Замена водонапорных башен на типовые модульные водонапорные станции с частотным преобразователем

Традиционные системы водоснабжения и проблемы, возникающие при их эксплуатации

Традиционно подача воды в системах холодного водоснабжения (ХВС) осуществляется двумя способами.

Водоснабжение с применением водонапорных башен. При этом напор в системе создается за счет высоты, на которую поднят водонапорный бак. Вода в бак накачивается насосом, который поддерживает уровень между двумя статически заданными точками и управляется напрямую от сети переменного тока с релейной схемой управления. Такие системы имеют ряд недостатков, а именно:

1. сложность и высокая стоимость конструкции башни и ее строительства (для создания давления в пределах 2–3 кгс/см², необходимого для комфортного использования водоразборного оборудования, необходимо поднять бак на высоту 20–30 метров, а для строений более трех этажей еще выше);
2. большие затраты электроэнергии на предотвращение замерзания бака и отходящих трубопроводов при отрицательных температурах окружающей среды;
3. высокие эксплуатационные расходы на поддержание работоспособности водонапорных башен.

Подача воды из скважины либо из накопительного резервуара осуществляется насосом напрямую в трубопровод ХВС. При этом электродвигатель насоса подключен к сети переменного тока через устройства с релейно-временной схемой управления, которая обеспечивает отключение насосов на ночное время суток или круглосуточный режим без стабилизации давления на выходе насосного агрегата. Такой режим работы нассов также имеет существенные недостатки, перечисленные ниже.

1. Повышенные затраты на электроэнергию, связанные:
   1. с неправильным выбором насосов (часто насосные агрегаты в системе водоснабжения оказываются с завышенными характеристиками по давлению или расходу, поэтому для исключения разрывов трубопроводов системы эксплуатируются с прикрытой задвижкой (дросселированием) на выходе насосов – на этой задвижке постоянно впустую теряется энергия);
   2. с суточными колебаниями давления воды (при правильном выборе насосного агрегата его расходная характеристика и мощность электродвигателя рассчитаны на обеспечение необходимого давления в системе при максимальном потреблении воды в утренние и вечерние часы, в остальное время в системе создается избыточное давление, что также приводит к дополнительным энергозатратам).
2. Наличие перепадов давления на выходе насосов, что приводит к гидроударам в системе и, соответственно, к сокращению срока службы водопровода, увеличению вероятности разрыва трубопроводов, особенно на изношенных участках, а также к выходу из строя насосов, муфт, запорной арматуры и т. д.
3. Дополнительные потери воды в системе, вызванные повышенными утечками при избыточном давлении в магистрали (повышение давления на 1 атм. приводит к дополнительным потерям воды в среднем до 5–10 % за счет утечек).
4. Существенное сокращение срока службы двигателей насосных агрегатов из-за электрического и механического износов, вызванных пуско-тормозными режимами, сопровождающимися большими токами.
5. Отсутствие подачи воды на верхние этажи зданий микрорайона в ночное время суток.

Устранение этих недостатков, повышение эффективности и экономичности работы систем водоснабжения становится возможным при использовании модульной типовой водонапорной станции с частотным регулированием.

Краткое описание модульной типовой водонапорной станции

На сегодняшний день, с учетом морального и физического износа водонапорных башен, наиболее рациональным является отказ от их использования и внедрение модульных водонапорных станций на базе станций управления насосами АГАВА-Е с регулированием производительности насоса по давлению, зависящему от потребления воды.

Модульная водонапорная станция предназначена для подачи воды из скважины напрямую потребителям без промежуточных накопительных емкостей.

Основным элементом водонапорной станции является преобразователь частоты ERMAN, обеспечивающий частотное регулирование оборотов электродвигателя погружного насосного агрегата. Частотный преобразователь ERMAN установлен в силовом шкафу водонапорной станции. Силовой шкаф выполняет функции автоматического управления, контроля рабочих параметров насоса, управления вспомогательным оборудованием (обогрев, освещение).

• Сокращение эксплуатационных расходов:
  • на электроэнергию на 20–50 % по сравнению с регулированием давления заслонкой (дросселированием); потребляемая насосом мощность N находится к кубической зависимости от оборотов двигателя: N = N_ном × n³/n_ном³, а напор воды прямо пропорционален оборотам двигателя;
  • на ремонт водопровода за счет плавного пуска, исключающего гидроудары в системе, что предотвращает разрывы трубопроводов по этой причине;
  • на ремонт насосного оборудования – благодаря увеличению его срока службы в 1,5–2 раза за счет снижения механических нагрузок на узлы насоса при плавном пуске;
  • на заработную плату обслуживающего персонала – за счет значительного снижения трудоемкости обслуживания системы водоснабжения
• Повышение качества водоснабжения благодаря непрерывному автоматическому поддержанию давления на заданном минимально необходимом уровне независимо от изменения расхода воды.
• Снижение потерь (утечек) воды на 5–10 % за счет снижения и стабилизации давления в сети.

Пример реконструкции водонапорной башни

В июле-сентябре 2014 года ООО «Технополис» совместно с ООО КБ «АГАВА» провело работу по модернизации водонапорных башен Новолялинского района Свердловской области.

Техническое перевооружение водонапорных колонок состояло из следующих этапов:

• строительство модульных зданий водонапорных колонок (рис. 1);


Фото 1. Модульное здание водонапорной колонки



Фото 2. СУД АГАВА-Е

• исключение из систем водоснабжения водонапорных башен;
• внедрение частотно-регулируемого привода (ЧРП) насосов для автоматического регулирования давления в системе водоснабжения.

Экономический эффект данного технического решения был достигнут реализацией следующих мероприятий.

1. Снижение потребления электроэнергии за счет внедрения:
   1. частотно-регулируемого привода (ЧРП) на насосах ХВС;
   2. более рациональных режимов потребления холодной воды у потребителей;
   3. электрического обогрева труб и запорной арматуры вместо отопления помещения насосной станции котлом на твердом топливе.
2. Сокращение численности обслуживающего персонала за счет снижения трудоемкости эксплуатации.
3. Исключение неэффективных источников энергии (дрова) на отопление.

Расчет экономической эффективности и сроков окупаемости мероприятий по техническому перевооружению водонапорных башен

Определение экономического эффекта от технического перевооружения насосной станции по ул. Орджоникидзе, г. Лобва

По данным МУП «Водоканал» г. Лобва потребление электроэнергии насосной станции после технического перевооружения (с октября 2014 г. по январь 2015 г.) составило 2704 кВт*ч. За такой же период (с октября 2013 г. по январь 2014 г.) до технического перевооружения потребление электроэнергии насосной станции составило 6972 кВт*ч.

Коэффициент снижения потребления электроэнергии за этот период составил 2704 / 6972 = 0,39

Годовое потребление электроэнергии насосной станции в 2013 году (до технического перевооружения) составило 16215 кВт*ч.

Экстраполируя полученный за четыре месяца результат на весь год, определим ожидаемое годовое потребление электроэнергии после технического перевооружения:

16215 × 0,39 = 6324 кВт*ч.

Таким образом, годовая экономия электроэнергии, потребляемой насосной станцией по ул. Орджоникидзе, г. Лобва, составит:

16215 - 6324 = 9891 кВт*ч.

Экономия в денежном выражении на станции составит:

9891 × 5,31 руб. = 52 522 руб.

Оценка экономического эффекта и сроков окупаемости при техническом перевооружении артезианских скважин Новолялинского городского округа

Экономический эффект от экономии электроэнергии

Экономический эффект от экономии электроэнергии определим методом экстраполяции результатов, полученных для насосной станции по ул. Орджоникидзе, г. Лобва.

Потребление электроэнергии артезианскими скважинами Новолялинского городского округа в 2012 году составило 428,489 тыс. кВт*ч.

Доля потребления электроэнергии насосной станцией по ул. Орджоникидзе, г. Лобва в общем потреблении электроэнергии составила:

(16215 / 428429) × 100 % = 3,785 %.

Следовательно, годовая экономия электроэнергии Новолялинского городского округа составит 9,891 / 0,03785 = 261,3 тыс. кВт*ч.

Экономия электроэнергии в денежном эквиваленте составит:

261,3 тыс. кВт*ч × 5,31 руб./кВт*ч = 1 387,7 тыс. руб.

Экономический эффект от снижения затрат на обслуживании

Внедрение систем автоматического управления артезианских скважин позволит исключить из эксплуатации водонапорные башни, сократить численность обслуживающего персонала на 80 %, перейдя на централизованное обслуживание территории. В настоящее время суммарные затраты на обслуживание девяти артезианских скважин с водонапорными башнями в Новолялинском городском округе составляли 7300 тыс. рублей в год.

Экономия за счет сокращения численности обслуживающего персонала составит:

7300 × 80 % = 5400 тыс. рублей.

Кроме того, внедрение частотно-регулируемого привода насосов исключит гидроудары и повышенные уровни давления в магистралях потребителей, что повысит отказоустойчивость систем водоснабжения, увеличит межремонтные сроки и, в конечном счете, снизит затраты на ремонт. Эти затраты в расчете не учитываются.

Всего экономический эффект от технического перевооружения артезианских скважин составит

5400 + 1387,7 = 6787,7 тыс. руб.

Срок окупаемости при техническом перевооружении водонапорных башен

Срок окупаемости технического перевооружения в ценах 4 кв. 2013 года составит:

Ток =∑С/∑Сэ,

где ∑С – сметная стоимость работ, тыс. руб.; Сэ – суммарная экономия от модернизации, тыс. руб.

Ток= 38833,84 / 6787,7 = 5,7 г.

Таким образом, внедрение современных модульных типовых водонапорных станций окупается за 5,7 года.

В данном случае техническое перевооружение водонапорных башен включало в себя строительство помещения, в котором устанавливалась станция управления насосом. В случае, если есть возможность использовать существующее помещение, а также с учетом экономии на ремонте систем водоснабжения, срок окупаемости может существенно снизиться.

Для заказа технического перевооружения водонапорных башен вы можете обратиться в ООО КБ «АГАВА» по телефону: (343) 262-92-76 или e-mail: zakaz@kb-agava.ru

Наши специалисты готовы выполнить полный комплекс работ: от обследования до ввода объекта в эксплуатацию. Также предоставляется гарантийное и сервисное обслуживание.