Минимизация стоимости жизненного цикла канализационных насосных станций

Нередко решающим фактором при выборе новой канализационной насосной системы или замене старой являются первоначальная стоимость оборудования. Но, как показывает практика, эти инвестиции – лишь верхушка айсберга. Под водой скрываются эксплуатационные расходы. Именно поэтому инженеры-проектировщики проводят анализ стоимости жизненного цикла оборудования (СЖЦ или LCC[1]).

Что скрывает СЖЦ?

Стоимость жизненного цикла любой единицы оборудования – это сумма всех расходов на её приобретение, установку, эксплуатацию, техническое обслуживание, списание и утилизацию. Определение СЖЦ поможет подобрать наиболее экономичное решение из имеющихся вариантов.

Согласно руководству, разработанному Институтом гидравлики (Hydraulic Institute, USA), стоимость жизненного цикла насосного оборудования вычисляется по формуле:

СЖЦ = Сп + См + Сэ + Спл + Со + Спр + Сос + Су , где

Сп – первоначальные затраты на приобретения насосов и принадлежностей;

См – стоимость установки и пусконаладки. Принимается в расчёт в случае, если сравниваются изделия различного типа, формы и количества;

Сэ – затраты на электроэнергию, требующуюся для функционирования системы, включая привод насоса, средства управления и любые дополнительные устройства;

Спл – эксплуатационные расходы;

Со – стоимость ремонта и технического обслуживания;

Спр – издержки вследствие простоя;

Сос – расходы на охрану окружающей среды;

Су – затраты на списание и утилизацию.

Уровни значимости указанных факторов при поиске оптимального решения сильно отличаются в каждом индивидуальном случае. При ближайшем рассмотрении восьми базовых составляющих уравнения СЖЦ становится очевидным, что более внимательно необходимо изучить лишь три из них: Сп, Со и Сэ.

Согласно исследованиям специалистов компании GRUNDFOS, ведущего мирового производителя насосного оборудования, затраты на ремонт и техническое обслуживание, приобретение и электроэнергию для крупных канализационных насосов распределяются следующим образом: Сп – 10%, Сэ – 85% и Со – 5% (см. рис. 1).

Остановимся подробнее на каждой из этих величин, рассмотрим, от чего она зависит и есть ли возможность сократить указанные затраты.

Инвестиции на покупку и монтаж оборудования

Сегодня большой популярностью пользуются комплектные канализационные насосные станции (КНС). Они представляют собой резервуар с насосами, шкафами управления, трубопроводами и арматурой (задвижками, клапанами). Такие станции имеют относительно небольшие размеры – новая КНС диаметром 1,4 метра заменяет традиционную станцию диаметром 12 метров. Это позволяет существенно сократить затраты на проведение земляных работ. Снижаются объёмы строительства, а соответственно, и стоимость сооружения по сравнению с традиционными решениями из железобетона.

Также сокращается и время возведения станции, ведь единый поставщик – гарантия того, что все компоненты тщательно подобраны и отвечают самым строгим требованиям. Монтаж осуществляется значительно быстрее, чем при использовании отдельных элементов (зачастую разных производителей). «На протяжении нескольких лет мы наблюдали, как заказчики комбинировали наши канализационные насосы с колодцами других поставщиков. Иногда система работала отлично, а в некоторых случаях результат не оправдывал ожиданий. Монтажники были вынуждены долго «подгонять» различные составляющие конструкции друг к другу, – рассказывает Игорь Кинаш, заместитель директора департамента по реализации проектов компании GRUNDFOS. – Так появилась концепция канализационной насосной станции «под ключ».

Затраты на электроэнергию

Можно ошибочно предположить, что расчёт стоимости электроэнергии, которую потребляет насос в течение срока службы, – лёгкая задача. Нужно лишь взять из каталога модель, определить рабочую точку по соответствующей характеристике, найти потребление в ней и умножить на число рабочих часов и стоимость кВт энергии. Однако на деле при вычислении затрат на электроэнергию в течение всего срока службы канализационных насосов нужно учитывать целый ряд факторов.

1. Износ оборудования и вероятность засора

Канализационные насосы перекачивают жидкости с различным количеством включений (см. рис. 2), наличие которых приводит к преждевременному износу оборудования и снижению его энергоэффективности на 3-5% каждый год.

Избежать проблемы позволяет использование насосов с рабочим колесом, имеющим большой свободный проход и простую конструкцию. Такой элемент будет меньше подвергаться абразивному износу, а значит, обеспечит большую эффективность работы системы.

«Если сравнить две трубы – прямую, имеющую одинаковый диаметр на всём протяжении, и изогнутую, в которой входное отверстие меньше выходного, очевидно, что первая вряд ли засорится, в то время как вероятность того, что забьется вторая  - очень велика. Так же и в насосах, – отмечает  Игорь Кинаш (GRUNDFOS). – Простота гладкой трубы легла в основу разработки незасоряющегося рабочего колеса S-tube, используемого в канализационном оборудовании серии SE1 и SL1 (см. рис. 3). Это одноканальное рабочее колесо с улучшенной гидравликой. Его конструкция исключает края, зоны нечувствительности или элементы, подверженные износу, поэтому оно более эффективно по сравнению с другими моделями рабочих колёс своего класса».

Рабочее колесо типа S-tube также является отличным вариантом решения ещё одной распространённой проблемы, появляющейся при эксплуатации канализационных насосов, – опасности блокировки. Она возникает, когда грязь и длинные волокна заполняют полость между рабочим колесом и корпусом насоса. S-tube имеет режущий элемент, а также импульсную систему промывки. Небольшие включения смываются назад к впускному отверстию рабочего колеса и откачиваются. Гладкий профиль гидравлической части трубчатого типа гарантирует меньший абразивный износ и улучшает защиту от засоров, поддерживая при этом высокий КПД.

2. Переменная нагрузка

Рабочая точка насоса редко постоянна и варьируется в зависимости от времени суток, в течение года или в течение срока службы оборудования. Выбор насоса с высокой эффективностью в рабочей точке может оказаться хорошим решением на короткое время и совершенно не правильным в длительной перспективе.

Более рационально и эффективно управлять насосами позволяет применение преобразователей частоты и современных систем управления, контроля и защиты. Эти меры дают возможность реализовать различные вспомогательные функции, не доступные обычным нерегулируемым системам, например:

ü  плавное заполнение трубопроводов (защита от гидроударов и разрывов изношенных коммуникаций);

ü  дополнительная защита насосов от перегрева, скачков напряжения, блокировки рабочего колеса, недогрузки и т.д.;

ü  реверсивное вращение;

ü  интеллектуальные алгоритмы энергосбережения;

ü  ПИД-регулирование группой насосов;

ü  дистанционный контроль системы и т.д.

Расходы на техническое обслуживание

Как правило, расходы на техническое обслуживание оборудования делятся на плановые и неплановые. Первые могут варьироваться в зависимости от различных факторов, например:

·         Стоимости насоса;

·         Стоимости обслуживания насоса;

·         Опыта работы персонала;

·         Вероятности отказа оборудования и его последствий.

Незапланированные расходы на техническое обслуживание тоже можно оценить. Высококвалифицированный и опытный специалист, оперируя брендом и удобством обслуживания оборудования, может назвать примерную стоимость его ремонта, с учётом выполняемого обслуживания насоса, трудозатрат и стоимости запасных деталей.

Предупредить и предотвратить проблемы, возникающие в процессе эксплуатации насосов, позволяет применение различных реле и датчиков. Эффективным способом оценки системы является её полный аудит:

·      Снятие расходно-напорных характеристик поможет оценить не только работу насоса, но и всей системы (засорение, утечки, наличие воздуха и пр.);

·      Замер электрических параметров позволяет оценить скачки напряжения, рассогласование фаз, потребляемую мощность.

Подобные замеры дают возможность сократить вероятность повреждений оборудования и оптимизировать работу установки.

Опыт применения комплектных канализационных насосных станций

В 2012 году в Омске открылся распределительный центр сети «Магнит». Ещё на стадии проектирования инженерных систем, в частности, ливневой канализации, специалисты отметили невозможность транспортировки сточных вод самотёком. Было принято решение об установке комплектных КНС. Исходя из анализа стоимости жизненного цикла возможных решений, было выбрано следующее оборудование:

Ø Одна КНС для отведения ливневых стоков с габаритными размерами 3000х3х8000 мм, производительностью 1116 м3/ч и напором 20 м, включающая три насоса типа S.

Ø Две КНС для отведения хозяйственно-бытовых стоков с габаритными размерами 1800х2х5000 мм, производительностью 36 м3/ч и напором 20 м, включающие каждая по два насоса типа SLV.

Резервуары станций изготовлены из армированного стеклопластика – материала, устойчивого к гниению, износу и другим негативным воздействиям. Благодаря такому решению КНС сохраняют герметичность в течение всего срока службы.

Экономить средства можно благодаря автономному режиму работы КНС, когда перекачка стоков осуществляется без вмешательства технического и диспетчерского персонала. Система управления Modular Controls непрерывно контролирует уровень жидкости в приёмном резервуаре и подаёт сигнал на пуск/останов насосов. В случае аварийной ситуации интеллектуальная система передаст сообщение на пульт, компьютер или мобильный телефон диспетчера.

Расчёт стоимости жизненного цикла – инструмент, который позволяет минимизировать затраты на создание и эксплуатацию насосных систем. Сократить расходы помогает оборудование, которое не требует сложного монтажа и имеет продуманную конструкцию, а также внедрение интеллектуальных систем управления.