Как повысить энергоэффективность и надежность насосного оборудования

АЛЕКСАНДР КОСТЮК,
ЗАМЕСТИТЕЛЬ ДИРЕКТОРА – ГЕНЕРАЛЬНЫЙ КОНСТРУКТОР ГОЛОВНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ЦЕНТРА (ГНТЦ) ГРУППЫ ГМС
СЕРГЕЙ СОКОЛОВ,
ЗАМЕСТИТЕЛЬ ДИРЕКТОРА ПРОГРАММЫ ПО НАСОСНОМУ ОБОРУДОВАНИЮ ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ, ВОДООТВЕДЕНИЯ И АУДИТУ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИН И СИСТЕМ ГРУППЫ ГМС

На многих объектах в сфере ЖКХ работают насосы, установленные 20 лет назад, а то и более. Можно ли повысить их эффективность? Чтобы ответить на этот вопрос, надо провести обследование объекта и выявить потенциал энергосбережения.

ЧТО НУЖНО ЗНАТЬ ОБ ОБЪЕКТЕ

При проведении обследования:

• Определяют типовые режимы работы насосной станции (НС), параметры сети, профиль и диапазон их изменения.
• Выясняют соответствие установленного оборудования характеристикам сети.
• Выявляют конкретные элементы сети, модернизацией или изменением режима работы которых можно сократить энергопотребление.
• Оценивают размер экономии.
• Выдают необходимые рекомендации.

Основные параметры сети – это требуемый расход и напор. Их определяют по показаниям стационарных и портативных расходомеров и манометров при обследовании и с применением электронных баз данных автоматизированной системы управления (АСУ) объекта.

Затем поля рабочих режимов НС и напорных характеристик насосов сопоставляют и определяют, соответствует ли имеющееся оборудование параметрам сети. Может потребоваться модернизация – подрезка наружного диаметра рабочего колеса, изменение количества работающих насосов, применение частотно- регулируемого привода (ЧРП). Или придется запланировать установку новых насосов.

Чтобы оценить величину возможной экономии, сравнивают энергопотребление установленного насосного оборудования (базовое) и после модернизации. Величину базового энергопотребления можно определить по текущим показаниям счетчика электроэнергии или по данным АСУ. Энергопотребление после модернизации рассчитывают. Если НС работают с переменной нагрузкой, сравнивать нужно энергопотребление в нескольких характерных режимах или применять в расчетах математическую модель, описывающую изменение режимов эксплуатации с заданным интервалом времени.

На рисунке 1 показан режим работы НС. Напор установленных насосов значительно превышает требуемый (характеристики 1–4).

Потерь на задвижках при регулировании можно избежать, если установить насосы с меньшим напором (характеристики 1’–4’).

ЧТО МЕШАЕТ ЭФФЕКТИВНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Практика выявила следующие причины низкой эффективности НС. 

• Переразмер по напору. Напор установленных насосов может значительно превышать фактические потребности. В последние 20 лет водопотребление снижается, уменьшаются объемы перекачки и потери напора в трубопроводах. Чтобы обеспечить необходимые значения подачи и давления на выходе насосной станции, насосы регулируют при помощи дросселирования. В результате потери напора на задвижке доходят до 60%. Они влекут потери электроэнергии и, соответственно, существенные переплаты.

  Часто насосы работают в режиме перегруза, со значительным превышением по подаче правой границы рабочей области (120% номинала). Увеличивается нагрузка на вал и подшипники, возникает кавитация, повышается вибрация. Как следствие, ресурс подшипников и уплотнений снижается, вал ротора ломается, насос преждевременно выходит из строя.

  Если нет ярко выраженных признаков, а приборы для измерения подачи насоса и тока обмоток статора отсутствуют или неисправны, обслуживающий персонал может не выявить режим перегруза. В результате при регулировании режимов работы насосов часто руководствуются только показаниями манометров.

  При комплектации насоса электродвигатель обычно подбирается с запасом по мощности в 10% и более. Это позволяет длительно эксплуатировать насос на повышенных подачах, а частые выходы его из строя списывать на плохое качество отдельных узлов и насоса в целом.

• Падение напорных характеристик и снижение КПД насосов. Когда насосы работают длительное время без ремонта или в перекачиваемой жидкости повышено содержание твердых частиц, увеличивается зазор в щелевых уплотнениях рабочего колеса из-за их износа. В результате возрастают перетечки перекачиваемой жидкости из напорной полости во всасывающую, а подача и напор насоса уменьшаются. КПД может снизится на 10% и более.

Рисунок 1. Поле рабочих режимов насосной станции и напорные характеристики



Рисунок 2. Энергоэффективные насосы двустороннего входа серии Delium (производитель АО «ГМС Ливгидромаш»)



Для насоса Д 3200-75, например, такое снижение КПД может увеличить затраты на электроэнергию на 2,2 млн руб. Это сопоставимо со стоимостью нового насоса и работ по его замене. Кроме того, КПД электродвигателя зачастую снижается при его перемотке или длительной эксплуатации. Встречается также и превышение номинальной мощности электродвигателя над максимальной мощностью на валу агрегата более чем в 2 раза. КПД электродвигателя при этом значительно ниже номинального значения.

• Для некоторых объектов характерен так называемый недогруз насоса – эксплуатация с подачей за пределами левой границы рабочей области, составляющей 0,5–0,7 от его номинальной подачи. Это может привести к рециркуляции перекачиваемой жидкости на входе и выходе рабочего колеса, возникновению низкорасходной кавитации и вызвать снижение ресурса рабочего колеса, подшипников и уплотнений.
• На ряде насосных станций насосы работают в режиме кавитации из-за изменения параметров на входе. Происходит такое при снижении уровня подающего резервуара, засорении водозаборных решеток, падении отметки уровня водоема на водозаборе.
• На эффективность эксплуатации насосов могут также влиять обратные перетоки внутри станции, неисправность запорно-регулирующей арматуры. 

КАК БОРОТЬСЯ С НИЗКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ 

Применение энергоэффективного насосного оборудования и ЧРП позволит обеспечить эксплуатацию насоса в режимах высокого КПД во всем диапазоне подач насосной станции.

Можно установить насосы с пониженным (относительно установленных ранее) значением напора и (или) увеличенным значением номинальной подачи.

В ряде случаев в качестве основного либо в дополнение к указанным способам можно изменить регламент работы насосов на объекте.

Экономия электроэнергии при модернизации составляет от 10 до 60%, а срок окупаемости данных мероприятий не превышает 2–5 лет.

При выборе способа повышения энергоэффективности НС необходимо учитывать не только начальную стоимость оборудования и затраты на обслуживание, но и планы по изменению объемов перекачки. Это позволит подобрать оборудование нужного типоразмера и избежать необоснованных затрат.