Рис. 1. Распределение затрат за время эксплуатации насосного оборудования
Канализационный насос Grundfos SL1
Рабочее колесо Grundfos S-tube
Комплектная канализационная насосная станция производства Grundfos
Что скрывает СЖЦ?
Стоимость жизненного цикла любой единицы оборудования — это сумма всех расходов на ее приобретение, установку, эксплуатацию, техническое обслуживание, списание и утилизацию. Определение СЖЦ поможет подобрать наиболее экономичное решение из имеющихся вариантов. Согласно руководству, разработанному Институтом гидравлики (Hydraulic Institute, США), стоимость жизненного цикла насосного оборудования вычисляется по формуле:
СЖЦ = Сп + См + Сэ + Спл + Со + Спр + Сос + Су,
где Сп — первоначальные затраты на приобретения насосов и принадлежностей; См — стоимость установки и пусконаладки (принимается в расчет в случае, если сравниваются изделия различного типа, формы и количества); Сэ — затраты на электроэнергию, требующуюся для функционирования системы, включая привод насоса, средства управления и любые дополнительные устройства; Спл — эксплуатационные расходы; Со — стоимость ремонта и технического обслуживания; Спр — издержки вследствие простоя; Сос — расходы на охрану окружающей среды; Су — затраты на списание и утилизацию.
Уровни значимости указанных факторов при поиске оптимального решения сильно отличаются в каждом индивидуальном случае. При ближайшем рассмотрении восьми базовых составляющих уравнения СЖЦ становится очевидным, что внимательно необходимо изучить лишь три из них: Сп, Со и Сэ. Согласно исследованиям специалистов Grundfos, затраты на ремонт и техническое обслуживание, приобретение и электроэнергию для крупных канализационных насосов распределяются следующим образом: Сп — 10 %, Сэ — 85 % и Со — 5 % (рис. 1). Остановимся подробнее на каждой из этих величин, рассмотрим, от чего она зависит, и есть ли возможность сократить указанные затраты.
Инвестиции на покупку и монтаж
оборудования Сегодня большой популярностью пользуются комплектные канализационные насосные станции (КНС). Они представляют собой резервуар с насосами, шкафами управления, трубопроводами и арматурой (задвижками, клапанами). Такие станции имеют относительно небольшие размеры — новая КНС диаметром 1,4 м заменяет традиционную станцию диаметром 12 м.
Это позволяет существенно сократить затраты на проведение земляных работ. Снижаются объемы строительства, а соответственно, и стоимость сооружения по сравнению с традиционными решениями из железобетона. Также сокращается и время возведения станции, ведь единый поставщик — гарантия того, что все компоненты тщательно подобраны и отвечают самым строгим требованиям. Монтаж осуществляется значительно быстрее, чем при использовании отдельных элементов (зачастую разных производителей).
«На протяжении нескольких лет мы наблюдали, как заказчики комбинировали наши канализационные насосы с колодцами других поставщиков. Иногда система работала отлично, а в некоторых случаях результат не оправдывал ожиданий. Монтажники были вынуждены долго “подгонять” различные составляющие конструкции друг к другу, — рассказывает Игорь Кинаш, заместитель директора департамента по реализации проектов компании Grundfos. — Так появилась концепция канализационной насосной станции “под ключ”».
Затраты на электроэнергию
Можно ошибочно предположить, что расчет стоимости электроэнергии, которую потребляет насос в течение срока службы, это легкая задача. Нужно лишь взять из каталога модель, определить рабочую точку по соответствующей характеристике, найти энергопотребление в ней и умножить на число рабочих часов и стоимость киловатта энергии. Однако на деле при вычислении затрат на электроэнергию в течение всего срока службы канализационных насосов нужно учитывать целый ряд факторов.
Износ оборудования и вероятность засора
Канализационные насосы перекачивают жидкости с различным количеством включений, наличие которых приводит к преждевременному износу оборудования и снижению его энергоэффективности на 3–5 % каждый год. Избежать проблемы позволяет использование насосов с рабочим колесом, имеющим большой свободный проход и простую конструкцию. Такой элемент будет меньше подвергаться абразивному износу, а значит, обеспечит большую эффективность работы системы.
«Если сравнить две трубы — прямую, имеющую одинаковый диаметр на всем протяжении, и изогнутую, в которой входное отверстие меньше выходного, очевидно, что первая вряд ли засорится, в то время как вероятность того, что забьется вторая, очень велика. Также и в насосах, — отмечает Игорь Кинаш, Grundfos. — Простота гладкой трубы легла в основу разработки незасоряющегося рабочего колеса S-tube, используемого в канализационном оборудовании серии SE1 и SL1. Это одноканальное рабочее колесо с улучшенными гидравлическими характеристиками проточной части. Его конструкция исключает края, зоны нечувствительности или элементы, подверженные износу, поэтому оно более эффективно по сравнению с другими моделями рабочих колес своего класса».
Рабочее колесо типа S-tube также является отличным вариантом решения еще одной распространенной проблемы, появляющейся при эксплуатации канализационных насосов, — опасности блокировки. Она возникает, когда грязь и длинные волокна заполняют полость между рабочим колесом и корпусом насоса. Рабочее колесо S-tube имеет режущий элемент, а также импульсную систему промывки.
Небольшие включения смываются назад к впускному отверстию рабочего колеса и откачиваются. Гладкий профиль гидравлической части трубчатого типа незасоряющегося рабочего колеса типа S-tube гарантирует меньший абразивный износ и улучшает защиту от засоров, поддерживая при этом высокий коэффициент полезного действия.
Переменная нагрузка
Рабочая точка насоса редко постоянна и варьируется в зависимости от времени суток, в течение года или в течение срока службы оборудования. Выбор насоса с высокой эффективностью в рабочей точке может оказаться хорошим решением на короткое время и совершенно неправильным в длительной перспективе. Рациональнее и эффективнее управлять насосами позволяют преобразователи частоты и современные системы управления, контроля и защиты.
Эти меры дают возможность реализовать различные вспомогательные функции, не доступные обычным нерегулируемым системам, например: плавное заполнение трубопроводов (защита от гидроударов и разрывов изношенных коммуникаций); дополнительная защита насосов от перегрева, скачков напряжения, блокировки рабочего колеса, недогрузки и т.д.; реверсивное вращение; уникальные интеллектуальные алгоритмы энергосбережения; энергоэффективное ПИДрегулирование группой насосов; дистанционный контроль системы и т.д.
Расходы на техническое обслуживание
Как правило, расходы на техническое обслуживание оборудования делятся на плановые и неплановые. Первые могут варьироваться в зависимости от различных факторов, например: стоимости насоса; стоимости обслуживания насоса; опыта работы персонала; вероятности отказа оборудования и его последствий. Незапланированные расходы на техническое обслуживание тоакже можно оценить.
Опытный высококвалифицированный специалист, оперируя брендом и удобством обслуживания оборудования, может назвать примерную стоимость его ремонта с учетом выполняемого обслуживания насоса, трудозатрат и стоимости запасных деталей. Предупредить и предотвратить проблемы, возникающие в процессе эксплуатации насосов, позволяет применение различных реле и датчиков.
Эффективным способом оценки системы является ее полный аудит: снятие расходно-напорных характеристик поможет оценить не только работу насоса, но и всей системы (засорение, утечки, наличие воздуха и пр.); замер электрических параметров позволяет оценить скачки напряжения, рассогласование фаз и потребляемую установкой мощность. Подобные замеры дают возможность значительно сократить вероятность повреждения оборудования и оптимизировать работу установки.
Опыт применения комплектных канализационных насосных станций
В 2012 году в Омске открылся распределительный центр сети «Магнит». Еще на стадии проектирования инженерных систем, в частности, ливневой канализации, специалисты отметили невозможность транспортировки сточных вод самотеком. Было принято решение об установке комплектных КНС. Исходя из анализа стоимости жизненного цикла возможных решений, было выбрано следующее оборудование: одна КНС для отведения ливневых стоков с габаритными размерами 3000 × 3 × 8000 мм, производительностью 1116 м3/ч и напором 20 м, включающая три насоса типа S; две КНС для отведения хозяйственно-бытовых стоков с габаритными размерами 1800 × 2 × 5000 мм, производительностью 36 м3/ч и напором 20 м, включающие каждая по два насоса типа SLV.
Резервуары станций изготовлены из армированного стеклопластика — материала, устойчивого к гниению, износу и другим негативным воздействиям. Благодаря такому решению КНС сохраняют герметичность в течение всего срока службы. Экономить средства можно благодаря автономному режиму работы КНС, когда перекачка стоков осуществляется без вмешательства технического и диспетчерского персонала. Система управления Modular Controls непрерывно контролирует уровень жидкости в приемном резервуаре и подает сигнал на «пуск/останов» насосов. В случае аварийной ситуации интеллектуальная система передаст сообщение на пульт, компьютер или мобильный телефон диспетчера.
