Резервирование и оценка надежности насосных станций

Известно, что характеристика Q-Н центробежного насоса выражается кривой, близкой к параболе, и с уменьшением количества подаваемой воды происходит возрастание напора. В ряде случаев заданную величину подачи воды насосной станцией (Q) можно обеспечить несколькими вариантами, меняя количество работающих агрегатов.

Если кроме рабочих агрегатов, которые обычно подают воду в период максимального водопотребления, обеспечивая нормальный режим эксплуатации, в работу будут вклю­чены и дополнительные агрегаты (создавая тем самым так называемый форсированный режим работы), подача Q может осуществляться под большим напором, так как количе­ство воды, подаваемое каждым агрегатом, уменьшается. Этот способ повышения напо­ра в системе может быть эффективно использован, если при нормальных режимах экс­плуатации насосной станции подача воды осуществляется при нахождении рабочей точ­ки в пониженной части рекомендуемой области кривой Q-H.

Из таблицы следует, что при постоянной подаче и увеличении количества функци­онирующих агрегатов (за счет включения в работу одного дополнительного) происхо­дит уменьшение подачи воды каждым насосом от 17 до 33%.

Использование форсированного режима работы насосной станции позволяет увеличить ее напор против нормального режима на 5-12 м.

В зависимости от конкретных условий форсированный режим по-разному может быть использован для повышения надежности водоснабжения. Во многих случаях решение может быть найдено только в процессе моделирования работы системы с учетом эксплуатации насосной (насосных) станции в форсированном режиме.

В настоящее время СНиП 2.04.02-84* и существующей методикой проектирован и и резерв насосного оборудования предусматривается для замены находящихся в ремонте рабочих агрегатов (ремонтный резерв). Для создания дополнительного напора необходимо предусмотреть установку на насосных станциях специальных насосов, которые образуют оперативный резерв, предназначенный для компенсации небаланса между по­дачей воды и ее потреблением, возникающего по причине непредвиденного снижении подачи, а также на случай непредвиденного увеличения потребления.

Наряду с включением на насосной станции дополнительных агрегатов и переводом их рабочих точек в область работы с повышенными напорами для создания при форсированном режиме необходимой величины напора можно рекомендовать также следующие методы:

• создание в емкостях резервного запаса воды для подачи ее в сеть при форсированном режиме в период максимального водопотребления;
• использование в зонных системах водоснабжения возможности подачи воды при необходимом напоре из зон, размещенных на повышенных отметках, в нижерасполо­женные.

Каким образом резервные возможности будут реализованы в объекте, в значительной степени зависит от творческого подхода проектантов, и дать исчерпывающий перечень методов и приемов, пригодных для всевозможных СПРВ, затруднительно.

Для обеспечения подачи насосными станциями требуемых расходов и напоров в те­чение определенного периода времени рекомендуется:

• резервирование;
• выбор схем коммуникаций, типа насосов;
• изменения режима обслуживания;
• другие решения, направленные на повышение надежности.

Применяемые при проектировании насосных станций способы резервировании можно классифицировать по методу создания избыточности на:

• структурный;
• функциональный;
• временной и т.п.

Структурный метод резервирования

Структурный метод резервирования предусматривает использование на станциях избыточных элементов. Он получил широкое распространение в практике проектирования насосных станций. Примером является установка на станциях резервных насосов, разделительных задвижек, дублирование водоводов и т.д.

Основной характеристикой структурного резерва является кратность. Если на насосной станции I категории надежности установлено 4 рабочих насоса, то по СНиП 2.04.02-84* должно быть два резервных агрегата, т.е. m = 2/4.

Виды структурного резервирования на станциях могут различаться не только по кратности, но и по другим признакам. Так, например, по числу элементов станции, которые резервируются одновременно, можно выделить общее и раздельное резервирониние. При общем резервировании резервируемым элементом является объект в целом, а при раздельном резервируемыми являются отдельные элементы объекта или их груп­пы. Примером общего резервирования является система подачи воды на Конаковскую ГРЭС одну из крупнейших тепловых электростанций страны. Там каждый насос обо­рудован самостоятельным всасывающим и напорным трубопроводами и подает воду на определенный, только для него выделенный парогенератор, т.е. резервируется вся тех­нологическая линия приготовления пара и электроэнергии. Пример раздельного резер­вирования - принцип резервирования насосных агрегатов на насосной станции.

Другим, не менее важным признаком является степень участия резервных элемен­тов в работе станции. По нему можно выделить три вида структурного резерва:

• нагруженный (постоянный);
• ненагруженный (заменяющий);
• облегченный.

Нагруженный резерв характерен для запорно-регулирующей арматуры всасываю­щих и напорных трубопроводов, т.е. он используется в тех случаях, когда резервные эле­менты участвуют в обеспечении работы станции наравне с основными.

Примером ненагруженного резерва может служить применение насосного оборудо­вания, которое практически не работает до отказа основных агрегатов. Облегченный ре­зерв используется на станциях, где резервные агрегаты работают в более легком, чем ос­новные, режиме, например при ступенчатой работе насосной станции - агрегаты II и III ступени.

Функциональный метод резервирования

Функциональный метод резервирования предусматривает создание условий на станции, обеспечивающих взаимозаменяемость оборудования различного назначения. Он чисто используется при проектировании станций. При подборе хозяйственно-питьевых, противопожарных и других насосов учитывается возможность выполнения ими дополнительных функций, например, дублирование друг друга, обеспечение дополнительных напоров при авариях на водоводах, в сети и т.п., что позволяет создать функци­ональный резерв.

Уровень функционального резерва также оценивается кратностью. Для функцио­нального метода резервирования характерны такие виды, как раздельный при ненагруженном или облегченном режиме эксплуатации.

Временной метод резервирования

Временной метод резервирования предусматривает использование резерва для про­должительности работы станции в течение суток. Он может создаваться, например, путем применения насосов с производительностью, превышающей суточную. Этот метод ис­пользуется в условиях, позволяющих применять в системах регулирующие емкости.

Повышение надежности работы насосных станций резервированием, как и улучше­ние прочих показателей их работы, связано с оценкой эффективности резервирования по­средством вероятностных показателей. Каждое состояние насосной станции (исправное или неисправное с тем или иным неисправным элементом) характеризуется определенной производительностью (Q)и напором (Н). Зная частоту отказов отдельных узлов и элемен­тов насосной станции (λ) и время их восстановления (μ), можно определить финальные ве­роятности или среднее время нахождения насосной станции в том или ином состоянии.

Если известны минимальные требования к производительности насосной станции и ее напору, то все возможные состояния можно подразделить на подмножество, состояния которого соответствуют или выше этих требований, и подмножество, состояния которых характеризуются Q и Н ниже минимально требуемых. Выяснив далее, сколько времени в течение года насосная станция будет пребывать в каждом из этих подмно­жеств, таким образом определим надежность функционирования насосной станции.

Вернуться к списку