УДК 621.398:628(06)
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВОДОЗАБОРОМ ПРОИЗВОДСТВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ
,
Рассмотрена система управления водозабором производства питьевой воды, обеспечивающая экономичную и надежную эксплуатацию артезианских скважин и водоподъемного оборудования.
автоматическое управление, артезианские скважины, производство питьевой воды
Актуальность проблемы получения качественной питьевой воды становится острее из года в год. Это обусловлено рядом причин: растет информированность людей и соответственно их требовательность к поставщикам питьевой воды; в результате исследований выявляются новые аспекты влияния на здоровье различных соединений, содержащихся в питьевой воде; из-за ухудшения состояния природных водоисточников усложняется процесс подготовки питьевой воды высокого качества. Централизованные станции очистки питьевой воды не обеспечивают высокое качество очистки, поэтому существует спрос на бутылированную очищенную воду.
Очищаемая вода добывается из артезианских скважин. Грунтовые воды обладают рядом преимуществ перед поверхностными. При просачивании воды сквозь песок, глину и горные породы она теряет большое количество взвесей, цветовых и бактериальных загрязнений, полученных на поверхности. Грунтовые воды более однородны по минерализации, температуре и другим параметрам. К недостаткам можно отнести повышенное содержание железа, марганца и сероводорода [1].
Современные технологии позволяют получать питьевую воду высокого качества. Цель производителя – снизить себестоимость питьевой воды. Поэтому особую роль играет рациональное управление технологическим оборудованием и использование энергосберегающих технологий.
Для предприятий-изготовителей питьевой воды характерно использование двух и более артезианских скважин. Нами рассмотрено предприятие, имеющее три скважины с дебитами 8, 5 и 4.5 м3/ч соответственно, объединенные в общий коллектор. Железо и марганец, находящиеся в воде, окисляются воздухом и оседают в фильтрах-обезжелезивателях. Вода, очищенная от железа и марганца, аккумулируется в трех объединенных ёмкостях общим объемом 50 м3, откуда направляется на дальнейшую очистку.
На скважинах были установлены насосы с преобразователями частоты, управление осуществлялось по датчикам давления. Насосы работали с производительностью 10, 3 и 2 м3/ч. Эксплуатация данной системы показала, что насос с наибольшей производительностью работал с дебитом выше допустимого значения, что приводило к так называемому «сухому ходу» насоса и срабатыванию защиты от перегрева. Постоянная работа повышенным дебитом вызывала пескование скважины, что требовало периодических прокачек.
Вынужденные простои насоса с максимальной производительностью приводили к работе с повышенными дебитами два оставшиеся насоса, что также отрицательно сказывалось на песковании скважин, износе рабочих колес насосов, снижая тем самым их КПД. Недостатки в проектировании системы водозабора приводили к тому, что усредненная производительность не превышала 10 м3/ч при установленном значении 15 м3/ч.
Авторами проведена модернизация указанной системы, направленная на увеличение производительности водозабора, сокращение затрат электроэнергии, защиту двигателей насосов от перегрева, перегрузок по току и устранение пескования скважин. Функциональная схема системы представлена на рисунке.
Рис. Система управления водозабором: 1 – скважина; 2 – насос; 3 – двигатель; 4 – датчик уровня; 5 – механический фильтр; 6 – преобразователь частоты; 7 – щит управления; 8 – датчик потока; 9 – датчик давления; 10 – электромагнитный клапан; 11 – емкость; 12 – датчики уровня; 13 – насосная станция 2-го подъема; 14 – фильтры-обезжелезиватели; 15 – коллектор
Каждая скважина была оборудована погружным скважинным насосом (ПСН) Subteck 2 c двигателем 3 мощностью 4 кВт и частотным преобразователем (ПЧ) Hitachi 6, что позволило регулировать расход воды по каждой скважине с обеспечением плавного пуска, останова, защиты от «сухого хода», перегрузок по току, выхода питающего напряжения за допустимые границы, контроля наличия напряжения на каждой фазе.
К щиту системы управления водозабором (СУВ) на основе контроллера Koyo DirectLogic 06 подключены аналоговые датчики потока 8 каждой скважины и датчик давления 9 в коллекторе 15. Обмен данными между щитом управления 7 и ПЧ на скважинах осуществляется по интерфейсу RS-485 (протокол Modbus).
СУВ с регулированием потока защищает скважины от работы с дебитом выше максимального, что в совокупности с плавным пуском и остановом сводит к минимуму пескование скважин и обеспечивает более щадящий режим их работы. По значению датчика давления контроллер выдает управляющее воздействие на запуск (при давлении ниже значения запуска) и останов (при давлении выше значения останова) насоса. Защиту от сухого хода обеспечивает реле уровня воды в скважине с погружным электродом 4. Защита двигателя от перегрева осуществляется контролем числа пусков/остановов и остановом насоса при снижении потока ниже минимального значения, обеспечивающего необходимое охлаждение двигателя [2]. Контроль числа пусков/остановов — программно, путем создания задержки перед пуском, определяемой регламентом частоты пусков/остановов. После останова по любой причине следующий запуск будет произведен по истечении времени задержки. Информация о ходе технологического процесса отображается на сенсорном дисплее. Система оборудована GSM-модемом, позволяющим осуществлять дистанционный мониторинг процесса водозабора с удаленного ПК.
Проведенная модернизация системы снизила разброс производительности насосов, увеличила общий объем добываемой воды до 17,5 м3/ч и повысила их экономичность. Затраты электроэнергии на добычу 1 м3 воды снизились в два раза (с 1,5 до 0,7 кВт·ч). Система управления водозабором исключила работу насосов на «сухом ходу», что способствовало увеличению ресурса работы водоподъемного оборудования и артезианских скважин. Для совершенствования работы системы предусмотрено автоматическое ведение журнала событий, что упрощает диагностирование системы и способствует выработке рационального режима эксплуатации насосного оборудования.
ВЫВОДЫ
Рассмотренная система управления водозабором позволяет повысить ресурс работы артезианских скважин и водоподъемного оборудования и при этом снизить затраты на добычу воды для производства питьевой воды.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Суреньянц водозаборов подземных вод / , . – М.: Стройиздат, 1989. – 81 с.
2. Пресс-служба компании . Оптимизация режимов пуска скважинных насосов // Водоснабжение и санитарная техника.- 2008. -№ 5.-С.20-23.
GROUNDWATER INTAKE CONTROL SYSTEM FOR DRINKING WATER PRODUCTION
M. S. Makarov, S. P. Serdobincev
In this article it's considered the groundwater intake control system for drink water production, which provided economic and reliable maintenance of deep wells and pump equipment.
