Автоматизация насосных станций


НАЗНАЧЕНИЕ


    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.


     На рисунке приведен график совместной работы насосного агрегата (НА) и сети в случае управления изменением параметров сети (дросселирование задвижкой). Характеристика сети при этом зависит от степени открытия задвижки (кривая 2 – задвижка открыта, кривая 2' – степень открытия уменьшена). Рабочая точка движется по характеристике насоса (1).


avt2.jpg


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. 


 

avt3.jpg


Регулирование режима работы центробежного насоса изменением частоты вращения рабочего колеса


    Характеристика насоса зависит от частоты вращения вала электродвигателя (частоты питающей электросети). Кривая 1 соответствует номинальной частоте вращения (и промышленной частоте сети 50 Гц), кривая 1' – пониженной частоте. Степень открытия задвижки не изменяется.


    Принципиальным отличием этого метода является движение рабочей точки по характеристике трубопровода (2). 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.


Интернет-сайт (прайс-лист) носит исключительно информационный характер и не является публичной офертой

© 2009-2018 Приборы и автоматика. Пензенская область, г.Заречный, ул.Братская,10. Тел./Факс (841-2) 999-021

Яндекс.Метрика