Автоматизация насосных станций

Введение автоматизации управления насосными станциями является одним из важнейших направлений технического прогресса в области подачи и отведения воды в населенных пунктах и на промышленных предприятиях. На насосных станциях автоматизируются: пуск и остановка насосных агрегатов и вспомогательных насосных установок; контроль и поддержание заданных параметров (например, уровня воды, подачи, напора и т.д.); прием импульсов параметров и передача сигналов на диспетчерский пункт.

Применение автоматизированного управления насосными станциями дает значительные преимущества:

позволяет уменьшить вместимость баков водонапорных башен и сборных резервуаров за счет увеличения частоты плавного пуска и остановки агрегатов, либо полностью отказаться от применения водонапорных башен за счет частотного регулирования;
снижает эксплутационные расходы вследствие уменьшения числа обслуживающего персонала, а также расходов на отопление и освещение помещений;
увеличивает срок службы оборудования и приборов благодаря своевременному выключению из работы агрегатов при возникновении неполадок в их работе;
снижает строительную стоимость, так как оборудование концентрируется на меньшей площади машинного зала и отпадает необходимость в устройстве бытовых и вспомогательных помещений;
дает возможность сосредоточить управление несколькими автоматизированными насосными станциями в одном пункте, что делает систему более гибкой и надежной;
исключает участие персонала станции в технологических операциях, протекающих в антисанитарных условиях.

АВТОМАТИЗАЦИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЛК

Для наблюдения за параметрами работы насосной станции служат различные датчики, которые преобразуют контролируемую величину в электрический сигнал, поступающий в исполнительный механизм.

В автоматизированных системах управления насосными агрегатами применяют следующие типы датчиков и реле:

датчики уровня - для подачи импульсов на включение и остановку насосов при изменении давления в трубопроводе;
датчики или электроконтактные манометры - для управления цепями автоматики при изменении давления в трубопроводе;
струйные реле - для управления цепями автоматики в зависимости от направления движения воды в контролируемом трубопроводе;
реле времени - для отсчета времени, необходимого для протекания определенных процессов при работе агрегатов;
термические реле - для контроля за температурой подшипников и сальников, а в некоторых случаях – за выдержкой времени;
вакуум реле - для поддержания определенного разрежения в насосе или во всасывающем трубопроводе;
промежуточные реле - для переключения отдельных цепей в установленной последовательности;
реле напряжения - для обеспечения работы агрегатов на определенном напряжении;
аварийные реле - для отключения агрегатов при нарушении установленного режима работы.

Основной смысл использования автоматизированных систем управления (АСУ) в насосных установках заключается в том, чтобы привести в соответствие режим работы насосов с режимом работы водопроводной или канализационной сети. Диапазон изменения водопотребления довольно широк.

Чтобы отслеживать эти изменения, необходимо непрерывно регулировать режим работы насосной установки.

Регулированием частоты вращения насоса его рабочие параметры приводятся в соответствие с режимом работы водопроводной или канализационной сети. Чтобы изменить частоту вращения насоса, его оснащают регулируемым приводом, то есть подключают электродвигатель насоса через преобразователь частоты. Значение частоты вращения насоса, с которой он должен работать в тот или иной момент времени, определяется АСУ, т.е. режимом работы насосной установки. До сих пор наиболее распространенным способом регулирования остается дросселирование напорной задвижкой. Достоинство - простота реализации, а существенным недостатком – неэкономичность.

Дросселирование задвижкой

Насосная установка работает с повышенным напором из-за увеличения гидравлического сопротивления системы трубопроводов. Повышение напора в результате изменения гидравлического сопротивления не является постоянным, а зависти от расхода жидкости, т.е. влияет на значение динамической составляющей напора, развиваемого насосной установкой, изменяет крутизну характеристики трубопровода.

При работе насосной установки с подачей меньше расчетной возникает несоответствие между напором, развиваемым насосом, и напором, требуемым для подачи того или иного количества жидкости (т.е. превышение напора насоса).

Сравнение характеристики центробежных насосов и трубопроводов показывает, что при уменьшении подачи требуемый напор также уменьшается, а развиваемый насосом напор увеличивается. Разность этих напоров и есть превышение напора сверх требуемого. Из графика совместной работы насоса и трубопровода видно, что значение превышения напора тем больше, чем круче характеристики насоса и трубопровода, и чем меньше фактическая подача насоса по сравнению с расчетной. На превышение напора нерационально расходуется дополнительная мощность.

Итак, наилучшим является режим работы, при котором развиваемый насосомнапор равен напору, требуемому для подачи воды. Такой режим, в частности, может быть реализован при управлении частотой вращения насоса с использованием частотно-регулируемого электропривода.

Регулирование режима работы центробежного насоса изменением частоты вращения рабочего колеса

Характеристика насоса зависит от частоты вращения вала электродвигателя (частоты питающей электросети). Степень открытия задвижки не изменяется.

Принципиальным отличием этого метода является движение рабочей точки по характеристике трубопровода. Насос работает с переменным напором от H до Hс'. Очевидно, что в таком режиме работы развиваемый насосом напор меньше, чем в предыдущем. Следовательно, и расход электроэнергии на перекачку одного и того же объема жидкости меньше.

Более того, созданный насосом напор полностью расходуется на перекачку рабочей жидкости по сети трубопроводов (Hн = Hс), а значит излишняя потеря напора (и соответственно перерасход электроэнергии) минимальны.

Типовое решение системы автоматизации станции второго подъема:

Недостатки системы до внедрения АСУ:

Повышенное энергопотребление днем.
Необходимость отключения насосов ночью для энергосбережения;
Вынужденное отключение насосов днем на 1…1,5 часа, так как работающий насос опустошает резервуар – глубинные насосы не успевают его наполнять;
Частые порывы трубопровода.

Характеристики системы после внедрения локальной АСУ:

регулируемое и автоматически поддерживаемое давление 0…6 атм с возможностью задания дневного и ночного давления и времени перехода;
автоматический переход в режим ночного пониженного давления
4 режима работы: автоматический от преобразователя частоты и пускателей, ручной от преобразователя частоты и пускателей;
индикация режимов работы, положения рубильников, аварийных ситуаций, уставок задания;
рабочая температура окружающей среды: (- 30… + 45) град. С с автоматической вентиляцией и обогревом;
независимый учет и индикация потребляемой электроэнергии и ее параметров.

Предусмотренные защиты:

логическая защита от опустошения кейсона и сухой работы насосов;
логическая защита от переполнения насосов;
логическая защита от превышения частоты вращения насоса
аппаратная защита от повреждения грозовыми разрядами;
микропроцессорная защита двигателя от превышения тока, тепловая, от превышения напряжения, от пропадания фазы при работе от преобразователя частоты;
тепловая и электромагнитная защита двигателя при работе от пускателей;
аппаратная защита от открытия шкафов при работающем оборудовании
индуктивная защита от бросков тока на входе преобразователя частоты;
от понижения и повышения температуры в шкафу управления и силовом.

Экономический и эксплуатационный эффект:

До автоматизации насосы поддерживали завышенное давление 6 атмосфер. После модернизации система автоматически поддерживает оптимальное давление 5 атмосфер. Это позволило снизить потребление тока на 15 процентов.
За счет плавного пуска исключены броски тока, перегружавшие систему электроснабжения.
Средняя частота вращения насосного агрегата снизилась – это повышение ресурса насоса и двигателя в 1,5 раза, исключены резонансные эффекты конструкции.
Уменьшилась гидравлическая нагрузка на трубопровод на 18 % и полностью исключены гидроудары, вызывавшие ранее частые порывы.
За счет снижения давления до оптимального обеспечился меньший расход воды на 14 %.
Кроме того, глубинные насосы теперь успевают накачивать воду в кейсон – исключены дневные отключения воды. Время работы глубинных насосов уменьшилось – дополнительное энергосбережение порядка 8 %.
После модернизации система обеспечивает круглосуточную подачу воды, автоматически переходя в экономичный режим и расходуя минимум электроэнергии.
Обеспечены схемы резервирования системы и индикация режимов работы, возможность ручного управления.
Трудоемкость работ по обслуживанию системы сведена к минимуму.

КОНТАКТЫ

ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ