В АО «Водоканал» г. Иваново внедрена автоматизированная система управления водоснабжением и водоотведением

В статье рассматривается передовой опыт АО «Водоканал» г. Иваново по внедрению автоматизированной системы управления водоснабжением и водоотведением. Рассматриваются энергосберегающие технологии. Описывается опыт внедрения полной автоматизации водозаборных скважин и станции водоподготовки, работающих бесперебойно без присутствия персонала. Описывается реконструкция сооружений по очистке сточных вод с обработкой осадка в метантенках с последующим сжиганием полученного газа с целью выработки электроэнергии на собственные нужды.

Системы водоснабжения и водоотведения являются наиболее энергоемкими в сфере жилищно-коммунального хозяйства России. Плата за используемую электроэнергию непосредственно входит в тарифы.

Среди стран с развитой экономикой Россия выступает лидером по водопотреблению на одного жителя страны.

Как известно, самыми энергоемкими в системах водоснабжения и водоотведения населенных мест и производственных объектов являются насосные агрегаты и воздуходувки. В связи с растущими ценами на электричество, газ и нефть и существующую зависимость от их уровня во всех странах остро встают вопросы повышения энергетической эффективности систем водоснабжения и водоотведения, а также их элементов.

По оптимистичным оценкам, полезное водопотребление в наших домашних хозяйствах составляет 75%, на утечки приходится 7%, а на нерациональное водопользование - 18%. Расход энергии по данным анализа существующего оборудования в системах водоснабжения и водоотведения составляет на насосное оборудование 60%, а на очистку воды в целом - 25%. Прочие расходы - 15%.

Переход на приборный учет потребления воды показал снижение фактического водопотребления по отношению к расчетному в 1,5-2 раза.

Проблему энергоэффективности и ограничения роста тарифов на поставляемую воду для населения существенным образом решило АО «Водоканал» г. Иваново.

С целью знакомства с передовым опытом АО «Водоканал» г. Иваново Ассоциация водоснабжения и водоотведения Московской области организовала для своих членов техническую экскурсию на предприятие, в рамках которой специалисты воочию смогли убедиться в экономической эффективности мероприятий по комплексной автоматизации систем водоснабжения и водоотведения.

Руководством АО «Водоканала» была проделана огромная подготовительная и аналитическая работа.

Первым шагом АО «Водоканал» в этом направлении был анализ водопотребления и поддерживаемых заданных свободных напоров в системе водоснабжения.

Для поддержания оптимального режима водоснабжения город был разделен на четыре зоны, подача воды в каждую из которых осуществлялась с учетом особенности каждой зоны.

Разделение городской водопроводной сети осуществлялось по следующим принципам:

- по источникам водоснабжения (поверхностные, подземные источники);

- по характеру водопотребления (спальные районы, промышленные, деловой центр);

- по гидравлической характеристике работы группы насосов.

В ходе работ по совершенствованию системы водоснабжения было заменено все насосное оборудование, включая артезианские насосы, на менее энергоемкое. Экономии удалось достичь благодаря правильному подбору оборудования под рабочую точку, снижение с 800 кВт до 275 кВт. Установленные насосы Flygt обладают возможностью самоочистки, что обеспечивает стабильно высокий КПД и позволяет снизить расходы на сервисное обслуживание, связанное с засорением гидравлики.

На рис.1 наглядно видно, как снижается расход электроэнергии на общую подачу воды. При этом следует отметить динамику роста тарифов на электрическую мощность.

Для снижения энергоемкости сооружений систем водоснабжения на первой зоне «ОНВС-1» (рис.3) осуществлен монтаж полностью автоматизированной вакуумной установки марки Vatec TNWS 2388, встроенной трансформаторной подстанции и частотных преобразователей производства компании «Шнейдер Электрик». Станция производит полностью автоматизированное поддержание гидравлического режима систем водоснабжения в центральной части города. Управление работой станции осуществляет дежурный диспетчер из центрального диспетчерского пункта с помощью автоматизированного рабочего места, оборудованного специальным программным обеспечением Expert SCADA ClearScada для сбора, хранения и отображения данных, поступающих от локальных систем автоматического регулирования.

Произведена полная реконструкция водопроводных сооружений во второй зоне «ОНВС-2» (рис.3) с монтажом трансформаторной подстанции и заменой насосного оборудования (рис. 5). На станции произведено полное переоборудование десяти скважин, включая скважинные насосы Grundfos SP215-2-A, P=37 кВт, 215 м3/час.

Помимо этого произведен монтаж водоподъемных труб из нержавеющей стали, новых оголовков, шиберных ножевых задвижек Ж150 мм Stafsjo с электроприводом AUMA, электромагнитных расходомеров «Симаг-11», шкафов управления с устройством плавного пуска насоса с использованием оборудования АО «Шнейдер Электрик».

Регулирование насосного оборудования производится по заданному значению напора как по напорному трубопроводу в станции, так и по точке измерения давления, установленной в центральной части города.

В рамках инвестиционной программы выполнены работы по проекту «Реконструкция здания электролизной установки по производству и применению гипохлорита натрия», которая включает в себя электролизер SES-2000 Grundfos Alldos и системы дозирования гипохлорита на основе насосов CRT и DME.

Водозаборные скважины оборудованы устройствами плавного пуска, которые позволяют контролировать основные параметры насосного оборудования. Скважины включаются автоматически по уровню в резервуарах. Также происходит чередование скважин по мере наработки моточасов. Автоматизировано включение отопительных приборов. Насосная станция 2-го подъема оборудована шкафом управления с частотными преобразователями, что позволяет поддерживать заданное давление.

Водозабор обеспечивает потребности в воде как технологического процесса самих очистных сооружений, так и близлежащего поселка.

В состав станции входят:

- четыре артезианские скважины, оборудованные насосами Grundfos и системой автоматического управления;

- три насосных агрегата Grundfos CR 90-1 мощностью 5,5 кВт для подачи воды на площадку ОСК ;

- два насосных агрегата Grundfos CR15-3 мощностью 3 кВт для подачи воды.

Выполнена замена оборудования повысительных насосных станций (ПНС). При этом установлены новые экономичные насосные агрегаты Grundfos, шкафы управления с частотными преобразователями и система автоматизации на оборудовании компании «Шнейдер Электрик», позволяющая регулировать работу насосных агрегатов в зависимости от требуемых параметров без постоянного присутствия оператора;

На повысительных насосных станциях (ПНС) была проведена установка электросчетчиков с возможностью интеграции их в существующую систему автоматизированного контроля и управления. Продолжаются работы по оснащению ПНС водомерами (рис.4). Данные работы приводят к быстрому обнаружению утечек и аварийных ситуаций.

В результате станция опустела, на ее территории находятся только сотрудники службы охраны. Все сооружения работают бесперебойно в автоматическом режиме, подавая населению высококачественный продукт - питьевую воду. Попадая впервые на территорию станции, чувствуешь, что попал в какой-то особый мир с элементами сказки.

В рамках инвестиционных программ, осуществляемых в системе водоснабжения и водоотведения АО «Водоканал» г. Иваново, была внедрена автоматизированная беспроводная система сбора и обработки данных коммерческого общедомового учета и контроля холодного водоснабжения (рис. 5).

Решены задачи реализации проекта внедрения автоматизированной беспроводной системы сбора и обработки данных:

- обеспечение достоверности и оперативности получения информации о водоснабжении и водопотреблении на границе балансовой принадлежности водопроводных сетей;

- сокращение неучтенных расходов воды за счет своевременного получения информации о протечках и незаконных присоединениях.

Данный проект включал следующие мероприятия:

1. Установка водомерных узлов, оборудованных устройствами беспроводной передачи данных на вводах в многоквартирные дома.

2. Установка дополнительных устройств беспроводной передачи данных на существующих водомерных узлах.

3. Установка дополнительных устройств беспроводной передачи данных с контрольных точек.

4. Установка оборудования сбора и передачи данных в чердачных помещениях многоквартирных домов в различных точках города для передачи в центральный диспетчерский пункт.

5. Организация Центра сбора и обработки информации для использования полученной информации о контроле водоснабжения и водопотреблении многоквартирных домов.

В результате реализации проекта АО «Водоканал» г. Иваново получило:

1. Автоматический сбор данных в режиме реального времени, не требующий доступа в помещения с установленными приборами учета.

2. Оперативное получение дополнительной информации о возникших проблемах (протечки, попытки незаконного присоединения) в момент их возникновения.

3. Гибкую архитектуру программного обеспечения и удобный наглядный интерфейс, адаптированные для индивидуальных запросов заказчиков.

4. Существенное снижение затрат по эксплуатации приборов учета.

5. Сбор информации с общедомовых приборов учета воды по радиоканалу, не требующему специального разрешения на использование радиочастоты.

Водоканал подошел также комплексно к автоматизации эксплуатируемых им систем. Так, для обеспечения надежности электроснабжения канализационной насосной станции произведена реконструкция трансформаторной подстанции. Осущест-влен монтаж сухих негорючих трансформаторов Trihal 1600 кВа и главного распределительного щита PrismaPlus производства АО «Шнейдер Электрик». Произведена замена шести насосов напряжением 6,0 кВ электрической мощностью 800 кВт на насосы Flygt напряжением 0,4 кВ (Р = 275 кВт, Q = 4500 м3/час, Н = 17 м).

Для обеспечения плавного пуска, регулирования и останова насосов смонтированы шкафы управления с частотными преобразователями ALTIVAR61+ производства «Шнейдер Электрик». (рис.6). Управление насосами осуществляется полностью в автоматическом режиме в зависимости от уровня стоков в приемной камере.

На канализационных насосных станциях внедрена система автоматического управления, позволяющая максимально эффективно использовать ресурсы и контролировать состояние насосного оборудования без присутствия персонала. Все насосные агрегаты оборудованы устройствами плавного пуска, которые служат для ограничения пусковых токов и плавного останова, таким образом, исключается возникновение гидроударов и продлевается жизненный цикл технологического оборудования и трубопроводов.

Проведены работы по организации автоматической передачи данных с расходомеров, устанавливаемых после каждого насосного агрегата, что позволяет контролировать не только количество сточных вод, перекаченных станцией, но и выход из строя обратных клапанов при наличии обратного потока через расходомер.

АО «Водоканал» г. Иваново ввело в эксплуатацию автоматизированную информационно-измерительную систему коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ), что дало значительный эффект по снижению электропотребления и повышению зарплаты работникам за счет автоматизации процессов и снижения общей численности работников.

В рамках исполнения соглашения, достигнутого между Администрацией г. Иванова и Минрегионразвития РФ по взаимодействию в реализации программы «Реформирования жилищно-коммунального хозяйства в РФ», в г. Иваново в настоящее время реализуется проект «Реконструкция канализационных очистных сооружений».

На сегодняшний день произведена замена устаревшего механического оборудования с учетом энергосберегающих процессов, восстановлены строительные конструкции, внедрена новая система управления технологическим процессом очистки сточных вод с учетом снижения трудозатрат, запланировано сбраживание осадка в метантенках с выработкой энергии и тепла на нужды самой станции и близлежащих населенных районов.

В настоящее время происходит замена технологии обработки осадка сточных вод в аэробных стабилизаторах на метантенки с последующим сжиганием осадка.

На территории канализационных очистных сооружений строится цех по сжиганию осадка (рис.7), что позволит резко снизить объем осадка и отказаться от иловых площадок.

Выводы:

1. В результате проведенной работы по энергосбережению и автоматизации систем водоснабжения и водоотведения, внедрения в эксплуа- тацию АИИС КУЭ АО «Водоканал» г. Иваново сумело значительно снизить как потребление электроэнергии, так и затраты на ее покупку.

2. Итогом проведенных работ по автоматизации и диспетчеризации АО «Водоканал» г. Иваново стало ограничение тарифов на подачу воды населению, в результате чего их уровень стал минимальных среди всех предприятий ВКХ Центрального федерального округа. При этом прибыль АО «Водоканал» г. Иваново от профессиональной деятельности увеличилась за десять лет в два раза.

3. Техническая экскурсия, организованная Ассоциацией водоснабжения и водоотведения Московской области в АО «Водоканал» г. Иваново, предусматривает распространение опыта данного предприятия на другие водоканалы с целью совершенствования и повышения эффективности их деятельности.

Светлана Гафарова, Ирина Павлинова

Литература

1. Наумов А.Л. , Бродач М.М. Ресурсосбережение в системах водоснабжения и водоотведения. М.: Ж.Сантехника №1 2012г.

Гафарова Светлана Анатольевна, исполнительный директор Ассоциации водоснабжения и водоотведения Москов- ской области. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Павлинова Ирина Игоревна, доктор технических наук, профессор, руководитель технического отдела Ассоциации водоснабжения и водоотведения Московской области. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Energy saving technology is a path to the effective management

of water supply and sanitation.

The article discusses the best practices of «Vodokanal» Ivanovo to introduce automation of water supply and sanitation systems. We consider energy-saving technologies. The experience of the implementation of full automation of water wells and water treatment plant, run smoothly without the presence of staff. Describes reconstruction of facilities for wastewater treatment sludge from the treatment in the digesters, followed by its incineration.

Keywords: energy efficiency, automation, dispatching, water wells, water supply, sewerage, pumps, booster pump stations.

Gafarov Svetlana Anatolevna, executive director of the Association of water supply and sanitation of the Moscow region. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Pavlinova Irina I., doctor of technical sciences, professor, head of the technical department of the Association of Water Supply and Sanitation of the Moscow region. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..

Фото

Рис.1. Расход электроэнергии на общую подачу воды

Рис. 2.Станция «ОНВС-2»

Рис. 3. Автоматизация систем водоснабжения станции «ОНВС-2»

Рис. 4. Водомеры на повысительной насосной станции

Рис. 5. Автоматизированная беспроводная система сбора и обработки данных коммерческого общедомового учета и контроля холодного водоснабжения

Рис. 6. Шкафы управления с частотными преобразователями производства АО «Шнейдер Электрик»

Рис. 7. Цех по сжиганию осадка

Вода Magazine ноябрь 2016 г.