Регулирование процессов на водопроводных станциях и очистных сооружениях с помощью преобразователя частоты.

 

Расход очищаемой воды колеблется на очистном сооружении в течение суток
Неудовлетворительная очистка или повышенный расход энергии рассчитанной с припуском системы указывает на то, что процесс очистки не может приспосабливаться к большим суточным изменениям в расходе воды.
Благодаря регулированию с помощью преобразователя частоты

— давление в трубопроводах более равномерное,
меньше гидравлических ударов;

— уменьшается износ насосов и трубопроводов;

— электросеть меньше нагружается;

— экономия энергии доходит до 75 %.

Гибкое регулирование за счет преобразователя частоты
Указанные выше трудности можно преодолеть с помощью преобразователя частоты, который представляет
современную технику регулирования скорости вращения электродвигателей насосов построен на основе компонентов современной электроники. С его помощью изменяют фиксированную частоту электросети в напряжение переменной частоты.
Установка преобразователя на действующих водопроводных станциях не представляет трудностей. Его монтируют на проводах, подходящих к электродвигателю и, таким образом, он регулирует уже установленные короткозамкнутые электродвигатели.
Каждый пронумерованный объект на рис. 1 более детально описан

Рис.1

1. Насосы первого подъема

Надежность водоснабжения

Насосная станция первого подъема водопроводной станции может находиться довольно далеко от водоочистного сооружения. Задачей насосной станции является только перемещение воды в требуемом количестве из водоема на очистные сооружения. Для обеспечения необходимого резерва на насосной станции
часто предусматривается не менее трех насосов: при отказе одного насоса оставшиеся в работе обеспечивают перемещение воды в количестве не менее средней потребности.

Бесступенчатое регулирование потока

Если для всех насосов предусмотрена постоянная скорость, то возможно только бесступенчатое регулирование. Потребность в воде, однако, колеблется
весьма произвольно, поэтому при ступенчатом регулировании невозможно удовлетворительно согласовать количество воды с потребностью в ней. Если хотя бы
один насос снабдить регулированием частоты согласно рис. 2, то бесступенчатое регулирование можно осуществлять во всем диапазоне регулирования в соответствии с рис. 3. Незначительный скачок может иметь место при пуске и остановке, если нежелательно немедленно остановить насос, хотя предел уже достигнут.

         

Рис.2. Три параллельных насоса первого подъема, 1 и 2 из которых имеют постоянную скорость, а 3 — регулируемую скорость вращения от преобразователя частоты.

Рис.3. Пример применения трех параллельных насосов, когда для одного насоса предусмотрено регулирование с помощью преобразователя частоты. dQ — разность пределов пуска и остановки.

Экономия энергии

При бесступенчатом регулировании достигается значительная экономия энергии по сравнению с иными видами регулирования, поскольку энергия не расходуется на ненужное перемещение большого объема воды.

Компенсация реактивной мощности не требуется

Насосы первого подъема обычно имеют большую мощность. Это вызывает необходимость компенсации реактивной мощности. Привод с преобразователем частоты уменьшает потребление реактивной мощности до такой степени, что компенсация не нужна.

2. Насосы второго подъема

Количество воды поддерживается постоянным

Нижний бассейн очистного сооружения рассчитан на суточную потребность в воде. Емкость верхнего бассейна, напр. водонапорной башни, в свою очередь, составляет ок. 30-50 % суточного потребления. Насос второго подъема перекачивает воду из нижнего бассейна в верхний. Проще всего, конечно, заполнить бассейн и остановить насос второго подъема. Однако есть факторы, определяющие, как следует регулировать насос второго подъема. Преобразователь частоты позволяет выполнить систему регулирования рациональной и экономной с точки зрения потребления энергии.

Как из экономических, так и технологических соображений имеет смысл обеспечить равномерный поток воды, протекающей через очистное сооружение.
Именно поэтому поток в нижний бассейн поддерживается возможно постоянным, т.е. соответствующим среднему потреблению.

Польза энергетическому хозяйству от регулирования скорости вращения

С экономической точки зрения разумно, чтобы насос второго подъема работал при постоянном потоке, т. е. потоке, соответствующем среднему потреблению.
Этим можно исключить напрасное расходование энергии на перемещение большого количества воды.

Многосторонние возможности регулирования

Для обеспечения надежности уровень верхнего бассейна поддерживается возможно высоким. Поэтому для верхнего бассейна должно быть предусмотрено
регулирование уровня, что обеспечивает и более равномерный напор в водопроводах. Между верхним и нижним бассейнами должна существовать определенная взаимосвязь, исключающая перелив воды из нижнего бассейна и осушение его, ввиду чего контролируется также уровень нижнего бассейна.

3. Подкачивающие насосы

Равномерный напор воды

В районе с большим перепадом высот и расстояний от водонапорной башни не всегда выгодно водоснабжение самотеком. Напор вблизи бассейна будет высоким, а вдали от напорной башни и у потребителей, расположенных выше — низким. В таком случае более разумно применять подкачивающие насосы для мест с низким напором.

Не требуются водонапорные баки

Если район водоснабжения небольшой, то можно обойтись и без бака при применении насоса с регулированием скорости вращения. Такая система изображена на рис. 4. Достаточно только снабдить насос преобразователем, частотой которого управляет регулятор давления Р. Установка датчика давления РТ в центре потребления обеспечивает потребителям достаточно высокое давление, которое не зависит от расхода.

Рис.4. Подкачивающий насос, управляемый преобразователем с регулируемым заданным значением давления.

Р = регулятор давления
РТ = датчик давления
В = заданное значение давления

Меньший износ трубопроводов и оборудования

На рис. 5 изображено распределение давления в трубопроводе без подкачивающего насоса и с подкачивающим насосом. Наибольшую пользу приносит снижение давления воды потребителей 1., находящихся вблизи резервуара. Давление снижается от значения А до В, т.е. на 30—40 %. Таким образом достигается значительная экономия, в том числе, ввиду снижения затрат на изготовление трубопроводов и вентилей, а также их меньшего износа. Благодаря регулированию
преобразователем частоты станция проста и надежна в эксплуатации.

Рис.5. Распределение давления в трубопроводе

4. Погружные насосы сточных колодцев

Погружной насос можно регулировать

На насосной станции сточных вод насосы перекачивают воду из колодцев на очистные сооружения. При традиционном регулировании насос запускается при
превышении водой определенного уровня и останавливается при достижении ей определенного нижнего предела. Этот способ регулирования, однако, имеет ряд недостатков, от которых можно избавиться применением преобразователя частоты для регулирования скорости вращения насосов. С практической точки зрения преобразователь частоты единственный применимый способ регулирования, так как насос расположен ниже уровня воды. На рис. 6 изображено применение преобразователя частоты для регулирования погружного насоса. На насосной станции имеются один насос (1) с регулированием и один с постоянной скоростью (2).

Рис.6 Регулирование насосной станции сточных вод с помощью преобразователя частоты

SC = щит управления
В = задаваемый средний поток
LT = датчик уровня
L1-L4 = высоты уровня воды

Непрерывный поток предотвращает возникновение засорений

Щит управления работает так, что при уровне воды между L2 и L4 насос 1 вращается со скоростью, соответствующей среднему потреблению. Насос 2 не вращается. При превышении уровнем воды уровня L2 скорость вращения насоса плавно увеличивается до максимальной. В нормальном случае этого достаточно для снижения уровня воды ниже L2. Значительное превышение притоком нормального приведет к превышению уровнем воды уровня L1. Тогда запускается насос Р2 и он работает, пока уровень воды не будет ниже L3. После снижения уровня воды ниже L4 работает насос 1 с предварительно заданной минимальной скоростью, при которой поток в трубопроводе достаточен для предотвращения возникновения засорений.

Трубопроводная и электрическая сети не нагружаются

По сравнению с прерывистым режимом регулирование преобразователем частоты позволяет достигнуть значительной экономии ввиду «мягких» условий пуска. Исключается возникновение частых гидравлических ударов и электрическая сеть меньше нагружается благодаря отсутствию частых пусков.

5. Насосы очистного сооружения сточных вод

Винтовой насос занимает много места

Внутренние перекачки на очистных сооружениях сточных вод, как правило, не требуют значительной высоты подъема, но требуют перемещения больших водных масс. Высота подъема может составлять лишь несколько метров. В таком случае традиционно, в некоторой степени, применяется винтовой насос, который
частично открыт и поднимает воду своей нарезкой.
Винтовой насос является саморегулирующимся так, что при повышении уровня нижнего бьефа увеличивается и количество перекачиваемой воды. Максимальная высота подъема составляет ок. 7-8 м.

Подобным насосам нужно довольно большое здание, поскольку винт будет установлен под углом прибл.
45° и он должен доходить от уровня нижнего бъефа до уровня верхнего бъефа. При параллельной установке, напр. трех винтов габариты здания составляют уже
ок. 8х8хХ10 м3, т.е. 640 м3.

Центробежный насос занимает мало места

Ввиду малой высоты подъема нерегулируемый привод не реалистичен, так как сам процесс довольно требовательный. В таком случае единственная альтернатива — применение центробежного насоса и регулирование его скорости вращения с помощью преобразователя частоты. На рис. 7 изображено регулирование уровня бассейна сточных вод преобразователем частоты.

Рис.7. Насос перекачки сточных вод между двумя аэротенками
LТ = датчик уровня
В = заданное значение уровня
L = регулятор уровня

Более гибкий выбор способа регулирования

Центробежный насос с регулированием скорости вращения от преобразователя частоты выгодное решение, потому что он позволяет не только экономить
конкретное место, но и более свободно выбирать способ регулирования, и таким образом, более эффективно использовать регулирование скорости вращения.

6. Воздушные компрессоры

Кислород интенсифицирует процесс очистки

Сточная вода редко содержит кислород в количестве, достаточном для эффективной очистки. Поэтому применяются воздушные компрессоры для увеличения содержания кислорода в воде, как показано на рис. 8. На крупных очистных сооружениях таких компрессоров может быть несколько с мощностью сотни киловатт. На очистных сооружениях производственных и бытовых вод также применяются воздушные компрессоры.

Оптимальное количество воздуха за счет регулирования скорости вращения

Для обеспечения достаточного содержания кислорода компрессоры следует снабдить системой регулирования. Регулирование скорости с помощью преобразователя частоты обеспечивает равномерное содержание кислорода в изменяющихся условиях.

На рис. 8 изображено регулирование содержания кислорода с помощью преобразователя частоты,
Важнейшее преимущество от такого регулирования — эффективная очистка благодаря оптимальному содержанию кислорода в воде.

Рис.8. Воздушный компрессор с регулированием насыщенности воды кислородом
РТ = датчик содержания кислорода
Р = регулятор
В = заданное значение содержания кислорода

Экономия энергии и оборудования

Второе важное преимущество от регулирования скорости вращения — это экономия энергии. И в-третьих, детали компрессора меньше изнашиваются при пониженной скорости вращения.

7. Насосы для откачки ила

Непрерывная циркуляция ила

Действие современного очистного сооружения во многом базируется на очистке сточной воды при помощи биологических бактерий, которые содержатся в иле,
осаждающемся на дно осадочного колодца. Этот активный ил может частично использоваться повторно путем перекачки его обратно в начало процесса. На
очистном сооружении сточной воды имеются иловые насосы двух типов: насосы возвратного ила и насосы избыточного ила. Первые перекачивают активный ил
обратно в процесс, а последние откачивают избыточный ил на подсушку.

Согласовать перекачку ила с притоком — легко

Для согласования перекачки ила с притоком для насоса возвратного ила необходимо предусмотреть регулирование скорости вращения. Преобразователь частоты хорошо подходит для этой цели. Регулирование с помощью преобразователя изображено на рис. 9.

Рис.9. Регулирование скорости вращения насоса возвратного ила.
В = заданное значение

Преобразователь частоты применим в тяжелых условиях технологического процесса

Иловые насосы часто работают в тяжелых условиях, ввиду чего их следует приводить во вращение посредством короткозамкнутых электродвигателей, регулирование которых, в свою очередь, лучше всего осуществить преобразователем частоты. Данный способ регулирования позволяет значительно экономить энергию и уменьшить износ насоса.

АО «ДИГ» разработчик и производитель взрывозащищенного электрооборудования для горнодобывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслей промышленности.

Специалисты АО «ДИГ» проводят обследование предприятий, выполняют разработку технико-экономического обоснования целесообразности внедрения энергосберегающих технологий (совместно с технологическими и энергетическими службами заказчиков), разрабатывают проекты привязки, осуществляют поставку электрооборудования, шеф-монтаж, наладку и ввод в эксплуатацию с последующим сервисным обслуживанием.

Внедрение частотно-регулируемых электроприводов для технологических механизмов промышленных предприятий дает значительную экономию электроэнергии (25–30% от величины, потребляемой за год) и позволяет оптимизировать производственные процессы, что, в свою очередь, дает дополнительную экономию сырья или энергоресурсов (пар, уголь, газ). Срок окупаемости таких систем электропривода составляет от 6 месяцев до  2-х лет.

К настоящему моменту нами внедрены и успешно работают более 500 частотно-регулируемых электроприводов на десятках предприятий Украины, Российской Федерации и Республики Беларусь.

Меню