Пособие по проектированию автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения (к снип 2.04.02-84)


ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ СОЮЗВОДОКАНАЛПРОЕКТ ГОССТРОЯ СССР

ПОСОБИЕ

по проектированию автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения

(к СНиП 2.04.02-84)

Утверждено

приказом СоюзводоканалНИИпроекта от 5 марта 1985 г. №41

Рекомендовано к изданию техническим советом Союзводоканалпроекта Госстроя СССР.

Содержит сведения об объемах автоматизации, технологического контроля и системах управления водопроводными сооружениями. Для инженерно-технических работников проектных организаций.

При пользовании Пособием следует учитывать утвержденные изменения строительных норм и правил и государственных стандартов, публикуемые в журнале „Бюллетень строительной техники" Госстроя СССР и информационном указателе „Государственные стандарты. СССР" Госстандарта.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Пособие разработано на основании проведенных исследований, обобщения отечественного и зарубежного опыта проектирования и эксплуатации систем автоматизации водопроводных сооружений, а также „Инструкции по проектированию автоматизации и диспетчеризации систем водоснабжения" (СН 516-79).

В Пособии приведены рекомендуемые объемы технологического контроля, автоматизации, диспетчерского управления и телемеханизации в сетях и на сооружениях, обеспечивающих нормальную эксплуатацию систем водоснабжения; освещены основные вопросы проектирования автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) водоснабжения; приведена методика расчета экономической эффективности АСУ ТП и системы телемеханизации (как первого этапа) для определения целесообразности их проектирования.

По мере накопления опыта эксплуатации установок автоматизации, а также появления новых разработок и результатов исследований Пособие будет дополнено принципиальными схемами и решениями по автоматизации отдельных механизмов и систем, методикой расчета технико-экономического обоснования выбора регулируемого привода и другими материалами.

Пособие разработано Союзводоканалпроектом — инженеры П.А. Беленькая, А.Е. Высота, И.М. Хинчин (разд. 1—4) совместно с ВНИИ ВОДГЕО ?? д-р техн. наук Д.Н. Смирнов, кандидаты техн. наук Б.С. Лезнов, Я.Н. Гинзбург, инж. А.С. Дмитриев (разд. 1 и 2) и АКХ им. К.Д. Памфилова ?? кандидаты техн. наук И.С. Эгильский, Т.А. Урнова, В.В. Финкельштейн (разд. 5).

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Система автоматического управления предусматривается на всех сооружениях водоснабжения.

1.2. При определении объема автоматизации сооружений водоснабжения учитываются их производительность, режим работы, степень ответственности, требования к надежности, а также перспектива сокращения численности обслуживающего персонала, улучшение условий труда работающих, снижение потребления электроэнергии, расхода воды и реагентов.

1.3. Контролируемые параметры определяются исходя из принятой степени автоматизации сооружений, условий их эксплуатации и требований органов санитарно-эпидемиологической службы к составу и свойствам воды.

1.4. Система автоматизации сооружений водоснабжения должна предусматривать: автоматическое управление основными технологическими процессами в соответствии с заданным режимом или по заданной программе; автоматический контроль основных параметров, характеризующих режим работы технологического оборудования и его состояние; автоматическое регулирование параметров, определяющих технологический режим работы отдельных сооружений и их экономичность.

1.5. При разработке систем автоматизации, телемеханизации и технологического контроля, как правило, необходимо использовать приборы и оборудование, серийно изготовляемые промышленностью, а также типовые конструкции.

1.6. Для автоматизации сооружений с большим количеством объектов управления или технологических процессов с количеством логических операций свыше 25 целесообразно использовать микропроцессорные контроллеры вместо релейно-контактной аппаратуры.

Применение микропроцессорных контроллеров является прогрессивным направлением развития автоматики.

Контроллер обеспечивает управление объектом или группой объектов, работающих независимо друг от друга или взаимосвязанных одной технологической системой, позволяет осуществлять логические зависимости программным путем без вмешательства в его устройство, а также менять программу в случае необходимости в процессе работы.

1.7. Для измерения параметров, контроль которых еще не автоматизирован, должен быть предусмотрен лабораторный контроль.

1.8. Система автоматического управления должна предусматривать возможность местного управления отдельными устройствами или сооружениями.

2. ПАРАМЕТРЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

ВОДОЗАБОРНЫЕ СООРУЖЕНИЯ

2.1. На водозаборах поверхностных вод предусматривается автоматическая промывка вращающихся сеток.

2.2. Автоматическую промывку вращающихся сеток рекомендуется выполнять по перепаду уровней до и после сеток (длительность промывки устанавливается программным реле) и по временной программе, при этом должна быть предусмотрена возможность изменения интервала между промывками, уточняемого в процессе эксплуатации сооружения.

2.3. На водозаборах подземных вод при переменном водопотреблении рекомендуется предусматривать следующие способы управления насосами:

дистанционное или телемеханическое — по командам из пункта управления (ПУ);

автоматическое — в зависимости от уровня воды в резервуаре;

автоматическое—по давлению в сети.

2.4. Технологические параметры, подлежащие контролю на водозаборных сооружениях, приведены в табл. 1.

Таблица 1

Контролируемый параметр

Вид информации

Цель измерения или сигнализации

Водозаборные сооружения поверхностных вод

Уровень воды в водоеме и водоприемном колодце

Измерение

Контроль

Перепад уровней на вращающихся сетках

Сигнализация

Автоматизация промывки

Водозаборные сооружения подземных вод

Температура в наземном павильоне или заглубленной камере

Сигнализация

Контроль, автоматизация электроотопления

Расход воды от каждого водозаборного сооружения (скважины, шахтного колодца и т.д.)

Измерение

Контроль

Аварийный уровень воды в скважинах, уровень воды в приемных колодцах

Сигнализация

Отключение насоса при аварийном понижении уровня

Давление в напорном трубопроводе каждого водозаборного сооружения

Измерение

Контроль

Открывание дверей

Сигнализация

«

НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ

2.5. Схема автоматизации должна обеспечивать пуск и остановку насоса при поступлении управляющего импульса и аварийное отключение насоса при срабатывании электрических и технологических защит.

Все вспомогательные операции (открывание и закрывание задвижек, заливка насосов, охлаждение подшипников и т.д.), связанные с пуском и остановкой насосов, а также включением резервных насосных агрегатов, за исключением агрегатов станций третьей категории надежности действия, должны выполняться автоматически.

2.6. При аварийном отключении насоса в результате действия защитных устройств схемы управления насосами с пуском и остановкой на закрытую задвижку должны обеспечивать последующее автоматическое закрывание задвижки. При неисправности задвижки в процессе пуска насос следует отключить.

2.7. Для упрощения схемы автоматизации и повышения ее надежности насосы, как правило, рекомендуется устанавливать под заливом.

При необходимости применения принудительного залива его следует контролировать с помощью датчиков, исключающих возможность включения незалитого насоса.

2.8. Схема автоматизации пуска насоса при принудительном заливе. зависит от принятого способа залива:

в случаях поагрегатного оборудования насосов вакуум-насосами при подаче импульса на включение насосного агрегата схема автоматизации должна обеспечивать включение вакуум-насоса, контроль залива, включение насосного агрегата и отключение вакуум-насоса после пуска насосного агрегата;

в случае залива насосов от общей вакуум-установки при подаче импульса на включение насосного агрегата схема автоматизации должна обеспечивать включение вакуум-насоса, подключение насоса к вакуумной линии, контроль залива, включение насосного агрегата с последующим отключением его от вакуумной линии и отключение вакуум-насоса.

На случай срыва вакуума необходимо предусматривать автоматическое повторное включение вакуум-насоса или автоматическое включение резервного вакуум-насоса.

2.9. При заливе насосов с помощью вакуум-котла предусматривается автоматическая работа вакуум-насосов в зависимости от уровня воды в вакуум-котле. При подаче импульса на включение насосного агрегата необходимо предусматривать автоматическое отключение его от вакуум-котла.

2.10. На автоматизированных насосных станциях должно быть предусмотрено автоматическое отключение рабочих насосов при затоплении машинного зала.

2.11. Для насосных установок с переменным режимом работы необходимо предусматривать возможность регулирования выходных параметров (давления, подачи) насосных агрегатов.

Режим работы установки рекомендуется регулировать изменением количества работающих агрегатов, дросселированием потока воды в напорных коммуникациях станции, изменением частоты вращения насосов.

2.12. Регулирование частоты вращения насосов требует применения специальных видов электропривода, а именно: привода с многоскоростными электродвигателями — двух- и многоскоростных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей переменного тока;

привода с индукторными муфтами скольжения ?? асинхронных короткозамкнутых электродвигателей переменного тока;

привода по схеме асинхронно-вентильного каскада — асинхронных электродвигателей переменного тока с фазным ротором;

частотного привода ?? асинхронных короткозамкнутых электродвигателей переменного тока;

привода на базе вентильного электродвигателя ?? синхронных электродвигателей переменного тока.

2.13. Применение регулируемого привода, с одной стороны, стабилизирует давление в водопроводной сети, и за счет этого обеспечивается экономия электроэнергии на подачу воды, сокращаются утечки и непроизводительные расходы воды, появляется возможность уменьшить площадь насосных станций путем увеличения единичной мощности насосных агрегатов и уменьшения их количества. С другой стороны, регулируемый привод усложняет эксплуатацию оборудования, требует более квалифицированного обслуживания, приводит к увеличению капитальных затрат. При разработке технико-экономического обоснования эти факторы должны быть учтены и сопоставлены по приведенным затратам согласно существующим методикам.

Применение системы автоматического регулирования (CAP) с регулируемым приводом, как правило. обеспечивает экономию электроэнергии на 5—15 %, а в отдельных случаях — на 20 %. Расход воды за счет сокращения утечек и непроизводительных расходов уменьшается на 3—4 %.

2.14. Обычно CAP с регулируемым приводом целесообразно применять в насосных установках сравнительно большой мощности (75-100 кВт и выше), характеризующихся существенной неравномерностью подачи и большой динамической составляющей высоты водоподъема, т.е. большой крутизной характеристики сети. Крутые характеристики сети обычно соответствуют протяженным водоводам и расположению насосной станции на тех же или более высоких геодезических отметках, что и потребитель. Неравномерность подачи воды характеризуется параметром ?? и равна:

,

где Qмин ?? минимальное значение секундной подачи в течение расчетного периода, например года;

Qмакс ?? максимальное значение секундной подачи за тот же период.

Крутизна характеристики сети Н??п определяется соотношением

,

где Н??п ?? противодавление, определяемое статической составляющей высоты водоподъема или работой других насосов, подающих воду в ту же сеть;

Нмакс ?? полная высота водоподъема, соответствующая подаче Qмакc.

Применение CAP с регулируемым приводом обычно экономически оправдано в насосных установках с агрегатами мощностью 75 кВт и выше с параметрами ?? и Нп не более 0,8—0,85.

В менее мощных установках регулирование целесообразно осуществлять дросселированием потока воды в напорных коммуникациях станций. Для дросселирования целесообразно применять дроссельные затворы, а не задвижки, являющиеся запорными устройствами и не предназначенные для регулирования. Дросселирование хотя и не является оптимальным способом регулирования по энергозатратам, но препятствует распространению повышенного давления в сети и, следовательно, уменьшает утечку и непроизводительные расходы воды.

2.15. При построении CAP в качестве регулируемого параметра рекомендуется использовать давление в диктующей точке (диктующих точках) сети, а в отдельных случаях — на коллекторе насосной станции. Последнее возможно, когда станция расположена вблизи потребителей, например станция подкачки городского (промышленного) водоснабжения, или когда расчетами либо экспериментами установлено соответствие между изменениями давления в напорном коллекторе и диктующей точке.

В ряде случаев в качестве регулируемого параметра может быть использован уровень воды в резервуаре или расход воды в водоводе. Рекомендации по выбору контролируемых параметров сети, водоводов и емкостей приведены в пп. 2.58-2.65.