Частотно-регулируемый привод

     В настоящее время принимаются  целевые программы по серийной установке  частотно-регулируемых приводов (ЧРП) на электродвигателях насосов холодного  водоснабжения ЦТП. Их установка  является оправданной: на эти насосы приходится значительная часть потребляемой на ЦТП энергии; производительность насосов меняется в широком диапазоне; давление на всасывающем трубопроводе носит переменный характер. 

     Установка ЧРП начинается с анализа состояния  насосного оборудования и проверки его характеристик на соответствие с расчетными. Расчетные значения параметров насосов определяются в соответствии со СНиП 2.04.01-85. При расчете производительности и напора насосов принимаются во внимание следующие факторы: 

     - число жителей;

     - количество квартир;

     - расчетная нагрузка ГВС нежилого  фонда;

     - этажность зданий;

     - потери в бойлерной установке для циркуляционных схем ГВС;

     - потери давления в сетях;

     - гарантированный напор на вводе  городского водопровода. 

     Установка ЧРП на устаревшем и выработавшем свой ресурс оборудовании не является целесообразной, т. к. приводит к завышению  эксплуатационных затрат. 

     Выбор схемы включения и количества насосов производится на основании  измеренной при обследовании по показаниям счетчиков холодной и горячей  воды текущего и среднесуточного  расхода; анализа характера потребления  воды в течение суток; реального  значения давления в водопроводной  сети и с учетом установленной  мощности электродвигателей на ЦТП. Ниже приводятся наиболее характерные  схемы установки ЧРП на электродвигателях  насосов ХВС. 

     Параллельная  схема с двумя насосами (1 раб., 1 рез.) вполне применима для районов со сложившейся застройкой, где потребление воды носит стабильный характер без значительных пиковых расходов (рис. 1). От частотно-регулируемого привода может работать любой из насосов по выбору. Применение третьего резервного насоса оправдано для ЦТП с большим количеством жителей (более 2 500). 

Рис.1

Параллельная  схема с тремя насосами (1 раб., 1 доп., 1 рез.) применима в районах (например, «спальных»), для которых характерно низкое значение дневного расхода воды и ярко выражено пиковое значение (рис. 2). От ЧРП может работать любой из насосов, один из которых является дополнительным и подключается в часы максимального разбора. Включение и выключение дополнительного насоса в прямом режиме производится в соответствии со специальными алгоритмами с учетом динамики изменения давления, выходной частоты, токовых нагрузок электродвигателей. Для реализации алгоритмов применяются как многофункциональные контроллеры, так и ЧРП с дополнительными электронными платами, которые расширяют возможности их использования применительно к схемам с тремя и более насосами. Дополнительные функции включают в себя:

- периодическую  смену основного / резервного  насоса;

- контроль за давлением на городском вводе (отсутствие сухого хода);

- контроль за работой насоса по датчику перепада давления;

- включение  резервного насоса при остановке  основного при работе от ЧРП.

Рис.2

Последовательная  схема с тремя или четырьмя насосами (рис. 3, 4) применима к ЦТП  с большим значением максимального  расхода воды (более 120 м3/ч) и на тех  ЦТП, где величина установленной  мощности ограничена кабельными сетями Мосэнерго, т. к. позволяет снизить  суммарную установленную мощность электродвигателей и, соответственно, ЧРП. Последовательная схема может  быть использована на объектах, где  реальное городское давление превышает 4,5 кгс/см2 при гарантированном (минимальном) напоре 1,0 кгс/см2, а абонентами являются многоэтажные дома 16 и более этажей. Применение параллельной схемы для таких ЦТП требует защиты кожухотрубчатых подогревателей ГВС и сетей от высокого давления (более 10 кгс/см2) при пуске электродвигателя в прямом режиме без ЧРП. В схеме с четырьмя насосами (рис. 4) предусматривается работа от ЧРП двух насосов (1 раб., 1 рез.), и два насоса (1 раб., 1 рез.) работают в прямом режиме. Данная схема позволяет уменьшить количество пусковой аппаратуры и упростить алгоритмы управления по сравнению со схемой, когда от ЧРП могут работать три (рис. 3) и более насосов.

Рис3

Рис4

Одним из способов защиты подогревателей и сетей от высокого давления (более 10 кгс/см2) является установка регулирующего клапана (рис. 5), который используется для регулирования давления при проведении пусконаладочных работ, пуске насосов в прямом режиме и остается в открытом положении при задействовании ЧРП.

Для выравнивания давления в системах ГВС и ХВС  применяются регуляторы давления прямого  действия (рис. 6, 7) или регулирующие клапаны.

В целом, параллельная схема включения является более  простой для монтажа и управления и приводит к снижению количества постоянно работающего оборудования.

Перечисленные выше способы включения насосов  применимы как для циркуляционных, так и для повысительных схем ГВС. Для повысительной схемы (рис. 7) задание давления производится по датчику, расположенному на трубопроводе подачи холодной воды на дома, для циркуляционной схемы (рис. 6) – по датчику, установленному на обратном (подающем) трубопроводе ГВС. Для циркуляционной схемы следует предусматривать возможность переключения задания давления на датчик, установленный в системе ХВС на период отключения горячей воды. Наиболее целесообразной является установка датчика давления у последнего прибора (точки водоразбора), например, на верхнем этаже наиболее удаленного многоэтажного дома, что позволяет поддерживать стабильным давление при неравномерности потребления воды в течение суток. Однако реализация такого решения технически сравнительно сложна при отсутствии необходимых кабельных проводок.

При установке  ЧРП с заменой насосного оборудования и, соответственно, трубопроводов обвязки  необходимо применять пружинные  обратные клапаны с плавным открытием. На байпасе насосов обратные клапаны  следует дополнять запорной арматурой  для контроля их надежной работы. Использование  шаровых кранов для обвязки насосов  холодного водоснабжения не целесообразно  по требованию фирм-производителей из-за высокого содержания кислорода в  воде. Наиболее оправданным является применение поворотных затворов с воротниковыми  фланцами или задвижками с прорезиненным  клином

Рис5

Рис6

Рис7

производства  серии КМ (консольные моноблочные): 

а) в номенклатуре насосов отсутствуют насосы с  рабочими параметрами 25 м3/ч и 50 м  вод. ст., 75 м3/ч и 50 м вод. ст. и др.; 

б) насосы серии  КМ имеют более пологую H-Q характеристику по сравнению с импортными. Увеличение крутизны данной характеристики способствовало бы заметному снижению оборотов насоса при работе с ЧРП в области небольшой производительности;

в) по мнению эксплуатационников, в настоящее  время насосы серии КМ нередко отличаются относительно невысоким качеством торцевых уплотнений в условиях недостаточно развитого ремонтного сервиса. При заказе насосов целесообразно включать в поставку комплект торцевых уплотнений.

Указанных недостатков лишены более дорогие  насосы серии КМЛ (консольные моноблочные  линейные), производимые ЗАО «Помпа», и насосы типа АЦМЛ, выпускаемые  фирмой «Линас».

Оценку экономического эффекта (срока окупаемости) от внедрения  ЧРП следует производить по формуле: 

Ток = К / (Пг + Иа), 

где К – объем капитальных затрат; 

Пг – годовая прибыль от внедрения ЧРП; 

Иа – амортизационные отчисления на реновацию. 

При расчете  срока окупаемости необходимо учитывать  две составляющие годовой прибыли  – экономию электроэнергии при снижении количества оборотов электродвигателя (развиваемый насосом напор соответствует  расчетному) и экономию воды из-за отсутствия избытков напора по сравнению со значением  уставки, причем доля годовой прибыли от экономии воды превышает долю от экономии электроэнергии, как правило, в 3–5 раз.

Необходимо  учитывать также потери электроэнергии в самом преобразователе частоты, которые достигают 4–7 % от передаваемой мощности. При расчете экономии воды можно пользоваться имеющимися экспериментальным  данными, в соответствие с которыми снижение утечек воды на 5 % происходит от уменьшения напора на каждые 10 м  вод. ст. Дополнительным эффектом от установки ЧРП является продление ресурса насосных агрегатов (ориентировочно на 10–20 % при снижении частоты вращения на каждые 500 об/мин).

Наряду со сроком окупаемости, для оценки эффекта  установки ЧРП и инвестиций рассчитывается чистый дисконтированный доход (ЧДД) и  значение внутренней нормы доходности (Евн), который сравнивается со ставкой дисконтирования. Более подробно методика расчета ЧДД и Евн содержится в Рекомендациях по расчету экономичес-

кой эффективности  применения частотно-регулируемого  привода на ЦТП, разработанных кафедрой АСУ ТП МЭИ.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

- установка  ЧРП на насосах ХВС требует  комплексного подхода к замене  насосов, арматуры, выбору схемы  включения и способу размещения  датчиков давления;

- существует  необходимость в постановке требований  перед заводами-производителями  насосного оборудования серии  КМ к повышению надежности и увеличению номенклатуры;

- при оценке  срока окупаемости от внедрения  ЧРП, наряду с экономией электроэнергии, необходимо учитывать снижение  расхода воды при уменьшении  напора. Такой подход еще раз  показывает необходимость оплаты  за пользование энергоресурсами  потребителями одному юридическому  лицу, в то время как в настоящее  время учетом воды заняты службы  Мосводоканала, учетом расхода  электроэнергии на ЦТП – поставщики  тепловой энергии.