Способ эксплуатации канализационной насосной станции
OPERATING METHOD FOR SEWAGE PUMP STATION

Описание изобретения
Изобретение относится к области систем водоотведения и может быть использовано для увеличения наработки насосных агрегатов между ремонтами и повышения энергетической эффективности канализационных насосных станций.
Известен способ регулирования режима работы водоотливной установки, содержащей секционные насосные агрегаты в комплекте с одноколесными подкачивающими насосами, изменением частоты вращения рабочего колеса насоса, заключается в том, что регулирование режима работы осуществляют изменением частоты вращения рабочего колеса подкачивающего насоса при оборудовании его низковольтным асинхронным частотно-регулируемым приводом. При этом периодически, после очередного запуска в работу насосного агрегата, измеряют подачу насоса и мощность, потребляемую приводом основного насосного агрегата, определяют удельный расход электроэнергии и плавным изменением частоты выходного напряжения преобразователя, питающего приводной электродвигатель подкачивающего насоса, устанавливают режим работы насосной установки, соответствующий минимальной величине удельного расхода. Величину подачи насосного агрегата, в частности, оценивают по результатам измерения напора на выходе насоса с использованием определенного соотношения. Изобретение направлено на повышение эффективности регулирования (см. патент РФ №2375606 (приоритет от 26.03.2008) «Способ регулирования режима работы водоотливной установки»).
Для указанного способа характерна узкая область применения, поскольку он применим только при перекачке не сильно загрязненных вод, например на дренажных насосных станциях. Применение его на канализационных насосных станциях (КНС) не эффективно по следующим причинам:
- двухступеньчатая перекачка (с применением двух последовательно работающих насосных агрегатов) нецелесообразна, т.к. на практике максимальный развиваемый напор на КНС не превышает 60 м.в.с., что позволяет перекачивать сточные воды в одну ступень;
- применение на КНС режима эксплуатации, когда «определяют удельный расход электроэнергии и плавным изменением частоты выходного напряжения преобразователя, питающего приводной электродвигатель подкачивающего насоса, устанавливают режим работы насосной установки, соответствующий минимальной величине удельного расхода» приведет к работе с максимально возможным уровнем воды в приемном резервуаре без полной его откачки. В результате, приемный резервуар начнет работать в качестве отстойника, когда в нижней части начнет накапливаться осадок, а в верхней части – плавающие вещества. В целом, как показывает практика, это приведет к увеличению гидравлического сопротивления во всасывающих трубопроводах насосов и, как следствие, увеличению энергопотребления.
Наиболее близким аналогом к заявляемому способу служит «Способ эксплуатации насосного агрегата в процессе закачки жидкости в пласт», включающий контроль датчиками параметров: расход перекачиваемой жидкости, перепад давлений на входе и выходе насоса, потребляемая мощность насосного агрегата; определение коэффициента полезного действия насосного агрегата исходя из контролируемых параметров, регулирование режима работы насосного агрегата в пределах допустимой рабочей зоны насосного агрегата; проведение осмотра и ремонта насосного агрегата при снижении коэффициента полезного действия ниже заданного критического значения. Кроме того, датчиками дополнительно контролируют параметры: частоту вращения вала насоса, плотность, вязкость и температуру перекачиваемой через насосный агрегат жидкости, определяют напор, создаваемый насосным агрегатом исходя из перепада давлений и плотности жидкости, расход насосного агрегата - с учетом температуры и вязкости жидкости, а коэффициент полезного действия - с учетом вязкости жидкости, при этом все усредненные в период заданного временного интервала параметры контролируют одновременно в режиме реального времени, при несогласованном с другими параметрами выходе значений одного из параметров в этот период за пределы определенных допустимых значений, рассчитанных с учетом снижения напора и коэффициента полезного действия насосного агрегата в процессе эксплуатации, для данного параметра производят осмотр и/или ремонт датчика, измеряющего данный параметр, а осмотр и ремонт насосного агрегата производят при согласованном выходе значений измеряемых параметров за пределы критических (см. патент РФ №2395723 (приоритет от 15.05.2009 г.) «Способ эксплуатации насосного агрегата в процессе закачки жидкости в пласт»).
Для указанного способа характерны:
- ограниченные функциональные возможности, поскольку его применение на КНС нецелесообразно, т.к. оно приведет к увеличению энергопотребления, в связи с тем, что контроль перепада давлений на входе и выходе насоса не позволяет диагностировать засорение подводящего трубопровода, соединяющего приемный резервуар с насосным агрегатом, в результате чего увеличивается его гидравлическое сопротивление;
- высокие капитальные и эксплуатационные затраты, поскольку расчет контролируемого параметра – коэффициента полезного действия - осуществляется с применением результатов измерений восьми датчиков (расхода перекачиваемой жидкости, давления на входе и выходе насоса, потребляемой мощности насосного агрегата, частоты вращения вала насоса, плотности, вязкости и температуры перекачиваемой через насосный агрегат жидкости). Их стоимость существенно увеличивает сметную стоимость насосной станции и эксплуатационные затраты.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей, снижение капитальных и эксплуатационных затрат известного способа.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающеим контроль датчиками параметров, в том числе расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом, осмотр и ремонт структурного элемента насосной станции при согласованном выходе значений измеряемых параметров за пределы критических, в соответствии с настоящим изобретением:
в качестве структурного элемента канализационной насосной станции принимают приемный резервуар, а в процессе ремонта структурного элемента осуществляют его очистку от накопившегося осадка;
в качестве критического значения  измеряемого параметра расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом принимают критический расход , где  – экспериментально определяемый коэффициент,  ≤ 1,  - расчетный расход перекачиваемой жидкости насосным агрегатом;
дополнительно контролируют при помощи датчика времени дополнительный параметр - продолжительность  работы насосного агрегата между выводами в резерв, а в качестве критического значения измеряемого параметра продолжительности  работы насосного агрегата между выводами в резерв принимают критическую продолжительность , где  – экспериментально определяемый коэффициент,  ≤ 1, - продолжительность работы насосного агрегата между выводами в резерв, при которой значение измеряемого параметра расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом при очищенном резервуаре не выходит за пределы критического расхода .
Отличительными признаками заявляемого способа являются:
1. Принятие приемного резервуара в качестве структурного элемента канализационной насосной станции.
2. Осуществление в процессе ремонта очистки от накопившихся загрязнений структурного элемента канализационной насосной станции.
3. Принятие в качестве критического значения  измеряемого параметра расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом критического расхода , где  – экспериментально определяемый коэффициент,  ≤ 1,  - расчетный расход перекачиваемой жидкости насосным агрегатом.
4. Контроль при помощи датчика времени дополнительного параметра - продолжительности  работы насосного агрегата между выводами в резерв.
5. Принятие в качестве критического значения измеряемого параметра продолжительности  работы насосного агрегата между выводами в резерв критической продолжительности , где  – экспериментально определяемый коэффициент,  ≤ 1, - продолжительность работы насосного агрегата между выводами в резерв, при которой значение измеряемого параметра расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом при очищенном резервуаре не выходит за пределы критического расхода .
По сведениям, имеющимся у авторов, все отличительные признаки неизвестны. Совместное их применение в заявляемом способе позволяет:
- расширить функциональные возможности способа, поскольку появляется возможность его применять на КНС, т.к. оценка засорения подводящего трубопровода, соединяющего приемный резервуар с насосным агрегатом, будет косвенно диагностироваться через снижение работы насосного агрегата между выводами в резерв, при которой значение измеряемого параметра расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом не выходит за пределы критического расхода . Это достигается благодаря наличию отличительных признаков 1 - 5;
- снизить капитальные и эксплуатационные затраты, т.к. вместо восьми датчиков в заявляемом способе используются только два. Это достигается благодаря наличию отличительных признаков 1 – 5.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен вид в разрезе насосной станции, на фиг. 2 – график с результатами экспериментального определения критической продолжительности  работы насосного агрегата между выводами в резерв и - продолжительности работы насосного агрегата между выводами в резерв, при которой значение измеряемого параметра расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом при очищенном резервуаре не выходит за пределы критического расхода , на фиг. 3 – график с результатами контроля дополнительного параметра продолжительности  работы насосного агрегата между выводами в резерв и расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом.
Осуществление изобретения
Способ может быть реализован на КНС, общий вид которой представлен на фиг. 1. КНС включает в себя по меньшей мере один насосный агрегат 1 с всасывающим 2 и напорным 3 трубопроводами, датчик 4 расхода  перекачиваемой жидкости. Датчик 4 может быть установлен как на всасывающем 2, так и на напорном 3 трубопроводе. На фиг. 1 представлен вариант, когда датчик 4 установлен на напорном 3 трубопроводе. Всасывающий 2 трубопровод насосного агрегата 1 соединен с приемным резервуаром 5, куда сточные воды поступают по подводящему трубопроводу 6. Управление станцией производится при помощи щита управления 7, в состав которого входит датчик времени 8.
Все оборудование и приемный резервуар 5 расположены в корпусе 9 КНС. При этом всасывающий 2 трубопровод соединен с всасывающим патрубком 10, расположенном в приемном резервуаре 5. Кроме того, в приемном резервуаре 5 выполнено днище 11 с уклоном в сторону всасывающего патрубка 10.
В процессе работы по меньшей мере один насосный агрегат 1 при помощи всасывающего 2 трубопровода забирает сточную воду из приемного резервуара 5 и по напорному трубопроводу 3 транспортирует ее за пределы КНС. При этом при помощи датчика 4 расхода  перекачиваемой жидкости контролируют расход перекачиваемой жидкости насосным агрегатом 1, а при помощи датчика времени 8 - продолжительность  работы насосного агрегата между выводами в резерв. Кроме того, в результате продолжительной работы в нижней части приемного резервуара 5 образуется осадок 12 в виде неоднородной массы, часть из которой под действием потоков воды во всасывающий трубопровод 2 перемещается по днищу 11 приемного резервуара 5 в сторону всасывающего патрубка 10. В результате во всасывающем патрубке 10, а следовательно, во всем всасывающем трубопроводе 2 создается дополнительное гидравлическое сопротивление, приводящее к снижению расхода  перекачиваемой жидкости.
При выводе насосного агрегата 1 в резерв и включении в работу другого, рядом установленного насосного агрегата, под действием потоков воды часть осадка 12 из зоны действия всасывающего патрубка 10 насосного агрегата 1 перемещается в зону всасывания другого насосного агрегата. Поэтому после возобновления работы насосного агрегата 1 в начале цикла откачки (между выводами в резерв) его расход  перекачиваемой жидкости больше, чем в конце цикла. При этом с увеличением общей продолжительности работы КНС объем осадка 12 увеличивается, а расход  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом 1 перед выходом в резерв уменьшается. При достижении критического объема осадка 12 необходимо проводить очистку приемного резервуара 5.
В соответствии с настоящим способом определяют наступление времени, когда необходимо проводить чистку приемного резервуара 5.
Для этого:
1. Определяют критическое значение  измеряемого параметра расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом по формуле , где  – экспериментально определяемый коэффициент,  ≤ 1,  - расчетный расход перекачиваемой жидкости насосным агрегатом. Понижающий коэффициент  может быть определен в зависимости от технологической ситуации, например он может быть равным отношению максимального фактического расхода притока, поступающего на КНС, к максимальному расходу всей КНС.
2. Проводят очистку приемного резервуара 5 от накопившегося осадка 12.
3. Определяют продолжительность  работы насосного агрегата между выводами в резерв, при которой значение измеряемого параметра расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом не выходит за пределы критического расхода . Результаты этого этапа приведены на фиг. 2, в которой значение измеряемого параметра расхода  перекачиваемой жидкости насосным агрегатом 1 обозначено позицией 13.
4. Определяют критическое значение  измеряемого параметра продолжительности  работы насосного агрегата между выводами в резерв по формуле , где  – экспериментально определяемый коэффициент,  ≤ 1. Понижающий коэффициент  может быть определен в зависимости от категории надежности насосной станции, например он может быть равным отношению фактической интенсивности отказов насосных агрегатов 1 к расчетной, при которой обеспечиваются требуемые показатели надежности всей КНС. Такой метод определения коэффициента  объясняется тем, что при уменьшении продолжительности  работы насосного агрегата между выводами в резерв уменьшается надежность работы всей КНС, т.к. увеличивается число (за один и тот же период) циклов открытия - закрытия запорной арматуры. Результаты этого этапа приведены на фиг. 2.
5. В процессе дальнейшей работы с целью определения необходимости вывода насосного агрегата 1 в резерв одновременно контролируют измеряемые параметры: при помощи датчика 4 расхода  перекачиваемой жидкости - расход перекачиваемой жидкости насосным агрегатом 1, а при помощи датчика времени 8 - продолжительность  работы насосного агрегата между выводами в резерв. При согласованном (т.е. одновременном) выходе значений измеряемых параметров за пределы критических производят осмотр и ремонт структурного элемента насосной станции, т.е. осуществляют очистку приемного резервуара 5 от накопившегося осадка 12. Например, в начале очередного цикла , см. точку 14 на фиг. 3. Допустим, для примера, через время  насосный агрегат 1 выведен в резерв. При этом его расход перекачиваемой жидкости , см. точку 15 на фиг. 3. Налицо выход значений двух измеряемых параметров за пределы критических. Поэтому принимают решение об очистке приемного резервуара 5 от накопившегося осадка 12.
Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию «промышленная применимость».