, 1996.

81. Сумароков С.В. Математическое моделирование систем водоснабжения / С.В. Сумароков. — Новосибирск: Наука, 1983. — 167 с.

82.Турк В. И. Насосы и насосные станции / В. И. Турк. — М.: Стройиздат, 1976. — 304 с.

83. Фаддеев Д.К. Вычислительные методы линейной алгебры / Д.К. Фаддеев, В.Н. Фаддеева. — М.: Лань, 2002. — 736 с.

84. Феофанов Ю.В. А. Повышение надежности систем водоснабжения городов (на примере Санкт-Петербурга) / Ю.В. А. Феофанов // Российская архитектурно-строительная энциклопедия. — М., 2000. — Т. 6. — С. 90-91.

85. Феофанов Ю.В. А. Методика определения неучтенных затрат и потерь в системах водоснабжения г. Санкт-Петербурга.Петербург / Ю. А. Феофанов, П.П. Махнев, М.М. Хямаляйнен, М.Ю. Юдин // ВСТ. — 2006. — № 9, ч. 1. — С. 33-36.

86. Форсайт Дж. Машинные методы математических вычислений / Дж. Форсайт, М. Малкольм, К. Моулер. — М.: Мир, 1980. — 177 с.

87. Хасилев В.Я. Элементы теории гидравлических цепей: Автореф. дис. … док. тех. наук. / В.Я. Хасилев. — Новосибирск, 1966. — 98 с.

88. Хорунжий П.Д. Расчет гидравлического взаимодействия гидротехнических сооружений / П.Д. Хорунжий.- Львов: Вища школа, 1983. — 152 с.

89. Хямяляйнен М.М. Комплексные гидравлические расчеты системы водоснабжения Санкт-Петербурга / М.М. Хямяляйнен, Смирнова С.В., М.Ю. Юдин // ВСТ. — 2006. — № 9, ч. 1. — С. 22-24.

90. Чугаев Р.Р. Гидравлика / Р.Р. Чугаев. — Л.: Энергоиздат, 1982. — 670 с.

91. Шевелев Ф. А. Водоснабжение крупных городов зарубежных стран / Ф. А. Шевелев, Г. А. Орлов. — М.: Стройиздат, 1987. — 347 с.

92.Шевелев Ф. А. Таблицы для гидравлического расчета водопроводных труб / Ф. А. Шевелев, А. Ф. Шевелев. -М. : Стройиздат, 1984. — 352 с.

93. Штейнмиллер О.А. Задача оптимального синтеза дожимных систем подачи и распределения воды (ВСР) микрорайона / О.А. Штейнмиллер, А.Н. Ким // Вестник инженеров-строителей. — 2009. — № 1 (18). — С. 80-84.

94. Штейнмиллер О.А. Системы коллективного водоснабжения / О.А. Штейнмиллер // Еврострой, Приложение «Дом». — СПб., 2003.— С. 5457.

95. Штейнмиллер О.А. Системы коллективного водоснабжения / О.А. Штейнмиллер // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. — СПб., 2005. — № 4 (20). — С. 22-24.

96. Штейнмиллер О.А. Проблемы в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения зданий. Установки повышения давления / Штейнмиллер О.А. // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. — СПб., 2004. — № 2 (14). — С. 26-28.

97. Штейнмиллер О.А. Скважинные водозаборы / О.А. Штейнмиллер // Сборник тезисов научно-практической конференции.Серия «Подъем отечественной промышленности — подъем России» / под ред. А. М. Гримитлин. — СПб., 2005. — С. 47-51.

98. Штейнмиллер О.А. Статическая и многорежимная оптимизация параметров насосного оборудования системы «районная насосная станция — абонентская сеть» / О.А. Штейнмиллер, А.Н. Ким // Вестник инженеров-строителей. — 2009. — № 2 (19). — С. 41-45.

99. Штейнмиллер О.А. Численные методы решения задачи оптимального синтеза повышающих систем подачи и распределения воды в микрорайоне / О.А. Штейнмиллер // Вестник инженеров-строителей.- 2009. — № 4 (21).1. С. 81-87.

101. ГРУНДФОС. Каталоги продукции. Проспекты Электронный ресурс. / GRUNDFOS // Техническая документация 2007. — Электрон, дан. — М.: ООО «Грундфос», 2007. — 1 эл., опт. диск (CD-ROM).

102. Гидравлика в гражданском и экологическом строительстве: Руководство по решениям. — Тейлор и Фрэнсис, 2004. — 680 с.

103. ИТТ. Фогель Пумпен. Ловара. Общий каталог (арт. № 771820390 от 02/2008 на английском языке). — 2008. — 15 с.

104. Мохаммад Карамуз. Анализ систем водных ресурсов / Мохаммад Карамуз, Ференц Сидаровски, Банафше Захрайе. — Издательство Льюис/CRC, 2003. — 608 с.

105. Стоимость жизненного цикла насоса: Руководство по анализу LCC для насосных систем. Резюме / Институт гидравлики, Europump, Управление промышленных технологий (OIT) Министерства энергетики США. — 2000. — 16 с.

106. Рама Прасад. Перспективы исследований в области гидравлики и гидротехники / Рама Прасад, С.Ведула. — Всемирная научная издательская компания, 2002, 368 с.

107. Томас М. Вальски. Усовершенствованное моделирование и управление водораспределением / Томас М. Вальски, Дональд В. Чейз, Драган А. Савич. — Bentley Institute Press, 2004. — 800 с.

Обращаем Ваше внимание, что вышеуказанные научные тексты размещены для ознакомления и получены путем распознавания оригиналов текстов диссертаций (OCR). В связи с этим они могут содержать ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания.В PDF-файлах диссертаций и авторефератов, которые мы предоставляем, таких ошибок нет.

УТВЕРЖДЕН

Директор Института природных ресурсов

А.Ю. Дмитриева

Направление (специальность) ПЛО 21.03.01 «Нефтегазовое дело»

Номер кластера ( по унифицированным дисциплинам )

Профиль (ы) подготовки (специализация, программа)

« Эксплуатация и техническое обслуживание транспортных и складских помещений для нефти, газа и нефтепродуктов »

Квалификация (степень) Бакалавр

Базовая программа приема 2014 Г.

Скважина 4 семестр 7

Сумма кредитов 6

Код дисциплины В1.ВМ5.1.4

Заочная форма обучения

Виды образовательной деятельности

Ресурс времени для заочных курсов

Лекции, ч

Практические занятия, ч

Лабораторные исследования, ч

Аудиторные занятия, ч

Курсовая работа, ч

Самостоятельная работа, ч

Вид промежуточной аттестации экзамен

Вспомогательный блок Кафедра ТКХНГ ИПР

2014 Г.

1. Цели освоения модуля (дисциплины)

В результате освоения дисциплины Б1.ВМ5.1.4 «Эксплуатация насосных и компрессорных станций» бакалавр приобретает знания, умения и навыки, обеспечивающие достижение поставленных целей Ц1, Ц3, Ц4, Ц5 ООП 21.03.01 «Нефтегазовое дело»:

Код цели

Заявление о цели

Требования ФГОС

и заинтересованные

работодатели

Готовность выпускников к производственной, технологической и конструкторской деятельности, обеспечивающей модернизацию, внедрение и эксплуатацию оборудования по добыче, транспортировке и хранению нефти и газа

Требования ФГОС

, критерии АИОР, соответствие международным стандартам EUR-ACE и FEANI.Для нужд научных центров ОАО «ТомскНИПИнефть» и предприятий нефтегазовой отрасли, предприятий ООО «Газпром», АК «Транснефть»

Готовность выпускников к организационно-управленческой деятельности по принятию профессиональных решений в междисциплинарных областях современных нефтегазовых технологий с использованием принципов менеджмента и управления

Готовность выпускников уметь обосновывать и защищать собственные выводы и выводы на занятиях разной степени междисциплинарной профессиональной подготовленности

Требования ФГОС, критерии АИОР, соответствие международным стандартам EUR-ACE и FEANI, запросы отечественных и зарубежных работодателей

Готовность выпускников к самообучению и постоянному профессиональному самосовершенствованию в условиях автономии и самоуправления

Требования ФГОС, критерии АИОР, соответствие международным стандартам EUR-ACE и FEANI, запросы отечественных и зарубежных работодателей

Общая цель изучения дисциплины – приобретение учащимися базовых знаний, связанных с эксплуатацией насосно-компрессорных станций.

Изучение дисциплины позволит студентам овладеть необходимыми знаниями и навыками в области насосов и компрессоров. Приобретать знания, навыки и умения в области проектирования, строительства и эксплуатации насосно-компрессорного и вспомогательного оборудования.

2014-03-15

Внедрение современных SCADA-систем в водном хозяйстве предоставляет предприятиям беспрецедентную возможность контролировать и управлять всеми аспектами получения, подачи и распределения воды из централизованной системы управления.Современные коммунальные предприятия за рубежом признают, что SCADA-система не должна состоять из одного или нескольких изолированных «островков автоматизации», а может и должна представлять собой единую систему, работающую в территориально-распределенной сети и интегрированную в информационно-вычислительную систему своего предприятия. Следующим логическим шагом после внедрения системы SCADA является более эффективное использование этих инвестиций с помощью современного программного обеспечения, которое обеспечивает прогнозирующее управление (в отличие от управления с обратной связью) системой водоснабжения.Выгоды, полученные в результате этих действий, могут включать улучшение качества воды за счет уменьшения срока службы, минимизации затрат на энергию и повышения производительности системы без ущерба для эксплуатационной надежности.


Введение

С середины 1970-х годов автоматизация вторглась в процессы подготовки, подачи и распределения питьевой воды, традиционно управляемые ручным способом. До этого времени в большинстве конструкций использовались простые консоли с сигнальными лампами, циферблатные индикаторы и дисплеи на консоли, такие как самописцы с круговыми диаграммами, в качестве устройств, дополняющих систему ручного управления.Позже появились умные приборы и анализаторы, такие как нефелометры, счетчики частиц и рН-метры. Их можно использовать для управления насосами-дозаторами химикатов, чтобы обеспечить соответствие применимым стандартам водоснабжения. В конце концов, полностью автоматическое управление с помощью ПЛК или распределенных систем управления появилось за границей в начале 1980-х годов. Наряду с совершенствованием технологий совершенствовались и процессы управления. Примером этого является использование расходомеров в качестве вторичного контура управления после внутреннего контура для дозирования коагулянта.Основная проблема заключалась в том, что в промышленности продолжала существовать теория применения индивидуальных средств измерений. Системы управления по-прежнему разрабатывались так, как если бы один или несколько физических счетчиков были соединены вместе для управления одной выходной переменной. Основным преимуществом ПЛК была возможность объединять большие объемы цифровых и аналоговых данных, а также создавать более сложные алгоритмы, чем те, которые можно получить при объединении отдельных измерительных приборов.

Как следствие, стало возможным упражнять и пытаться добиться такого же уровня контроля в системе водораспределения.Ранние разработки телеметрического оборудования сталкивались с проблемами, связанными с низкой скоростью передачи данных, высокой задержкой и ненадежной радиосвязью или выделенными линиями. На сегодняшний день эти проблемы еще полностью не решены, однако в большинстве случаев они преодолеваются за счет использования высоконадежных сетей с коммутацией пакетов данных или ADSL-соединений с глобальной телефонной сетью.

Все это дорого обходится, но инвестиции в SCADA-систему являются обязательными для предприятий водоснабжения. В странах Америки, Европы и промышленно развитой Азии мало кто пытается управлять предприятием без такой системы.Привести обоснование окупаемости значительных затрат, связанных с установкой SCADA-системы и системы телеметрии, может быть затруднительно, однако в действительности альтернативы этому направлению нет.

Сокращение рабочей силы за счет использования централизованного пула опытных сотрудников для управления широко распределенной системой и возможности контроля и управления качеством — два наиболее распространенных оправдания.

Подобно установке ПЛК на сооружениях, что обеспечивает основу для включения передовых алгоритмов, внедрение широко распространенной системы телеметрии и системы SCADA позволяет осуществлять более сложный контроль над водораспределением.Фактически, общесистемные алгоритмы оптимизации теперь могут быть интегрированы в систему управления. Полевые удаленные телеметрические устройства (RTU), системы телеметрии и управления объектами могут быть синхронизированы, чтобы значительно снизить затраты на электроэнергию и получить другие преимущества для предприятий водоснабжения. Значительный прогресс был достигнут в области качества воды, системной безопасности и энергоэффективности. Например, в настоящее время в Соединенных Штатах проводятся исследования по изучению реагирования в реальном времени на террористические атаки с использованием разведывательных данных и инструментов в системе распределения.

Распределенное или централизованное управление

Приборы, такие как расходомеры и анализаторы, могут быть довольно сложными сами по себе и способны выполнять сложные алгоритмы с использованием множества переменных и различных выходных данных. Они, в свою очередь, передаются на ПЛК или интеллектуальные RTU, способные осуществлять очень сложное диспетчерское телеуправление. ПЛК и RTU подключаются к централизованной системе управления, которая обычно находится в головном офисе водоканала или на одном из крупных объектов.Эти централизованные системы управления могут состоять из мощного ПЛК и системы SCADA, которые также могут выполнять очень сложные алгоритмы.

В данном случае возникает вопрос, где установить интеллектуальную систему или целесообразно ли дублировать интеллектуальную систему на нескольких уровнях. Имеются преимущества локального управления на уровне удаленного терминала, что делает систему относительно невосприимчивой к потере связи с сервером централизованного управления. Недостатком является то, что на RTU отправляется только локализованная информация.Примером может служить насосная станция, оператор которой не знает ни уровня воды в баке, в который перекачивается вода, ни уровня бака, из которого перекачивается вода.

Отдельные общесистемные алгоритмы на уровне RTU могут иметь нежелательные последствия для работы установки, например, требуя слишком большого количества воды в неподходящее время. Желательно использовать общий алгоритм. Поэтому лучше всего иметь локальное управление, чтобы обеспечить хотя бы базовую защиту в случае потери связи и сохранить возможность управления централизованной системой для принятия общих решений.Эта идея использования каскадных уровней контроля и защиты является наиболее оптимальной из двух доступных вариантов. Элементы управления на RTU могут быть бездействующими и активироваться только при возникновении необычных условий или при потере связи. Дополнительным преимуществом является то, что относительно непрограммируемые RTU могут использоваться в полевых условиях, поскольку они требуются только для выполнения относительно простых рабочих алгоритмов. Многие коммунальные службы в США установили RTU в 1980-х годах, когда относительно дешевые «непрограммируемые» RTU были нормой.

Эта концепция сейчас также используется, однако до недавнего времени мало что было сделано для достижения общесистемной оптимизации. Schneider Electric внедряет системы управления на основе программного обеспечения, которое представляет собой программу управления в режиме реального времени и интегрировано в систему SCADA для автоматизации системы распределения воды (см. Рисунок № 1).

Программное обеспечение считывает оперативные данные из системы SCADA о текущих уровнях резервуаров, расходах воды и наличии оборудования, а затем формирует графики расхода загрязненной и очищенной воды для сооружений, всех насосов и автоматических клапанов в системе на плановый период.Программное обеспечение способно выполнять эти действия менее чем за две минуты. Каждые полчаса программа перезапускается для адаптации к изменяющимся условиям, в основном при изменении нагрузки на стороне потребления и сбоях в работе оборудования. Элементы управления автоматически активируются программным обеспечением, что позволяет полностью автоматически управлять даже самыми мощными системами распределения воды без обслуживающего персонала. Основной задачей является снижение стоимости распределения воды, в основном стоимости энергоресурсов.

Проблема оптимизации

Анализируя мировой опыт, можно сделать вывод, что многочисленные исследования и усилия были направлены на решение проблемы, связанной с планированием производства, насосами и арматурой в системах водораспределения. Большая часть этих усилий была чисто научной, хотя было несколько серьезных попыток создать решение на рынке. В 1990-х годах группа американских коммунальных служб объединилась для продвижения идеи Системы управления качеством энергии и воды (EWQMS) под эгидой Исследовательского фонда Американской ассоциации водопроводных сооружений (AWWA).В результате этого проекта было проведено несколько испытаний. Совет по исследованию водных ресурсов (WRC) в Великобритании применил аналогичный подход в 1980-х годах. Однако и США, и Великобританию сдерживало отсутствие инфраструктуры систем управления, а также отсутствие коммерческих стимулов в этой отрасли, поэтому, к сожалению, ни одна из этих стран не добилась успеха, и впоследствии все эти попытки были оставлены.

Существует несколько пакетов программного обеспечения для моделирования гидравлических систем, в которых используются эволюционные генетические алгоритмы, позволяющие компетентному инженеру принимать обоснованные проектные решения, но ни один из них не может считаться целевой автоматической системой управления в реальном времени для какой-либо системы распределения воды.

Более 60 000 систем водоснабжения и 15 000 систем сбора и отвода сточных вод в США являются крупнейшими потребителями электроэнергии в стране, потребляя около 75 млрд кВтч/год в общенациональном масштабе — около 3% годового потребления электроэнергии в США.

Большинство подходов к решению задачи оптимизации энергопотребления указывают на то, что значительная экономия может быть достигнута за счет принятия соответствующих решений в области планирования режимов работы насосов, особенно при использовании многокритериальных эволюционных алгоритмов (МЭА).Как правило, это прогнозируемая экономия затрат на электроэнергию в пределах 10 — 15%, а иногда и больше.

Одной из проблем всегда была интеграция этих систем в реальное оборудование. Решения на основе MOEA всегда страдали относительно медленным временем отклика решения, особенно в системах, в которых использовалось больше насосов, чем в стандартных системах. Производительность решения увеличивается экспоненциально, когда количество насосов достигает диапазона от 50 до 100. Это позволяет классифицировать проблемы в функционировании алгоритмов МОЭА как проблемы, связанные с проектированием, а сами алгоритмы — как обучающиеся системы, а не автоматическое управление в реальном времени. системы.

Любое предлагаемое общее решение проблемы распределения воды с наименьшими затратами требует нескольких основных компонентов. Во-первых, решение должно быть достаточно быстрым, чтобы справляться с изменяющимися обстоятельствами в реальных условиях эксплуатации, и должно иметь возможность подключения к централизованной системе управления. Во-вторых, он не должен мешать работе основных устройств защиты, интегрированных в существующую систему управления. В-третьих, он должен достичь своей цели по снижению затрат на энергию без негативного влияния на качество воды или надежность водоснабжения.

В настоящее время, и это показывает мировой опыт, соответствующая задача решена путем применения новых, более совершенных (по сравнению с МОЭА) алгоритмов. Наличие четырех крупных площадок в Соединенных Штатах свидетельствует о возможной производительности решений при достижении цели по снижению затрат на распространение.

EBMUD составляет 24-часовой график получасовых блоков менее чем за 53 секунды, Washington Suburban в Мэриленде — за 118 секунд или меньше, Eastern Municipal California — за 47 секунд или меньше, а WaterOne в Канзас-Сити — менее чем за 2 минуты. .Это на порядок быстрее по сравнению с системами, основанными на алгоритмах MOEA.

Определение задач

Затраты на энергию являются основными затратами в системах очистки и распределения воды и обычно уступают только затратам на оплату труда. Из общих затрат на электроэнергию на насосное оборудование приходится до 95% всей электроэнергии, покупаемой коммунальным предприятием, а остальная часть приходится на освещение, вентиляцию и кондиционирование воздуха.

Понятно, что снижение затрат на электроэнергию является основным стимулом для этих предприятий, но не за счет повышения операционных рисков или снижения качества воды.Любая система оптимизации должна быть способна учитывать изменяющиеся ограничивающие условия, такие как эксплуатационные пределы резервуара и технологические требования к конструкциям. В любой реальной системе всегда имеется значительное количество ограничений. К таким ограничениям относятся: минимальное время работы насоса, минимальное время остывания насоса, минимальный расход и максимальное давление на выходе клапанных узлов, минимальная и максимальная пропускная способность сооружений, правила создания давления в насосных станциях, определение времени работы насоса для предотвращения значительных колебаний или воды. молоток….

Правила качества воды установить и количественно определить сложнее, так как взаимосвязь между требованиями к минимальному рабочему уровню воды в водохранилище может противоречить необходимости регулярной циркуляции воды в водохранилище для уменьшения возраста воды. Разложение хлора тесно связано с возрастом воды, а также сильно зависит от температуры окружающей среды, что затрудняет установление строгих правил для обеспечения необходимого уровня остаточного хлора во всех точках распределительной системы.

Интересным шагом в каждом проекте внедрения является способность программного обеспечения определять «стоимость ограничения» как результат работы программы оптимизации. Это позволяет нам проверять некоторые представления клиентов с помощью надежных данных, и благодаря этому процессу некоторые ограничения могут быть сняты. Это обычная проблема для крупных коммунальных предприятий, где оператор со временем может столкнуться с серьезными ограничениями.

Например, на крупной насосной станции может быть ограничение, связанное с возможностью одновременного использования не более трех насосов по обоснованным причинам, заложенным при строительстве станции.

В нашем программном обеспечении мы используем схему моделирования гидравлической системы, чтобы определить максимальный выходной поток насосной станции в течение дня, чтобы соответствовать любым ограничениям по давлению.

Определившись с физической структурой системы водораспределения, указав зоны повышенного давления, выбрав оборудование, которое будет автоматически управляться нашим программным обеспечением, и получив согласованный набор ограничений, можно приступать к реализации проекта внедрения.Изготовление по индивидуальному заказу (при условии предварительной готовности) и конфигурация обычно занимают от пяти до шести месяцев, за которыми следуют обширные испытания в течение трех или более месяцев.

Возможности программных решений

Хотя решение очень сложной задачи планирования представляет интерес для многих, на самом деле это лишь один из многих шагов, необходимых для создания удобного, надежного и полностью автоматического инструмента оптимизации. Типичные шаги перечислены ниже:

  • Выбор долгосрочных настроек.
  • Чтение данных из системы SCADA, обнаружение и устранение ошибок.
  • Определение целевых объемов, которые должны быть в водохранилищах для обеспечения надежности подачи и водооборота.
  • Чтение любых изменяющихся сторонних данных, таких как цены на электроэнергию в режиме реального времени.
  • Расчет графиков для всех насосов и клапанов.
  • Подготовьте данные для системы SCADA, чтобы запустить насосы или открыть клапаны по мере необходимости.
  • Обновление данных анализа, таких как прогнозируемый спрос, затраты, оценки очистки воды.

Большинство шагов в этом процессе займет всего несколько секунд, а решатель займет больше всего времени, но, как отмечалось выше, он все равно будет достаточно быстрым для интерактивного запуска.

Операторы системы распределения могут просматривать прогнозы и выходные данные в простом клиенте, таком как Windows. На приведенном ниже снимке экрана (Рисунок №1) на верхнем графике показана потребность, на среднем графике показан уровень воды в водохранилище, а нижний ряд точек — график работы насоса. Желтые полосы показывают текущее время; все, что до желтого столбца, — это архивные данные; все, что после него, является прогнозом на будущее.Из формы экрана видно прогнозируемое повышение уровня воды в водохранилище в условиях работы насосов (зеленые точки).

Наше программное обеспечение предназначено для поиска возможностей снижения эксплуатационных расходов, а также затрат на электроэнергию; однако преобладающее влияние оказывают затраты на электроэнергию. С точки зрения снижения затрат на электроэнергию он выглядит в трех основных направлениях:

  • Перевод использования энергии на периоды с более дешевым тарифом, использование водохранилища для подачи воды потребителям.
  • Сократите расходы в пиковые периоды, ограничив максимальное количество насосов в эти периоды.
  • Снижение расхода электроэнергии, необходимой для подачи воды в систему водоснабжения, за счет использования насоса или группы насосов в режиме, близком к их оптимальной производительности.

Результаты EBMUD в Калифорнии

Аналогичная система была запущена в EBMUD в июле 2005 года. В первый год работы программа позволила добиться экономии энергии в размере 12,5% (370 000 долларов США по сравнению с предыдущим годом, когда было потреблено 2 доллара США.7 миллионов), подтвержденное независимыми экспертами. На второй год работы он дал еще лучшие результаты, с экономией около 13,1%. В основном это было достигнуто за счет перевода электрической нагрузки на трехдиапазонный тарифный режим. До использования программного обеспечения EBMUD уже предприняла значительные усилия по снижению затрат на электроэнергию за счет ручного вмешательства оператора и сократила свои затраты на электроэнергию на 500 000 долларов США. Был построен достаточно большой напорный бассейн, что позволило компании отключить все насосы на 6-часовой период с максимальным расходом около 32 центов/кВтч.Программное обеспечение планировало, что насосы перейдут с двух коротких периодов графика фиксированной нагрузки по обе стороны пикового периода со скоростью 12 центов / кВтч на десятичасовую непиковую ночную ставку 9 центов / кВтч. Даже при небольшой разнице в стоимости электроэнергии выгода была существенной.

На каждой насосной станции установлено несколько насосов, а в некоторых случаях на одной станции используются насосы разной производительности. Это предоставляет программе оптимизации множество возможностей для создания различных потоков в системе распределения воды.Программное обеспечение решает нелинейные уравнения, связанные с гидравлическими характеристиками, чтобы определить, какая комбинация насосов обеспечит требуемый ежедневный баланс массы с максимальной эффективностью и минимальным расходом. Несмотря на то, что EBMUD усердно работал над улучшением производительности насоса, программное обеспечение успешно уменьшило общее количество кВтч, необходимое для создания потока. На некоторых насосных станциях производительность увеличена более чем на 27% исключительно за счет правильного выбора насоса или насосов в нужное время.

Улучшение качества труднее поддается количественной оценке.EBMUD использовала три рабочих правила для улучшения качества воды, которые пытались внедрить вручную. Первое правило заключалось в том, чтобы выровнять скорость потока на очистных сооружениях до двух смен скорости в день. Более плавные производственные потоки позволяют оптимизировать дозирование химикатов, обеспечивать постоянный поток с низкой мутностью и стабильные уровни хлора с более чистым резервуаром установки. Программное обеспечение теперь последовательно определяет две скорости потока на очистных сооружениях с помощью надежного прогнозирования спроса и распределяет эти скорости в течение дня.Второе требование заключалось в увеличении глубины цикличных водоемов для снижения среднего возраста воды. Поскольку программное обеспечение является средством регулирования баланса масс, реализация этой стратегии не представляла сложности. Третье требование было самым строгим. Поскольку в каскаде было несколько резервуаров и насосных станций, подающих воду с разным давлением, EBMUD хотел, чтобы все насосные станции работали одновременно, когда верхний резервуар нуждался в воде, чтобы чистая вода поступала из нижней части каскада вместо старой воды из промежуточного резервуара. …. Это требование также было выполнено.

Результаты WSSC (Пенсильвания, Нью-Джерси, Мэриленд)

Система оптимизации работает в компании с июня 2006 года. WSSC занимает практически уникальное положение в США, закупая более 80% своей электроэнергии по реальным ценам. Она работает на рынке PJM (Пенсильвания, Нью-Джерси, Мэриленд) и покупает электроэнергию напрямую у независимого оператора рынка. Остальные насосные станции работают по разным структурам тарифов от трех отдельных компаний-поставщиков электроэнергии.Очевидно, что автоматизация процесса оптимизации расписания насосов на реальном рынке означает, что планирование должно быть гибким и реагировать на ежечасные изменения цен на электроэнергию.

Программное обеспечение решает эту проблему менее чем за две минуты. Операторам уже удалось перераспределить нагрузку на крупных насосных станциях под влиянием цен в течение года до установки программного обеспечения. При этом заметные улучшения в планировании были очевидны уже через несколько дней после запуска автоматизированной системы.За первую неделю только на одной насосной станции была зафиксирована экономия около 400 долларов США в день. На второй неделе эта сумма увеличилась до 570 долларов в день, а на третьей неделе превысила 1000 долларов в день. Аналогичные эффекты были достигнуты еще на 17 насосных станциях.

Система водораспределения ВССП отличается высоким уровнем сложности и имеет большое количество нерегулируемых предохранительных клапанов, что усложняет процесс расчета водопотребления и оптимизации.Хранение в системе ограничено примерно 17,5% суточного водопотребления, что снижает возможность перенесения нагрузки на периоды с меньшими затратами. Наиболее жесткие ограничения были связаны с двумя крупными водоочистными сооружениями, где разрешалось не более 4 смен насосов в сутки. Со временем стало возможным устранить эти ограничения, чтобы увеличить экономию от проектов реконструкции.

Взаимодействие с системой управления

Оба этих примера требовали программного взаимодействия с существующими системами управления.В EBMUD уже был современный пакет централизованного планирования работы насосов, который включал таблицу ввода для каждого насоса с максимум 6 циклами пуска и останова. Пользоваться этой доступной функцией и получать график насосов с данными из этих таблиц было относительно просто после каждого решения задачи. Это означало, что в существующую систему управления были внесены минимальные изменения, а также указывало на то, что существующие системы защиты от переполнения и подтопления для резервуаров могут быть использованы.

Система пригородов Вашингтона была еще более сложной для создания и подключения к системе.В головном офисе не было установлено централизованного ПЛК. Кроме того, осуществлялась программа по замене непрограммируемых RTU на интеллектуальные ПЛК в полевых условиях. В скриптовый язык пакета системы SCADA добавлено значительное количество логических алгоритмов, при этом решена дополнительная задача по обеспечению избыточности данных в серверах системы SCADA.

Использование общих стратегий автоматизации создает интересную ситуацию. Если оператор вручную наполняет резервуар в определенной области, он знает, какие насосы были запущены, и, следовательно, он также знает, какой уровень воды в резервуаре следует контролировать.Если оператор использует резервуар, время наполнения которого составляет несколько часов, он будет вынужден контролировать уровни этого резервуара в течение нескольких часов с момента запуска насосов. Если в этот период времени произойдет потеря связи, он в любом случае сможет устранить эту ситуацию, остановив насосную станцию. Однако, если насосы запускаются полностью автоматической системой, оператору не нужно знать, что это произошло, и поэтому система будет в большей степени полагаться на автоматические локальные средства управления для защиты системы.Это функция локализованной логики в поле RTU.

Как и в случае любого сложного проекта по внедрению программного обеспечения, конечный успех зависит от качества входных данных и устойчивости решения к внешним воздействиям. Каскадные уровни блокировок и защитных устройств необходимы для обеспечения уровня безопасности, необходимого для любой жизненно важной утилиты.

Заключение

За последние 20 лет крупные инвестиции в системы автоматизации и управления для компаний водоснабжения за рубежом создали необходимую инфраструктуру для реализации общих стратегий оптимизации.Водоканалы самостоятельно разрабатывают еще более совершенное программное обеспечение для повышения эффективности использования воды, уменьшения утечек и улучшения общего качества воды.

Использование программного обеспечения является одним из примеров того, как можно получить финансовую выгоду за счет значительных первоначальных инвестиций в системы автоматизации и управления.

Наш опыт позволяет утверждать, что использование соответствующего опыта на предприятиях водоснабжения России, построение современных систем централизованного управления является перспективным решением, позволяющим эффективно решать комплекс актуальных задач и проблем отрасли.

Выполнение данной задачи основано на проведении натурных испытаний насосных агрегатов, которые проводятся на основании разработанной методики диагностики насосных станций, представленной на рис. четырнадцать.
Для оптимизации работы насосных агрегатов необходимо определение их КПД и удельного энергопотребления путем проведения натурных испытаний насосных агрегатов, что позволит оценить экономическую эффективность насосной станции.
После определения КПД насосных агрегатов определяется КПД насосной станции, откуда легко перейти к выбору наиболее экономичных режимов работы насосных агрегатов с учетом раз-
точности питание станции, типоразмеры устанавливаемых насосов и допустимое количество их включений и выключений.
В идеале полученные данные можно использовать для определения эффективности насосной станции.
непосредственные замеры при натурных испытаниях насосных агрегатов, для чего необходимо будет выполнить натурные испытания в 10-20 точках подачи в рабочем диапазоне насоса при различных значениях открытия клапана (от 0 до 100 %).
При проведении натурных испытаний насосов следует измерять частоту вращения рабочего колеса, особенно при наличии частотных регуляторов, так как текущая частота прямо пропорциональна скорости вращения двигателя.
По результатам испытаний построены фактические характеристики именно для этих насосов.
После определения КПД отдельных насосных агрегатов рассчитывается КПД насосной станции в целом, а также наиболее экономичные сочетания насосных агрегатов или режимов их работы.
Для оценки характеристик сети можно использовать данные автоматизированного учета расходов и напоров на магистральных водопроводах на выходе из станции.
Пример заполнения бланков на проведение полигонных испытаний насосного агрегата представлен в Приложении.4, графики фактической производительности насоса — в приложении. 5.
Геометрический смысл оптимизации работы насосной станции заключается в подборе рабочих насосов, наиболее точно соответствующих потребностям распределительной сети (расходу, напору) на рассматриваемых интервалах времени (рис. 15).
В результате данной работы обеспечивается снижение расхода электроэнергии на 5-15% в зависимости от размера станции, количества и типоразмеров установленных насосов, а также характера водопотребления.

Источник: Захаревич М.Б.. Повышение надежности систем водоснабжения путем внедрения безопасных форм организации их эксплуатации и строительства: учеб. разрешение. 2011 (оригинал)

Еще по теме Повышение эффективности насосных станций:

  1. Захаревич М.Б. / М.Б. Захаревич, А.Н. Ким, А.Ю. Мартьянова; СПбЭАСУ – СПб., 2011. – 6 Повышение надежности систем водоснабжения за счет внедрения безопасных форм организации их эксплуатации и строительства: учеб.руководство, 2011

Оптимизация программы работы насосных станций. Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей олег адольфович штейнмиллер. Список использованной литературы

1. Аналитический обзор основ теории насосного, нагнетательного
оборудования и технологий для решения задач создания и повышения
давления в системах водоснабжения и распределения (ВСВ)
10

1.1. Насосы. Классификация, основные параметры и понятия.

Технический уровень современного насосного оборудования 10

    Основные параметры и классификация насосов 10

    Насосное оборудование для повышения давления в водопроводе… 12

    Обзор насосных новинок и усовершенствований с практической точки зрения 16

    1.2. Технология применения воздуходувок в СПРВ 23

    1. Станции насосные для систем водоснабжения. Классификация 23

      Общие схемы и методы регулирования работы насосов при повышении давления 25

      Оптимизация производительности воздуходувки: регулирование скорости и совместная работа 30

      Проблемы обеспечения давления в наружных и внутренних сетях водоснабжения 37

      Выводы глава 40

    2.Обеспечение необходимого давления в наружных и внутренних водопроводных сетях
    . Повышение компонентов WMS на уровне
    районных, квартальных и внутренних сетей
    41

    2.1. Общие направления развития в практике применения насосного

    оборудования для повышения давления в сетях водоснабжения 41

    л 2.2». Задачи обеспечения необходимого давления в системах водоснабжения

      Краткое описание СПРВ ( на примере св.Санкт-Петербург)

      Опыт решения проблем повышения давления на уровне районных и квартальных сетей 48

    2.2.3. Особенности задач повышения давления во внутренних сетях 55

    2.3. Постановка задачи оптимизации добавочных компонентов

    СПРВ на уровне районных, квартальных и внутренних сетей 69

    2.4. Выводы по главе „.._. 76

    3. Математическая модель оптимизации насосного оборудования

    на периферийном уровне СПРВ 78

    3.1. Статическая оптимизация параметров насосного оборудования

    на уровне районных, квартальных и внутренних сетей 78

      Общая характеристика структуры районной сети водоснабжения при решении задач оптимального синтеза. «. 78

      Минимизация затрат энергии на один режим потребления воды „83

    3.2. Оптимизация параметров насосного оборудования на периферии
    номинальный уровень системы водоснабжения при изменении режима водопотребления 88

      Многорежимное моделирование в задаче минимизации энергетических затрат (общие подходы) 88 ​​

      Минимизация энергетических затрат с возможностью регулирования скорости (вращения колеса) нагнетателя 89

    2.3. Минимизация энергозатрат в случае

    Каскадно-частотное регулирование (управление) 92

    Имитационная модель оптимизации параметров оборудования насосной станции
    на периферийном уровне СПРВ 95

    3.4. Глава Выводы

    4». Численные методы решения задач оптимизации параметров
    насосного оборудования
    101

    4.1. Исходные данные для решения задач оптимального синтеза, 101

      Исследование режима водопотребления методами времени анализ рядов _ 101

      Определение закономерностей временного ряда водопотребления 102

      Частотное распределение затрат и коэффициентов

    Неравномерное водопотребление 106

    4.2. Аналитическое представление производительности насосного оборудования
    , 109

      Моделирование производительности отдельных воздуходувок тят 109

      Определение рабочих характеристик воздуходувок насосных станций 110

    4.3. Нахождение оптимума целевой функции 113

      Оптимальный поиск с использованием градиентных методов 113

      Модифицированный план Холлайда. 116

    4.3.3. Реализация алгоритма оптимизации на компьютере 119

    4.4. Заключения по главе 124

    5. Сравнительная эффективность усилителей

    WMS на основе оценки стоимости жизненного цикла

    (с использованием МИК для измерения параметров) 125

    5.1. Методика сравнительной оценки эффективности

    бустирующих компонентов в периферийных отделах СПРВ 125

    5.1.1. Стоимость жизненного цикла насосного оборудования., 125

      Критерий минимизации суммарных приведенных затрат для оценки эффективности повышающих компонентов СУС 129

      Целевая функция экспресс-модели оптимизации параметров насосного оборудования на периферии уровень C1IPB 133

    5.2. Оптимизация дожимных элементов на периферийных
    участках СПРВ при реконструкции и модернизации 135

      Система управления подачей воды с использованием мобильного измерительного комплекса МИК 136

      Экспертная оценка результатов измерения параметров насосного оборудования насосной станции с использованием МИК 142

      Имитационная модель стоимости жизненного цикла насосного оборудования насосных станций на основе данных параметрического аудита 147

    5.3. Организационные вопросы проведения оптимизации

    решения (заключительные пункты) 152

    5.4. Выводы главы 1 54

    Общие выводы. «155

    Список гератур 157

    Приложение 1. Некоторые понятия, функциональные зависимости и
    характеристики, необходимые при выборе насосов 166

    Приложение 2. Описание программы исследований

    оптимизационные модели СПРВ 174

    174

    мкр. Приложение 3.Решение оптимизационных задач и построение

    имитационных моделей LCCD NS с использованием табличного процессора 182

    Введение в работу

    Система водоснабжения и распределения (ВСВ) является основным ответственным комплексом объектов водоснабжения, обеспечивающим транспортировку воды в территория поставляемых объектов, распределение по территории и доставка до пунктов сбора потребителями. Нагнетательные (повысительные) насосные станции (НС, ПНС), как один из основных конструктивных элементов системы водоснабжения, во многом определяют эксплуатационные возможности и технический уровень системы водоснабжения в целом, а также существенно определяют экономические показатели его эксплуатация.

    Значительный вклад в разработку темы внесли российские ученые: Н.Н. Абрамов, М.М. Андрияшев, А.Г. Евдокимов, Ю.А. Ильин, С.Н. Карамбиров, В.Я. Карелин, А.М. Курганов, А.П. Меренков, Л.Ф. Мошнин, Е.А. Прегер, С.В. Сумароков, А.Д. Тевяшев, В.Я. Хасилев, П.Д. Хорунжий, Ф. Алиевлев и другие.

    Проблемы, с которыми сталкиваются российские коммунальщики при обеспечении давления в сетях водоснабжения, как правило, схожи. Состояние магистральных сетей привело к необходимости снижения напора, вследствие чего возникла задача компенсировать соответствующее падение напора на уровне районных и квартальных сетей.Подбор насосов в составе ПНС зачастую осуществлялся с учетом перспектив развития, параметры производительности и напора завышались. Стало обычным доводить насосы до требуемых характеристик дросселированием с помощью клапанов, что приводит к перерасходу электроэнергии. Насосы не заменяются вовремя; большинство из них работают с низким КПД. Износ оборудования обострил необходимость реконструкции ПНС для повышения эффективности и надежности работы.

    С другой стороны, развитие городов и увеличение высотности домов, особенно в случае герметизации зданий, требуют обеспечения необходимых напоров для новых потребителей, в том числе путем оснащения высотных зданий (МЗД) воздуходувки. Создание необходимого для разных потребителей давления на концевых участках водопроводной сети может быть одним из наиболее реальных способов повышения эффективности системы водоснабжения.

    Совокупность этих факторов является основой для постановки задачи определения оптимальных параметров ПИЛ при существующих ограничениях по входному давлению, в условиях неопределенности и неравномерности фактических расходов.При решении задачи возникают вопросы сочетания последовательной работы групп насосов и параллельной работы насосов, объединенных внутри одной группы, а также оптимальное сочетание работы параллельно включенных насосов с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) и , в конечном счете, подбор оборудования, обеспечивающего требуемые параметры конкретной системы водоснабжения. Рассмотрим существенные изменения последних лет в подходах к выбору насосного оборудования — как с точки зрения устранения избыточности, так и с точки зрения технического уровня имеющегося оборудования.

    Актуальность рассматриваемых в диссертации вопросов определяется повышенной значимостью, которую в современных условиях отечественные хозяйствующие субъекты и общество в целом придают проблеме энергоэффективности. Настоятельная необходимость решения этой проблемы закреплена в Федеральном законе Российской Федерации от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

    Эксплуатационные расходы на систему водоснабжения составляют большую часть стоимости водоснабжения, которая продолжает расти в связи с повышением тарифов на электроэнергию.В целях снижения энергопотребления большое значение придается оптимизации ГВС. Авторитетные оценки от 30% до 50 % энергопотребление насосных систем можно снизить за счет изменения насосного оборудования и методов управления.

    Поэтому представляется актуальным совершенствование методических подходов, разработка моделей и комплексная поддержка принятия решений по оптимизации параметров инжекционного оборудования участков периферийной сети, в том числе при подготовке проектов.Распределение необходимого давления между насосными агрегатами, а также определение внутри агрегатов оптимального количества и типа насосных агрегатов с учетом распределения

    8 равномерных подач, позволит провести анализ вариантов краевой сети. Полученные результаты могут быть интегрированы в задачу оптимизации WMS в целом.

    Цель работы — исследование и разработка оптимальных решений по выбору дожимного насосного оборудования для периферийных участков водопровода в процессе подготовки к реконструкции и строительству, включая методологическое, математическое и техническое (диагностическое) сопровождение.

    Для достижения цели в работе решались следующие задачи:

    анализ практики в области дожимных насосных установок с учетом возможностей современных насосов и способов управления, сочетание последовательной и параллельной работы с ЧРП ;

    определение методического подхода (концепции) оптимизации дожимного насосного оборудования системы водоснабжения в условиях ограниченных ресурсов;

    разработка математических моделей, формализующих задачу выбора насосного оборудования для периферийных участков водопроводной сети;

    Анализ и разработка алгоритмов численных методов исследования математических моделей, предложенных в диссертации;

    разработка и практическая реализация механизма сбора исходных данных для решения задач реконструкции и проектирования новых ПНС;

    реализация имитационной модели формирования стоимости жизненного цикла для рассматриваемого варианта оборудования ПНС.

    Научная новизна. Представлена ​​концепция периферийного моделирования водоснабжения в контексте снижения энергоемкости системы водоснабжения и удешевления жизненного цикла «периферийного» насосного оборудования.

    Разработаны математические модели для рационального выбора параметров насосных станций с учетом конструктивной взаимосвязи и многорежимности функционирования периферийных элементов системы водоснабжения.

    Теоретически обоснован подход к выбору количества воздуходувок в составе ПНС (насосных агрегатов); проведено исследование функции стоимости жизненного цикла ПНС в зависимости от количества воздуходувок.

    Для исследования оптимальных конфигураций НС в периферийных областях разработаны специальные алгоритмы нахождения экстремумов функций многих переменных, основанные на градиентных и случайных методах.

    Создан, мобильный измерительный комплекс (МИК) для диагностики работающих ДНС, запатентован на полезную модель №81817 «Система управления водоснабжением».

    Определена методика выбора оптимального варианта насосного оборудования насосных станций на основе имитационного моделирования стоимости жизненного цикла.

    Практическая значимость и внедрение результатов работы. Даны рекомендации по выбору типа насосов для дожимных установок и Ш 1С на основании уточненной классификации современного насосного оборудования для повышения давления в системах водоснабжения с учетом таксонометрического деления, эксплуатационных, конструкторских и технологических характеристики.

    Математические модели ПНС периферийных участков водопровода позволяют снизить стоимость жизненного цикла за счет выявления «резервов», прежде всего по энергоемкости. Предлагаются численные алгоритмы для приведения решения оптимизационных задач к конкретным значениям.

2014-03-15

Внедрение современных SCADA-систем в водном хозяйстве предоставляет предприятиям беспрецедентную возможность контролировать и управлять всеми аспектами получения, подачи и распределения воды из централизованной системы управления.Современные коммунальные предприятия за рубежом признают, что SCADA-система не должна состоять из одного или нескольких изолированных «островков автоматизации», а может и должна представлять собой единую систему, работающую в территориально-распределенной сети и интегрированную в информационно-вычислительную систему своего предприятия. Следующим логическим шагом после внедрения системы SCADA является более эффективное использование этих инвестиций с помощью современного программного обеспечения, которое обеспечивает прогнозирующее управление (в отличие от управления с обратной связью) системой водоснабжения.Выгоды, полученные в результате этих действий, могут включать улучшение качества воды за счет уменьшения срока службы, минимизации затрат на энергию и повышения производительности системы без ущерба для эксплуатационной надежности.


Введение

С середины 1970-х годов автоматизация вторглась в процессы подготовки, кормления и распределения. питьевой водой традиционно управляли вручную. До этого времени в большинстве зданий использовались простые пульты дистанционного управления с лампами. сигнализация, циферблатные индикаторы и панельные дисплеи, такие как самописцы с круговой диаграммой, в качестве дополнения к системе ручного управления.Совсем недавно появились интеллектуальные приборы и анализаторы, такие как нефелометры, счетчики частиц и рН-метры. Их можно использовать для управления насосами-дозаторами химикатов, чтобы обеспечить соответствие применимым стандартам водоснабжения. В конце концов, полностью автоматическое управление с помощью ПЛК или распределенных систем управления появилось за границей в начале 1980-х годов. Наряду с совершенствованием технологий совершенствовались и процессы управления. Примером этого является использование расходомеров в качестве вторичного контура управления после внутреннего контура для дозирования коагулянта.Основная проблема заключалась в том, что в промышленности продолжала существовать теория применения индивидуальных средств измерений. Системы управления по-прежнему разрабатывались так, как если бы один или несколько физических счетчиков были соединены вместе для управления одной выходной переменной. Основным преимуществом ПЛК была возможность объединять большое количество цифровых и аналоговых данных, а также создавать более сложные алгоритмы, чем те, которые можно получить при объединении отдельных измерительных приборов.

Как следствие, стало возможным упражнять и пытаться добиться такого же уровня контроля в системе водораспределения.Ранние разработки телеметрического оборудования сталкивались с проблемами, связанными с низкой скоростью передачи данных, высокой задержкой и ненадежной радиосвязью или выделенными линиями. На сегодняшний день эти проблемы еще полностью не решены, однако в большинстве случаев их преодолевают за счет использования высоконадежных сетей с коммутацией пакетов данных или ADSL-соединений с глобальной телефонной сетью.

Все это дорого обходится, но инвестиции в SCADA-систему являются обязательными для предприятий водоснабжения. В странах Америки, Европы и промышленно развитой Азии мало кто пытается управлять предприятием без такой системы.Привести обоснование окупаемости значительных затрат, связанных с установкой SCADA-системы и системы телеметрии, может быть затруднительно, однако в действительности альтернативы этому направлению нет.

Сокращение рабочей силы за счет использования централизованного пула опытных сотрудников для управления широко распределенной системой и возможности контроля и управления качеством — два наиболее распространенных оправдания.

Подобно установке ПЛК на сооружениях, что обеспечивает основу для включения передовых алгоритмов, внедрение широко распространенной системы телеметрии и SCADA позволяет осуществлять более сложный контроль над водораспределением.Фактически, общесистемные алгоритмы оптимизации теперь могут быть интегрированы в систему управления. Полевые удаленные телеметрические устройства (RTU), системы телеметрии и управления объектами могут быть синхронизированы, чтобы значительно снизить затраты на электроэнергию и получить другие преимущества для предприятий водоснабжения. Значительный прогресс был достигнут в области качества воды, системной безопасности и энергоэффективности. Например, в настоящее время в Соединенных Штатах проводятся исследования по изучению реагирования в реальном времени на террористические атаки с использованием разведывательных данных и инструментов в системе распределения.

Распределенное или централизованное управление

Приборы, такие как расходомеры и анализаторы, могут быть довольно сложными сами по себе и способны выполнять сложные алгоритмы с использованием множества переменных и различных выходных данных. Они, в свою очередь, передаются на ПЛК или интеллектуальные RTU, способные осуществлять очень сложное диспетчерское телеуправление. ПЛК и RTU подключаются к централизованному управлению системой, которая обычно находится в головном офисе водоканала или в одном из крупных сооружений.Эти централизованные системы управления могут состоять из мощного ПЛК и системы SCADA, которые также могут выполнять очень сложные алгоритмы.

В данном случае возникает вопрос, где установить интеллектуальную систему или целесообразно ли дублировать интеллектуальную систему на нескольких уровнях. Имеются преимущества локального управления на уровне удаленного терминала, что делает систему относительно невосприимчивой к потере связи с сервером централизованного управления. Недостатком является то, что на RTU отправляется только локализованная информация.Примером может служить насосная станция, оператор которой не знает ни уровня воды в баке, в который перекачивается вода, ни уровня бака, из которого перекачивается вода.

Отдельные общесистемные алгоритмы на уровне RTU могут иметь нежелательные последствия для работы установки, например, требуя слишком большого количества воды в неподходящее время. Желательно использовать общий алгоритм. Поэтому лучше всего иметь локальное управление, чтобы обеспечить хотя бы базовую защиту в случае потери связи и сохранить возможность управления централизованной системой для принятия общих решений.Эта идея использования каскадных уровней контроля и защиты является наиболее оптимальной из двух доступных вариантов. Элементы управления RTU могут находиться в состоянии покоя и включаться только при возникновении нештатных ситуаций или при потере связи. Дополнительным преимуществом является то, что относительно непрограммируемые RTU могут использоваться в полевых условиях, поскольку они требуются только для выполнения относительно простых рабочих алгоритмов. Многие коммунальные службы в США установили RTU в 1980-х годах, когда относительно дешевые «непрограммируемые» RTU были нормой.

Эта концепция сейчас также используется, однако до недавнего времени мало что было сделано для достижения общесистемной оптимизации. Schneider Electric внедряет системы управления на основе программного обеспечения, которое представляет собой программу управления в режиме реального времени и интегрировано в систему SCADA для автоматизации системы распределения воды (см. Рисунок № 1).

Программное обеспечение считывает оперативные данные из системы SCADA о текущих уровнях резервуаров, расходах воды и наличии оборудования, а затем создает графики расхода загрязненной и очищенной воды для сооружений, всех насосов и автоматических клапанов в системе за плановый период.Программное обеспечение способно выполнять эти действия менее чем за две минуты. Каждые полчаса программа перезапускается для адаптации к изменяющимся условиям, в основном при изменении нагрузки на стороне потребления и сбоях в работе оборудования. Элементы управления автоматически активируются программным обеспечением, что позволяет полностью автоматически управлять даже самыми мощными системами распределения воды без обслуживающего персонала. Основной задачей является снижение стоимости распределения воды, в основном стоимости энергоресурсов.

Проблема оптимизации

Анализируя мировой опыт, можно сделать вывод, что многочисленные исследования и усилия были направлены на решение проблемы, связанной с планированием производства, насосами и арматурой в системах водораспределения. Большая часть этих усилий была чисто научной, хотя было несколько серьезных попыток создать рыночное решение. В 1990-х годах группа американских коммунальных служб объединилась для продвижения идеи Системы мониторинга качества энергии и воды (EWQMS) под эгидой Исследовательского фонда Американской ассоциации водопроводных сооружений (AWWA).В результате этого проекта было проведено несколько испытаний. Совет по исследованиям водных ресурсов (WRC) в Великобритании применил аналогичный подход в 1980-х годах. Однако и США, и Великобританию сдерживало отсутствие инфраструктуры систем управления, а также отсутствие коммерческих стимулов в этой отрасли, поэтому, к сожалению, ни одна из этих стран не добилась успеха, и впоследствии все эти попытки были оставлены.

Существует несколько пакетов программного обеспечения для моделирования гидравлических систем, в которых используются эволюционные генетические алгоритмы, позволяющие компетентному инженеру принимать обоснованные проектные решения, но ни один из них не может считаться целевым.автоматическая система управления в режиме реального времени любой системой водораспределения.

Более 60 000 систем водоснабжения и 15 000 систем сбора и отвода сточных вод в США являются крупнейшими потребителями электроэнергии в стране, потребляя около 75 млрд кВтч/год в общенациональном масштабе — около 3% годового потребления электроэнергии в США.

Большинство подходов к решению задачи оптимизации энергопотребления указывают на то, что значительная экономия может быть достигнута за счет принятия соответствующих решений в области планирования режимов работы насосов, особенно при использовании многокритериальных эволюционных алгоритмов (МЭА).Как правило, это прогнозируемая экономия затрат на электроэнергию в пределах 10 — 15%, а иногда и больше.

Одной из проблем всегда была интеграция этих систем в реальное оборудование. Решения на основе MOEA всегда отличались относительно низкой производительностью, особенно в системах, в которых использовалось большее количество насосов по сравнению со стандартными системами. Производительность решения увеличивается экспоненциально, когда количество насосов достигает диапазона от 50 до 100. Это позволяет классифицировать проблемы в функционировании алгоритмов МОЭА как проблемы, связанные с проектированием, а сами алгоритмы — как обучающиеся системы, а не автоматическое управление в реальном времени. системы.

Любой предложенный вариант Общее решение Проблема распределения воды по минимальной цене требует нескольких ключевых составляющих. Во-первых, решение должно быть достаточно быстрым, чтобы справляться с изменяющимися обстоятельствами в реальных условиях эксплуатации, и должно иметь возможность подключения к централизованной системе управления. Во-вторых, он не должен мешать работе основных устройств защиты, интегрированных в существующую систему управления. В-третьих, он должен решить свою задачу по снижению энергозатрат без негативного влияния на качество воды или надежность водоснабжения.

В настоящее время, и это показывает мировой опыт, соответствующая задача решена путем применения новых, более совершенных (по сравнению с МОЭА) алгоритмов. Наличие четырех крупных площадок в Соединенных Штатах свидетельствует о возможном времени отклика при достижении цели по снижению затрат на распространение.

EBMUD создает 24-часовой график получасовых блоков менее чем за 53 секунды, Washington Suburban в Мэриленде занимает 118 секунд или меньше, Восточная муниципальная Калифорния делает это за 47 секунд или меньше, а WaterOne в Канзас-Сити — менее 2 минут. .Это на порядок быстрее по сравнению с системами, основанными на алгоритмах MOEA.

Определение задач

Затраты на электроэнергию являются основными затратами в системах водоподготовки и распределения и обычно уступают только затратам на рабочую силу. Из общих затрат на электроэнергию на насосное оборудование приходится до 95% всей электроэнергии, приобретаемой коммунальным предприятием, при этом остальное относится к освещению, вентиляции и кондиционированию воздуха.

Понятно, что снижение затрат на энергию является основным стимулом для этих предприятий, но не за счет увеличения операционных рисков или снижения качества воды.Любая система оптимизации должна иметь возможность учитывать изменяющиеся ограничивающие условия, такие как эксплуатационные пределы резервуара и технологические требования конструкций. В любой реальной системе всегда имеется значительное количество ограничений. К таким ограничениям относятся: минимальное время работы насоса, минимальное время остывания насоса, минимальный расход и максимальное давление на выходе клапанных узлов, минимальная и максимальная пропускная способность сооружений, правила создания давления в насосных станциях, определение времени работы насоса для предотвращения значительных колебаний или воды. молоток….

Правила качества воды установить и количественно определить сложнее, так как взаимосвязь между требованиями к минимальному рабочему уровню воды в водохранилище может противоречить необходимости регулярной циркуляции воды в водохранилище для уменьшения возраста воды. Разложение хлора тесно связано с возрастом воды, а также в значительной степени зависит от температуры окружающей среды, что затрудняет установление строгих правил, обеспечивающих поддержание требуемого уровня остаточного хлора во всех точках системы распределения.

Интересным шагом в каждом проекте внедрения является способность программного обеспечения определять «стоимость ограничения» как результат работы программы оптимизации. Это позволяет нам бросить вызов некоторым убеждениям клиента с помощью надежных данных, и благодаря этому процессу некоторые ограничения могут быть сняты. Это обычная проблема для крупных коммунальных предприятий, где оператор со временем может столкнуться с серьезными ограничениями.

Например, на крупной насосной станции может быть ограничение, связанное с возможностью одновременного использования не более трех насосов в связи с уважительными причинами, заложенными при строительстве станции.

В нашем программном обеспечении мы используем схему моделирования гидравлической системы для определения максимального расхода на выходе из насосной станции в течение дня для соблюдения любых ограничений по давлению.

Определившись с физической структурой системы водораспределения, указав зоны повышенного давления, выбрав оборудование, которое будет автоматически управляться нашим программным обеспечением, и получив согласованный набор ограничений, можно приступать к реализации проекта внедрения.Изготовление по техническому заданию заказчика (при условии его предварительной подготовки) и настройка обычно занимают от пяти до шести месяцев с последующими всесторонними испытаниями в течение трех и более месяцев.

Возможности программных решений

Хотя решение очень сложной задачи планирования представляет интерес для многих, на самом деле это лишь один из многих шагов, необходимых для создания удобного, надежного и полностью автоматического инструмента оптимизации. Типичные шаги перечислены ниже:

  • Выбор долгосрочных настроек.
  • Чтение данных из системы SCADA, обнаружение и устранение ошибок.
  • Определение целевых объемов, которые должны быть в водохранилищах для обеспечения надежности подачи и водооборота.
  • Чтение любых изменяющихся сторонних данных, таких как цены на электроэнергию в режиме реального времени.
  • Расчет графиков для всех насосов и клапанов.
  • Подготовьте данные для системы SCADA, чтобы запустить насосы или открыть клапаны по мере необходимости.
  • Обновление данных анализа, таких как прогнозируемый спрос, затраты, оценки очистки воды.

Большинство шагов в этом процессе займет всего несколько секунд, а решатель займет больше всего времени, но, как отмечалось выше, он все же будет достаточно быстрым, чтобы работать в интерактивном режиме.

Операторы системы распределения могут просматривать прогнозы и выходные данные в простом клиенте, таком как Windows. На приведенном ниже снимке экрана (Рисунок №1) на верхнем графике показана потребность, на среднем графике показан уровень воды в водохранилище, а нижний ряд точек — график работы насоса. Желтые полосы показывают текущее время; все, что до желтого столбца, — это архивные данные; все, что после него, является прогнозом на будущее.Из формы экрана видно прогнозируемое повышение уровня воды в водохранилище в условиях работы насосов (зеленые точки).

Наше программное обеспечение предназначено для поиска возможностей снижения эксплуатационных расходов, а также затрат на электроэнергию; однако преобладающее влияние оказывают затраты на энергию. С точки зрения снижения затрат на электроэнергию он выглядит в трех основных направлениях:

  • Перевод использования энергии на периоды с более дешевым тарифом, использование водохранилища для подачи воды потребителям.
  • Сократите расходы в пиковые периоды, ограничив максимальное количество насосов в эти периоды.
  • Снижение расхода электроэнергии на подачу воды в водопроводную систему за счет использования насоса или группы насосов в режиме, близком к их оптимальной производительности.

Результаты EBMUD в Калифорнии

Аналогичная система была запущена в EBMUD в июле 2005 года. В первый год работы программа позволила добиться экономии энергии в размере 12,5% (370 000 долларов США по сравнению с предыдущим годом, когда было потреблено 2 доллара США.7 млн), подтвердили независимые эксперты. На второй год работы она позволила получить больше высоких баллов, а экономия составила около 13,1%. В основном это было достигнуто за счет перевода электрической нагрузки на трехдиапазонный тарифный режим. До использования программного обеспечения EBMUD уже предприняла значительные усилия по снижению затрат на электроэнергию за счет ручного вмешательства оператора и сократила свои затраты на электроэнергию на 500 000 долларов США. Резервуар высокого давления был достаточно большим, чтобы компания могла отключить все насосы на 6-часовой период с максимальным расходом около 32 центов/кВтч.Программное обеспечение планировало, что насосы перейдут с двух коротких периодов графика фиксированной нагрузки по обе стороны пикового периода со скоростью 12 центов / кВтч на десятичасовую непиковую ночную ставку 9 центов / кВтч. Даже при небольшой разнице в стоимости электроэнергии выгода была существенной.

На каждой насосной станции установлено несколько насосов, а в некоторых случаях на одной станции используются насосы разной производительности. Это предоставляет программе оптимизации множество возможностей для создания различных потоков в системе распределения воды.Программное обеспечение решает нелинейные уравнения, связанные с гидравлическими характеристиками, чтобы определить, какая комбинация насосов обеспечит требуемый ежедневный баланс массы с максимальной эффективностью и минимальными затратами. Несмотря на то, что EBMUD приложил немало усилий для улучшения производительности насоса, программное обеспечение успешно уменьшило общее количество кВтч, необходимое для создания потока. На некоторых насосных станциях производительность была увеличена более чем на 27% исключительно за счет правильного выбора насоса или насосов в нужное время.

Улучшение качества труднее поддается количественной оценке.ЭБМУД использовала три эксплуатационных правила для улучшения качества воды, которые старались соблюдать в ручном режиме. Первое правило заключалось в выравнивании расхода на очистных сооружениях всего до двух смен скорости в сутки. Более плавные производственные потоки оптимизируют процесс дозирования химических веществ, обеспечивают постоянный поток с низкой мутностью и стабильными уровнями хлора с более чистым резервуаром установки. Программное обеспечение теперь последовательно определяет две скорости потока на очистных сооружениях с помощью надежного прогнозирования спроса и распределяет эти скорости в течение дня.Второе требование заключалось в увеличении глубины цикличных водоемов для снижения среднего возраста воды. Поскольку программное обеспечение является средством регулирования баланса масс, реализация этой стратегии не представляла сложности. Третье требование было самым строгим. Поскольку в каскаде было несколько резервуаров и насосных станций, подающих воду под разным давлением, EBMUD хотел, чтобы все насосные станции работали одновременно, когда верхний резервуар нуждался в воде, чтобы чистая вода поступала из нижней части каскада вместо старой воды из промежуточного резервуара.Это требование также было выполнено.

Результаты WSSC (Пенсильвания, Нью-Джерси, Мэриленд)

Система оптимизации работает в компании с июня 2006 года. WSSC занимает практически уникальное положение в США, закупая более 80% электроэнергии по справедливой стоимости. Она работает на рынке PJM (Пенсильвания, Нью-Джерси, Мэриленд) и покупает электроэнергию напрямую у независимого оператора рынка. Остальные насосные станции работают по разным структурам тарифов от трех отдельных компаний-поставщиков электроэнергии.Очевидно, что автоматизация процесса оптимизации расписания насосов на реальном рынке означает, что планирование должно быть гибким и реагировать на ежечасные изменения цен на электроэнергию.

Программное обеспечение решает эту проблему менее чем за две минуты. Операторам уже удалось перераспределить нагрузку на крупных насосных станциях за счет цен в течение года до установки программного обеспечения. При этом заметные улучшения в планировании наметились уже через несколько дней после начала эксплуатации.автоматизированная система. За первую неделю только на одной насосной станции была зафиксирована экономия около 400 долларов США в день. На второй неделе эта сумма увеличилась до 570 долларов в день, а на третьей неделе превысила 1000 долларов в день. Аналогичные эффекты были достигнуты еще на 17 насосных станциях.

Водораспределительная система ВССП отличается высоким уровнем сложности и имеет большое количество нерегулируемых предохранительных клапанов по давлению, что усложняет процесс расчета водопотребления и оптимизации.Хранение в системе ограничено примерно 17,5% суточного водопотребления, что снижает возможность перенесения нагрузки на периоды с меньшими затратами. Наиболее жесткие ограничения были связаны с двумя крупными водоочистными сооружениями, где разрешалось не более 4 смен насосов в сутки. Со временем стало возможным устранить эти ограничения, чтобы увеличить экономию от проектов реконструкции.

Взаимодействие с системой управления

В обоих этих примерах требовалось взаимодействие программного обеспечения с существующими системами управления.В EBMUD уже был современный пакет централизованного планирования работы насосов, который включал таблицу ввода для каждого насоса с максимум 6 циклами пуска и останова. Пользоваться этой доступной функцией было относительно просто и получать график помпы с данными из этих таблиц после каждого решения задачи. Это означало, что в существующую систему управления требовались минимальные изменения, а также указывало на возможность использования существующих систем защиты от превышения и снижения расхода для водохранилищ.

Система пригородов Вашингтона была еще более сложной для создания и подключения к системе. В головном офисе не было установлено централизованного ПЛК. Кроме того, осуществлялась программа по замене непрограммируемых RTU на интеллектуальные ПЛК в полевых условиях. В скриптовый язык пакета системы SCADA добавлено значительное количество логических алгоритмов, при этом решена дополнительная задача по обеспечению резервного копирования данных на серверах системы SCADA.

Использование общих стратегий автоматизации создает интересную ситуацию.Если оператор вручную наполняет резервуар в определенной области, он знает, какие насосы были запущены, и, следовательно, он также знает, какой уровень воды в резервуаре следует контролировать. Если оператор использует резервуар, время наполнения которого составляет несколько часов, он будет вынужден контролировать уровни этого резервуара в течение нескольких часов с момента запуска насосов. Если в этот период времени произойдет потеря связи, он в любом случае сможет устранить эту ситуацию, остановив насосную станцию.Однако, если насосы запускаются полностью автоматической системой, оператору не нужно знать, что это произошло, и поэтому система будет в большей степени полагаться на автоматические локальные средства управления для защиты системы. Это функция локализованной логики в полевом блоке RTU.

Как и в случае любого сложного проекта по внедрению программного обеспечения, конечный успех зависит от качества входных данных и устойчивости решения к внешним воздействиям. Каскадные уровни блокировок и защитных устройств необходимы для обеспечения уровня безопасности, необходимого для любой жизненно важной коммунальной компании.

Заключение

За последние 20 лет крупные инвестиции в системы автоматизации и управления для компаний водоснабжения за рубежом создали необходимую инфраструктуру для реализации общих стратегий оптимизации. Компании водоснабжения самостоятельно разрабатывают еще более современное программное обеспечение для повышения эффективности использования воды, снижения утечек и улучшения общего качества воды.

Использование программного обеспечения является одним из примеров того, как можно получить финансовую выгоду за счет значительных первоначальных инвестиций в системы автоматизации и управления.

Наш опыт позволяет утверждать, что использование соответствующего опыта на предприятиях водоснабжения России, построение современных систем централизованного управления является перспективным решением, позволяющим эффективно решать комплекс актуальных задач и проблем отрасли.

Выполнение данной задачи основано на проведении натурных испытаний насосных агрегатов, которые проводятся на основе разработанной методики диагностики насосных станций, представленной на рис. 14.
Для оптимизации работы насосных агрегатов необходимо определение их КПД и удельного энергопотребления путем проведения натурных испытаний насосных агрегатов, что позволит оценить экономическую эффективность насосной станции.
После определения коэффициента полезного действия насосных агрегатов определяется коэффициент полезного действия насосной станции, откуда легко перейти к выбору наиболее экономичных режимов работы насосных агрегатов с учетом нарушения точности питания станции , типоразмеры устанавливаемых насосов и допустимое количество их включений и выключений.
В идеальный вариант для определения КПД насосной станции, можно использовать данные полученные
прямых замеров при натурных испытаниях насосных агрегатов, для чего необходимо будет выполнить натурные испытания на 10-20 точках подачи в рабочем диапазоне насоса при различных значениях открытия клапана (от 0 до 100%).
При проведении натурных испытаний насосов следует измерять частоту вращения рабочего колеса, особенно при наличии частотных регуляторов, так как текущая частота прямо пропорциональна числу оборотов двигателя.
По результатам испытаний построены фактические характеристики именно для этих насосов.
После определения КПД отдельных насосных агрегатов рассчитывается КПД насосной станции в целом, а также наиболее экономичные сочетания насосных агрегатов или режимов их работы.
Для оценки характеристик сети можно использовать данные автоматизированного учета расходов и напоров на магистральных водопроводах на выходе из станции.
Пример заполнения бланков на проведение полигонных испытаний насосного агрегата представлен в Приложении.4, графики фактической производительности насоса — в приложении. 5.
Геометрический смысл оптимизации работы насосной станции заключается в подборе рабочих насосов, наиболее точно соответствующих потребностям распределительной сети (расходу, напору) на рассматриваемых интервалах времени (рис. 15).
В результате данной работы обеспечивается снижение потребления электроэнергии на 5-15% в зависимости от размера станции, количества и типоразмеров установленных насосов, а также характера водопотребления.

Источник: Захаревич М.Б. Повышение надежности систем водоснабжения за счет внедрения безопасных форм организации их эксплуатации и строительства: учеб. разрешение. 2011 (оригинал)

Еще по теме Повышение эффективности насосных станций:

  1. Захаревич М.Б. / М.Б. Захаревич, А.Н. Ким, А.Ю. Мартьянова; СПбЭАСУ – СПб., 2011. – 6 Повышение надежности систем водоснабжения за счет внедрения безопасных форм организации их эксплуатации и строительства: учеб.руководство, 2011


Пояснительная записка

Программа реальной рабочей подготовки разработана в соответствии с ГОСО РК по специальности 2006002 «Строительство и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ», в связи с чем предназначена для реализации государственных требований к уровень подготовки специалистов по предмету «насосно-компрессорные станции» и является основным, при необходимости, для составления рабочего учебного плана.

Программа предмета «Насосно-компрессорные станции магистральных газонефтепроводов» предусматривает изучение методов эксплуатации, ремонта и обслуживания установок, различных типов насосно-компрессорных станций. Особое внимание уделяется компрессорным цехам с газотурбинными, газопоршневыми и электрическими устройствами для изучения методов эксплуатации и ремонта технического оборудования. При изучении предмета необходимо использовать достижения и разработки как отечественной, так и зарубежной практики.Сведения различных серий по технологии перекачки нефти и газа, а также газового конденсата и нефтепродуктов при выполнении расчетов необходимо соблюдать ГОСТ и ЕСКД.

При выполнении данной рабочей программы необходимо использовать дидактические и наглядные пособия, схемы, занятия на компрессорных и насосных станциях.

В настоящей рабочей программе предусмотрены практические занятия, способствующие успешному усвоению учебного материала, приобретению навыков решения практических задач, связанных с эксплуатацией компрессорных и насосных станций, необходимо проведение экскурсий на действующие станции.


Тематический план

Наименования разделов и тем

Количество учебных часов

Всего часов

в том числе

теоретический

практичный

Агрегаты насосные, используемые на нефтеперекачивающих станциях магистральных трубопроводов

Эксплуатация нефтеперекачивающих станций

Общий план НПС

Резервуарные парки нефтеперекачивающих станций

Основные сведения о магистральном газопроводе

Классификация компрессорных станций Целевая структура сооружений и генеральные планы компрессорных станций

Арматура трубопроводная, используемая на насосно-компрессорных станциях

Водоснабжение станций

Очистные сооружения

Теплоснабжение станций

Вентиляционные станции

Электроснабжение станций

Тема 1. Агрегаты насосные, используемые на нефтеперекачивающих станциях магистральных трубопроводов

Технологические схемы и основное оборудование компрессорных и насосных станций, а также вспомогательное оборудование насосных агрегатов. Основные агрегаты и блоки на компрессорной станции и насосных станциях.

Характеристики насоса, работа насоса от сети. Подбор насоса по заданным параметрам. Параллельное и последовательное подключение насосов. Способы регулирования режима работы насосов.Неустойчивая работа насоса: пульсация и кавитация.

Тема 2. Эксплуатация нефтеперекачивающих станций

Сжатие газа на компрессорной станции, контроль основных параметров на компрессорной станции. Разделение КС по технологическому принципу. Операции, проводимые на компрессорной станции. Основные группы КС. Основные задачи персонала, выполняющего эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт оборудования, систем и сооружения компрессорной станции.Классификация нефтеперекачивающих станций и характеристика основных объектов. Общий план НПС.

Тема 3 . Генеральный план НПС

Насосный агрегат. Вспомогательные системы. Основное и вспомогательное оборудование компрессорных станций.

Тема 4. Резервуарные парки нефтеперекачивающих станций

Поршневые насосы. Центробежные насосы. Вихревые насосы. Бустерные насосы. Их основные характеристики. Иннингс. Агрессия. Власть. Эффективность.Каавитный заповедник.

Тема 5. Основные сведения о магистральном газопроводе

Турбоблок. Камера сгорания. Запустите турбодетонатор. Турбо расширитель. Лалло-токарные устройства. Элементы маслосистемы. Системы регулирования. Основные модификации газоперекачивающих агрегатов. Воздуходувки производства ОАО «Невский завод» (Санкт-Петербург), ОАО «Казанский компрессорный завод (Казань), ОАО «СМНПО им. М.В. Фрунце» (Сумы).

Тема 6 Классификация компрессорных станций Целевой состав сооружений и генеральные планы компрессорных станций

Характеристики работы PGPA.Особенности ПГПА. Сфера их применения. Назначение поршневого ГПА.

Тема 7. Арматура трубопроводная, применяемая на насосно-компрессорных станциях

Комбинация компрессорных цехов. Блочные структуры PGPA. Основные функции блоков. Состав газоперекачивающей установки ГПА.

Тема 8. Водоснабжение станций.

Устройство. Турбины высокого давления и сопловые аппараты, устройство турбин низкого давления и корпусов ГТУ.

Тема 9. Очистные сооружения

Выполнение газотурбинных установок. Требования к кожуху газотурбинных установок. Эксплуатационные характеристики.

Тема 10 Теплоснабжение станций

Типы вспомогательных систем. Функции этих систем.

Агрегатная функция

Функция станции

Вспомогательные системы газоперекачивающих агрегатов.

Тема 11. Вентиляция станций

Основная информация по системам водоснабжения.Источники водоснабжения и водозаборные сооружения. Виды дренажных сетей. Оборудование для дренажных сетей.

Тема 12. Система электроснабжения

Общемастерские и модульные системы маслоснабжения. Аварийный слив масла. Работа системы смазки. Система охлаждения масла на основе воздушных охладителей.

Список использованной литературы

1. Суринович В.К. Оператор технологического компрессора 1986

2. Резвин Б.С. Газотурбинные и газоперекачивающие агрегаты 1986

3.Бронштейн Л.С. Ремонт ГТУ 1987г.

4. Громов В.В. Оператор магистральных газопроводов.

5. Нефтепромысловое оборудование Бухаренко Е.И. Недра, 1990

6. Нефтепромысловые машины и механизмы. А. Г. Молчанов. Недра, 1993

Оптимизация дожимного насосного оборудования в системах водоснабжения

Штейнмиллер О.А., к.т.н., генеральный директор ЗАО «Промэнерго»

Проблемы обеспечения давления в сетях водоснабжения городов России, как правило, однородны.Состояние магистральных сетей привело к необходимости снижения давления, вследствие чего возникла задача компенсировать падение давления на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей. Развитие городов и увеличение высотности домов, особенно в случае герметизации строительства, требуют обеспечения необходимого напора новых потребителей, в том числе за счет оснащения дожимными насосными установками (ПНУ) высотных зданий (ПДО). . Подбор насосов в составе дожимных насосных станций (ДНС) производился с учетом перспектив развития, параметры подачи и напора были завышены.Распространено доводить насосы до требуемых характеристик дросселированием с помощью клапанов, что приводит к перерасходу электроэнергии. Насосы не заменяются вовремя; большинство из них работают с низким КПД. Износ оборудования обострил необходимость реконструкции ПНС для повышения эффективности и надежности работы.

Совокупность этих факторов приводит к необходимости определения оптимальных параметров ПНС при существующих ограничениях на входное давление, в условиях неопределенности и неравномерности фактических затрат.При решении такой задачи возникают вопросы совмещения последовательной работы групп насосов и параллельной работы насосов, объединенных внутри группы, а также совмещения работы параллельно включенных насосов с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) и, в конечном итоге , подбор оборудования, обеспечивающего требуемые параметры конкретной системы. Следует учитывать существенные изменения в последние годы подходов к выбору насосного оборудования — как с точки зрения устранения избыточности, так и с точки зрения технического уровня имеющегося оборудования.

Особая актуальность этих вопросов определяется повышенной значимостью решения проблем энергоэффективности, что было подтверждено в Федеральном законе Российской Федерации от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергоэффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Вступление в силу этого закона стало катализатором повсеместного увлечения типовыми решениями по снижению энергопотребления, без оценки их эффективности и целесообразности на конкретном месте реализации.Одним из таких решений для ЖКХ стало оснащение ЧРП существующего насосного оборудования в системах водоснабжения и распределения, зачастую морально и физически изношенного, с завышенными характеристиками, эксплуатируемого без учета реальных режимов.

Анализ технико-экономических результатов любой планируемой модернизации (реконструкции) требует времени и квалификации персонала. К сожалению, руководители большинства муниципальных водоканалов испытывают нехватку и того, и другого, когда в условиях постоянного крайнего недофинансирования им приходится чудом быстро осваивать выделяемые на техническое «перевооружение» средства.

Поэтому, понимая масштаб вакханалии бездумного внедрения ЧРП на насосы подпорных водопроводов, автор решил вынести этот вопрос на более широкое обсуждение специалистов, занимающихся вопросами водоснабжения.

Основными параметрами насосов (нагнетателей), определяющими диапазон изменения режимов работы насосных станций (НС) и ПНУ, состав оборудования, конструктивные особенности и экономические показатели являются напор, подача, мощность и КПД (КПД ).Для задач повышения давления в водопроводе важно увязать функциональные параметры нагнетателей (подача, напор) с мощностными:

где р — плотность жидкости, кг/м3; d — ускорение свободного падения, м/с2;

О — подача насоса, м3/с; Н — напор насоса, м; P – давление насоса, Па; N1, N — полезная мощность и мощность насоса (подводимая к насосу через трансмиссию от двигателя), Вт; Nb N2 — входная (потребляемая) и выходная (отдаваемая на передачу) мощность двигателя.

КПД насоса n ч учитывает все виды потерь (гидравлические, объемные и механические), связанные с преобразованием насосом механической энергии двигателя в энергию движущейся жидкости. Для оценки насосного агрегата с двигателем рассматривается КПД агрегата na, определяющий возможность работы при изменении рабочих параметров (напор, расход, мощность). Величина КПД и характер его изменения в значительной степени определяются назначением насоса и конструктивными особенностями.

Большое разнообразие конструкций насосов. На основании принятой в России полной и логичной классификации, основанной на различиях в принципе действия, в группе динамических насосов выделим лопастные насосы, используемые на объектах водоснабжения и канализации. Пластинчатые насосы обеспечивают плавный и непрерывный поток при высоком КПД, обладают достаточной надежностью и долговечностью. Работа лопастных насосов основана на силовом взаимодействии лопаток рабочего колеса с натекающим потоком перекачиваемой жидкости, различия в механизме взаимодействия обусловленные конструкцией приводят к различию производительности лопастных насосов, которые подразделяются на направление потока на центробежное (радиальное), диагональное и осевое (аксиальное).

С учетом характера рассматриваемых задач наибольший интерес представляют центробежные насосы, в которых при вращении рабочего колеса на каждую часть жидкости массой m, находящуюся в межлопастном канале, будет действовать центробежная сила Fu расстояние r от оси вала:

где w — угловая скорость вала, рад/с.

Методы регулирования рабочих параметров насоса

Таблица 1

тем больше частота вращения n и диаметр рабочего колеса D.

Основные параметры насосов — подача Q, напор I, мощность N, КПД I] и частота вращения n — находятся в определенной зависимости, что и отражено характеристическими кривыми. Характеристика (энергетическая характеристика) насоса представляет собой графически выраженную зависимость основных энергетических показателей от расхода (при постоянной частоте вращения рабочего колеса, вязкости и плотности среды на входе в насос), см. один.

Основная характеристика насоса (рабочая характеристика, рабочая кривая) представляет собой график зависимости напора, развиваемого насосом, от подачи H=f(Q) при постоянной частоте вращения n=const.Максимальное значение КПД qmBX соответствует подаче Qp и напору Нр в оптимальной рабочей точке Р характеристики Q-H (рис. 1-1).

Если основная характеристика имеет восходящую ветвь (рис. 1-2) — интервал от Q = 0 до 2b, то он называется восходящей, а интервал называется участком неустойчивой работы с резкими изменениями расхода, сопровождается сильным шумом и гидравлическими ударами. Характеристики, не имеющие возрастающей ветви, называются устойчивыми (рис.1-1), режим работы устойчив во всех точках кривой. «Стабильная кривая необходима, когда два или более насосов должны использоваться одновременно», что очень экономично в насосных приложениях. Форма главной характеристики зависит от коэффициента быстродействия насоса ns — чем он больше, тем круче кривая.

При устойчивой плоской характеристике напор насоса изменяется незначительно при изменении расхода. Насосы с плоской характеристикой требуются в системах, где при постоянном напоре требуется широкий диапазон регулирования расхода, что соответствует задаче увеличения напора на концевых участках водопроводной сети

На ежеквартальные ПНС, а также в составе ПНУ локальные подкачки.Для рабочей части Q-H характеристики распространена следующая зависимость:

, где a, b — выбранные постоянные коэффициенты (a >> 0, b >> 0) для данного насоса в пределах характеристики Q-H, которая имеет квадратичную форму.

В работе используется последовательное и параллельное соединение насосов. При последовательной установке общий напор (напор) больше, чем развивает каждый из насосов. Параллельная установка обеспечивает больший расход, чем каждый насос по отдельности.Общие характеристики и основные соотношения для каждого метода показаны на рис. 2.

При работе насоса с характеристикой QH на трубопроводную систему (примыкающие водоводы и дальнейшую сеть) требуется напор для преодоления гидравлического сопротивления системы — суммы сопротивлений отдельных элементов, оказывающих сопротивление потоку, которые в конечном итоге влияет на потерю давления. В общем можно сказать:

где ∆Н — потеря давления на одном элементе (участке) системы, м; Q — расход жидкости, проходящей через этот элемент (сечение), м3/с; k — коэффициент потери давления в зависимости от типа элемента (секции) системы, С2/М5

Характеристикой системы является зависимость гидравлического сопротивления от расхода.Совместная работа насоса и сети характеризуется точкой материального и энергетического равновесия (точкой пересечения характеристик системы и насоса) — рабочей (рабочей) точкой с координатами (Q, i / i) соответствующий текущему расходу и давлению при работе насоса в системе (рис. 3) …

Существует два типа систем: закрытые и открытые. В закрытых системах (отопление, кондиционирование и др.) объем жидкости постоянен, насос необходим для преодоления гидравлического сопротивления элементов (трубопроводов, устройств) при технологически необходимом движении носителя в системе.

Характеристикой системы является парабола с вершиной (Q, H) = (0, 0).

В водоснабжении представляют интерес открытые системы транспортирующие жидкость из одной точки в другую, в которых насос обеспечивает необходимое давление в точках разбора, преодолевая потери на трение в системе. Из характеристик системы видно — чем меньше расход, тем меньше потери на трение АНТ и, соответственно, потребляемая мощность.

Существует два типа открытых систем: с насосом ниже точки разбора и выше точки разбора.Рассмотрим открытую систему 1-го типа (рис. 3). Для подачи из резервуара №. 1 по нулевой отметке (нижний бассейн) до верхнего резервуара №1. 2 (верхний бассейн), насос должен обеспечивать геометрическую подъемную силу H и компенсировать потери на трение ANT, зависящие от расхода.

Характеристики системы

Парабола с координатами (0; ∆H,).

В открытой системе 2-го типа (рис. 4)

вода под действием перепада высот (h2) подается потребителю без насоса.Разность высот текущего уровня жидкости в баке и точки разбора (h2) обеспечивает определенный расход Qr. Напор, вызванный разницей в высоте, недостаточен для обеспечения необходимого расхода (Q). Поэтому насос должен добавить напор Н1, чтобы полностью компенсировать потери на трение ∆Н1. Характеристика системы представляет собой параболу с началом (0; -h2). Скорость потока зависит от уровня в баке – при его снижении высота H уменьшается, характеристика системы смещается вверх и скорость потока уменьшается.В системе отражена проблема отсутствия входного давления в сети (противодавления, эквивалентного Rг) для обеспечения подачи необходимого количества воды всем потребителям с требуемым давлением.

потребности системы меняются с течением времени (изменяются характеристики системы), встает вопрос о регулировании параметров насоса, чтобы соответствовать текущим требованиям. Обзор способов изменения параметров насоса приведен в табл. один.

При дроссельном и байпасном управлении может происходить как снижение, так и увеличение потребляемой мощности (в зависимости от мощностной характеристики центробежного насоса и положения рабочих точек до и после управляющего воздействия).В обоих случаях существенно снижается конечный КПД, увеличивается относительный расход электроэнергии на единицу подачи в систему, возникают непроизводительные потери энергии. Способ коррекции диаметра рабочего колеса имеет ряд преимуществ для систем со стабильной характеристикой, при этом подрезка (или замена) рабочего колеса позволяет без значительных первоначальных затрат довести насос до оптимальной работы, при этом КПД снижается незначительно. Однако метод неприменим оперативно, когда условия потребления и, соответственно, подачи непрерывно и существенно изменяются в процессе эксплуатации.Например, когда «насосная установка водоснабжения подает воду непосредственно в сеть (насосные станции 2-го, 3-го подъемов, насосные станции и т.п.)» и когда целесообразно управлять частотой электропривода с помощью частоты тока преобразователь (ПЧТ), обеспечивающий изменение частоты вращения рабочего колеса (частоты вращения насоса).

На основании закона пропорциональности (формулы преобразования) можно построить ряд характеристик насоса в диапазоне частот вращения по одной Q-H характеристике (рис.5-1). Преобразование координат (QA1, HA) некоторой точки А характеристики Q-H, происходящее при номинальной скорости n , для частот n1

n2 …. ni , приведет к точкам A1, A2 …. Ai принадлежащим соответствующим характеристикам Q-h2 Q-h3 …., Q-Hi

(рис. 5-1). А1, А2, Аi -, образуют так называемую параболу подобных мод с вершиной в начале координат, описываемую уравнением:

Параболой таких режимов является геометрическое место точек, определяющих при различных скоростях (скоростях) режимы работы насоса, аналогичные режиму в точке А. n на частотах n1 n2 ni , дадут точки В1, В2, Вi , определяющие соответствующие параболы подобных мод (0B1 B) (рис. 5-1).

Исходя из исходного положения (при выводе так называемых формул преобразования) о равенстве натурного и модельного КПД, предполагается, что каждая из парабол таких режимов представляет собой линию постоянного КПД. Это положение является основанием для использования ЧРП в насосных системах, что многими рассматривается как чуть ли не единственный способ оптимизации режимов работы насосных станций.Фактически при ЧРП насос не сохраняет постоянной производительности даже на параболах таких режимов, так как с увеличением частоты вращения n увеличиваются расходы и гидравлические потери в проточной части насоса пропорциональны квадратам скоростей . С другой стороны, механические потери более выражены при малых скоростях, когда мощность насоса невелика. КПД достигает своего максимума при расчетном значении частоты вращения n0. С другими n , меньшими или большими n0 , КПД насоса будет снижаться по мере увеличения отклонения. н из н0 … С учетом характера изменения КПД с изменением скорости отметка точек с равными значениями КПД на характеристиках Q-Н1, Q-h3, Q-Нi и соединяя их кривыми, получаем так называемую универсальную характеристику (рис. 5-2), определяющую работу насоса с переменной скоростью, КПД и мощностью насоса для любой рабочей точки.

Помимо снижения КПД насоса, следует учитывать снижение КПД двигателя за счет работы ПЧТ , которое имеет две составляющие: во-первых, внутренние потери ПЧТ и, во-вторых, , потери на гармониках в управляемом электродвигателе (из-за несовершенства синусоидальной волны тока на ЧРП).КПД современного ПЧТ при номинальной частоте переменного тока составляет 95-98 %, при функциональном снижении частоты выходного тока КПД ПЧТ снижается (рис. 5-3).

Потери в двигателях на гармониках, производимых с ЧРП (варьируются от 5 до 10 %), приводят к нагреву двигателя и соответствующему ухудшению характеристик, в результате КПД двигателя снижается еще на 0,5-1%.

Обобщенная картина «конструктивных» потерь КПД насосной установки с ЧРП, приводящих к увеличению удельных энергозатрат (на примере насоса ТПЭ 40-300/2-С), представлена ​​на рис.6 — снижение скорости до 60 % от номинальной снижает ла на 11 % относительно оптимальной (в рабочих точках по параболе аналогичных режимов с максимальным КПД). При этом потребление электроэнергии уменьшилось с 3,16 до 0,73 кВт, т.е. на 77% (обозначение P1, [(«Grundfos») соответствует N1, в (1)]. Эффективность при снижении скорости обеспечивается уменьшением полезной и, соответственно, потребляемой мощности.

Заключение. Снижение КПД агрегата за счет «конструктивных» потерь приводит к увеличению удельных энергозатрат даже при работе вблизи точек с максимальным КПД.

В еще большей степени относительные энергозатраты и эффективность регулирования скорости зависят от условий эксплуатации (типа системы и параметров ее характеристик, положения рабочих точек на кривых насоса относительно максимального КПД) , а также о критерии и условиях регулирования. В замкнутых системах характеристика системы может быть близка к параболе однотипных мод, проходящих через точки максимальной эффективности при разных скоростях, поскольку обе кривые однозначно имеют вершину в начале координат.В открытых системах характеристика системы водоснабжения имеет ряд особенностей, обуславливающих существенное различие ее вариантов.

Во-первых, вершина характеристики, как правило, не совпадает с началом координат из-за разной статической составляющей головы (рис. 7-1). Статический напор чаще бывает положительным (рис. 7-1, кривая 1) и необходим для подъема воды на геометрическую высоту в системе типа 1 (рис. 3), но может быть и отрицательным (рис. 7-1). , кривая 3) — когда напор на входе в систему 2-го типа превышает требуемый геометрический напор (рис.4). Хотя возможен и нулевой статический напор (рис. 7-1, кривая 2) (например, если противодавление равно требуемому геометрическому напору).

Во-вторых, характеристики большинства систем водоснабжения со временем постоянно меняются. … Имеется в виду смещения верхней характеристики системы по оси давления, что объясняется изменением величины подпора или величины необходимого геометрического давления. Для ряда систем водоснабжения в связи с постоянным изменением количества и расположения точек фактического потребления в сетевом пространстве меняется положение диктующей точки в поле, что означает новое состояние системы, которое описывается по новой характеристике с другой кривизной параболы.

В результате видно, что в, работу которых обеспечивает один насос, как правило, сложно регулировать скорость насоса в однозначном соответствии с текущим водопотреблением (т.е. четко по текущим характеристикам системы), при сохранении положения рабочих точек насоса (при таком изменении частоты вращения) при фиксированной параболе однотипных режимов, проходящей через точки с максимальным КПД.

Снижение эффективности с ЧРП в соответствии с характеристиками системы особенно существенно в случае значительной статической составляющей давления (рис.7-1, кривая 1). Поскольку характеристика системы не совпадает с параболой таких режимов, то при снижении скорости (из-за уменьшения частоты тока с 50 до 35 Гц) точка пересечения характеристик системы и помпа заметно сместится влево. Соответствующее смещение на кривых КПД приведет к зоне более низких значений (рис. 7-2, «малиновые» точки).

Таким образом, возможности энергосбережения ЧРП в системах водоснабжения существенно различаются.Показательна оценка эффективности ЧРП по удельной энергии на перекачку.

1 м3 (рис. 7-3). По сравнению с дискретным управлением типа Д управление скоростью имеет смысл в системе типа С — с относительно низким геометрическим напором и значительной динамической составляющей (потери на трение). В системе типа В значимы геометрическая и динамическая составляющие, управление скоростью эффективно на определенном интервале подач. В системе типа А с большой высотой подъема и малой динамической составляющей (менее 30% требуемого напора) использование ЧРП с точки зрения энергозатрат нецелесообразно.В основном задача повышения давления на концевых участках водопроводной сети решается в системах смешанного типа (тип Б), что требует предметного обоснования применения ЧРП для повышения энергоэффективности.

Регулирование скорости, в принципе, позволяет расширить рабочий диапазон насоса по сравнению с рейтингом Q-H. Поэтому некоторые авторы предлагают подбирать насос, оснащенный ПЧТ, таким образом, чтобы обеспечить его максимальную наработку на номинальной характеристике (с максимальным КПД).Соответственно, с помощью ЧРП при уменьшении расхода скорость насоса уменьшается относительно номинальной, а при увеличении — увеличивается (при частоте тока выше номинального значения). Однако, помимо необходимости учета мощности электродвигателя, отметим, что производители насосов обходят молчанием вопрос практического применения длительной работы насосных двигателей с частотой тока, значительно превышающей номинальную.

Очень привлекательна идея управления по характеристикам системы, снижающая избыточные напоры и соответствующий перерасход энергии.Но определить требуемый напор по текущему значению изменяющегося расхода затруднительно из-за многообразия возможных положений диктующей точки в односекундном состоянии системы (когда число и расположение точек потребления в сети, а также расход в них изменяются) и верхней характеристики системы на оси давления (рис. 8-1). До массового применения контрольно-измерительных приборов и средств передачи данных возможно лишь «аппроксимировать» управление по характеристике исходя из частных для сети допущений, задавая набор диктующих точек или ограничивая характеристику системы сверху, в зависимости от скорость потока.Примером такого подхода является 2-х позиционное регулирование (день/ночь) выходного давления в ПНС и ПНУ.

Принимая во внимание значительную изменчивость расположения вершины характеристики системы и текущего положения в поле диктующей точки, а также ее неопределенность на сетевой диаграмме, приходится заключить, что на сегодняшний день в В большинстве пространственных водопроводов используется управление по критерию постоянного напора (рис. 8-2, 8-3).Важно, что при уменьшении расхода Q частично сохраняются избыточные напоры, которые тем больше, чем левее рабочая точка, и снижение КПД при снижении скорости рабочего колеса, как правило, будет увеличение (если максимальный КПД соответствует точке пересечения характеристики насоса при номинальной частоте и заданном постоянном давлении).

Признавая возможность снижения потребляемой и полезной мощности при регулировании скорости для лучшего удовлетворения потребностей штока, необходимо определить реальную эффективность ЧРП для конкретной системы, сравнивая или комбинируя этот метод с другими.эффективные методы снижения энергопотребления, и, в первую очередь, с соответствующим снижением номинальной подачи и/или напора на один насос при увеличении их количества.

Наглядный пример схемы из параллельно и последовательно соединенных насосов (рис. 9), обеспечивающих значительное количество рабочих точек в широком диапазоне напоров и подач.

При повышении давления на участках водопроводных сетей, близких к потребителям, возникают вопросы о совмещении последовательной работы групп насосов и параллельной работы насосов, объединенных внутри одной группы.Использование ЧРП также поставило вопрос об оптимальном сочетании работы ряда параллельно включенных насосов с частотным регулированием.

При совмещении обеспечивается высокий комфорт для потребителей за счет плавного пуска/останова и стабильного напора, а также снижения установленной мощности – зачастую количество резервных насосов не меняется, а номинальное значение потребляемой мощности на насос уменьшается. Также снижается мощность ПЧТ и его цена.

На самом деле видно, что выравнивание (рис.10-1) позволяет перекрыть необходимую часть рабочей площади поля. Если подбор оптимальный, то на большей части рабочего участка и в первую очередь на линии регулируемого постоянного давления (напора) обеспечивается максимальный КПД большинства насосов и насосного агрегата в целом. Предметом обсуждения совместной работы параллельно включенных насосов в сочетании с ЧРП часто становится вопрос о целесообразности оснащения каждого насоса своим ПЧТ.

Однозначный ответ на этот вопрос будет недостаточно точен.Безусловно, правильно будет сказать, что оснащение каждого насоса РСТ увеличивает возможное пространство для расположения рабочих точек для установки. Также может быть правильным считать, что при работе насоса в широком диапазоне подач рабочая точка находится не на оптимальном КПД, а при работе 2 таких насосов на пониженной скорости общий КПД будет выше (рис. 10-2). Такого мнения придерживаются поставщики насосов, оснащенных встроенными преобразователями частоты.

На наш взгляд, ответ на этот вопрос зависит от конкретного типа характеристик системы, насосов и установки, а также от расположения рабочих точек.При постоянном регулировании давления увеличение пространства рабочей точки не требуется, поэтому установка, оснащенная одним ПЧ в щите управления, будет работать так же, как и установка, каждый насос которой оснащен ПЧ. Для обеспечения более высокой технологической надежности в шкафу можно установить второй ПЧТ — резервный.

При правильном подборе (максимальный КПД соответствует точке пересечения основной характеристики насоса и линии постоянного давления) КПД одного насоса, работающего на номинальной частоте (в зоне максимального КПД), будет выше, чем у общий КПД двух одинаковых насосов, обеспечивающих одинаковую рабочую точку, когда каждый из них работает на пониженной скорости (рис. 10-3).Если рабочая точка лежит вне характеристики одного (двух и т. д.) насоса, то один (два и т. д.) насос будет работать в «сетевом» режиме, имея рабочую точку на пересечении характеристики насоса и постоянной напорная линия (с максимальной эффективностью). Причем один насос будет работать с ПЧТ (при этом имея меньший КПД), а его скорость будет определяться текущей потребностью системы в подаче, обеспечивая соответствующую локализацию рабочей точки всей установки на линии постоянного давления.

Целесообразно подобрать насос таким образом, чтобы линия постоянного давления, которая также определяет рабочую точку с максимальной эффективностью, пересекалась с осью давления как можно выше относительно характеристических линий насоса, определенных для пониженных скоростей. Это соответствует приведенному выше положению об использовании насосов с устойчивыми и щадящими характеристиками (по возможности низкими с коэффициентом быстродействия ns) при решении задач повышения давления на концевых участках сети насосов.

При условии «работает один насос…» весь диапазон подачи обеспечивается одним насосом (работающим в данный момент) с переменной частотой вращения, поэтому большую часть времени насос работает с расходом меньше номинального и, соответственно, при более низком КПД (рис. 6, 7). В настоящее время существует жесткое намерение заказчика ограничиться двумя насосами в составе установки (один насос рабочий, один резервный) с целью снижения первоначальных затрат.

Эксплуатационные расходы влияют на выбор в меньшей степени.При этом в целях «перестраховки» заказчик часто настаивает на использовании насоса, номинальный расход которого превышает расчетный и/или измеренный расход. В этом случае выбранный вариант не будет соответствовать реальным режимам водопотребления на значительном временном интервале суток, что приведет к перерасходу электроэнергии (из-за снижения КПД в наиболее «частом» и широком диапазоне подачи) , снизит надежность и долговечность работы насосов (из-за частого достижения не менее 2″ в диапазоне допустимого расхода, для большинства насосов — 10% от номинального значения), снизит комфортность подачи воды (из-за частоты функция «стоп-старт»).В итоге, признавая «внешнюю» обоснованность доводов заказчика, приходится принимать как факт резервирование большинства вновь устанавливаемых дожимных насосов над внутренними, что приводит к очень низкому КПД насосных агрегатов. В этом случае использование ЧРП дает лишь часть возможной экономии при эксплуатации.

Тенденция к использованию двух насосных агрегатов (один — рабочий, один — резервный) широко проявляется в новом жилищном строительстве, т.к. ни проектные, ни строительно-монтажные организации практически не заинтересованы в эффективности работы инженерного оборудования возводимого жилья , основным критерием оптимизации является закупочная цена при обеспечении уровня управляющего параметра (например, подачи и давления в одной диктующей точке).Большинство новых жилых домов с учетом повышенной этажности оборудуются ПНУ. Возглавляемая автором компания («Промэнерго») поставляет ПНУ как производства « », так и собственного производства на базе насосов «Grundfos» (известных под названием IANS). Статистика поставок Промэнерго в данном сегменте за 4 года (таблица 2) позволяет отметить абсолютное преобладание двухкаскадных насосных агрегатов, особенно среди установок с ЧРП, которые в основном будут использоваться в системах питьевого водоснабжения, и в первую очередь в жилых домах. здания.

На наш взгляд, оптимизация состава ПНУ, как по затратам электроэнергии, так и по эксплуатационной надежности, ставит вопрос об увеличении количества работающих насосов (при уменьшении подачи каждого из них). Эффективность и надежность может обеспечить только сочетание ступенчатого и непрерывного (частотного) регулирования.

Анализ практики дожимных насосных систем с учетом возможностей современных насосов и методов управления с учетом ограниченных ресурсов позволил предложить концепцию моделирования периферийного водоснабжения в качестве методического подхода к оптимизации ПНС ( ПНС) в контексте снижения энергопотребления и стоимости жизненного цикла насосного оборудования.Для рационального выбора параметров насосной станции с учетом конструктивной взаимосвязи и многорежимности функционирования периферийных элементов системы водоснабжения разработаны математические модели. Решение модели позволяет обосновать подход к выбору количества воздуходувок в ПНС, основанный на исследовании функции стоимости жизненного цикла в зависимости от количества воздуходувок в ПНС. При исследовании на модели ряда действующих систем было установлено, что в большинстве случаев оптимальное количество работающих насосов в ПНС составляет 3-5 единиц (при условии использования ЧРП).

Литература

1. Березин С.Е. Насосные станции с погружными насосами: расчет и проектирование / С.Е. Березин. — М.: Стройиздат, 2008.

160 с.

2. Карелин В.Я. Насосы и насосные станции / В.Я. Карелин, А.В. Минаев.

М.: Стройиз-дат, 1986. – 320 с.

3. Карттунен Э. Водоснабжение II: пер. с фин. / Э. Карттунен; Финская ассоциация инженеров-строителей RIL – СПб.: Новый журнал, 2005 – 688 с.

4. Кинебас А.К. Оптимизация водоснабжения в зоне влияния Урицкой насосной станции Санкт-Петербурга / А.К. Кинебас, М.Н. Ипатко, Ю.В. Руксин и др. // ВСТ. — 2009. — № 10, ч. 2. — с. 12-16.

5. Красильникова А. Автоматизированные насосные агрегаты с каскадно-частотным регулированием в системах водоснабжения [Электронный ресурс] / А. Красильникова / Строительная техника. — Электрон, Дэн. — [М.], 2006. — № 2. — Режим доступа: http: //www.archive-online.ru/read/stroing/347.

6. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках / Б.С. Лезнов. — М.: Энергоатом — изд-во, 2006. — 360 с.

7. Николаев В. Возможности энергосбережения при переменной нагрузке лопастных воздуходувок / В. Николаев // Сантехника. — 2007. — № 6. — с. 68-73; 2008. — № 1. — с. 72-79.

8. Промышленное насосное оборудование… — М.: ООО «Грундфос», 2006. — 176 с.

9. Штейнмиллер О.А. Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей: Автореф.дис. … канд. тех. наук / О.А. Штейнмиллер. — СПб.: ГАСУ, 2010. — 22 с.

БЫСТРАЯ СВЯЗЬ

.

Leave Comment

Ваш адрес email не будет опубликован.