Комплексный подход в решении инженерных проблем водоснабжения Подольска

М. М. Семин, директор МУП «Водоканал»  г. Подольска

Система водоснабжения г. Подольска включает 97 артезианских скважин, 13 насосных станций 2 и 3 подъема, 17 подкачивающих станций, водопроводную сеть протяженностью более 320 км. Ежесуточно в город подается более 110 тыс. м³ питьевой воды.

Система водоотведения состоит из системы самотечной канализации (280 км), 10 КНС и очистных сооружений, ежедневно принимающих в среднем 120 тыс. м³ стоков.

Ежесуточное потребление электроэнергии системы «Водоснабжения и Канализации» составляет примерно 200 тыс. кВт. Затраты на электроэнергию составляют четверть от себестоимости тарифов «Водоснабжения и Канализации».

В 1987 году в г. Подольске существовал ужасный дефицит питьевой воды. В том же 1987 году был пущен в эксплуатацию крупнейший водозаборный узел – Деснинский мощностью 50 тыс. м³/сутки. Казалось бы, проблема должна была исчезнуть. Но не исчезла. В попытках разобраться в причинах этого процесса и путях его решения город вынужден был прийти к энергосберегающим мероприятиям, только последовательное внедрение которых позволило снять проблему.

Для комплексного решения задачи было необходимо постоянно помнить о трех ее составляющих:

1. Качество услуги (непрерывность, надежность и безопасность).

2. Эффективность производства (оптимальные затраты на производственные услуги).

3. Экономия натуральных ресурсов (воды, тепла, электроэнергии).

Опыт эксплуатации систем водоснабжения и канализации города свидетельствует о том, что если в водоканале нет оперативной информации о состоянии сети водопровода, объектов водоснабжения и канализации, то трудно ориентироваться в постоянно меняющейся ситуации с водопотреблением, велик риск «случайностей», часты отказы в работе оборудования, не поддающиеся объективному анализу. Решения в таких случаях принимает самый опытный рабочий участка – как правило, это слесарь. В таких случаях невозможно говорить о какой-то системности в работе и тем более об энергоэффективности.

На нашем предприятии в начале 1990-х появилась система контроля над основными объектами водоснабжения и водопотребления (крупные котельные и ЦТП), информация об основных параметрах по радиоканалу стала поступать на компьютер в диспетчерскую с периодичностью в полчаса с накоплением данных. Эта система постоянно расширяется, количество объектов увеличивается, объем информации растет, по мере развития средств электроники совершенствуется и способ передачи данных. Мы стали видеть и понимать, что происходит в нашей системе, где мы проигрываем. Самой уязвимой оказалась водопроводная сеть – основные потери производства происходят именно на этом участке системы:

• перебои водоснабжения, зависящие от неравномерности водопотребления;

• перебои или внезапное прекращение подачи воды в результате частых аварий на водопроводных сетях;

• перебои водоснабжения в результате аварий на насосных станциях.

Гидравлический удар, повышенные и пониженные напоры, неисправные трубопроводы, плохое техническое состояние трубопроводов в целом, запорной арматуры, методы работы (чеканка соединений, заделка свинцом и цементом) столетней давности, высокая аварийность, несбалансированность зон действия насосных станций с сетью подачи и распределения воды – вот основная причина отказов.

В советские времена (город активно строился с 1960-х годов) к водопроводной сети относились легкомысленно. В результате мы получили систему низкого качества.

Анализируя информацию с компьютера диспетчера, нам удалось, сократив гидроудары по сети, изменить режимы функционирования станций так, чтобы они не мешали работе друг друга и не двигали по сети воду в зависимости от времени суток то в одну то в другую сторону по магистрали.

МУП «Водоканал» г. Подольска

Возникла проблема с топологией сети. Раньше полгорода обслуживали ЖКО заводов, которые после приватизации были ликвидированы, а документация утеряна. В Мосводоканале мы впервые увидели геоинформационную систему, позволяющую наносить и корректировать в рабочем режиме сведения по водопроводной сети. Шесть лет ушло на то, чтобы компьютеризировать водопроводную сеть.

С 2001 года на нашем предприятии появилось мощное средство компьютерного моделирования сетей водоснабжения MIKE NET. Программа MIKE NET позволяет выполнить конструкторский расчет водопроводной сети, т. е. определить оптимальные диаметры с заданным расходом и давлением, потери напоров по длине трубопроводов, пьезометрические напоры, потокораспределение по сети, и рассчитать зону действия насосных станций, водозаборных узлов в целом.

Очистные сооружения г. Подольска

Имея данные на компьютере диспетчера об основных параметрах насосных станций, топологии сети, характере абонентов и режимах водопотребления, с помощью MIKE NET можно определить, что оптимальнее – реконструировать сеть или изменить зону действия насосной станции, а также определить необходимые параметры насосной станции, сравнив их с существующими, т. е. принять технически обоснованные решения.

Например, сравнение паспортных и фактических параметров насосных агрегатов при натурных замерах мгновенных значений и расчет КПД показал, что большинство насосных станций работает с низким КПД. Почему? То ли это результат оптимизации водопроводной сети, то ли ошибка при выборе насосных агрегатов, то ли снижение потребления воды.

Среди причин может быть погрешность в расчете КПД. Попытки в 2000 году установить на одной из станций регулируемый привод без учета особенностей района водопроводной сети положительного результата не дали, т. к. не было зонирования.

В городе на всех небольших подкачивающих станциях, работающих на группы зданий, применяются станции управления насосными агрегатами с регулируемым приводом на базе насосов «Грундфос»:

• автоматический режим, дистанционное управление;

• надежность – низкие эксплуатационные затраты;

• экономия электроэнергии и воды, т. к. станция поддерживает заданное давление, снижая обороты насоса до полной остановки, что часто из-за отсутствия утечек происходит ночью в домах-новостройках.

Таблица (подробнее) Сводная таблица потерь от дросселирования и понижения КПД на объектах МУП «Водоканал» г. Подольска

Но самое главное – мы получили надежное непрерывное водоснабжение. С крупными станциями такое возможно только после зонирования, как правило – реконструкции станции с заменой насосного агрегата. Данные мероприятия требуют капитальных затрат: только после этого становиться ясно, на какую мощность двигателя нужен регулируемый привод.

При таких темпах строительства, которое развернуто сейчас в области в целом и у нас в г. Подольске в частности, регулируемые привода должны постепенно вводиться с расчетом на перспективу.

Станция управления автоматической канализационной насосной станции № 9

За счет проведения мероприятий по оптимизации сети с применением небольших автоматических подкачивающих станций на группы зданий, начиная с 2001 года нами выведены из эксплуатации четыре крупные насосные станции в центре города. Попутно решены экологическая и санитарная проблемы самих объектов.

Вместе с тем в настоящее время использованы еще не все резервы. Это видно из таблицы потерь от дросселирования в сравнении с действием привода – 8,850 тыс. руб. в год.

Машинное отделение КНС 1

Особо хотелось коснуться применения полиэтилена в строительстве и реконструкции сетей водопровода и канализации.

В 90-х годах количество аварий на сетях водопровода было свыше 2,5 тыс. в год, в т. ч. 360–380 аварий с раскопками и длительным отключением абонентов. Аварии строго не фиксировались, т. к. до устранения многих из них дело не доходило. В 2004 году повреждений на сетях, связанных с раскопками, – 114.

Применение при новом строительстве и ремонте в качестве основного материала труб из полиэтилена низкого давления обеспечило прорыв в темпах реновации сетей, высокое качество и надежность трубопроводов.

Особенности применения трубопроводов из полиэтилена (ПНД) связаны со свойствами материала:

• диффузионная способность и свойство памяти при строгом соблюдении технологии сварки обеспечивают, по сути, цельную трубу, не имеющую разъемных соединений, со сроком службы 50 лет;

• технологии соединения трубопроводов надежны, технологичны и безопасны по сравнению с традиционными, а главное, менее трудоемки.

Благодаря пластичности труба может использоваться в бестраншейных технологиях:

• труба в трубу;

• ГНБ;

• метод разрушения в старом канале;

• пневмопробойник;

• непосредственное продавливание в грунт.

Машинное отделение водопроводной станции второго подъема (Деснинский ВЗУ)

По сравнению с другими методами работы на трубопроводах полиэтилен – новая труба, а не отремонтированная старая. А благодаря применению этих технологий в городе стало возможным ежегодно ремонтировать и строить более 10 км напорных трубопроводов. Также за последние десять лет по пальцам можно сосчитать случаи аварий на них.

Темпы ремонта и строительства заставили нас развивать собственную проектную группу, а позиция администрации Московской области к благоустройству городов заставляет отказаться от открытых способов прокладки и ремонта трубопроводов в городе. Комплекс мероприятий по энергосбережению обернулся решением проблемы.

Ленточный пресс-фильтр (очистные сооружения)

В 2004 году нами зафиксировано 882 жалобы от населения; 449 из них были спровоцированы нами в течение двух недель при переключении на сетях с выводом из эксплуатации насосной станции «Пионерская» в микрорайоне Шепчинки. При этом возникли перебои в период переключения абонентов микрорайона. Они не носили массовый характер и не были затяжными.

В 2004 году нами завершена программа реконструкции городских КНС (10 штук), после чего станции были переведены в автоматический режим, а персонал на большинстве из них выведен. На самых крупных 1 и 2 КНС (производительность 14 и 17 тыс. м³/сутки) в задачи персонала входит обеспечение безопасности и поддержание чистоты помещений, в технологический процесс они практически не вмешиваются.

Станции построены на базе погружных насосов Flught, АВС, «Грундфос». Мы использовали такие свойства насосов, которых раньше не было:

• возможность работы в погружном варианте;

• низкая энергоемкость (в 2 раза по сравнению с аналогичным отечественным оборудованием);

• низкая материалоемкость;

• высокая надежность и почти полное отсутствие затрат на эксплуатацию;

• возможность контролировать основные параметры агрегата, не доводя его до аварии.

Эти свойства, кроме экономии электроэнергии, сняли эксплуатационное бремя, перестали работать аварийные выпуски КНС – повысилась экологическая безопасность объектов.

Крупным энергопотребляющим объектом в системе водоотведения города являются Подольские городские очистные сооружения. По сути - это большой химический завод, ежемесячно потребляющий полмиллиона киловатт электроэнергии. Мероприятия по энергосбережению на этом объекте – отдельная тема для разговора.

Подольские очистные сооружения находятся в состоянии, близком к началу реконструкции. Ведутся проектные работы и перспективой предусмотрено, кроме глубокой очистки до норм рыбохозяйственных водоемов, использование биогаза в когенерации с получением электроэнергии и тепла, высвобождением больших территорий, занятых иловыми картами, и снижением энергопотребления в целом в 2,5 раза.

Большой пользой в повышении энергоэффективности ЖКХ может и должен служить процесс перехода на приборный учет водопотребления в муниципальном жилом фонде (80 % потребления). Водо-счетчики в квартирах позволяют регулировать водопотребление. Эти системы действуют в Европе. В Финляндии еще 10 лет назад в Хельсинки осуществлялась реконструкция насосного оборудования одной из станций с целью снижения мощности после перехода на расчеты с населением по приборам учета. Этот основной резерв у нас почему-то до сих пор не задействован.

В заключении следует отметить, что сдерживающим фактором в развитии полиэтиленовых технологий в водопроводном хозяйстве является отсутствие элементных сметных норм и единичных расценок в базисном уровне цен 2000

года на работы с применением современных технологий:

• укладка трубопроводов диаметром свыше 300 мм для водопровода, 400, 500, 630 мм и т. д.;

• бестраншейная прокладка трубопроводов методом ГНБ;

• в перечне используемых материалов учтены трубы ПНД «С», а на практике применяется ПЭ 80 SDR 13.6;

• единичные расценки на укладку трубопроводов из полиэтилена не включают в себя стоимость работ и материалов для присоединения к чугуну и стали;

• использование в строительстве наружной канализации раструбных ПВХ-труб диаметром до 315 мм.