Анализ режимов работы систем хозяйственно-питьевого и горячего водоснабжения и водоотведения

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ЭНЕРГОАУДИТ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО И

 

 

На промышленных предприятиях снабжение водой осуществляется либо от системы водоснабжения ближайшего населенного пункта, либо от собственного водозаборного узла. Сброс сточных вод производится либо в городскую канализационную сеть, либо на собственные очистные сооружения.

В 1996 г. стоимость питьевой воды, забираемой из городской системы водоснабжения г. Москвы составляла семь тысяч py6./м³ , оплата за сброс в канализационную сеть около 6,8 тыс. руб./м³. Себестоимость питьевой воды для предприятия складывается из стоимости энергии, затрачиваемой в системе водозабора, затрат на обслуживание системы и амортизационных отчислений. Плата за использование недр составляет около 10% стоимости затрат предприятия на водоснабжение.

Оплата за сброс одного куб. метра сточных вод на очистные сооружения подмосковных городов составляла в 1998 г. около 2400 руб./м³ в некоторых регионах до 10500 руб./м³.

Анализ соотношения экономических затрат предприятий на используемые энергоресурсы показал, что затраты на систему водопользования стали соизмеримы с затратами за электрическую энергию и газ.

На одном из предприятий пищевой промышленности, на котором не работали системы оборотного водоснабжения, затраты в системе водопользования превысили затраты за газ и электроэнергию.

Возможные причины потерь энергии в системах водоснабжения и водоотведения, оборотного водоснабжения, связанные с режимами насосного оборудования:

– Высота подъема скважинного насоса не соответствует глубине динамического уровня воды в скважине.

ΔЭ = (ρgQ ΔH τ_Р ) / (1000 η_НА) кВт ч,

где: ΔЭ – потери электрической энергии в электронасосном агрегате вследствие несогласования высоты подъема с характеристикой насосного агрегата; ρ – плотность воды, кг/м3; g -ускорение свободного падения 9,81 м/сек²; Q – производительность скважинного насоса, м³/ч; ΔН – разность высоты напора насоса и высоты подъема с учетом гидродинамических потерь в линии, м; η_НА – КПД электронасосного агрегата; τ_ρ – время работы насосного агрегата, ч.

– Напор, создаваемый насосами второго подъема, превышает необходимый по технологическим условиям. Потери рассчитываются аналогично.

– Производительность насосного агрегата должна соответствовать потребностям предприятия. Мощность, потребляемая насосным агрегатом в холостом режиме, достигает около 60% мощности от номинального режима. Это в настоящее время особенно характерно для условий работы предприятий при спаде производственной нагрузки. Поэтому целесообразно при снижении водопотребления до 30% от номинальной величины агрегата переключаться на агрегат меньшей производительности.

– Наличие в системе потребителя с небольшим водопотреблением и большим напором, отличающимся по напору от других потребителей. Потери энергии определяются тем, что во всей системе необходимо поддерживать диктуемое этим потребителем давление. Величина потерь рассчитывается по формуле

ΔЭ = , кВт ч,

где: Q_i – водопотребление i-го потребителя (м³/сек); ΔН_i – разность между напором, создаваемым системой, и напором, необходимым для данного i-го потребителя, м; t_Pi – продолжительность работы i-го агрегата, ч.

– Целесообразно провести технико-экономический анализ необходимости создания насосных станций третьего подъема, рассчитанных на обеспечение потребителя с сильно отличающейся величиной требуемого напора и незначительным, по отношению к общему расходу, удельным водопотреблением.

Рис. 12. Составляющие энергозатрат сети, работающей на двух, потребителей с различным требуемым напором.

 

Влияние конструктивного исполнения и состояния систем водопользования на потери:

– Отсутствие оборотного водоснабжения. Это увеличивает водопотребление и нагрузку на очистные сооружения.

– С возрастанием стоимости воды и ее очистки сильно увеличились экономические последствия нарушений режимов эксплуатации и небрежного расходования воды в системах водопользования на финансовые потери предприятий.

– Зарастание трубопроводов камнем в результате солеотложений, приводящее к уменьшению их проходного сечения и, следовательно, к увеличению гидравлического сопротивления. Вопросы борьбы с отложениями в системах водоснабжения являются очень актуальными. Теплообменные аппараты систем горячего водоснабжения увеличивают гидравлическое и термическое сопротивление. В системах водоснабжения домов, находящихся в эксплуатации 25-40 лет наблюдаются случаи, когда трубы зарастают камнем так, что не было видно просвета.

Особенно эта проблема актуальна для малых сельских поселков и небольших городов с плохо работающей системой водоподготовки. Водогрейные котлы систем горячего водоснабжения через 3-4 месяца зарастают камнем, их КПД падает с 85% до 50%, водогрейные трубы быстро прогорают. Все это приводит к значительному перерасходу топлива.

– В системе оборотного водоснабжения при использовании в ней для подпитки жесткой воды; также возможно зарастание обратной линии камнем и возникновение ненормальных режимов эксплуатации циркуляционного насоса (увеличение гидравлических потерь с системе и увеличении подачи воды на подпитку системы).

В настоящее время созданы и начали широко внедряться в системах отопления, горячего и оборотного водоснабжении автономные автоматизированные дешевые установки для обработки воды присадками типа "Комплексоны", которые после добавления их в малых, дозах (около 0,6 г/м³) в подпитывающую воду, не меняя жесткости воды, препятствуют накипеобразованию. Действие присадки основано на нарушениях центров кристаллообразования накипи. Разложившиеся при нагреве соли временной жесткости агрегатируются в виде пыли, остаются в воде и выпадают в осадок в зонах с низкой скоростью движения воды. При концентрации присадки, превышающей равновесное значение, начинается процесс отмывки системы водопользования. С этой целью целесообразно применение неполнопоточных грязевиков с низкой скоростью движения воды.

При применении комплексное пет необходимости в применении Na-катионитовых ионообменных фильтров, устраняются потери воды на их промывку, отсутствует в сточных водах сброс хлоридов, что станет в ближайшее время актуальным.

Стоимость обработки питательной воды при этом снижается на один-два порядка. Одного килограмма присадки достаточно для обработки около 1500м воды.

Комплексоны в РФ применяются около 20 лет. Но широкое распространение этого способа было ограничено отсутствием надежных, автоматических дозирующих систем.

Сейчас обстановка изменилась.

В теплосетях г. Белгорода, подземные воды которого отличается высокой жесткостью, опробирован способ отмывки сетей домов и котлов с помощью комплексонов. Это весьма актуально в связи с изношенностью систем водоснабжения жилого фонда.

– Утечки в системе (табл. 12). Потери энергии равны величине утечек, умноженных на удельные энергозатраты подачи воды в систему. Кроме видимых утечек воды через неплотности в системах водопользования, важно определение величины потерь в подземных частях водопроводов и емкостей для хранения воды. Локализация мест этих утечек трудоемка и требует применения специальных акустических течеискателей, улавливающих звуковые колебания струй в местах повреждения системы. В настоящее время разработаны и проходят испытания отечественные приборы такого типа (см. раздел приборов).

– В системе водоотведения дополнительные потери могут возникнуть при нарушении технологии очистки сточных вод.

– Уменьшение гидравлических потерь на теплообменных аппаратах кожухотрубной конструкции при применении компактных с малым гидравлическим сопротивлением пластинчатых теплообменников приводит к экономии затрат электроэнергии на прокачку систем. Очистка теплообменных аппаратов и трубопроводов водоснабжения от зарастания "камнем" позволяет увеличить проходное сечение и снизить гидравлические потери. В этих целях перспективно применение обработки воды с помощью "комплексонов" (см. далее).

Использование акустических и электроискровых высоковольтных методов очистки теплообменных аппаратов и трубопроводов менее эффективно и носит эпизодический характер.

– Недостаточное повторное использование воды в системах оборотного водоснабжения приводит к дополнительной нагрузке на очистные сооружения и на насосное оборудование.

– Неконтролируемые технологические расходы воды.

Стоимость затрат на водопотребление предприятий часто бывает соизмерима со стоимостью затрат на потребляемую тепловую и электрическую энергию.

Необходимо составить водный баланс предприятия, проанализировать схемы водопользования и расходы воды, экономически оптимизировать систему водопользования.

 

Таблица 12. Влияние давления в системе и диаметра отверстия

на величину утечек воды и пара.

Давление в системе (ата)	Утечки воды через отверстие площадью 1 мм2 (л/ч)	Утечки пара через отверстие площадью 1 мм2 (кг/ч)
		0,73
		1,1
		1,35
		1,7
		2,1
		2,4
		2,75
		3,0
		3,4

 

Организационные мероприятия для обеспечения экономичных режимов эксплуатации насосов:

– Рекомендуется заменить группы малопроизводительных насосов более высокопроизводительными с высоким КПД в рабочем диапазоне расходов жидкости.

– Следует максимально загрузить насосы. Наименьший удельный расход электроэнергии наблюдается при максимальной подаче насоса.

– Необходимо заменить насос, если характеристика трубопровода не соответствует его паспортным данным.

– Можно повысить КПД насосов до их паспортных значений путём установки новых уплотнений и тщательной балансировкой рабочих колес.

– КПД передачи намного выше, если рабочее колесо находится непосредственно на валу мотора.

– Если мощность электродвигателя выше мощности, потребляемой насосом, в 1,2–1,25 раза, то он работает в режиме с максимальным КПД.

– Применять регулирование производительности насосов частотой вращения рабочего колеса (частотно регулируемый электропривод).

 

Улучшение конструкции системы:

– Рассмотрите потери давления в системе. Потери от трения жидкости в трубах можно уменьшить на 75% при увеличении диаметра трубы на 50%. (также отмывкой системы от отложений камня с помощью "комплексонов").

– В случае, если производительность регулируется с помощью дроссельной заслонки (задвижки, вентиля), рассмотрите другие способы управления производительностью (несколько небольших насосов, работающих в параллель, частотно-регулируемый электропривод и др.).

– Избегайте кавитации! Размешайте насос как можно ниже или жидкость как можно выше. Если необходимо, нужно регулирование расхода производить краном на стороне высокого давления.

– В системах водоснабжения с насосными агрегатами, рассчитанными на максимальное потребление воды при максимальном напоре, целесообразна установка накопителя воды на высоте требуемого напора с устройством автоматического отключения насосного агрегата при заполнении накопителя водой. Это учитывает тот факт, что потребность в максимальной мощности на практике бывает кратковременной.

– Наличие диспетчеризации и АСУ, с применением частотно регулируемых электроприводов, позволяет значительно увеличить экономию за счет оптимизации режимов эксплуатации системы, более оперативного и точного определения утечек.