Энергоэффективная насосная станция энергоэффективные насосные станции

(347) 281-65-13 (347) 216-65-13

Энергосберегающие технологии в насосном оборудовании

Один из важнейших вопросов, который интересует потребителя, использующего насосное оборудование, это энергопотребление и энегоэффективность. Ведь чем меньше энергии тратит насос, обеспечивая необходимую мощность, тем больше денег можно сэкономить на протяжении всего срока службы. Как сориентироваться в обилии предлагаемого оборудования?Мировая практика оценки энергоэффективностиДля оценки энергетической эффективности насосного оборудования используется классификация Energy Labeling. Эффективность энергопотребления согласно этой системе отражает маркировка с помощью букв латинского алфавита от «А» (наивысшая эффективность) до «G». При наличии маркировки Energy Labeling сразу можно оценить энергосберегающие свойства насоса. Отметим, что разница в энергозатратах между соседними классами около 20 % от принятого за стандарт энергопотребления класса «D». На данный момент наибольшее распространение получили насосы, относящиеся к классам «С» и «D»,
причем в частных домостроениях обычно установлено оборудование, имеющее низший класс энергосбережения. Отметим, что на настоящий момент такая ситуация наблюдается не только в России, но и в США, Евросоюзе и других странах. Но уже через несколько лет ситуация может в корне измениться. В 2013 году, согласно постановлению Евросоюза на всех теплотехнических объектах должны быть установлены
циркуляционные насосы с наивысшим классом энергопотребления «А», эксперты утверждают, что такая модернизация позволит экономить до 30% энергии,
затрачиваемой на обогрев. Частотные преобразователи

За счет чего появляется возможность экономить?
Прежде всего, за счет возможности регулировки мощности насоса, что дает возможность плавно корригировать потребляемую мощность в соответствии с
требуемым давлением в системе и расходом воды. Именно эту задачу и выполняют частотные преобразователи. Кроме снижения эксплуатационных затрат они обеспечивают надежность работы системы в целом,
предотвращая гидравлические удары и обеспечивая нужный напор даже в условиях пониженного давления в системе. Тем не менее, покупка насосов, в которых предусмотрено частотное регулирование двигателя, не всегда рентабельна. Ведь подобное оборудование дорого стоит и предъявляет повышенные требования к перекачиваемым средам и подаче электричества. Снижение энергопотребления в отопительной системе с помощью циркулярционных насосов

Циркуляционные насосы являются совершенно особым классом оборудования, позволяющего сократить энергопотребление. Среди них особо стоит отметить насосы серии Ecocirc® vario Е4 и Е6, использование которых позволяет снизить энергопотребление более чем на 50%. Их задачей является обеспечение минимальной разности температур теплоносителя между подачей и обратным ходом. Такие насосы обеспечивают быстрое перемещение теплоносителя по трубам. В результате этого, с одной стороны, возрастает коэффициент теплопередачи (скорость охлаждения или нагревания помещения будет выше). С другой стороны, благодаря высокой скорости потока, теплоноситель на входе в нагреватель (холодильник) остаётся достаточно горячим (или холодным) по сравнению с выходом. Как правило, в качестве смазки в таких насосах служит перекачиваемая среда. Циркуляционные насосы работают в достаточно широком диапазоне температур теплоносителя, начиная от -10 0С и заканчивая 95 0С и применяются, как в охлаждающих,
так и в нагревательных системах. Они достаточно компакты и бесшумны. Помимо сокращения энергопотребления такие насосы препятствуют такому неприятному явлению, как низкотемпературная коррозия,
возникающая в котле вследствие разницы температур жидкости-теплоносителя на выходе и входе из отопительного котла. Статьи по теме:

Wilo-Rexa SOLID-Q с функцией Nexos Intelligence — система для умной канализационной насосной станции. Три главных преимущества этого продукта: эксплуатационная надежность, энергоэффективность и возможность подключения к сети.

Wilo-Rexa SOLID-Q с Nexos Intelligence — интеллектуальное системное решение для канализационной насосной станции

Перекачивание неочищенных сточных вод становится все более сложным процессом из-за возрастающих объёмов твердых и волокнистых веществ, что, в свою очередь, приводит к увеличению эксплуатационных расходов. Новое решение Wilo-Rexa SOLID-Q с Nexos Intelligence характеризуется надежностью эксплуатации, энергоэффективностью и высоким уровнем организации цифровой сети. Оптимальное соотношение затрат и эффективности включает в себя дополнительное удобство в повседневной работе.

• Сокращение продолжительности простоя и сервисных вызовов благодаря автоматическому обнаружению и устранению засорения
• Снижение энергозатрат вследствие автоматического управления оптимальным режимом работы конкретной системы
• Управление и взаимодействие с сетью станций через веб-сервер и Ethernet-интерфейс со стандартными сетевыми протоколами
• Повышение надежности эксплуатации в случае неисправности благодаря схеме резервирования при управлении встроенным насосом
• Системное решение с проблемно-ориентированными совместимыми функциями и цифровыми интерфейсами

Надежность эксплуатации

Содержание твердых веществ в сточных водах постоянно увеличивается, в частности, из-за использования влажных салфеток. Поэтому насосы, как правило, засоряются и чаще выходят из строя. Это приводит к увеличению сервисных вызовов, что, в свою очередь, увеличивает эксплуатационные расходы.

Высокая надежность эксплуатации обеспечивается гидравлической частью Wilo SOLID-Q с функцией самоочистки и встроенной интеллектуальной электронной системой управления Nexos, которая обнаруживает и самостоятельно устраняет засорение без вмешательства оператора. Следовательно, требуется меньше сервисных вызовов, а также исключаются дорогостоящие работы по техническому обслуживанию в ночное время и в выходные дни.

Энергоэффективность

Многие предыдущие канализационные насосные станции работают с меньшей эффективностью, потребляют неоправданно большие объемы электроэнергии, что приводит к увеличению эксплуатационных расходов. Потребление энергии насосной станцией является ключевым фактором ее эффективности. Wilo-Rexa SOLID-Q с Nexos Intelligence – это интеллектуальное системное решение, которое может снизить энергозатраты за счет высокого КПД гидравлической части с высокоэффективными электродвигателями IE5 и интеллектуальной регулировки частоты вращения. Благодаря автоматическому обнаружению оптимальной точки Wilo-Rexa SOLID-Q с Nexos Intelligence снижает до минимума потери давления в трубопроводе и увеличивает до максимума КПД системы, а также экономит затраты на электроэнергию.

Возможность подключения

Для операторов канализационных насосных станции удаленная оценка состояния их станции может оказаться затруднительной. Поэтому системы должны быть проверены на месте, что, в свою очередь, приводит к увеличению затрат на оплату труда персонала. Wilo-Rexa SOLID-Q с Nexos Intelligence делает повседневную работу более удобной:

• Удаленный мониторинг и документирование через цифровой интерфейс данных с цифровой табличкой, со встроенным измерением вибраций и устройством регистрации данных
• Операторы регистрируются на встроенном веб-сервере с помощью сенсорной панели или персонального компьютера и просматривают данные датчика в режиме реального времени, а также могут настраивать параметры
• Простая интеграция системы через встроенный Ethernet-интерфейс со стандартными сетевыми протоколами
• Интегрированное управление системы с конфигурацией «ведущий-подчиненный» с автоматической передачей управления в случае, если техническое обслуживание осуществляется с максимальной надежностью.

Репников А. 1

Сердобинцев Ю. 1

Кухтик М. 11 ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный технический университет»Тенденция сегодняшнего развития промышленности такова, что необходимо полностью автоматизировать как новые разрабатываемые системы, так и уже существующие. Помимо активной автоматизации предприятий и заводов также набирает тенденцию автоматизация систем водоснабжения: водопроводных насосных станций, установок повышения давления, канализационных насосных станций и пр. Программа управления установкой повышения давления должна отвечать требуемым условиям надежности, защищать систему от аварийных ситуаций и обеспечивать максимальную энергоэффективность. Основными требованиями, предъявляемыми к HMI-интерфейсу, являются простота, максимальная информативность и наглядность. В данной статье приводится описание этапов разработки HMI-интерфейса для сенсорной графической панели оператора, включающее в себя разработку мнемосхемы насосной станции, окон перехода, архивов аварийных событий и трендов. Показаны макросы, осуществляющие построение графиков с динамическими пределами и переключения между текущими и аварийными событиями. Приведены рекомендации по разработке мнемосхемы, исполнительных механизмов системы (насосных агрегатов, датчиков, клапанов, задвижек), цветовой гаммы, фона экранов. HMI-интерфейс сенсорной графической панели оператора разработан для панели фирмы Weintek в программной среде EasyBuilderPro. HMI-интерфейс и программа управления, приведенные в данной статье, внедрены в систему городского водоснабжения Ростова-на-Дону и активно используются в настоящее время. программируемый логический контроллер1. Репников А. , Сердобинцев Ю. , Кухтик М. Разработка нейронной сети для определения кавитационного запаса насосных агрегатов // Известия ВолгГТУ. Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении. 2021. № 3 (250). 69–71.

Целью работы является повышение энергоэффективности установки повышения давления в системе городского водоснабжения и обеспечение поддержания заданного давления в трубопроводе путем разработки HMI-интерфейса автоматизированной системы управления и программы управления установкой.

Материалы и методы исследования

HMI-интерфейс сенсорной графической панели оператора разработан для панели фирмы Weintek в программной среде EasyBuilderPro, бесплатной и доступной для скачивания любому пользователю с сайта производителя.

Результаты исследования и их обсуждение

Рассмотрим порядок построения HMI-интерфейса более подробно. Сначала создается основное окно, с которым оператор будет работать больше всего времени. В данном случае это окно с мнемосхемой насосной станции (рис.

Рис. Мнемосхема насосной станции

На мнемосхеме показаны насосные агрегаты Н1-Н5. Зеленый треугольник обозначает, что насос запущен и находится в состоянии работы. В целях обеспечения полной информативности на мнемосхему вынесены значения датчиков давления на входе и выходе насосной станции, показатели, получаемые с частотных преобразователей (ПЧ), управляющих насосными агрегатами: частота, мощность и ток, а также индикация сообщений о состоянии системы (перегрев насоса, авария ПЧ, обрыв датчика давления и т. Элементами управления являются кнопки запуска и останова автоматического режима, расположенные в нижней части мнемосхемы, кнопки добавления и удаления насосов из каскада, а также поля ввода уставки давления, которое необходимо поддерживать в трубопроводе, и задания частоты работы насосных агрегатов в ручном режиме. Ручной режим используется преимущественно при пуско-наладочных работах. Кроме того, на данном окне расположены кнопки перехода в окна событий, учетных записей, графиков, настроек.

Рис. Экран событий насосной станции

Рис. Экран графиков

Рис. Экран настроек

Экран графиков, изображенный на рис. 3, предназначен для отображения изменения в течение времени выбранного параметра: давления на входе и выводе водопроводной насосной станции, температуры в помещении, частоты, тока, мощности двигателя, получаемых с частотного преобразователя.

На данном экране также присутствуют поля пределов оси ординат и полоса прокрутки значения изменяющегося параметра в течение времени. В верхней части экрана знаками «плюс» и «минус» обозначены кнопки масштабирования графика, его увеличения или уменьшения.

Экран настроек (рис. 4) необходим для корректной работы системы водоснабжения.

Как видно из рис. 4, экран настроек разбит на две части. В первой части экрана расположены уставки для ПИД-регулятора, предельные значения датчиков давления, взятые из паспорта, и настройки каскада, куда входят время каскадирования и декаскадирования насосного агрегата, задержка подключения резервного насоса и уставка давления, при достижении которой он включится в работу. Вторая часть экрана представляет собой уставки технологических защит, куда входит защита от сухого хода насосных агрегатов, задержка для срабатывания аварий (необходима для защиты от ложного срабатывания). Коэффициент мощности двигателя и номинальная мощность системы необходимы для своевременного вывода из работы лишнего насосного агрегата, если поддерживать заданное давление способно меньшее число насосных агрегатов. Эта защита выполнена в целях обеспечения максимальной энергоэффективности. Управление технологическими защитами служит для включения и отключения реакций системы на определенные аварии. Эта функция необходима в том случае, если датчик защиты системы вышел из строя, отсутствует или технологический процесс работы системы обладает некоторыми нюансами, при которых использование определенной защиты насосных агрегатов нецелесообразно.

Рассмотрим алгоритм работы установки повышения давления в системе водоснабжения более подробно. Основным управляющим элементом является ПЛК, расположенный в шкафу управления. В него загружена программа управления, осуществляющая прием, преобразование, обработку сигналов и выдачу управляющих воздействий.

Перед запуском системы в окне настроек вносятся все параметры и коэффициенты, а в окне с мнемосхемой насосной станции вносится уставка давления. Затем нажимается кнопка «Пуск».

При нажатии кнопки «Пуск» на панели оператора происходит запуск одного насосного агрегата. Для запуска ПЛК выбирает тот насосный агрегат, время простоя которого максимально. Это время начинает рассчитываться с момента останова насосного агрегата и обнуляется при его запуске.

Если один насосный агрегат справляется с поддержанием заданной уставки давления, то он продолжает работу без подключения дополнительных насосов. Однако если мощность работы электродвигателя насоса приближается к значению номинальной мощности, заявленной в паспорте, то ПЛК начинает отсчет заданного времени для подключения второго насосного агрегата. По окончанию отсчета включается (каскадируется) в работу второй насосный агрегат, имеющий максимальное время простоя.

Аналогичным образом, если два насосных агрегата, находящихся в работе, не справляются с поддержанием заданной уставки давления, в работу подключается третий насосный агрегат, находящийся не в состоянии работы наибольшее время.

Если частота работы насосных агрегатов начинает понижаться, понижается и текущая мощность электродвигателя. При понижении частоты работы насосного агрегата ниже 30 Гц система начинает отсчет временной задержки для отключения одного из насосов. Выводится из работы (декаскадируется) тот насосный агрегат из числа находящихся в работе, чья наработка максимальна.

Аналогичным образом, если один насосный агрегат справляется с поддержанием уставки давления на фиксированной частоте, то из работы выводится второй насосный агрегат, имеющий максимальную наработку.

Также системой предусмотрена смена работы насосных агрегатов по часам. Часы, встроенные в ПЛК, синхронизированы с часами реального времени. При достижении определенного часа, который задан в окне настроек, насосный агрегат, имеющий наибольшее время работы, отключится. Если в состоянии работы на момент достижения часовой уставки в работе находился один насосный агрегат, то он отключится и в работу подключится насос, имеющий максимальное время простоя. Данная функция используется системой для равномерного расходования ресурса насосных агрегатов.

При необходимости имеется возможность принудительного добавления и удаления насоса из каскада с помощью соответствующих кнопок, расположенных на окне с мнемосхемой насосной станции.

F_ADD (CLK:= HMI. ADD_Pump );

IF (TON_ADD. Q OR TON_ADD_FOUR. Q OR F_ADD. Q ) AND (counter < 4) THEN

ELSIF ((counter < 5) AND TON_DELETE. Q) OR (counter > 1 AND Sys. Switch_Pumps) OR (F_DEL. Q AND (counter <> 1)) AND (counter > 1) THEN

ELSIF NOT Sys. Run OR Sys. ALR_Station OR FLT. ALR_IN_Press THEN

IF Sys. Run AND (counter > (in_wrk)) THEN

FOR i:=1 TO n DO

IF Sys. Run AND ((counter < in_wrk) OR (counter = 1 AND Sys. Switch_Pumps)) THEN

AND NOT pump_found THEN

IF Sys. Run THEN

Sys. Pumps_count := in_wrk;

Рис. Фрагмент программы управления

На рис. 5 представлен фрагмент программы управления, выполненный на языке FBD.

Разработанные HMI-интерфейс и программа управления внедрены в систему городского водоснабжения Ростова-на-Дону и позволяют обеспечить поддержание требуемого давления в трубопроводе и наиболее оптимальный расход электроэнергии за счет декаскадирования насосных агрегатов.

Библиографическая ссылка

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

Энергоэффективность и энергосбережение — одни из основных трендов развития мировой «зеленой» экономики. Эксперты отмечают, что по этим показателям Петербург стабильно входит в число лидеров среди российских регионов. За последние годы он не раз возглавлял федеральный рейтинг энергоэффективности. Сейчас власти города разрабатывают проект новой региональной программы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

Сегодня свои программы энергосбережения реализуют городские госучреждения. По данным СПбГБУ «Центр энергосбережения», объем финансирования из бюджета в 2021 году составил 1,6 млрд рублей. Основная доля пришлась на мероприятия в системах теплоснабжения, водоснабжения, вентиляции и освещения — 48% (749,9 млн рублей); мероприятия по утеплению стен, дверей, чердаков, подвалов и замене оконных блоков — 32% (502 млн рублей); по установке энергоэффективного оборудования — 12% (190,2 млн рублей); иные мероприятия в области энергосбережения — 6% (94,71 млн рублей); установку приборов учета энергетических ресурсов — 1% (14,3 млн рублей).

Для этих же целей привлекаются и внебюджетные средства, в том числе за счет энергосервисных контрактов (ЭСК). Так, с 2018 по 2022 годы в Петербурге было заключено 444 ЭСК на общую сумму более 1,6 млрд рублей. В 2021-м лидерами по количеству заключенных ЭСК в Санкт-Петербурге стали Калининский, Красносельский, Невский, и Курортный районы. В результате реализации энергосберегающих мероприятий в государственных учреждениях по сравнению с 2016 годом снижено потребление электрической энергии на 39,7%, а тепловой — на 6,3%.

Экономия в жилищной сфере

Главный потребитель энергоресурсов — население города. Его доля в общегородском объеме потребления сегодня составляет 30,8%. Большая часть отпускаемой тепловой энергии (77,8%) также приходится на население. Поэтому общий вклад жителей в энергосбережение очень важен для города.

Любые ресурсосберегающие мероприятия начинаются с установки счетчиков. По подсчетам «Центра энергосбережения», на конец 2021 года уровень оснащения многоквартирных домов (МКД) общедомовыми приборами учета тепла в Северной столице достиг 96,1%, холодной воды — 92,9%.

Также идет работа по присвоению МКД классов энергетической эффективности — по шкале от А до G. По словам Антона Алексахина, руководителя отдела СЗФО Департамента экологической экспертизы и мониторинга EcoStandardgroup, проживание в домах класса А, B или С позволяет более экономно расходовать ресурсы (прежде всего, тепло и электроэнергию), класс D — нормальная энергоэффективность, но об экономии ресурсов речи здесь уже нет. Дома класса E, F, G — пониженного и очень низкого класса, которые, как правило, нуждаются в реконструкции.

По данным «Центра энергосбережения», сейчас классы энергетической эффективности присвоены 4148 петербургским МКД (17,4% от общего количества), 68% из них имеет «нормальный» класс энергоэффективности D и выше.

Уличное освещение

В Петербурге действует несколько программ, предусматривающих внедрение светодиодных светильников в городскую систему уличного освещения. Их устанавливают не только в садах и парках, но и во дворах, на улицах, магистралях с повышенными требованиями к освещенности проезжей части и объектах художественной подсветки. Сейчас на светодиодное переведено уже более 30% уличного освещения. До 2025 года новое, преимущественно светодиодное освещение планируется установить еще на 153 объектах.

Совместная экономия

В энергосберегающих мероприятиях участвуют и городские предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК). Среди ключевых шагов в этой области — перевод котельных на эффективные виды топлива. Планируется, что к 2026 году практически все городские котельные будут работать на природном газе, а доля потребления неэкономичного топлива составит менее 0,02%.

Энергоэффективное оборудование и энергосберегающие технологии также используют при замене тепловых сетей, реконструкции существующих объектов и строительстве новых. По данным «Центра энергосбережения», общий объем финансирования программ энергосбережения крупнейших организаций ТЭК в Петербурге за 2021 год составил 6,5 млрд рублей, а суммарная экономия топливно-энергетических ресурсов — 216,6 тыс. тонн условного топлива (или 2,4% от объема потребления).

Капитальный ремонт

В минувшем году перечень услуг и работ по капитальному ремонту жилых домов, финансируемых за счет средств фонда капитального ремонта, пополнился новыми энергосберегающими работами, среди которых установка узлов управления и регулирования потребления тепловой энергии, горячей и холодной воды, электрической энергии, газа и утепление фасадов.

Объем средств на указанные мероприятия в 2021 году составил 452,44 млн рублей, или 2,9% общего годового объема финансирования таких мероприятий. В 114 МКД появились автоматизированные индивидуальные тепловые пункты, которые автоматически регулируют интенсивность отопления дома в зависимости от погоды. Всего за последние пять лет их установили в 303 домах.

Также, по словам экспертов «Центра энергосбережения», в ходе капитального ремонта многоквартирных домов в Петербурге меняют светильники на светодиодные лампы и устанавливают датчики для автоматического регулирования освещения в местах общего пользования, производят теплоизоляцию внутридомовых инженерных сетей теплоснабжения и горячего водоснабжения в подвалах и так далее.

Кто в теме

По словам Николая Вавилова, специалиста департамента стратегических исследований Total Research, количество энергоэффективных домов и умных строек в России ежегодно увеличивается как минимум на 20–25%.

В соответствии с законом «Об энергосбережении» №261-ФЗ, сегодня при строительстве и капитальном ремонте зданий застройщик обязан устанавливать приборы учета потребляемых в здании энергоресурсов. По словам Андрея Никитина, заместителя декана по научной работе факультета энергетики и экотехнологий Университета ИТМО, благодаря этому закону в проектной документации также появился раздел «Энергетическая эффективность».

«Однако на практике он носит довольно формальный характер и формируется руководителем проекта на основании соответствующих смежных разделов по системам электроснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования, водоснабжения, холодоснабжения и так далее. В то же время разделы разрабатываются отдельными организациями, которые зачастую не взаимодействуют друг с другом, отвечают только за свою задачу и используют довольно тривиальные методы энергосбережения — например, установку светодиодных светильников и применение частотных регуляторов двигателей. Все это не дает существенного эффекта в области энергосбережения»,— поясняет он.

По словам Андрея Никитина, такое положение вещей характерно для строительства объектов различного назначения. Например, в секторе продуктового ритейла побочным продуктом системы холодоснабжения будет теплота конденсации. Она выбрасывается на улицу, хотя могла бы использоваться для системы отопления или горячего водоснабжения. Похожая ситуация наблюдается и в области систем вентиляции.

«В Европе в этом случае используют взаимную интеграцию различных инженерных систем, позволяющую добиться синергетического эффекта,— в первую очередь в сфере теплоснабжения. Яркий пример — устройство инженерных систем на центральном вокзале в Стокгольме. За счет тепла, выделяемого при работе системы вентиляции вокзала, удалось покрыть львиную долю потребности в теплоснабжении соседнего бизнес-центра. Недостающую мощность получают с помощью солнечных панелей на кровле здания»,— поясняет эксперт.

В целом же большие здания, построенные с применением «зеленых» технологий, в России пока редкость. Но за последний год в ИТМО отмечают всплеск обращений от бизнес-сообщества. Экспертам университета поступают запросы на решения в области энергосбережения при работе с инженерными системами, проведение оценки возможностей снижения энергопотребления при строительстве различных объектов.

Так, например, для «ВТБ девелопмент» специалисты факультета энергетики и экотехнологий проводят оценку снижения энергопотребления зданиями системы здравоохранения и фармацевтической отрасли. Для ряда инжиниринговых компаний — мероприятия по интеграции инженерных систем с целью снижения энергозатрат на предприятиях пищевой промышленности, продуктового ретейла и нефтегазового сектора. «Большой интерес к повышению энергоэффективности и сокращению эксплуатационных затрат говорит о том, что рынок готов к широкому внедрению энергосберегающих технологий»,— заключает Андрей Никитин.

Основой энергоэффективного использования насосного оборудования является согласованная работа на сеть, т. рабочая точка должна находиться в рабочем диапазоне характеристики насоса. Выполнение этого требования позволяет эксплуатировать насосы с высокой эффективностью и надежностью. Рабочая точка определяется характеристиками насоса и системы, в которой установлен насос. На практике многие водоснабжающие организации сталкиваются с проблемой неэффективной эксплуатации насосного оборудования. Зачастую к. насосной станции значительно ниже к. установленных на ней насосов.

Исследования показывают, что в среднем к. насосных систем составляет 40%,
а 10% насосов работают с к. ниже 10%. В основном это связано с переразмериванием
(выбором насосов с большими значениями подачи и напора, чем требуется для работы
системы), регулированием режимов работы насосов при помощи дросселирования (т. задвижкой), износом насосного оборудования. Выбор насоса с большими параметрами
имеет две стороны.

Как правило, в системах водоснабжения график водопотребления в сильной степени
меняется в зависимости от времени суток, дня недели, времени года. При этом
станция должна обеспечить максимальное водопотребление в штатном режиме во время
пиковых нагрузок. Зачастую к этому добавляется и необходимость подачи воды на
нужды систем пожаротушения. При отсутствии регулирования насос не может эффективно
работать во всем диапазоне изменения водопотребления.

Эксплуатация насосов в условиях изменения требуемых расходов в широком диапазоне
приводит к тому, что оборудование большую часть времени работает за пределами
рабочей области, с низкими значениями к. и низким ресурсом. Иногда к. насосных станций составляет 8-10% при том, что к. установленных на них насосов
в рабочем диапазоне составляет свыше 70%. В результате такой эксплуатации у
потребителей складывается ложное мнение о ненадежности и неэффективности насосного
оборудования. А учитывая тот факт, что значительную его долю составляют насосы
отечественного производства, возникает миф о ненадежности и неэффективности
отечественных насосов. При этом практика показывает, что целый ряд отечественных
насосов по показателям надежности и энергоэффективности не уступает лучшим мировым
аналогам. Для оптимизации энергопотребления существует множество способов, основные
из которых приведены в таблице 1.

Таблица 1. Методы снижения энергопотребления насосных систем

Методы снижения энергопотребления насосных систем Снижение энергопотребления
Замена регулирования подачи задвижкой на регулирование частотой вращения
10 — 60%
Снижение частоты вращения насосов, при неизменных параметрах сети5 — 40%
Регулирование путем изменения количества параллельно работающих насосов. 10 — 30%
Подрезка рабочего колеса до 20%, в среднем 10%
Использование дополнительных резервуаров для работы во время пиковых нагрузок
10 — 20%
Замена электродвигателей на более эффективные 1 — 3%
Замена насосов на более эффективные 1 — 2%

Эффективность того или иного способа регулирования во многом определяется характеристикой
системы и графиком ее изменения во времени. В каждом случае необходимо принимать
решение в зависимости от конкретных особенностей условий эксплуатации. Например,
получившее в последнее время большое распространение регулирование насосов при помощи изменения частоты не всегда может привести к снижению энергопотребления. Иногда это дает обратный эффект. Применение частотного привода имеет наибольший
эффект при работе насосов на сеть с преобладанием динамической составляющей
характеристики, т. потерь в трубопроводах и запорно-регулирующей арматуре. Применение каскадного регулирования путем включения и выключения необходимого
количества насосов, установленных параллельно, имеет наибольший эффект при работе
в системах с преимущественной статической составляющей.

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

Для определения реальных режимов работы насосов и параметров сети возникает
необходимость проведения замеров непосредственно на объекте с использованием
специального контрольно-измерительного оборудования, т. проведения технического
аудита гидравлической системы. Для успешного проведения мероприятий, направленных
на повышение энергоэффективности установленного оборудования, необходимо располагать
как можно более полной информацией о работе насосов и учитывать ее в дальнейшем. В целом можно выделить несколько определенных последовательных этапов аудита
насосного оборудования. Сбор предварительной информации о составе оборудования, установленного на
объекте, в т. сведений о технологическом процессе, в котором используются
насосы (станции первого, второго, третьего подъемов и т. )
2. Уточнение на месте предварительно полученной информации о составе установленного
оборудования, возможностей получения дополнительных данных, наличия средств
проведения измерений, системе управления и т. Предварительное планирование
проведения испытаний. Проведение испытаний на объекте. Обработка и оценка результатов. Подготовка технико-экономического обоснования для различных вариантов модернизации.

Таблица 2. Причины повышенного энергопотребления и меры по его снижению

Причины высокого энергопотребления Рекомендуемые мероприятия по снижению энергопотребления
Ориентировочный срок окупаемости мероприятий
Наличие в системах периодического действия насосов, работающих
в постоянном режиме независимо от потребностей системы, технологического
процесса и т. — Определение необходимости в постоянной работе насосов. — Включение и выключение насоса в ручном или автоматическом режиме только
в промежутки времени. От нескольких дней до нескольких месяцев
Системы с меняющейся во времени величиной требуемого расхода. — Использование привода с регулируемой частотой вращения
для систем с преимущественными потерями на трение — Применение насосных
станций с двумя и более параллельно установленными насосами для систем с
преимущественно статической составляющей характеристики. Месяцы, годы
Переразмеривание насоса. — Подрезка рабочего колеса. — Замена рабочего колеса. — Применение
электродвигателей с меньшей частотой вращения. — Замена насоса на насос
меньшего типоразмера. Недели — годы
Износ основных элементов насоса — Ремонт и замена элементов насоса в случае снижения его
рабочих параметров. Недели
Засорение и коррозия труб. — Очистка труб — Применение фильтров, сепараторов и подобной
арматуры для предотвращения засорения. — Замена трубопроводов на трубы из
современных полимерных материалов, трубы с защитным покрытием Недели, месяцы
Большие затраты на ремонт (замена торцовых уплотнений, подшипников)
— Работа насоса за пределами рабочей зоны, (переразмеривание насоса). — Подрезка рабочего колеса. — Применение электродвигателей
с меньшей частотой вращения или редукторов в тех случаях, когда параметры
насоса значительно превосходят потребности системы. — Замена насоса на насос
меньшего типоразмера. Недели-годы
Работа нескольких насосов, установленных параллельно в постоянном
режиме- Установка системы управления или наладка существующей Недели

Рис. Работа насоса на сеть с преимущественной статической составляющей при частотном регулировании

Рис. Работа насоса на сеть с преимущественными потерями на трение при частотном регулировании

При первичном посещении объекта можно определить «проблемные», с точки зрения
энергопотребления, насосы. В таблице 2 приведены основные признаки, которые
могут свидетельствовать о неэффективной эксплуатации насосного оборудования
и типовые мероприятия, которые могут исправить положение с указанием ориентировочного
срока окупаемости мероприятий по энергосбережению.

В результате проведения испытаний необходимо получить следующую информацию:

1. Характеристики системы и ее изменения с течением времени (часовой, суточный,
недельный графики). Определение действительных характеристик насосов. Определение режимов работы
насосов для каждого из характерных режимов (наиболее продолжительный режим,
максимальная, минимальная подача).

Оценка применения различных вариантов модернизации и способа регулирования
принимается на основании расчета стоимости жизненного цикла (LCC) оборудования. Основную долю в затратах жизненного цикла любой насосной системы составляют
затраты на электроэнергию. Поэтому на этапе предварительной оценки различных
вариантов необходимо воспользоваться критерием удельной мощности, т. мощности,
потребляемой насосным оборудованием, отнесенной к единице расхода перекачиваемой
жидкости.

Выводы:
Задачи снижения энергопотребления насосного оборудования решаются, прежде всего,
путем обеспечения согласованной работы насоса и системы. Проблема избыточного
энергопотребления насосных систем, находящихся в эксплуатации, может быть успешно
решена за счет модернизации, направленной на обеспечение этого требования.

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

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

Еще по теме:
Проблемы энергоэффективности в системах водоснабжения и водоотведения
Энергосберегающие технологии в насосном оборудовании
Энергосберегающие методы выбора насосов систем водоснабжения

Библиографическое описание

В статье рассматривается вопрос применения одного регулируемого электропривода при различных режимах параллельной работы однотипных питательных насосов на блоке. Предложены алгоритмы регулирования подачи и напора параллельно работающих питательных насосов.

Ключевые слова:

питательные насосы, частота вращения, регулирование параметров насоса, тепловые электрические станции.

Keywords:

feed pumps, speed, pump control, thermal power plants.

Возрастающие технологические требования к качеству производственных процессов, необходимость внедрения высоких технологий обуславливают устойчивую тенденцию внедрения в различные отрасли промышленного и сельскохозяйственного производства регулируемых электроприводов.

На основании анализа технической литературы, исследования технологического процесса питания водой котлоагрегатов были выявлены негативные факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность работы системы питания:

– регулирование производительности установки ПЭН осуществляется путем реостатного регулирования, что является неэффективным с точки зрения энергосбережения;

– частые запуски напрямую от сети ПЭН приводит к повышенному износу оборудования, из-за 5–7-кратных пусковых токов;

– неконтролируемое потребление электроэнергии.

Ослабление отмеченных факторов можно осуществить при внедрении в систему управления питательными насосами частотно-регулируемого электропривода.

Анализ режимов работы системы подачи питательной воды показал, что наиболее целесообразным техническим решением модернизации ее будет использование индивидуального частотно-регулируемого электропривода насоса. Однако такое требует дополнительного технико-экономического обоснования, так как стоимость преобразователя частоты на повышенное напряжение питания, которое диктуется параметрами используемого двигателя 4АЗМ-4000/6000 УХЛ4, имеет довольно высокое значение. Параметры двигателя приведены в таблице. Кроме того, необходимо оценить надежность такого технического решения.

Параметры электродвигателей ПЭН 6 кВ

Тип двигателя

Кол-во

Мощность

кВт

Напряжение

кВ

Обороты

об/мин

4АЗМ-4000/6000 УХЛ4

8

3700

6

3000

Для схемы регулирования производительностью электродвигателей ПЭН Хабаровской ТЭЦ-3 предназначается система частотного электропривода на двигателях 6 кВ.

Для частотных приводов значительной мощности 4000 кВт будем применять продукцию фирмы SIEMENS. Для использования частотного привода в технологической схеме Хабаровской ТЭЦ-3 для ПЭН выбраны электродвигатели 4АЗМ-4000/6000 УХЛ4.

Для электродвигателей типа 4АЗМ-4000/6000 УХЛ4 выбираем частотный преобразователь Siemens Sinamics SM150 c номинальной мощностью 4500 кВт, технические характеристики частотного преобразователя приведены в таблице.

Тип

Длительно допустимый ток, А

Максим. ток, А

Номинальная мощность, кВт

Расход воздуха на охлаждение, м

3

/ ч

Номинальное напряжение, В

Siemens Sinamics SM150

600

750

4500

—

6000,0

Перепад давления в регулирующих питательных клапанах котлов (РПК) электростанции при их режиме с номинальным давлением пара в барабане должен поддерживаться равным не менее 0,08 номинального давления в барабане, т. 0,08·15,7 = 1,25 МПа (12,8 кгс/см2).

Из опыта эксплуатации подобных систем и учете потерь давления на гидравлическом сопротивлении арматуры, трубопроводах, в трубных пучках подогревателей высокого давления (ПВД) можно сделать вывод, что давление в питательном коллекторе после насосов в 18,24 МПа (185 кгс/см2) будет достаточным для корректной работы регулирующих питательных клапанов котлов (РПК) и обеспечения в полной мере котлоагрегатов питательной водой. Из рисунка 1 видно значительное превышение давления, создаваемого питательными насосами до РПК, что приводит к сокращению срока службы клапанов, потере энергии на дросселирование и рециркуляцию. Так же работа насосов на частичной нагрузке далекой от номинального режима снижает КПД установки.

Рис. Характеристики однотипных, параллельно работающих питательных насосов с нерегулируемыми электроприводами

Режим работы оборудования с применением одного регулируемого электропривода является одним из способов снятия избыточного давления, развиваемого насосом, и уменьшения излишнего перепада давлений на РПК. В связи с тем, что все ступени данного насоса идентичны, расчет новых характеристик производится по формулам подобия, используя рабочие характеристики для ПЭ 580–185–5 (рисунок 2).

Рис. Характеристики насоса ПЭ 580–185–5: Н — рабочая характеристика насоса ПЭ 580–185–5; N — мощностная характеристика насоса ПЭ 580–185–5; η — характеристика КПД насоса ПЭ 580–185–5; NPSHr — требуемый квитанционный запас

На рисунке 3 показаны характеристики насоса ПЭ 580–185–5 с нерегулируемым и регулируемым электроприводом.

Рис. характеристики работы одного насоса ПЭ 580–185–5: 4–5 — характеристика ПЭ 580–185–5 с нерегулируемым электроприводом; 1–2–3–5 — характеристика ПЭ 580–185–5 с регулируемым электроприводом

Рис. Характеристики работы двух насосов с одним регулируемым электроприводом: 5–7 — характеристика двух ПЭ 580–185–5 с нерегулируемыми электроприводами; 1–6–7 — характеристика двух ПЭ 580–185–5 с одним регулируемым электроприводом

На рисунках 3 и 4 заштрихована экономия мощности при использовании регулируемого электропривода взамен дросселирования и рециркуляции.

Рис. Удельный расход электроэнергии на питательные насосы: 1 — нормативный удельный расход электроэнергии; 2 — расчетный удельный расход электроэнергии с нерегулируемыми электроприводами; 3 — расчетный удельный расход электроэнергии с одним регулируемым электроприводом

Из полученных графиков видно, что при использовании одного регулируемого электропривода в системе параллельно работающих однотипных питательных насосов наблюдается снижение удельных показателей расхода электроэнергии за счет уменьшения потерь на дросселировании и рециркуляции. Так же применение регулируемого электропривода положительно сказывается на увеличение КПД установки и продления срока службы РПК.

• Осипов, О. И. Частотно-регулируемый электропривод: учебное пособие по курсу «Типовые решения и техника современного электропривода» / О. И. Осипов. — М.: Издательство МЭИ, 2004. — 80 с.
• Лезнев, Б. С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках./Б. С. Лезнев. — М.: Энергоатомиздат,2006. — 360с.

Основные термины (генерируются автоматически): регулируемый электропривод, насос, характеристика насоса ПЭ, частотный преобразователь, SIEMENS, номинальная мощность, питательная вода, питательный клапан котлов, расчетный удельный расход, характеристика работы.