№9-2|2011
ПИТЬЕВОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ
bbk 000000
УДК 628.12: 628.171.001.24
Исследование работы внутриквартальных подкачивающих насосных станций
Аннотация
Представлены результаты исследований работы внутриквартальных подкачивающих насосных станций г. Самары (расход воды, давление во всасывающем и напорном трубопроводах). Приведены выровненные графики распределения удельных расходов воды, средняя величина фактического удельного водопотребления и коэффициенты неравномерности, графики годового и суточного изменения водопотребления. Выполнено сравнение полученных результатов с действующими нормативами. Определены значения удельного расхода 5- и 95-процентной обеспеченности, а также вероятность попадания фактического расхода воды в интервал согласно нормативным документам. Обоснована эффективность применения частотного регулирования на квартальных насосных станциях.
Ключевые слова
водосчетчик , напор , насосная станция , график водопотребления , часовая неравномерность , преобразователь частоты тока
Скачать статью в журнальной верстке (PDF)
На балансе МП «Самараводоканал» находится более 160 квартальных насосных станций (подкачки), входящих в состав городской системы водоснабжения. Квартальные насосные станции подают воду из водопроводной сети в отдельные группы жилых домов, где давление сети недостаточно. Основными параметрами работы насосных станций являются требуемый расход воды (меняется в течение года, недели и суток в широких пределах) и требуемое давление на выходе из насосной станции (зависит от этажности зданий, потерь давления в трубопроводах от насосных станций до домов и разности их геодезических отметок). Насосное оборудование должно обеспечивать повышение давления до требуемого значения.
При проектировании систем водоснабжения (разработке новых и расширении существующих) необходимо определить некоторый «расчетный» график отбора воды из водопроводной сети в течение суток, наиболее близкий к действительному. Получение этого графика возможно только на основе изучения и анализа действительных режимов водопотребления. СНиП «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» предписывает производить выбор типа насосов и количества рабочих агрегатов на насосных станциях на основании, в частности, суточного и часового графиков водопотребления.
Для определения действительных значений удельных среднесуточных расходов воды и их колебания в течение года выполнена статистическая обработка показаний водосчетчиков, установленных на 68 насосных станциях в разных районах города. Насосные станции подают воду населению (194,5 тыс. жителей), проживающему в домах с одинаковой степенью благоустройства. Использованы месячные показания водосчетчиков за 2005–2007 годы. Холодную воду в жилые дома подают насосные станции подкачки, горячая вода поступает из тепловой сети. Значения удельного потребления холодной воды в жилых домах определены по показаниям водосчетчиков, установленных на насосных станциях подкачки (табл. 1).
Анализ полученных данных показывает, что удельное потребление холодной воды (удельная подача), определенное по показаниям водосчетчиков, установленных на насосной станции, составляет от 278 до 401 л/(сут·чел.) в разных районах города. Среднее удельное потребление холодной воды в домах составляет 324 л/(сут·чел.), что больше норматива на 24,1%. Для определения изменения режимов работы насосных станций были исследованы станции, подающие воду в 128 жилых домов, расположенных в разных районах города. Жилые дома полностью благоустроены, разбор горячей воды производится из тепловой сети. Характеристики насосных станций приведены в табл. 2.
Изменение водопотребления в течение года оценивалось по ежемесячным записям показаний водосчетчиков (2005–2008 годы). Рассчитанные по действительным расходам коэффициенты суточной неравномерности, размер среднегодовых удельных месячных и среднегодовых удельных суточных объемов водопотребления приведены в табл. 3.
Расход (подача) воды в течение года стабилен (большинство коэффициентов суточной неравномерности находятся в пределах от 0,95 до 1,05) и не имеет значительных сезонных колебаний, которые теоретически должны быть одинаковы для всех насосных станций. Погрешность измерения месячной подачи насосной станции может быть обусловлена несвоевременностью снятия показаний счетчиков воды. Так, если показания снять первого числа первого месяца, второго числа второго месяца и первого числа третьего месяца, то расход за первый месяц будет больше расхода за второй в 1,07 раза, а коэффициент неравномерности будет равен 1,03. Если сдвиг составит два дня, т. е. показания второго месяца снять третьего числа, то расход за первый месяц будет больше расхода за второй в 1,14 раза, а коэффициент неравномерности будет равен 1,07. Коэффициенты суточной неравномерности не выходят за пределы, установленные СНиП «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения» (максимальное значение 1,1–1,3 и минимальное значение 0,7–0,9).
На основе статистической обработки данных ежемесячных измерений расходов воды для определения величин удельного месячного водопотребления по трем районам города для всех насосных станций построен интегральный график распределения удельного водопотребления (рис. 1). На его основе выбраны значения удельного расхода, которым соответствует функция распределения 0,05 и 0,95% (отброшены 5% наибольших и 5% наименьших значений). Они составили соответственно 175 и 469 л/(сут∙чел.). По расходам воды в сутки наибольшего и наименьшего водопотребления и среднемесячным расходам определены коэффициенты суточной неравномерности.
По интегральному графику распределения удельного водопотребления (рис. 1) определена вероятность нахождения удельного расхода в границах значений, определенных СНиП, – 174 л/(сут∙чел.). При средних значениях коэффициента суточной неравномерности расчетное удельное водопотребление составляет 139–209 л/(сут∙чел.). Вероятность попадания в этот интервал:
P(139 < q< 209) = F(209) – F(139) = 0,103 – 0,0206 = 0,0824.
В реальных условиях насосные станции всего 8% времени (29 дней в году) подают воду с расходом в границах интервала, определенного по методике СНиП. Для изучения условий работы квартальных насосных станций проводилась круглосуточная запись показаний водосчетчиков (для определения подачи) и манометров (давление на всасывающем и напорном трубопроводах), а также записывалась частота напряжения, подаваемого на электродвигатели насосов, при наличии преобразователей частоты (табл. 3). Запись показаний измерительных приборов проводилась 6 раз в течение каждого часа с помощью цифровых фотокамер OLYMPUS FE-210, оборудованных электроконтактным пуском.
В расчетах использованы показания приборов в начале каждого часа (0:00, 1:00, 2:00 … 23:00) за 7 суток для учета недельного изменения режима водопотребления. Использование в качестве «самописцев» фотокамер позволило записывать показания любых водосчетчиков, стрелочных и цифровых манометров, преобразователей частоты. На насосных станциях манометры установлены на одном щите, что позволило одной камерой одновременно фиксировать значения давления во всасывающих и напорных трубопроводах. Камеры легко монтировались струбциной или устанавливались на штатив. Использование таких «самописцев» является малозатратным.
На рис. 2 приведено изменение средних и граничных значений расхода воды. Обобщение полученных результатов приведено в табл. 3.
Среднесуточное удельное водопотребление (подача воды насосной станцией на одного жителя) изменяется в широких пределах на разных насосных станциях и незначительно – в течение года. При этом значительно превосходит норматив, установленный СНиП и постановлением главы администрации Самары. Все станции создают напор больше допустимого в сети внутреннего водопровода независимо от наличия или отсутствия частотного регулирования подачи насосов. Несмотря на то что удельное водопотребление выше нормативного, подача насосной станцией, как правило, значительно ниже номинальной подачи насосных агрегатов, ввиду чего насосы работают с низким значением КПД. Установка преобразователей частоты тока не дает значительного снижения энергопотребления, так как насосы имеют пологую напорно-расходную характеристику, а требуемый напор близок к напору насоса при частоте 50 Гц. На станциях при большом расходе включается второй насосный агрегат; частоту тока, подаваемого на его двигатель, автоматика повышает до 45 Гц, (снижение энергопотребления на 10%), при этом 5–10% мощности потребляет сам преобразователь частоты.
Коэффициент часовой неравномерности подачи изменяется от 0,5 до 1,5 согласно СНиП (при числе жителей от 100 до 10 тыс. человек минимальный коэффициент часовой неравномерности составляет 0,004–0,24; максимальный – 1,56–6,3). Незначительное изменение водопотребления в течение суток свидетельствует
о наличии утечек воды.
Выводы
Для повышения эффективности работы насосных станций следует оптимизировать подбор марки и количества насосных агрегатов, своевременно выявлять причины высокого удельного водопотребления и проводить работы по его снижению. Прежде всего, необходимо минимизировать потери воды во внутриквартальных сетях и снизить удельное водопотребление населением.
