Выбор насоса Сточные воды появляются в ходе работы практически любой технологической установки. Выбор соответствующего канализационного насоса зависит от таких условий, как количество перекачиваемой жидкости и ее состав. Правильный выбор параметров насоса является не только необходимым условием для бесперебойного отвода сточных вод, но и влияет на весь процесс производства. В большинстве случаев сбой в работе насоса может привести к простою производства, а это дорого обходится. Как правило издержки, связанные с такими ситуациями, оказывают большое влияние на стоимость жизненного цикла. Рассмотрим общие критерии выбора промышленных канализационных насосов. Так, важным аспектом является показатель свободного прохождения твердых частиц. Этот параметр определяет возможность избежать возникновения засора. Если есть опасность проникновения взрывоопасных веществ (топлива и т.п.), необходимо использовать взрывозащищенный насос. Сточные воды содержат абразивные частицы даже после очистки, поэтому насос должен быть чрезвычайно износостойким. Для насосов, работающих непрерывно, энергосбережение является ключевым показателем экономической эффективности всего процесса. Итак, в целом, определяющими критериями подбора канализационных насосов являются: ❏ Фактический объем перекачиваемых стоков. Оценка данного параметра должна быть как можно более точной, так как выбор более крупного насоса («переразмеривание») неизбежно приведет к дополнительным тратам и операционным издержкам. ❏ Состав перекачиваемой жидкости. ❏ Местные условия монтажа насоса. Эта информация важна для определения условий всасывания (NPSH). ❏ Материал трубопровода. В зависимости от области применения напорные трубопроводы, используемые в промышленности, чаще всего изготовлены из ПЭНД (полиэтилена низкого давления) или чугуна. В последнее время трубы из ПЭНД становятся все более популярными, что связано с их легким весом (плотность 950–955 кг/м3), возможностью работы со многими средами и в широком диапазоне температур (от –30 до +50°С). Еще одним преимуществом является низкая теплопроводность ПЭНД (0,3–0,4 Вт/м2˙°С). ❏ Фитинги. Так, в трубопроводах с низким давлением хорошо зарекомендовали себя обратные шаровые клапаны, в то время как в более крупных насосных станциях используют, как правило, поворотные обратные клапаны. ❏ Место монтажа. Для монтажа насосов необходимо выбрать готовый полиэтиленовый или бетонный колодец. При этом следует учитывать факторы шума и неприятного запаха, поэтому насосные станции предпочтительно монтировать под землей. ❏ В последнее время очевидна тенденция применения электронных компонентов и специфических систем управления и мониторинга для замены человеческой рабочей силы. С учетом этого следует отдавать предпочтение насосам с электронным управлением. Как известно, твердые частицы, содержащиеся в сточных водах, накапливаются и образуют налет в трубопроводе. Это чревато риском накопления твердых частиц в сборном колодце и засорением обратного клапана. Для обеспечения безопасности процесса необходимо соблюдение следующих минимальных для самоочистки скоростей: ❏ для горизонтальных трубопроводов: V = 0,7 м/с; ❏ для вертикальных трубопроводов: V = 1 м/с. Для снижения уровня шума и в целях экономии не рекомендуется превышать скорости порядка 2–3 м/с. В системах с небольшим притоком необходимая производительность насоса часто определяется исходя из скорости самоочищения, а не объема перекачиваемой жидкости. Стандарты В Евросоюзе системы водоотведения на химических производствах регулируются Европейским стандартом DIN EN 752 «Канализационные системы вне зданий» часть 6 («Насосные системы»). Кроме того, действуют различные правовые нормы, включая законы (Закон о водных ресурсах, Государственная норма о воде) и директивы (Директива о системах хранения, слива и перемещения загрязненной воды), которые обязуют операторов химических систем анализировать состав всех выбрасываемых с производства вод перед помещением их в систему биологической очистки сточных вод. Таким образом должен быть определен состав всей сбрасываемой воды. Исходя из этого, только стоки, не содержащие вредных примесей, могут быть помещены в систему биологической очистки. Если загрязнения обнаружены, жидкость перекачивается на доочистку. Значение первоначальных вложений и эксплуатационных затрат Стоимость жизненного цикла насосных систем включает в себя: 1. Стоимость оборудования и расходы на его монтаж; 2. Затраты на электроэнергию (крайне важная составляющая), планово-предупредительный ремонт и обслуживание; 3. Затраты на вывод из эксплуатации и утилизацию. Трудно адекватно оценить те многочисленные проблемы и убытки, которые возникают при внезапном выходе насосов из строя. Поэтому надежность и доступность насоса определяет суммарные расходы в течение всего цикла его использования. По мнению большинства мировых экспертов, в водоснабжениии водоотведении затраты на покупку насосного оборудования составляют только 5% от издержек жизненного цикла, в то время как 10% расходуется на технический ремонт и 85% — на потребление энергии. Таким образом покупка изначально более дорогих, но более совершенных устройств часто окупает себя уже за первые несколько лет, так как такие агрегаты потребляют значительно меньше энергии и требуют гораздо меньших затрат на обслуживание. В особенности это касается больших канализационных насосов. Правильный подбор насоса в соответствии с составом перекачиваемой жидкости, подачей и напором — первый и самый важный шаг в сторону дальнейшей минимизации стоимости его жизненного цикла. Следует упомянуть, что тип рабочего колеса и правильная геометрия проточной части оказывают значительное влияние на будущие эксплуатационные затраты и расходы на обслуживание. Следует учесть, что, так как насосы проектируются для работы с максимальным КПД в номинальной рабочей точке, то наилучшие показатели будут достигаться вблизи расчетной подачи и напора. Если фактические параметры системы (Q–H) не соответствуют рассчитанным, насос будет потреблять излишнюю энергию. Таким образом, если невозможно расчетным путем определить рабочую точку, либо если требуемая производительность насосов изменяется в течение рабочего цикла, имеет смысл использовать насосы с частотным регулированием, которые легко адаптируются к изменяющимся параметрам. Конструкция насоса, способствующая облегчению технического обслуживания, является еще одним фактором снижения издержек. Рассмотрим пример. Волокнистые включения могут заклинить рабочее колесо, так как между ним и корпусом насоса есть лишь небольшой зазор. Благодаря зазору и разнице давлений на всасывании и нагнетании в насосах с канальным рабочим колесом наблюдаются перетечки со стороны нагнетания на вход рабочего колеса. Это часто вызывает его засорение и приводит к необходимости остановки работы, демонтажа, очистки и последующей сборки. Даже если этого не произошло, щелевое уплотнение из мягкого металла достаточно быстро изнашивается из-за постоянного протока абразивных сточных вод, а его замена стоит денег и времени. Вместе с постепенным износом кольца КПД насоса снижается, а эксплуатационные затраты растут. Также износ приводит к нарушению безопасности при работе насоса. Чтобы решить эту проблему, в концерне GRUNDFOS были разработаны насосы, которые позволяют избежать этих трудностей. Так, конструкция канализационных насосов GRUNDFOS серииS позволяет минимизировать риск заклинивания ротора. Достигается это за счет использования самоочищающегося щелевого уплотнения. Более того, аксиальный зазор может быть отрегулирован при помощи запатентованной системы SmartTrim. При этом манипуляции не требуют разборки агрегата и отпадает проблема постоянной и дорогостоящей замены компенсационного кольца. Состав сточных вод определяет тип рабочего колеса канализационных насосов На практике эксплуатационные затраты канализационного насоса часто повышаются за счет некорректного выбора проточной части, не учитывающего специфики перекачиваемой жидкости. В результате засор вынуждает останавливать работу насоса, очищать его и запускать заново, что не только трудоемко, но требует и денег, и времени. Таким образом, выбор правильной конструкции проточной части крайне важен. Выбор типа рабочего колеса зависит от состава перекачиваемой жидкости и области применения насоса. Для отвода промышленных и бытовых канализационных стоков (в том числе и фекальных), а также ливневых вод с твердыми включениями до 80 мм превалируют одноканальные рабочие колеса и колеса Vortex (свободновихревые). Рабочие колеса Vortex непосредственно не контактируют с твердыми включениями. Поток минует рабочее колесо, поэтому даже длинные волокна не препятствуют перекачиванию жидкости. Часто в насосах с колесами Vortex используют режущий механизм для измельчения крупных частиц. Разработанные компанией GRUNDFOS рабочие колеса Super Vortex обеспечивают безопасную и надежную работу канализационного насоса. Поскольку рабочее колесо непосредственно не контактирует с перекачиваемой жидкостью, то оно не может засориться. Запатентованная конструкция лопастей предотвращает излишнюю турбулизацию потока и обеспечивает высокую эффективность процесса наряду с безопасностью. Насосы с таким колесом можно применять, даже если размер частиц достигает 100 мм. Эти агрегаты часто используют как для перекачивания канализационных стоков и небольшого количества дождевых вод, так и для газосодержащих жидкостей. Рабочие колеса Super Vortex имеют отличные расходно-напорные характеристики. Основным их достоинством является возможность поддерживать высокое давление даже при относительно низком уровне потока. Это особенно важно в случае, когда нужно перекачивать небольшое количество жидкости по протяженным трубопроводам. В то время как менее эффективные насосы требуют установки дополнительной КНС, канализационные насосы серииS позволяют обходиться без этого, а следовательно, без необходимости дополнительных трат. Для перекачки больших объемов сточных вод, промышленных отходов и грунтовых вод используют насосы с многоканальными рабочими колесами. Показатель свободного прохождения достигает 145 мм, что позволяет перекачивать неподготовленную воду с высоким содержанием твердой фазы. Оптимальные гидравлические свойства обеспечивают более высокий КПД и, как следствие, экономию. Для обеспечения бесперебойности работы на корпусе насоса со стороны линии всасывания устанавливается система регулировки осевого зазора SmartTrim. Такие насосы, как правило, устанавливаются в ливневой канализации, очистных сооружениях и крупных КНС. Насосы с одноканальным рабочим колесом в основном используются для эффективного перекачивания неподготовленных стоков, дождевых вод и шлама. Ступица одноканального колеса отнесена далеко от его входа, что обеспечивает свободный проход порядка 80–110 мм. Такая конструкция дает возможность безопасного перекачивания жидкостей с высоким содержанием твердых частиц и волокон. Для поддержания высокого КПД на протяжении всего срока службы можно также использовать систему SmartTrim. Дополнительные лопатки на покрывном диске рабочего колеса препятствуют накоплению твердой фазы между корпусом со стороны всасывания и колесом, защищая ротор от заклинивания. Такие насосы используются как в насосных станциях для перекачки сточных вод, так и на очистных сооружениях. Насосные станции, изготовленные из полиэтилена низкого давления Выбор насосов для перекачивания стоков часто падает на готовые к сборке установки, которые в дальнейшем могут быть снабжены дополнительным оборудованием, удовлетворяющим требованиям заказчика. Возможность быстрого и легкого монтажа делает их особенно популярными для промышленного использования. Такие системы состоят из погружного насоса, труб, фитингов и резервуара, изготовленного из полиэтилена низкого давления (ПЭНД), стекловолокна или бетона. Во многих случаях ПЭНД — самый подходящий материал для насосной станции. Малый вес системы ПЭНД обеспечивает легкость транспортировки и монтажа. Все, что остается сделать уже на месте, — это присоединить входные и выходные патрубки, напорный трубопровод и обеспечить электропитание. Использование ПЭНД дает ряд преимуществ, которые демонстрирует следующий пример. После объединения Германии суммарное потребление воды в Восточных землях снизилось на 50 % и, соответственно, уменьшился объем сточных вод. В переразмеренных отстойниках воды застаиваются, разлагаются и перегнивают. В результате разложения образуется сероводород, который со временем разрушает бетонный резервуар. Поэтому ПЭНД, который устойчив к действию сероводорода, представляет особый интерес. Ниже приведены другие преимущества использования ПЭНД: ❏ Резервуар из ПЭНД достаточно прочен и устойчив к окислению, например, застойными сточными водами, а также пригоден для вторичной переработки. ❏ Двойная стенка, отсутствие швов и стыков гарантируют полную герметичность. ❏ Возможность выбора количества и расположения отверстий (три входных отверстия с номинальным диаметром 150 с уплотнительным кольцом, четыре отверстия с диаметром 100, а также присоединение для промывки). ❏ Нижняя часть колодца имеет округлую форму, что препятствует отложениям. ❏ Малый вес (в 10 раз легче бетонного резервуара) обеспечивает легкий монтаж. ❏ Большая опорная плита обеспечивает устойчивость резервуара. Для промышленного использования это, с одной стороны, экономичное, а с другой— быстрое решение. Важным представляется то, что за несколько часов можно смонтировать и подключить готовую канализационную станцию. Заключение При выборе насоса и расчете параметров необходимо знать, прежде всего, объем перекачиваемой жидкости, ее состав, параметры установки насоса. Для снижения издержек необходимо обратить особенное внимание на интеграцию насосной станции в общую систему напорной канализации. Следует четко знать, планируется ли ручное или автоматическое управление и т.п. В настоящее время появилась тенденция к интеграции электронных компонентов, мониторингу и системному управлению, применению SCADA-систем. Сегодня на рынке уже есть «умные» насосы, снабженные датчиками определения неполадок на ранней стадии поломки, что в конечном итоге продлевает срок службы оборудования и снижает издержки жизненного цикла.