Главная > Статьи > Водное хозяйство. Трансфер технологий из ЖКХ в промышленность
19 декабря 2018

Водное хозяйство. Трансфер технологий из ЖКХ в промышленность

Водное хозяйство промышленного предприятия — зона больших возможностей для сокращения затрат, ведь объем воды, потребляемый производством, зачастую не только сопоставим, но и выше объёма, потребляемого населением города. Высокий потенциал экономии обусловлен и тем фактом, что до сих пор большинство производителей больше обращают внимание на обеспечение качественных требований к воде, чем на «экономику» водоснабжения. Между тем, у упомянутого городского хозяйства, более чувствительного к вопросу затрат, сегодня с успехом работают технологии, позволяющие решать обе задачи одновременно. Будучи довольно универсальными, подобные подходы могут принести пользу и промышленности, а потому сегодня мы предлагаем читателям «Клуба ПИ» познакомиться с возможностями современных систем управления водоснабжением на примере решения, разработанного нашим партнером — компанией Mitsubishi Electric.

Главной особенностью предприятий водного хозяйства с точки зрения автоматизированного управления является большое количество взаимосвязанных объектов, распределенных по значительной территории. Очевидно, что эффективное управление всей системой подачи и отведения воды становится возможным только при наличии достоверной информации о ней. Правильно организованная система передачи информации, позволяющая своевременно получать достоверные данные о ходе процессов и управлять ими, является одним из ключевых моментов в вопросе оптимизации энергозатрат.

Наряду с потреблением важен вопрос очистки сточных вод. В рамках борьбы за экологию инженеры и технологи стараются уменьшить водопотребление на предприятиях — а соответственно, снизить и количество стоков, внедряя современные технологии на предприятиях.

Каким бы этапом технологического процесса мы ни управляли, наибольшей эффективности можно достичь лишь при учете происходящего на сопряженных этапах процесса водоснабжения. Такое управление мы называем комплексным и предлагаем его как метод снижения издержек.

Так, определение оптимального состава работающих насосных агрегатов невозможно без непрерывной оценки КПД каждого из них и характеристики гидравлической сети, формируемой другими работающими агрегатами. Эффективная работа насосных станций в общей системе водоснабжения невозможна без данных о поле давлений в зоне влияния станций. Для этого необходимо учитывать режимы работы каждого из насосных агрегатов для контроля их возможного выхода из зоны оптимальной работы. Таким образом, эффективное управление технологическим процессом подачи воды предполагает в том числе и эффективную передачу, и анализ данных с большого количества объектов.

Сложность организации связи между распределенными объектами управления наиболее ярко показывает необходимость в использовании единых подходов к системе управления.

Используя весь опыт, накопленный в тесном сотрудничестве с предприятиями и проектными институтами, а также последние достижения в области систем управления, была создана единая концепция «АКВАТОРИЯ» — концепция построения систем взаимосвязанного управления для водоснабжения.

Aquatoria® на базе системы MAPSSCADA от Mitsubishi Electric — это интеллектуальное программное обеспечение для систем в том числе городского водоснабжения, обеспечивающее оптимизированное управление процессом водоснабжения и водоотведения, обеспечивающее гибкую адаптацию к конкретным требованиям заказчика.

Основными задачами, которые решает «АКВАТОРИЯ», являются снижение потребления электрической энергии, сокращение утечек и затрат на обслуживание системы водоснабжения.

1. Снижение затрат на электроэнергию:

  • исключение избыточного давления за счет гармонизации работы насосных станций в зависимости от поведения потребителя через регулирование производительности насосов;
  • исключение режимов «передавливания» при параллельной работе насосного оборудования на водовод;
  • автоматизированный подбор оптимального состава насосного оборудования на станции за счет метода комбинаторного анализа.

2. Снижение затрат на утечки:

  • снижение нагрузки на водопроводную сеть за счет обеспечения соответствия нормам СНиП (достигается за счет проведения точечных измерений на сетях и моделирования);
  • диагностирование порывов в водопроводной сети.

3. Снижение затрат на обслуживание:

  • автоматизированная диагностика отключений водоснабжения и работы оборудования;
  • умная диагностика за счет алгоритмов прогнозирования возникновения аварийных ситуаций;
  • сокращение числа обходчиков благодаря глубокой телемеханизации;
  • исключение необходимости привлечения программистов SCADA, разработанные шаблоны модулей позволяют эксплуатировать, обновлять и расширять систему силами оперативного персонала.

Следует отметить, что заранее предсказать эффект в цифрах от внедрения «АКВАТОРИЯ» сложно, так как это зависит от общего технического состояния системы водоснабжения, существующего парка оборудования, степени автоматизации насосных станций. Однако, исходя из опыта, можно говорить о следующих усредненных результатах:

  • экономия энергоресурсов: 15% – 25%;
  • уменьшение утечек: 3% – 7%;
  • сокращение количества порывов водоводов: 10%;
  • увеличение ресурса насосных агрегатов: 15% – 30%.

Рассмотрим пример внедрения на КНС:

Заказчик: МГКУП «Горводоканал», г. Могилев.
Запуск проекта: 2009 г.

Вид работ: разработка проектно-сметной документации, разработка ПО верхнего и нижнего уровней, поставка станций управления для 17 КНС, проведение пусконаладочных работ.

Достигнутый эффект: энергозатраты снижены на 15%, избыточное давление снижено на 7%.

Помимо основных функций традиционных систем управления КНС, решение для МГКУП «Горводоканал» включает:

  • оптимизацию режимов работы насосных агрегатов на основе данных о скорости поступающих стоков;
  • обеспечение равномерной загрузки насосов по КПД;
  • долгосрочное хранение и резервирование данных о состоянии системы, защищенный внутрисистемный и межсистемный обмен данными, генерирование отчетов.

Перекачка сточных вод в Могилеве осуществляется 17 канализационно-насосными станциями и главной КНС.

Внедренная система обеспечивает равномерную подачу сточных вод из приемного резервуара главной КНС на очистные сооружения города. Автоматически осуществляется полный контроль соответствия технологического процесса заданным параметрам.

Еще одним примером внедрения является:

Автоматизация цеха повысительных насосных станций (ЦПНС)

Заказчик: УП «Минскводоканал», г. Минск
Внедрение проекта: 2000 г. — настоящее время.

Вид работ: энергоаудит, формализация требований к АСУ и разработка технического задания, разработка проектно-сметной документации, поставка и монтаж оборудования, пусконаладка, гарантийное обслуживание.

Достигнутый эффект: энергозатраты снижены на 25%, избыточное давление снижено на 14%, экономия электроэнергии в год — $130 000.

В 2014 году была оптимизирована работа 45 локальных и 1 районной насосной станции УП «Минскводоканал». Суммарная потребляемая мощность объектов ЦПНС на начало работ составляла 900 000 кВт/ч в месяц.

В ходе работ были применены сразу два метода оптимизации энергозатрат:

  • оптимизация по диктующим точкам
  • внутристанционная оптимизация (управление насосами на основе КПД)

На всех станциях было выявлено избыточное давление 0,08–0,13 МПа. Благодаря интеллектуальным алгоритмам оптимизации удалось снизить энергозатраты каждой станции в среднем на 22% (1000,9 кВт/ч в месяц).

Мнемосхема АРМ диспетчера ПНС

Изображение 1. Мнемосхема АРМ диспетчера ПНС

Также стоит обратить внимание на существующие факторы:

1. Избыточное давление в сети

В отсутствие актуальных данных о водопотреблении при проектировании системы водоснабжения используются не всегда актуальные нормы и правила. В дальнейшем при поступлении жалоб от потребителей на слабый напор воды уставки давления могут завышаться, в результате увеличивается расход электроэнергии, возрастает риск порывов труб и утечек.

2. Ошибки в подборе насосного оборудования

При закупке оборудования могут руководствоваться принципом «больше — не меньше», а не реальными параметрами сети и режимами водопотребления. Насосные агрегаты могут приобретаться с большим запасом мощности, эксплуатируются в неоптимальных режимах, простаивают. Простаивание насосов и недостаточный напор являются причиной их преждевременного износа из-за кавитации.

Потребителям результаты кавитации известны по «плюющимся кранам», включенным после продолжительного отсутствия воды. В областях пониженного давления образуются пузырьки пара, а их последующая конденсация вызывает гидравлические удары, повреждающие поверхности рабочих деталей.

3. Взаимное влияние объектов гидравлической сети

При организации первого уровня водоподъема может не учитываться оптимальный состав и режимы работы скважин, подающих воду в резервуар чистой воды. Насосные станции второго и третьего водоподъемов работают вслепую, не имея фактических данных о водопотреблении.

Без специальных средств тяжело подобрать комбинацию работающих насосов, которая бы обеспечивала максимальную энергоэффективность, а экспертные оценки на практике часто не подтверждаются. В результате при одновременной работе насос с большим напором «передавливает» менее мощный, что приводит к гидроударам, износу оборудования и потерям электроэнергии.

4. Информация об авариях

При большом количестве жалоб от потребителей на слабый напор воды, работники могут завысить давление, а не установить причину нештатной ситуации, которой может быть прорыв или скрытая утечка.

Мнемосхема АРМ диспетчера ПНС

Изображение 2. Мнемосхема АРМ диспетчера ПНС 

АКВАТОРИЯ обеспечивает устойчивую работу системы водоснабжения без постоянного участия, но под контролем диспетчера.

Помимо алгоритмов оптимизации эксплуатации существующих насосных станций, были проработаны подходы к решению вопросов энергоаудита существующего оборудования, расчеты эффективности, обоснование внедрения нового оборудования, вплоть до обучения персонала.

На сегодняшний день данные решения реализованы на предприятиях ЖКХ, где распределение объектов значительно шире, нежели в водном хозяйстве отдельного промышленного предприятия. Завершены первые проекты в России, Белоруссии, Казахстане. Находятся в реализации проекты в Грузии, Украине и Египте.

 

Ирина Сальникова
Менеджер по развитию бизнеса Подразделения Промышленной Автоматизации ООО «Мицубиси Электрик (РУС)»

Вернуться