Ошибки проектирования насосных станций в системах холодоснабжения

0
176

Насосные станции в системах холодоснабжения предназначены для перекачки холодоносителя. За время эксплуатации система работает в различных режимах, и потому большое значение имеет не только выбор насоса, но и фильтров, регулирующей арматуры, а также средств автоматизации.

Сталкиваясь с готовыми смонтированными системами, приходится иметь дело с одними и теми же проблемами в процессе пуско-наладки и эксплуатации. В рамках данной статьи я постарался систематизировать эти ошибки и дать рекомендации по их устранению.

Основными проблемами, на мой взгляд, являются следующие:

  1. Проектирование и обратный инжиниринг
  2. Неправильный подбор фильтров
  3. Ошибки при выборе модели и места установки арматуры
  4. Ошибки в системе автоматизации.

 

Проектирование и обратный инжиниринг

При создании систем холодоснабжения можно выделить несколько путей проектирования с одновременно возникающими проблемами, которые стоит разобрать по отдельности:

  • Обратный инжиниринг
  • Проектирование

Обратный инжиниринг и вытекающие проблемы

Обратный инжиниринг (проектирование) – это разработка документации (проектной или исполнительной) на основе существующего объекта. Специалисты выезжают на действующий объект, выполняют обследование конструкций, анализируют имеющиеся документы и на основе полученных сведений пытаются спроектировать новый объект.

Основные недостатки такого метода заключаются в следующем:

  • Не оборудование подбирается на основе расчетов, а расчеты подгоняются под имеющееся оборудование
  • Проектные решения не соответствуют требованиям нормативных документов
  • Исполнительная документация не отражает фактического исполнения объекта (не возможно определить квалификацию специалистов проводивших сварочные работы, не соответствует маркировка материалов и изделий, особенно в скрытых местах (или недоступных просмотру), нет сведений
  • При подборе оборудования не учитывается реальный рабочий режим, что приводит к повышенному уровню вибраций, а также низкой производительности и эффективности насоса.

Часто встречаются объекты, смонтированные без проектной документации. Это было возможно благодаря непосредственному и постоянному участию опытных сотрудников эксплуатирующей организации в монтаже и наладке оборудования. Однако даже на таких объектах впоследствии приходилось выполнять дорогостоящие изменения.

Например, требовалось монтировать трубопроводную обвязку. На входе в насос устанавливается трубопровод с проходным сечением 150мм. Но на объекте такого не было, а сроки поставки таких изделий несколько месяцев. Было принято решение установить трубопровод с проходом 100мм. Работа насоса с такой обвязкой сопровождалась повышенными вибрациями и низкой производительностью насоса. Вскоре трубопроводы пришлось менять и останавливать всю систему. Этого можно было избежать, своевременно выполнив проект и заказав необходимые материалы.

Проектирование и сопутствующие проблемы

Единственным верным решением для создания эффективной и стабильной системы холодоснабжения служит проектирование всех этапов строительства и монтажа оборудования специализированными организациями.

Но и в таком методе есть своя специфика. У современного заказчика проекта сформировались следующие ожидания:

  • Оборудование должно быть сконфигурировано конкретно под потребности
  • Проектирование выполняется с удовлетворением всех пожеланий заказчика (зачастую с нарушениями требований нормативных документов)
  • Финансирование проектирования только при желании заказчика запустить объект (при отсутствии потребностей проект может быть заморожен на любой стадии)
  • Получение результатов проектирования и оборудования в установленные заказчиком сроки, которые часто расходятся с реально возможными

В результате таких требований заказчика появляются проектные организации с отсутствующей структурой общения и формирования четкого списка изменений в проекте. Специалисты, сопровождающие проект, могут смениться несколько раз, а заказчик меняет требования к насосной станции и оборудованию в соответствии с меняющимися потребностями.

Итогом такой работы считается объект, не соответствующий исходным данным и проектными решениями, который не позволяет даже подойти персоналу к насосу из-за торчащего штока задвижки и сделать его подготовку к работе.

Для предотвращения серьёзных проблем с насосной станцией рекомендуется:

  • Посетить объект и перепроверить исходные данные
  • Отслеживать изменения, возникающие в процессе монтажа
  • Сохранять архив переписки с заказчиком, протоколы совещаний и структурировать эту информацию по разделам (автоматизация, электрическая часть, технология и т.д.)
  • Привлекать к совещаниям специалистов, которые в будущем будут эксплуатировать объект
  • При выборе оборудования использовать устройства с гарантированными техническими характеристиками и обязательными испытаниями на производстве
  • Выполнять все требования нормативных документов без исключения
  • Разработать контрольный лист для проверки насосной станции перед запуском после монтажа (такой список поможет проверить соответствие проектных решений с фактическим монтажом)

Ошибки при выборе фильтров

Фильтры (рисунок 1) предназначены для очистки рабочей среды от загрязнений. Их применение в системах холодоснабжения способствует увеличению срока службы элементов системы и эффективности их работы.

Рисунок 1. Типы трубопроводных фильтров

При проектировании насосной группы фильтр в обязательном порядке следует устанавливать перед насосом по двум причинам:

  1. Установка фильтра перед насосом защищает его от попадания механических включений в движущиеся части насоса.
  2. На этом участке низкая скорость и давление холодоносителя. Дело в том, что качество фильтрации жидкости зависит от ее давления на входе в фильтр. Чем ниже это давление, тем выше качество.

Недостатком такого подхода является необходимость точного выбора фильтра. Основными ошибками при этом являются:

  • Неправильный выбор типа фильтра, в результате при засорении или повышении вязкости с понижением температуры уменьшается проход рабочей среды. Это может способствовать появлению нестабильного потока, избыточного разряжения на входе в насос, возникновению процесса кавитации и механического разрушения.
  • Неправильный выбор степени очистки. При малом объеме ячейки фильтр быстро засоряется, а при большом объеме ячейки загрязнения не задерживаются в фильтре и попадают в насос (рисунок 2).
Рисунок 2. Принцип действия фильтрующего элемента

Причины неправильного выбора фильтра и способы их устранения

Основные причины неправильного выбора фильтра связаны с проектированием систем на основании некорректных исходных данных или изменения условий после окончания проектирования. Возможные неисправности и рекомендации по их устранению представлены в таблице 1.

 

Таблица 1. Неисправности в работе насоса, связанные с неправильным выбором фильтра, и рекомендации по их устранению.

Обнаруженная неисправность Возможная причина Рекомендации по устранению
1 Насос не запускается, пониженная производительность насоса Вязкость жидкости ниже требуемой Проведение лабораторных исследований жидкости с определением вязкости. Выбрать и установить фильтр на входе в насос, обеспечивающий требуемый перепад давления и очистку рабочей среды.
2 Возникает кавитация, пониженная производительность насоса Давление на входе в насос ниже требуемого Перерасчет системы с учетом фактического давления в трубопроводе с последующей заменой фильтра.
3 Отсутствует доступ к фильтру для определения перепада давления и обслуживания Место для установки не позволяет использовать выбранный тип фильтра Определить возможный тип фильтра с учетом трубопроводных линий и вспомогательного оборудования. Если существующая обвязка не обеспечивает свободный доступ к фильтру, вносятся изменения в проект и изменяется конфигурация трубопроводов с переносом площадок обслуживания
4 Нестабильная перекачка жидкости Фильтр забит и отсутствуют способы контроля загрязнения Устанавливаются датчики давления для дистанционного контроля или механические манометры для наблюдения по месту перепада давления.
5 Преждевременный выход из строя насоса Фильтр не обеспечивает требуемую степень очистки жидкости Выполнить расчет перепада давлений с учетом необходимого фильтрующего элемента и заменить фильтр. В сетчатых фильтрах часто вопрос решается заменой сетки с меньшим диаметром ячеек.

 

6 Разрушение сетки фильтра с последующим попаданием в оборудование и его повреждение Фильтр не выдерживает фактических температур и перепадов давления Проектирование и расчет выполнить по ожидаемым максимальным значениям фильтре.

 

Неправильный выбор и установка арматуры

Трубопроводная арматура представляет собой различные устройства для регулирования, обслуживания и ремонта насосных станций в системах холодоснабжения. При проектировании инженеры особое значение уделяют насосам, и не проявляют особого интереса к арматуре, которая необходима для правильного функционирования всей системы. В результате появляются проектные просчеты, ограничивающие работу или не позволяющие эксплуатировать насосную станцию.

Для выбора арматуры рекомендуем обратиться к предыдущей статье.

Причины неправильного использования арматуры и способы решения

Эффективная работа насосной станции достигается за счет правильного расположения и точного выбора типа арматуры. Чтобы предотвратить типичные ошибки проектирования, обратимся к таблице 2.

 

Таблица 2. Проблемы эксплуатации насосной станции связанные с неправильным проектированием арматуры.

Выявленная проблема Возможная причина Рекомендации по устранению
1 Отсутствие арматуры для обслуживания фильтра и насоса В целях экономии проектом предусматривают минимальное количество элементов обвязки. В последующем такое решение не позволяет сделать отключение от трубопроводной линии и обслужить фильтр или насос без опорожнения всей входной трубопроводной линии. Удобная и функциональная схема обвязки насоса включает отсечную арматуру для перекрытия трубопроводов до, после фильтра и насоса, обратный клапан и регулирующую арматуру (клапан, затвор) на выходе.

2 Тип арматуры не позволяет плавно регулировать работу центробежного насоса. Пропуск среды при закрытой арматуре. Повышенная вибрация. На выходе из насоса устанавливаются отсечные краны. Они не предназначены для регулирования потока (уменьшения/увеличения расхода холодоносителя в системе) и выходят из строя, если используются не по назначению. Для регулирования производительности на выходе из насоса необходимо устанавливать специальную регулирующую арматуру (клапаны, затворы).

Наиболее подходящей арматурой для регулирования потока служит седельный клапан.

3 Турбулентность потока и отсутствие возможности открытия/закрытия арматуры Компактный монтаж

обвязки насосов привел к нарушению правил установки арматуры и вызвал турбулентность потока жидкости.
В проекте не учтены размеры штурвалов и рукояток, которые не возможно использовать после монтажа.

Необходимо менять конфигурацию обвязки.

 

4 Отсутствует свободный доступ к арматуре Отсутствуют площадки обслуживания арматуры или перекрыт доступ технологическими линиями и оборудованием Площадки для обслуживания, находящиеся на высоте, должны иметь ограждения и лестницы с поручнями, при проектировании конструкции необходимо руководствоваться Правилами в области охраны труда.
5 Система автоматизации отключает электродвигатель центробежного насоса по защите «сухого хода» при запуске Система «завоздушена» (отсутствуют устройства для удаления воздуха) Перед запуском центробежного насоса, необходимо удалить воздух. В случае отсутствия «воздушников», следует установить в верхних точках системы вентили (краны шаровые, задвижки) и при заполнении системы удалить воздух.
6 Отсутствует проход жидкости через арматуру при отрицательных температурах окружающего воздуха Рабочая среда заморожена в арматуре. Предусмотреть установку электрообогрева трубопроводов и оборудования.

 

Ошибки в системе автоматизации

Система управления насосной станцией – сложное устройство, а самостоятельное исправление проблем или ошибок проектирования силами эксплуатационного персонала часто не возможно. Проектных просчетов можно избежать на ранних стадиях проектирования для этого предлагаю изучить возникающие проблемы, связанные с  системами автоматизации и способы их решения в таблице 3.

Таблица 3. Проблемы эксплуатации насосной станции связанные с неправильным проектированием системы автоматизации.

Выявленная проблема Возможная причина Рекомендации по устранению
1 При дистанционном открытии или закрытии арматуры появляется ошибка, работа привода не выполняется Крутящий момент установленного привода не позволяет вращать шток арматуры и совершать открытие и закрытие Необходимо выполнить подбор привода и сделать его замену
2 При запуске система автоматизации выполняет останов насоса В системе автоматизации установлены аварийные значения вибрации, не соответствующие смонтированному насосу Определить нормативные значения вибрации насоса и сделать настройку системы управления
3 Нет возможности аварийного останова насоса по месту Отсутствуют устройства местного останова электродвигателя насоса Спроектировать местный пульт управления работой насоса и интегрировать его в существующую систему автоматизации
4 Отключение электродвигателя насоса Отсутствуют места установки датчиков температуры на подшипниках электродвигателя 1. Рассмотреть возможность исключения из технологического процесса контроля температуры подшипников электродвигателя и изменить систему автоматизации.
2. Установить электродвигатель с датчиками в соответствии с проектными решениями
5 Неисправности комплектующих шкафа управления Шкаф управления не защищен от воздействия окружающей среды Установить шкаф в помещении (укрытии) или заменить
6 Шкаф управления насосной станцией не подключается к общей системе управления холодоснабжением по Ethernet интерфейсу Оснащение шкафа управления позволяет подключаться только по интерфейсу RS-485 Подключить устройства через каналы связи при помощи преобразователей интерфейсов или модернизировать систему до единого стандарта связи.

Заключение

Правильное использование информации в данной статье поможет специалистам избежать ошибок при проектировании насосных станций, а эксплуатирующей организации дает возможность определить способы устранения существующих проблем.

 

Ведущий инженер по насосному оборудованию
Голдобин Александр Сергеевич

Предыдущая статьяВышла новая система жидкостного охлаждения серверов от CoolIT Systems
Следующая статьяЧто такое воздухообмен и кратность воздухообмена. Расчёт воздухообмена в помещениях

Решение года