hydro-ua@ukr.net

Задача по водной математике или «Сказка о водоканале».

27.07.2015

Задача по водной математике или «Сказка о водоканале».

(с юмором о серьезном)

 

            Жил был водоканал г. Новая Одесса. И не то, чтобы – сказочный город, но – люди жили как в сказке. Только по выходным, в 24-00 карета не превращалась в тыкву, а – в городе включали воду, чтобы за сказочные ночи в выходные дни жители могли ее набрать да по сосудам разлить. Такое могло происходить только в тридевятом царстве, ибо в наше время IT-технологий сие -  редкость. И решил как-то царь молодой (мэр) сделать добро, и дать подданным счастье – воду круглосуточно. И пригласил он добрых молодцев, но -  не жениться на царевне, а – решить проблему, дабы оставить  в истории тридевятого царства след царя благодетеля.

            И начали съезжаться добры молодцы, кто же против казны царской, да – попотчевать. Всех да не упомню, но – про одних скажу. И сказывают они царю батюшке да свите боярской

- А не поделитесь ли златом с нами? Мы – женихи знатные, понтами славны. Мы тут и калячки-малячки накрапали, все, в аккурат, умные думы водокачальные да понаписывали. И мы Вам шило на мыло - да и поменяем. Стояли насосы старые, а мы их заменим на новые, не такие ржавые. Стояли станции старые, а мы их поменяем на новые, немного умнее предыдущих. И будет вам счастье, за ваши деньги.

Никому не ведомо, чем бы свадьба такая закончилась, да только не успела случиться беда, во время женихи другие приехали.

 

Тут сказка и заканчивается, а дальше – правда сермяжная, о том, как правильно дела делаются, и деньги экономятся.

Что можно сказать, ознакомились спецы наши с проектом – «Как побольше заработать денег на чужой проблеме, не решая саму проблему». Никто из «женихов» не удосужился изучить систему, рассчитать целесообразность применения того или иного оборудования. А теперь – давайте ближе к проблеме и о путях ее решения.

Система водоснабжения г. Новая Одесса состояла из насосных станций двух уровней подъема. Первая включала в себя три разно удаленных артезианских скважины, из которых насосами ЭЦВ вода закачивалась в РЧВ (резервуар чистой воды).

skvagina_novaya_odessa skvagina_novaya_odessa2 skvagina_novaya_odessa3

Станция второго подъема, подающая воду непосредственно на город, была укомплектована насосами ЦНС, КПД которых не позволяет назвать их энергоэффективными. Без анализа существующей системы предлагать любое решение как-то не принято в наших кругах. Рассчитав систему, при исходных: дебитах скважин, диаметрах напорных труб и других параметрах, характеризующих такие системы, мы поняли, что предложенное ранее водоканалу решение – не только не решало проблему, но и оставляло огромные энергозатраты по прокачке необходимых объемов воды. А если учесть тот факт, что основной проблемой работы коммунального предприятия были огромные энергозатраты, которые не позволяли бюджету предприятия организовать круглосуточную подачу воды, именно с расчета энергоэффективности построения системы водоснабжения и начались наши исследования проблемы. Очень пригодилась наша авторская методика «Экспресс-анализ энергоэффективности организации систем водоснабжения и канализации». На первом же этапе обнаружились первые грубые ошибки предыдущих проектантов  –  ни дебит двух скважин, ни диаметры труб до РЧВ – не позволяли устанавливать насосы, которые были до реконструкции. А их замена на такие же но – новые, ближе к идиотизму и непрофессионализму, чем – к пути решения существующих проблем. Итог – вместо эксплуатации трех насосов ЭЦВ (три скважины) мощностью по 32 кВт, в новом проекте предполагалась установка импортных насосов мощность по 15 кВт. По нашим расчетам – этого было достаточно, потому что в предыдущей системе насосы по факту прокачивали меньшее количество воды, чем предполагалось их номинальной рабочей точкой. А киловатты тратились на преодоление гидравлических потерь при прокачке завышенного объема воды через трубы меньшего от оптимального диаметра. Сложно было объяснять сотрудникам водоканала, да и депутатам, участвующим в принятии решения, что насосы с производительностью 120 м³/ч – нельзя эксплуатировать, что реально до РЧВ доходило от двух скважин не более 50-60м³/ч с каждой, что их система вносила коррективы в работу насосов, и рабочая точка характеристики смещалась в зону и без того невысокого КПД. Второй подъем тоже был энергозатратным, как для перекачиваемых объемов.

Не вникая в тонкости и особенности принятия конечного решения, скажем о том, что – проект уже материализован в оборудовании.

skvajina_novaya_odessa4 VNS_novaya-odessa VNS_novaya-odessa2

Когда комплексно решаются вопросы повышения энергоэффективности инженерных систем, диспетчеризация  позволяет наиболее профессионально оценивать выполненную работу, оптимизировать процесс настройки параметров и даже вносить определенные коррективы в уже установленные программой алгоритмы управления.

Остановимся немного на этом этапе работ, чтобы на примере показать, что комплексное решение задач всегда лучше, чем их рассмотрение локально и независимо.

VNS_novaya_odessa3 VNS_novaya_odessa4 VNS_novaya_odessa5

Изначально – программа диспетчеризации предполагала возможность управления системой и сбор данных, характеризующих работу системы. В процессе работы – результат изменялся по нескольку раз, поскольку наши желания по усовершенствованию системы приближались к бесконечности.

dispetcherizaciya

Каков оказался конечный результат?

Система водоснабжения г. Новая Одесса может работать как полностью в автоматическом режиме, так и с возможностью удаленного вмешательства оператора в процесс управления. Изменять можно любые параметры и уставки системы. Уставки давлений на преобразователях частоты, которые управляют скважинными насосами, выбраны из расчета минимальной потери давления на слив в РЧВ. При этом в системе управления предусмотрен контроль за уровнем воды в РЧВ. При уменьшении водоразбора из РЧВ станцией второго подъема, в случае достижения максимального уровня воды – закрывается задвижка на трубе подачи в РЧВ воды, станции управления скважинными насосами автоматически уменьшают подачу воды до полного их отключения. Почему именно так? Поскольку GSM-связь не может быть гарантировано стабильной, аварийную ситуацию по переполнению РЧВ отслеживает сама вода, через которую на большое расстояние передается давление, таким образом исключается аварийность при потере сигнала с модемов. Вместе с тем, в программе предусмотрено закрытие задвижки именно как экстренная мера. При увеличении уровня воды в заданном оператором диапазоне, на одной из установленных скважин происходит перерасчет уставок максимальных оборотов насоса,  с целью  изменения объемов подачи воды в пределах оптимального остатка воды в РЧВ. Анализ работы системы облегчается как графиками состояний станций и их характеристик, так и возможностью анализа суммарных энергозатрат по всей системе. Предусмотрен и вывод в графическом виде удельной мощности (энергозатраты) по подаче 1 м³/ч воды. По этому показателю можно судить и о эффективности построения системы, и о износе оборудования, и о нарушениях в алгоритме управления.

dispetcherizaciya_grafik

Особенно хочется отметить тот факт, что эта величина была рассчитана теоретически до начала реализации проекта. Вот выдержка  (таблица) из технико-коммерческого предложения, составленного на начальном этапе.

 

 

Q,

м³/сутки

Р,

 кВт/сутки

Часы работы/сутки

Удельные энергозатраты, кВт/м³

Энергозатраты с учетом тарифов, грн./сутки

До модернизации

800 (ночь)

1500

7

1,875

675

После модернизации

3800 (ночь и полупик)

1653 (610 - ночь, 1043- полупик)

19

0,435

1578

 

Вышеуказанная таблица была просчитана как прогноз результатов планируемой работы.

 

По факту  получены следующие значения:

 

На подачу в г. Новая Одесса 1м³/ч воды расходуется:

Руд. =

 

При средней  подаче 200 м³/ч воды на участок  «Новая Одесса» с заданным давлением 8кг,

 

Руд. = 90/200= 0,45 кВт/м³

 

 

При средней  подаче 200 м³/ч воды на участок «Кашперовка» с заданным давлением 5,4 кг.

 

Руд. = 80/200= 0,41 кВт/м³

 

(В прогнозе – 0,435)

И скажите, что работали только теоретики?

 

Были определены по факту расхождения в исходных данных, но – конченый результат энергоэффективности, после реализации проекта, полностью подтвержден полученным результатом. Таким образом, оптимизация энергопотребления произведена, автоматизация и диспетчеризация реализованы на высоком профессиональном уровне, система предусматривает оптимальное, во всех смыслах, управление, без участия человеческого фактора.  Да и наши специалисты взяли водоснабжение города  под личный контроль, удаленно отслеживаем работу  и даем профессиональные консультации сотрудникам. Да, есть еще проблемы, которые нужно решить больше - водоканалу, прежде чем запустить круглосуточное водоснабжение. Это - и утечки в трубах, отсутствие информации о  пиковых и среднесуточных расходах воды при планируемой круглосуточной подаче и т.д. Но основной подготовительный этап выполнен. Надеемся, дальнейший анализ эксплуатации системы водоснабжения позволит завершить это благое дело.

И были добры молодцы восславлены царем,  и одарены они могли быть златом казначейским, кабы курс валют да не убил цены проектно-сметные  мечем  дамокловым. Зато дело – доброе.  Да и верится молодцам, что слухами о подвигах ратных земля полнится. Только царь и рад, и – горюнится. Еще бы научить люд не воровать и платить за воду живительную. Но это – уже другая сказка, и не нами – писанная.

И я там был, чай и кофе пил. Три года сказку писал, и вот стала сказка былью.

 

Карелин С.П. и богатыри ЧП «ГидроАвтоматизация» and ЧП «ГидроЭнергоСистемы».

Комментарии

Пока нет комментариев

Написать комментарий