Взаимодействие насосных установок первого подъема и очистных сооружений водоподготовки

Аннотация

Для обеспечения эффективной работы станции водоподготовки необходимо согласование режимов работы насосной станции первого подъема с поддержанием заданного уровня на очистных сооружениях или в резервуарах чистой воды, а также поддержанием заданной подачи на очистные сооружения в зависимости от водопотребления города.

Ключевые слова:

питьевая вода , насосы , режим пуска , очистные сооружения , частота вращения , резервуар , мутность , регулируемый электропривод

Скачать статью в журнальной верстке PDF

Для эффективной работы очистных сооружений насосные установки первого подъема должны обеспечивать равномерную подачу воды [1]. При этом неравномерность водопотребления в городе должна компенсироваться аккумулирующей способностью резервуаров чистой (питьевой) воды. Однако многие станции водоподготовки имеют недостаточный объем таких резервуаров по ряду причин, главным образом экономического характера. Поэтому насосные установки первого подъема работают в условиях изменяющейся подачи воды.

Регулирование режимов работы насосных установок первого подъема в большинстве случаев осуществляется изменением количества работающих насосов. Практикуется использование агрегатов, оснащенных рабочими колесами разных диаметров или электродвигателями с различной частотой вращения, то есть имеющих разные напорные характеристики Q–H.

Эти способы регулирования являются дискретными и не могут обеспечить плавного изменения подачи воды на очистные сооружения, что осложняет их работу. Следует отметить, что в большинстве публикаций, касающихся применения регулируемого электропривода в насосных установках, рассматриваются проблемы энергосбережения [2; 3]. Поэтому использование регулируемого электропривода, как правило, рекомендуется только в насосных установках второго и третьего подъема. Влияние режима их работы на технологические параметры очистных сооружений в этих публикациях обычно не рассматривается.

В настоящей статье делается попытка оценить целесообразность и возможность использования регулируемого электропривода в насосных установках первого подъема для повышения эффективности работы очистных сооружений станций водоподготовки.

Эксплуатационные наблюдения выявили взаимное влияние режима работы насосных установок на работу очистных сооружений станций водоподготовки. В частности, режимы пуска насосных агрегатов оказывают влияние на качество воды в очистных сооружениях.

Рассмотрим насосную станцию первого подъема, оснащенную восемью вертикальными насосами 800В-2,5-40. Рабочие колеса этих насосов имеют различную частоту вращения (500 и 600 мин^–1) и различные диаметры (975 и 940 мм).

Обычно насосные агрегаты работают по стандартной схеме, например: три насоса работают постоянно, один включается при максимальном водопотреблении населенного пункта. Если объем запасов питьевой воды в резервуарах быстро срабатывается, появляется необходимость увеличить скорость прохождения ее через очистные сооружения. В условиях изменяющегося потребления воды согласованная эксплуатация насосных установок и сооружений водоочистки обеспечивает достаточные запасы воды в резервуарах и равномерное расходование моторесурса насосов первого подъема без частых включений и отключений одних и тех же агрегатов. В противном случае некоторые насосные агрегаты нарабатывают большее количество часов по сравнению с другими (рис. 1).

Большее число часов наработки агрегатов № 6 и 7 объясняется тем, что они, имея номинальную частоту вращения и номинальный диаметр рабочих колес, обеспечивают основную подачу воды на очистные сооружения, а другие агрегаты с подрезанными рабочими колесами и меньшей частотой их вращения подключаются по мере необходимости. Однако использование насосов с подрезанными рабочими колесами и пониженной частотой вращения не может обеспечить плавное изменение подачи воды на очистные сооружения и стабилизировать уровни в резервуаре чистой воды. На рис. 2 показан график изменения количества пусков насосных агрегатов за тот же период времени.

При прямом пуске насоса резкое и значительное увеличение подачи воды на сооружения приводит к возрастанию мутности воды в отстойниках. Мутность, являющаяся одной из важнейших характеристик качества воды, обусловливает количество в воде грубодисперсных и тонкодисперсных взвешенных веществ. При повышенной мутности в отстойниках возрастает грязевая нагрузка на фильтры, что увеличивает количество их промывок.

На рис. 3 приведен график подачи воды насосами первого подъема. Изменение подачи с 16 до 18 часов обусловлено увеличением количества работающих насосных агрегатов.

На рис. 4 показано повышение мутности во время пуска насоса первого подъема. Совместное рассмотрение графиков подачи воды и мутности в отстойниках показывает, что повышение мутности обусловлено быстрым изменением подачи воды. При существующих режимах работы установок первого подъема количество пусков насосных агрегатов намного превышает нормативные значения (по паспортным данным электродвигателей, общее количество пусков не должно превышать 120 пусков в год [4]), что кроме повышения мутности приводит к ряду других негативных последствий:
сокращается межремонтный период насосов и электродвигателей, в частности изнашиваются подшипники скольжения;
изнашивается запорная арматура, коммутационная аппаратура.

Для обеспечения эффективной работы станции водоподготовки необходимо согласование режимов работы насосных установок первого подъема и очистных сооружений. Это может быть достигнуто путем автоматизации работы насосной станции первого подъема на поддержание заданного уровня на очистных сооружениях или в резервуарах чистой воды, либо на поддержание заданной подачи на очистные сооружения в зависимости от водопотребления города.

Проведенные исследования показали, что применение нерегулируемого электропривода насосных агрегатов первого подъема приводит к значительному износу оборудования, повышению мутности воды в отстойниках, затруднению согласования режимов работы насосных станций первого подъема, а также не дает возможности плавного изменения подачи воды на очистные сооружения. Указанные обстоятельства позволяют пересмотреть существующую точку зрения, что регулируемый электропривод целесообразно использовать только на насосах второго подъема [2]. Существуют достаточно веские основания для применения регулируемого электропривода на отдельных насосах станций первого подъема.

Устройства плавного пуска не решают указанных проблем. Уже имеется положительный опыт внедрения регулируемого электропривода на станциях первого подъема, например, на Чебоксарской водопроводной станции первого подъема и на насосно-фильтровальной станции первого подъема № 5 в Новосибирске. Опыт внедрения и эксплуатации частотно-регулируемых электроприводов в Новосибирске в течение 11 лет реально подтверждает их эффективность: снижение потребления электроэнергии в системе водоснабжения; оптимизация режимов работы водопроводной сети; сокращение потерь воды; сокращение числа повреждений на водопроводных сетях [5].

Выводы

1. Использование регулируемого электропривода в насосных установках рассматривается обычно с точки зрения экономии электроэнергии, поэтому необходимо оценить этот аспект из технологических соображений для улучшения работы очистных сооружений водоподготовки, а также для регулирования подачи воды на очистные сооружения, более полной наработки всех насосных агрегатов первого подъема.

2. Проведенные наблюдения позволили установить корреляционную зависимость повышения мутности воды на очистных сооружениях от значительного по объему увеличения подачи воды насосными агрегатами первого подъема.

Список литературы

Фрог Б. Н., Левченко А. П. Водоподготовка. – М., 1996.
Лезнов Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках. – М., 2006.
Онищенко Г. Б. Электрический привод. – М., 2003.
ОПБ.460.073 ТО. Двигатели синхронные вертикальные. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. – М., 1991.
Багаев Ю. Г., Мелеховский В. Ф., Усачев А. П. Опыт внедрения станций частотного управления насосными агрегатами // Водоснабжение и сан. техника. 2004. № 3.