Канализационные насосные станции

Канализационные насосные станции (КНС) - являются неотъемлемой частью инженерных коммуникаций как жилых зданий, так и городской инфраструктуры. Их основная задача — обеспечить эффективное удаление сточных вод, предотвращая их накопление и способствуя поддержанию санитарных норм

Однако, в современных условиях, особенно в плотной городской застройке или на сложных рельефах, применение исключительно самотечной системы может быть затруднено. В таких случаях используются насосные станции для перекачки стоков, которые позволяют организовать транспортировку жидкости на значительные расстояния или при подъеме на высоту. Это особенно актуально для удаленных населенных пунктов, подземных этажей зданий и сложных инженерных систем

Область применения

Внутренние сети:

Системы водоотведения зданий

Расчет параметров дренажных насосов

Подбор и расчёт герметичных канализационных установок

Наружные сети:

Водоотведение населенных пунктов

Канализационные насосные станции

Технологии очистки бытовых сточных вод

Расчет приемного резервуара и параметров насосов

Производительность, определяет объем жидкости, который станция способна перекачать за единицу времени, и напор, характеризующий высоту подъема жидкости. Важным фактором является тип перекачиваемой среды, включая сточные воды или жидкости с твердыми включениями. Также учитывается объем приемного резервуара, который определяет возможность накопления сточных вод

Материалы конструкции станции играют ключевую роль в обеспечении долговечности и устойчивости к коррозии, а выбор типа насосов зависит от условий эксплуатации, включая необходимость измельчения твердых частиц. Электродвигатель, его мощность, энергоэффективность и наличие частотного преобразователя влияют на общую производительность и экономичность станции. Управление может включать автоматические системы с датчиками уровня и аварийной сигнализацией

Габариты и вес станции важны для удобства размещения, а уровень шума и энергопотребление влияют на комфорт эксплуатации. Дополнительно обращается внимание на системы защиты оборудования, а также на удобство обслуживания и ремонта

Для более точного определения обратимся к Своду правил:

1. Под залив: Этот способ установки предполагает, что насос размещается ниже уровня воды в резервуаре или источнике жидкости. При таком расположении насос всегда заполнен жидкостью, что исключает необходимость предварительного заполнения (залива) перед запуском. Основные преимущества этого способа — стабильная подача жидкости, минимальный риск воздушных пробок и высокая эффективность работы. Такой вариант чаще всего используется для погружных или полупогружных насосов, а также для систем, где важно обеспечить непрерывную перекачку жидкости
2. Выше уровня воды: Насос устанавливается над уровнем воды в резервуаре или источнике. Этот способ требует обязательного заполнения насоса перед запуском для предотвращения «сухого хода», который может привести к повреждению оборудования. Для повышения удобства эксплуатации используются обратные клапаны или устройства для автоматического заполнения системы. Преимущество такого способа установки — легкий доступ к насосу для обслуживания и ремонта, однако он менее надежен при наличии воздушных пробок или перепадах давления. Этот вариант обычно применяется для насосов сухой установки или в тех случаях, когда погружное оборудование невозможно использовать

Выбор способа установки зависит от характеристик перекачиваемой жидкости, высоты подъема, условий эксплуатации и требований к обслуживанию оборудования

Не допускается: Перерыв или снижение подачи сточных вод. Это применимо для объектов с высоким уровнем ответственности, где любые сбои в работе системы могут привести к серьёзным последствиям

Допускается: Перерыв в подаче сточных вод не более 6 часов. Снижение подачи в пределах, определяемых надёжностью системы водоснабжения. Эта категория актуальна для объектов средней степени ответственности

Допускается: Перерыв подачи сточных вод не более суток. Полное прекращение подачи возможно только при численности жителей, подключённых к системе, до 5000 человек. Эта категория применяется для объектов с низкой степенью ответственности, где временные сбои не создают критических ситуаций

Число рабочих насосов	Число резервных при категории надежности I	Число резервных при категории надежности II	Число резервных при категории надежности III
1	1 и 1 на складе	1	1
2	1 и 1 на складе	1	1
3 и более	2	2	1 и 1 на складе

Обвязка насосов представляет собой систему трубопроводов, арматуры и дополнительных устройств, обеспечивающих правильную работу насосного оборудования. Она играет ключевую роль в эффективной и безопасной эксплуатации насосов

Правильная обвязка насосов гарантирует их надежную работу, минимизирует риски поломок и снижает затраты на обслуживание

Скорость движения жидкости в трубопроводах канализационных насосных станций (КНС) играет важную роль в обеспечении эффективности работы системы и предотвращении засоров. Правильный выбор скорости зависит от типа транспортируемой жидкости, диаметра трубопровода, материала труб и других факторов

Это инженерные сооружения (например насосы ин-лайн с сухим ротором), где насосное оборудование размещается вне зоны контакта с перекачиваемой средой, обычно в отдельном машинном зале. Такой подход обеспечивает ряд особенностей и преимуществ, но имеет и свои ограничения

Преимущества

• Легкость обслуживания: Насосы находятся в доступной зоне, что значительно упрощает осмотры, техническое обслуживание и ремонт
• Гигиеничность: Отсутствие прямого контакта насосов с канализационной средой обеспечивает более чистые и безопасные условия для персонала

Недостатки

• Высокая стоимость: Системы с сухой установкой требуют больших первоначальных вложений на строительство и оборудование
• Риск затопления: При аварийных ситуациях или нарушении герметичности машинного зала существует вероятность затопления, особенно если используются насосы со стандартными электродвигателями

Используемые насосы

С удлинённым валом

Консольного типа со стандартными электродвигателями

Погружные «сухой» установки затопления, особенно если используются насосы со стандартными электродвигателями

КНС с погружной установкой насосов — это станции, где насосы полностью погружены в перекачиваемую среду и размещаются непосредственно внутри резервуара или колодца. Такой подход широко используется в системах канализации благодаря простоте конструкции и экономичности

Преимущества

• Экономичность: Снижение затрат на строительство машинного зала и монтаж оборудования
• Компактность: Насосы не требуют отдельного помещения, что уменьшает общий размер станции
• Надежность: Насосы рассчитаны на работу в сложных условиях, обеспечивая устойчивость к коррозии и загрязнениям
• Автоматизация работы: Современные погружные насосы легко интегрируются в системы автоматического управления

Недостатки

• Сложность технического обслуживания: Для ремонта или осмотра насос необходимо извлекать из рабочей среды
• Повышенные требования к качеству материалов: Постоянный контакт с агрессивной средой требует использования износостойких и коррозионно-устойчивых материалов

Процесс установки и извлечения погружных насосов из приемного резервуара требует соблюдения определенных технических требований, чтобы обеспечить безопасность, надежность и долговечность оборудования. Этот процесс включает несколько ключевых этапов

Установка погружного насоса

1. Подготовка оборудования и резервуара: Перед установкой необходимо проверить состояние резервуара: он должен быть очищен от грязи, мусора и посторонних предметов, которые могут повредить насос или затруднить его работу. Насос и сопутствующее оборудование следует осмотреть на предмет повреждений
2. Монтаж направляющих и опор: Установка направляющих труб или тросов (в зависимости от конструкции) облегчает монтаж и демонтаж насоса. Направляющие должны быть надежно закреплены в резервуаре и соответствовать размеру оборудования
3. Подключение к трубопроводу и электросети: Насос соединяют с трубопроводной системой через фланцевое или резьбовое соединение. Также следует подключить кабель питания к электрической сети, обеспечив герметичность ввода и защиту от влаги
4. Опускание насоса: Насос опускают в резервуар с использованием лебедки или другого подъемного механизма, чтобы предотвратить повреждение оборудования. Он должен быть установлен на штатное место или закреплен на специальной опоре, чтобы обеспечить его устойчивость и эффективную работу

Извлечение погружного насоса

1. Отключение оборудования: Перед извлечением необходимо обесточить насос, отключив его от электросети. Также следует перекрыть запорные клапаны, если они предусмотрены, чтобы исключить вытекание жидкости из системы
2. Освобождение соединений: Насос отсоединяют от трубопровода, при этом важно избегать повреждения уплотнительных элементов. Если используется направляющая система, необходимо проверить её состояние перед поднятием насоса
3. Подъем насоса: С помощью подъемного механизма насос аккуратно извлекают из резервуара, избегая рывков или перекосов, которые могут повредить оборудование или направляющие
4. Очистка и обслуживание: После извлечения насос следует очистить от загрязнений, проверить его состояние и, при необходимости, провести обслуживание: очистку рабочих колес, замену уплотнений или других элементов

Рекомендации

Правильно организованные процессы установки и извлечения погружных насосов не только повышают их надежность, но и минимизируют риски повреждений, обеспечивая эффективную работу всей системы

Регулярно проверяйте состояние направляющих, опор и крепежных элементов для предотвращения аварийных ситуаций

Используйте специальное защитное оборудование для кабелей, чтобы избежать их повреждений при эксплуатации

Выполняйте обслуживание насоса в соответствии с рекомендациями производителя для продления срока его службы

Мероприятия против затопления КНС

Для обеспечения бесперебойной работы канализационно-насосных станций (КНС) и предотвращения их затопления необходимо применять комплексные меры, включающие технические, организационные и профилактические решения

Однако комплексный подход к защите КНС от затопления включает не только технические меры, но и постоянный контроль за состоянием станции. Регулярное обслуживание, использование современных технологий и четко организованная система мониторинга позволяют минимизировать риски аварийных ситуаций и обеспечить надежную работу объекта даже в экстремальных условиях

Засорение насосов является одной из самых распространенных причин их выхода из строя, особенно в системах, где перекачиваются жидкости с высоким содержанием твердых частиц, волокнистых материалов или мусора. Для предотвращения засорения и обеспечения надежной работы насосного оборудования необходимо применять комплексные меры, которые включают как конструктивные решения, так и эксплуатационные подходы

1. Использование фильтров и решеток: Установка грубых решеток на входе в приемный резервуар для предотвращения попадания крупных твердых частиц. Применение сетчатых фильтров или корзин перед насосом для улавливания мелкого мусора и волокнистых материалов. Регулярная очистка фильтров и решеток для поддержания их эффективности
2. Конструктивные особенности насосов: Использование насосов с открытым рабочим колесом, которое лучше справляется с перекачкой жидкостей, содержащих загрязнения. Применение насосов с канальным рабочим колесом для работы с жидкостями, содержащими волокнистые материалы или абразивные включения. Установка насосов с системой измельчения (шредерами), которые измельчают твердые частицы до безопасного размера, предотвращая их застревание
3. Автоматизация и контроль: Установка датчиков контроля температуры и вибрации для обнаружения первых признаков засорения или перегрузки. Применение систем автоматической промывки насоса, которые удаляют осевшие или застрявшие частицы. Использование автоматики для отключения насоса при перегрузке, что предотвращает его повреждение
4. Профилактическое обслуживание: Регулярная очистка насосов, трубопроводов и приемных резервуаров от ила, песка и других отложений. Осмотр и замена изношенных частей, таких как уплотнения, лопасти рабочего колеса и валы. Проверка работы фильтров, шредеров и других элементов защиты
5. Оптимизация эксплуатации: Обеспечение правильного выбора насоса в зависимости от состава перекачиваемой жидкости. Например, для работы с жидкостями с высоким содержанием твердых частиц рекомендуется использовать дренажные или фекальные насосы. Установка трубопроводов с оптимальным диаметром, чтобы избежать избыточного давления или турбулентности, способствующей засорению. Избегание работы насоса на холостом ходу или с жидкостью, не соответствующей техническим требованиям оборудования

Автоматизация работы КНС играет ключевую роль в обеспечении бесперебойного и эффективного откачивания сточных вод. Основной подход заключается в управлении насосами на основе уровня жидкости в приемном резервуаре, от максимального до минимального значений

Преимущества автоматизации КНС

Надежность - минимизация риска переполнения резервуара и выхода из строя насосов

Экономичность - снижение энергозатрат за счет работы насосов только при необходимости

Долговечность оборудования - снижение необходимости в постоянном присутствии оператора

Гибкость управления - возможность программирования режимов работы в зависимости от условий эксплуатации

Являются важнейшим элементом автоматизации канализационно-насосных станций. Они обеспечивают контроль уровня сточных вод в приемных резервуарах и передают сигналы системе управления для запуска или остановки насосов, предупреждая переполнение или работу в режиме сухого хода. Разнообразие датчиков позволяет выбрать оптимальное решение для разных условий эксплуатации

Основные типы датчиков:

Поплавковые – просты и экономичны, но чувствительны к загрязнениям

Ультразвуковые – бесконтактные и точные, подходят для крупных станций, но уязвимы к пенообразованию

Емкостные – компактные и точные, но не применяются в сильно загрязненных средах

Гидростатические – надежны в глубоких резервуарах, требуют калибровки

Радарные – высокоточные, устойчивы к агрессивным средам, но дороги

Пьезорезистивные – универсальны, подходят для сложных условий

Правильный выбор датчиков уровня для канализационных насосоных станций играет ключевую роль в обеспечении стабильной работы системы. Использование современных технологий, таких как ультразвуковые или радарные датчики, повышает надежность и точность управления, снижая риски аварийных ситуаций. Регулярное обслуживание и калибровка датчиков также важны для поддержания их работоспособности в долгосрочной перспективе

Частотные преобразователи (ПЧ) играют важную роль в работе канализационно-насосных станций (КНС), обеспечивая оптимальное управление насосами и повышение энергоэффективности. Их использование позволяет автоматизировать работу системы, продлить срок службы оборудования и снизить эксплуатационные расходы

Использование ПЧ не только повышает эффективность работы КНС, но и продлевает срок службы оборудования, снижая нагрузку на его компоненты

Применение частотных преобразователей (ПЧ) в канализационно-насосных станциях (КНС) позволяет значительно снизить затраты на электроэнергию благодаря оптимизации работы насосного оборудования. Экономия достигается за счет регулирования скорости вращения насосов в зависимости от фактической потребности в перекачке сточных вод

Потребление мощности при откачке 500 м³

за 1 ч при максимальных оборотах - 28,1 кВт*ч

за 2 ч при сниженных оборотах – 10,07*2=20,14 кВт*ч

Экономия от ПЧ: (28,1-20,14)/28,1*100=28,3%

Что нужно учесть, помимо затрат на ПЧ?

минимально допустимую скорость (ограничение Nmin)

КПД ПЧ и затраты на подготовку двигателей

возможные вибрации на отдельных частотах

Для обеспечения эффективной и безопасной работы канализационно-насосных станций (КНС) требуется использование не только основного оборудования, но и вспомогательных помещений и устройств. Эти элементы способствуют автоматизации процессов, защите оборудования, удобству обслуживания и надежности всей системы

1. Электротехнические помещения: Содержат оборудование для электроснабжения - распределительные щиты, трансформаторы и частотные преобразователи. Обеспечивают защиту электрооборудования от внешних воздействий (влажности, пыли) и доступ для технического обслуживания
2. Помещения для автоматизации и управления: Устанавливаются системы управления насосами, контроллеры, серверы для мониторинга и диспетчеризации. Организуется рабочее место оператора с системами наблюдения за состоянием оборудования
3. Складские помещения: Хранятся запасные части и расходные материалы (уплотнения, рабочие колеса, инструменты для ремонта). Предназначены для быстрого доступа к необходимым деталям в случае аварий
4. Технические зоны для обслуживания: Пространства для установки и извлечения насосов, трубопроводов, очистки и ремонта оборудования. Оборудуются подъемными механизмами, такими как тали или лебедки
5. Вспомогательные резервуары: Используются для временного хранения сточных вод при отключении насосов или во время ремонта. Устанавливаются резервные системы откачки из этих резервуаров

Вывод