Обеспечение экологической безопасности и энергосбережение при работе подкачивающих оросительных насосных станций (на примере водохозяйственного комплекса автономной республики Крым) (стр. 2 )

В отраслевой программе «Водное хозяйство Украины – 2010» [17] к главным приоритетам развития водного хозяйства Украины отнесены: ресурсосбережение и поддержание высокого уровня экологического состояния объектов водного фонда при создании условия для экологического устойчивого и сбалансированного развития водохозяйственного комплекса.

В Комплексных мероприятиях по развитию мелиорации земель и улучшению экологического состояния орошаемых угодий в 2001-2005 годах и прогноз до 2010 года по Автономной Республике Крым [53] указывается на необходимость проведения мероприятий по реконструкции, техническому переоборудованию насосных станций и замене дождевальной техники, уменьшению их энергоемкости.

В Законе Украины «Об энергосбережении» [27] одними из основных принципов государственной политики в сфере энергосбережения выделены приоритетность требований энергосбережения при осуществлении всех видов деятельности с учетом экологических требований.

Цель и задачи исследований.

Целью исследований является обеспечение экологической безопасности и энергосбережение при работе подкачивающих оросительных насосных станций (ПНС).

Задачи исследований:

-  обоснование инженерных способов обеспечения высокого устойчивого уровня экологической безопасности при работе ПНС в структуре природно-технической системы (ПТС) орошаемых угодий и прилегающих к ним территорий;

-  разработка методики оценки экологической надежности ПНС;

-  определение оптимальных энергосберегающих эксплуатационных режимов и графиков работы ПНС с учетом комплекса природных, технических, технологических и хозяйственных условий функционирования оросительных систем;

-  повышение экономичности ПНС.

Объект исследования – подкачивающие оросительные насосные станции.

Предмет исследования – экологическая безопасность и энергосбережение при работе подкачивающих оросительных насосных станций.

Методы исследования: системный подход; вычислительный эксперимент (метод прямых вычислений); декомпозиция; анализ; метод сравнительных оценок; синтез; метод сравнительных аналогий; формализация; метод интерполяции; абстрагирование; метод экстраполяции; построение математической модели; метод среднего.

Основной метод исследований – метод сравнительной оценки: расчетных значений экологической надежности и энергозатрат при работе оросительных насосных станций при старой методике подбора насосов, соответствующей существующим нормативным документам, и по предлагаемой автором методике по показателям эксплуатационных режимов; а также сравнения расчетных и фактических значений определяемых параметров; дополнительным методом является метод экстраполяционной аналогии по выявленным основным факторам влияния при обобщении прогнозных оценок экономии энергозатрат при реконструкции существующих подкачивающих оросительных насосных станций ВХК АРК.

Защищаемые положения:

1.  Эксплуатация ПНС является одним из основных факторов влияния на эколого-мелиоративное состояние и в целом на экологическую безопасность природно-технической системы (ПТС) орошаемых угодий и прилегающих к ним территорий.

2.  Экологическая безопасность и энергосбережение при работе ПНС обеспечиваются путем подбора количества и марок основных насосов и работы ПНС по показателям эксплуатационных режимов с учетом настройки насосов на режим обточкой рабочих колес.

3.  Оценка экологической надежности ПНС выполняется по методике, учитывающей лимитирующие надежности элементов системы, резервирование и эксплуатационные режимы.

Научная новизна полученных результатов состоит в том, что на примере водохозяйственного комплекса Автономной Республики Крым автором, с использованием системного подхода, научно обоснован комплексный способ обеспечения экологической безопасности и рационального использования ресурсов при эксплуатации подкачивающих оросительных насосных станций.

При этом автором лично получены следующие новые научные результаты:

1.Обосновано влияние ПНС на эколого-мелиоративное состояние ПТС орошаемых угодий и прилегающих к ним территорий.

2.Впервые предложена методика подбора количества и марок основных насосов по показателям эксплуатационных режимов ПНС как способ обеспечения высокого устойчивого уровня экологической безопасности и энергосбережения при работе ПНС.

3.Разработана методика оценки экологической надежности ПНС по лимитирующей надежности элементов системы с учетом резервирования и эксплуатационных режимов.

Практическое значение полученных результатов заключается в том, что предложенные методы расчета экологической надежности и энергосбережения используются проектными и эксплуатационными организациями при выборе оптимального варианта оборудования в проектах реконструкции существующих ПНС. Положения диссертационной работы подтверждены следующими актами:

-  Акт внедрения методики определения экологической и параметрической надежности оросительных НС в Сакском УОС Рескомводхоза АРК от 01.01.2001 г.

-  Акт внедрения методики подбора насосов по показателям эксплуатационных режимов оросительных НС в Государственном проектно-изыскательском институте «Крымгипроводхоз» от 01.01.2001 г.

-  Акт Республиканского комитета по водному хозяйству АРК от 01.01.2001 г. по обобщенной прогнозной оценке возможной экономии энергозатрат при реконструкции существующих подкачивающих оросительных НС ВХК АРК при внедрении методик подбора насосов и работы указанных НС по показателям эксплуатационных режимов.

-  Акт внедрения материалов кандидатской диссертации в учебный процесс НАПКС от 01.01.2001 г.

Собственный вклад автора. Диссертационная работа выполнялась на кафедре «Гидромелиорации и гидротехнических сооружений» Национальной академии природоохранного и курортного строительства. Собственный вклад автора заключается в анализе эколого-мелиоративной обстановки территории АРК, отказов ПНС ВХК АРК и существующих методик подбора основных насосов и оценки надежности технических систем; в определении основных факторов влияния на экологическую безопасность при работе ПНС в структуре ПТС орошаемых угодий и прилегающих к ним территорий; в определении эксплуатационных режимов и графиков работы ПНС с учетом условий функционирования оросительных систем Крыма; в разработке методики подбора количества и марок основных насосов по показателям эксплуатационных режимов ПНС; в разработке методики оценки экологической надежности ПНС по лимитирующей надежности элементов системы с учетом резервирования и эксплуатационных режимов; в разработке методики расчета экономии энергозатрат при подборе насосов и работе ПНС по показателям эксплуатационных режимов; в технической разработке и экспериментальной проверке методики расчета диаметра обточенного рабочего колеса и рабочих характеристик насоса с обточенным рабочим колесом при известных характеристиках для двух диаметров колеса; в оценке проектной и фактической эксплуатационной надежности существующих ПНС ВХК АРК и анализе энергозатрат этих ПНС; в выполнении прогнозной оценки уровня экологической надежности и обобщенной прогнозной оценки экономии энергозатрат при реконструкции существующих ПНС ВХК АРК при подборе насосов и работе ПНС по показателям эксплуатационных режимов; а также в определении расчетного срока окупаемости единовременных капитальных вложений на реконструкцию и рекомендаций по применению методик при новом проектировании и при реконструкции.

При выполнении работы были использованы отчетно-статистические материалы Рескомводхоза АРК, Крымской комплексной гидрогеологической экспедиции (ККГГЭ), Крымской гидрогеолого-мелиоративной экспедиции (КГГМЭ) и архивные материалы института «Крымгипроводхоз».

Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертационных исследований докладывались, обсуждались и были положительно оценены на 12 научных конференциях, из которых 4 международные; в том числе: международная научно-практическая конференция «Геоэкологические и медикоэкологические проблемы промышленно-городских агломераций» (Симферополь, 1994); Международная конференция молодых ученых УААН (Киев, 1996), Международная научно-практическая конференция «СИНТ’ОЗ» (Воронеж, 2003) и Международная научно-практическая конференция «Перспективные разработки науки и техники» (Белгород, 2004); научно-практические конференции, проводившиеся в Национальной академии природоохранного и курортного строительства (Симферополь, 1995, 1996, 1997, 1998, 1999, 2002, 2003, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, содержащих изложение основных результатов диссертации, в том числе: 10 статей, 2 депонированные рукописи. Из них в утвержденных ВАК Украины изданиях по данной специальности опубликованы 3 статьи без соавторства.

Структура и объем диссертации. Работа общим объемом 186 страниц, содержит 142 страницы машинописного текста, 15 рисунков, 25 таблиц, список литературы состоит из 102 наименований.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Проанализирована эколого-мелиоративная обстановка территории АРК. Выявлены основная и дополнительная совокупности факторов влияния на экологическую безопасность при работе ПНС в структуре ПТС орошаемых угодий и прилегающих к ним территорий. Обосновано, что обеспечение высокого устойчивого уровня экологической безопасности при работе ПНС позволит уменьшить техногенную нагрузку на ПТС и сохранить экологическое равновесие окружающей среды. Для обеспечения экологической безопасности при работе ПНС разработана методика подбора количества и марок основных насосов по показателям эксплуатационных режимов ПНС.

Методику подбора насосов по показателям эксплуатационных режимов ПНС, предложенную автором, целесообразно использовать при новом проектировании и реконструкции существующих оросительных ПНС, что подтверждено актом внедрения в Государственном проектно-изыскательском институте «Крымгипроводхоз» (2).

Предлагаемая методика имеет ряд разновидностей применения в конкретных эксплуатационных ситуациях, например:

-  работа одномарочных насосов с различными диаметрами рабочих колес и (или) разными величинами частоты вращения;

-  работа основных одномарочных насосов с подсоединенными последовательно (до или после основного) насосами с подачами, кратными расходу одной дождевальной машины.