Анализ практики применения модульных автоматических насосных станций в системах водоснабжения

О. А. Штейнмиллер, канд. техн. наук, генеральный директор АО «Промэнерго»

Основные требования к типовым проектным решениям для их последующего оптимального применения в проектной и строительной практике возможно сформировать только после проведения предметного анализа тенденций и потребностей в области насосных систем водоснабжения. Данный анализ основан на рассмотрении применяемого инженерного оборудования, в том числе насосных станций, систем управления, автоматизации и диспетчеризации.

Разработка проектной документации на основе типовых проектных решений обеспечивает сокращение объема «вновь разрабатываемой» документации и, соответственно, сроков проектирования. Благодаря типовым решениям возможно достижение более высокого уровня обоснованности, полноты и проработанности проектных решений как в части соответствия техническим требованиям, так и в части определения сметной стоимости. При наличии технической документации, определяющей типовое проектное решение в необходимом и достаточном для проектирования объеме, обеспечивается простая интеграция такого решения в проектную документацию. При этом, как правило, имеют место повторная применяемость и сокращение риска возможных замечаний при последующей экспертизе. Основное внимание проектировщика может быть направлено на анализ взаимного соответствия применяемых решений, а также на оценку уровня надежности и эффективности, что в дальнейшем обеспечит снижение стоимости жизненного цикла проектируемого объекта и/или системы.

Применение модульных автоматических насос-ных станций для повышения давления в системах водоснабжения за последние 10 лет закрепилось в проектной и строительной практике, что нашло отражение в соответствующих отраслевых стандартах: «В сетях внутреннего водопровода жилых и общественных зданий в качестве ПНУ следует преимущественно применять комплектные модульные автоматические насосные станции (далее – МАНС) заводского изготовления, оснащенные стандартной системой управления, прошедшие первичные испытания и тестирование на производственных стендах предприятий-изготовителей» [2].

Основные преимущества применения МАНС заводского изготовления и монтажа следующие:

– на стадии проектирования и комплектации:

типовая задача (стандарт исходных данных и формат технического задания);

типовая линейка производителя (фиксация сроков, контроль качества, стандарт КД);

стандарты уровня автоматизации и диспетчеризации (отработанные алгоритмы и ПО);

стандарты конструкции, комплектующих и оснащения (включая КИПиА, ПЧТ, ПЛК);

– на стадии монтажа и пусконаладочных работ:

простой монтаж на объекте (установка и присоединение – по прилагаемому руководству по монтажу и эксплуатации (далее – РМиЭ);

минимум объема и рисков при наладке (заводские настройки и «защиты», РМиЭ);

– на стадии эксплуатации:

удобство и надежность эксплуатации (общая гарантия, оптимизация КПД, РМиЭ).

Устоявшаяся практика проектирования предусматривает работу по подбору МАНС с привлечением возможного поставщика и/или производителя на основании «заполненных» проектировщиком опросных листов производителя. Как правило, в опросных листах отражается минимально необходимая информация для первоначального подбора насосной станции в соответствии с проектными условиями. Состав такой информации для МАНС, предназначенных для водоснабжения, в том числе хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения, представлен в примерах опросных листов одного из производителей – АО «Промэнерго» (Санкт-Петербург) (рис. 1).

Рисунок 1. Примеры опросных листов на подбор МАНС для хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения

Как правило, на основании такого опросного листа определяется базовое решение для станции повышения напора (давления) для сети водоснабжения. Существенным является вопрос о формате представления данных в проектной документации. К сожалению, в ряде случаев описание решения в проекте ограничивается краткой информацией (например, в пояснительной записке) о расчете «максимальной» рабочей точки и наименовании подобранной насосной станции с указанием поставщика/производителя. Иногда к проекту прилагаются «заполненный» опросный лист и краткое коммерческое предложение поставщика/производителя для использования в сметном разделе. В этом случае вся детальная проработка технических решений проектируемой насосной станции, таких как возможные режимы работы станции, комплектующие и материалы насосной станции, состав, размещение и тип КИПиА, подбор запорно-регулирующей арматуры (ЗРА), насосного оборудования, щита управления (включая автоматизацию и диспетчеризацию) и другое, что, возможно, имело место при проектировании во взаимодействии с поставщиком/производителем и легло в основу выбранного решения (конкретной модели МАНС), останется за пределами проектной документации.

Как уже отмечалось ранее [6], в случаях применения в проектах типовых (в том числе модульных) решений следует обеспечить отображение в составе проектной документации всего объема существенных технических требований к преду-сматриваемому изделию. В ином случае зачастую подрядные организации прикладывают усилия к так называемой оптимизации затрат, что на деле означает существенное изменение в сторону снижения или исключения ряда технических требований к поставляемым модульным решениям. В таких случаях формальное применение условно «аналогичного» модульного решения лишь прикрывает отклонение от проектных требований и зачастую приводит к существенному сокращению надежности и снижению предусмотренной проектом функциональности изделия.

Практика применения типового решения МАНС в проектной документации показала, что в большинстве случаев целесообразно после определения «проектной» МАНС включать в состав проектной документации приложение, детализирующее предусмотренное в проекте модульное решение. Таким приложением, по нашему мнению, является техническое задание на «проектную» МАНС, которое может быть определено проектной организацией при участии соответствующего производителя. Объем информации, отражаемой в таком задании, должен обеспечить детерминированность всех существенных требований проекта к изделию, исключая возможность некорректной «оптимизации» в ходе строительства.

Так, например, применяемая нашей компанией форма технического задания на МАНС (далее – ТЗ) имеет следующие разделы.

1. Общие данные (наименование и артикул конкретной модели МАНС – для спецификации; страна происхождения и производитель МАНС; указание на готовность МАНС как изделия индивидуального изготовления в соответствии с настоящим ТЗ к эксплуатации на объекте после установки/монтажа в помещении, присоединения/подключения проложенных инженерных сетей (трубопроводов, силовых и сигнальных кабелей) и выполнения наладки; функциональное проектное определение (например, насосная станция противопожарного водоснабжения для водяного пожаротушения).

2. Технические характеристики.

2.1. Основное назначение МАНС (например, забор воды из сети водоснабжения объекта и подача воды в трубопровод противопожарного водоснабжения).

2.2. Рабочие характеристики МАНС (подача, обеспечиваемая в расчетной точке, л/с и м³/ч; напор, обеспечиваемый в расчетной точке (без учета подпора), м вод. ст.; количество рабочих/резервных насосов (насосов всего, рабочих насосов, резервных насосов; допуск рабочих характеристик; минимальный подпор на входе (для безаварийной работы с учетом NPSH в диапазоне подачи), м вод. ст.; проектный гарантированный подпор на входе (для обеспечения рабочей расчетной точки по проекту), м вод. ст.; максимальный подпор на входе (с учетом максимально допустимого номинального рабочего давления на выходе – PN10/PN16/PN25), м вод. ст.).

2.3. Электрические параметры МАНС (номинальная мощность установки, кВт; номинальная мощность одного насоса, кВт; допустимое количество одновременно работающих насосов («строгий/нестрогий» резерв); количество независимых вводов (на низковольтное комплектное устройство – щит управления МАНС (далее – НКУ ЩУ)) с указанием параметров электроснабжения по вводам (например, 3×380 В (±5 %) каждый, 50 Гц); наличие/отсутствие АВР в НКУ ЩУ); максимальное сечение каждого из подводимых электросиловых кабелей для подключения МАНС (например, 2 кабеля, 5×120 мм² каждый); исполнение щита управления НКУ ЩУ – на раме МАНС или отдельное (напольное/навесное).

2.4. Масса-габаритные характеристики насос-ной МАНС (масса изделия общая (с указанием допуска на отклонения ± по документации производителя насосной станции), а также масса гидравлической части и щита управления (при отдельном исполнении) с указанием массы упаковки и приспособлений для транспортировки (поддонов, временных конструкций); габаритные размеры общие В×Ш×Г, мм, с указанием допуска на отклонения ± по документации производителя насосной станции, а также габариты гидравлической части и щита управления (при отдельном исполнении) с указанием габаритов упаковки и приспособлений для транспортировки (поддонов, временных конструкций).

2.5. Подключение и присоединительные размеры коллекторов МАНС (количество входных/выходных гидравлических подключений МАНС (например, входного (заборного) коллектора к трубопроводам сети водоснабжения объекта – 2, выходного коллектора к трубопроводам противопожарного водоснабжения – 2); условный проход коллекторов, входного и выходного (например, DN200); тип присоединения к коллекторам (например, фланцы по DIN2642)).

2.6. Условия эксплуатации МАНС (ограничения по типу и характеристике перекачиваемой среды (например, чистая вода, механические примеси не более 50 г/м³, диапазон температуры – от плюс 5 °C до плюс 40 °C); ограничения по характеристике окружающей среды (например, взрывобезопасная, не содержащая агрессивных веществ, разрушающих металл и изоляцию, диапазон температуры – от плюс 5 °C до плюс 40 °C));

2.7. Система управления МАНС (характеристика функционала системы управления насосной станции, реализуемого НКУ ЩУ (во взаимодействии с другим оборудованием в составе насосной станции – КИПиА, ЗРА, насосы)), включая управление и контроль работы насосных агрегатов (например, пуск насосов, смена рабочего насоса при очередном включении, реализация алгоритмов управления работой насосов при автоматических и ручном режимах), ввод контрольных уставок/параметров на дисплее/панели щита управления, визуализацию текущей работы насосной станции с выводом на дисплей/панель необходимой информации (например, состояние оборудования, рабочие параметры и аварийные сообщения); характеристика режимов работы насосной станции и способ их выбора (например, выбор из предусмотренных автоматических режимов и задание параметров работы – на дисплее/панели щита управления насосной станции).

3. Комплектация (характеристика качественного уровня изделия и эксплуатационной надежности компонентов).

3.1. Краткое описание применяемых комплектующих «гидравлической» части МАНС (на примере насосной станции, предназначенной для забора воды из резервуара и подачи воды в трубопровод хозяйственно-питьевого водоснабжения – МАНС «МультиПро 4 CR20–08 241Р DN100К22ВД18 + опц.»: «Насосная станция имеет в своем составе 4 центробежных многоступенчатых насосных агрегата CR20–8 («Грундфос»). Насосные агрегаты объединены общими входным (заборным) и выходным (напорным) коллекторами. На выходном коллекторе установлены датчик давления (1 шт., 0–16 бар) и манометр (1 шт., 0–1,6 МПа), на входном коллекторе установлены мановакуумметр (1 шт., –0,1–0,5 МПа) и датчик давления (1 шт., 0–6 бар). Все КИПиА снабжены запорной арматурой с возможностью удаления воздуха. Трубопроводы обвязки оборудования выполнены из нержавеющей стали марки AISI304 (или эквивалент). В комплекте трубопроводной обвязки предусмотрена запорная арматура PN16 (со стороны входного коллектора) и PN16 (со стороны выходного коллектора), в том числе обратные клапаны на входном коллекторе (4 шт., по одному в заборной линии каждого насоса). В комплектации МАНС предусмотрены заглушки на входном и выходном коллекторе (по 1 шт. на каждый коллектор), виброопоры, виброкомпенсаторы (по 1 шт. на каждый коллектор)»).

3.2. Краткое описание применяемых комплектующих системы управления МАНС (управление, автоматизация/диспетчеризация, электрическое подключение, контроль параметров и защита на примере насосной станции противопожарного водоснабжения для водяного пожаротушения, предназначенной для забора воды из сети водоснабжения объекта и подачи воды в трубопровод противопожарного водоснабжения – МАНС «МультиТоп 2 CRN155–6 DN200H00H + опц.»: «Насосная станция оснащена щитом управления НКУ ЩУ – низковольтным комплектным устройством автоматики управления и контроля ЩУ 106.2.4.1590.К.21.В + опц. арт. ПТ670851. Основная элементная база НКУ ЩУ 106, в том числе силовая часть, состоящая из вводных рубильников, автоматических выключателей нагрузки, контакторов, программируемого логического контроллера с выносным цветным дисплеем и пр. – «Шнейдер Электрик», преобразователь частоты тока – VLT HVAC. НКУ ЩУ 106 – сертифицированное изделие (сертификат соответствия № С RU.ПБ25.B.04518) согласно Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности (Федеральный закон  № 123-ФЗ от 22.07.2008), ГОСТ Р 53325–2012 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний». Преобразователи частоты тока VLT HVAC серии Basic Drive FC101 соответствуют требованиям Технического регламента о требованиях пожарной безопасности (Федеральный закон № 123-ФЗ от 22.07.2008), ГОСТ Р 53325–2012 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний»). Внешний вид представленного в настоящем примере щита управления НКУ ЩУ 106.2.4.1590.К.21.В + опц. приведен на рис. 2.

Рисунок 2. Внешний вид щита управления МАНС противопожарного водоснабжения – НКУ ЩУ 106.2.4.1590.К.21.В + опц.

4. Документация (передаваемая при поставке МАНС, обязательный состав).

4.1. Паспорт МАНС – в соответствии с требованиями ЕСКД и нормами технического регулирования.

4.2. Руководство по монтажу и эксплуатации МАНС – в соответствии с требованиями ЕСКД и нормами технического регулирования.

4.3. Схема «строповки» (отдельное приложение к РМиЭ).

4.4. Документ, подтверждающий соответствие качества МАНС требованиям технических регламентов (декларация соответствия ТР ТС), а также при необходимости дополнительные документы, подтверждающие соответствие качества компонентов МАНС требованиям специальных технических регламентов (например, для щита управления в составе МАНС противопожарного водоснабжения – сертификат соответствия согласно Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности (Федеральный закон  № 123-ФЗ от 22.07.2008), ГОСТ Р 53325–2012 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний»)).

Приложением к техническому заданию на стадии проектирования могут являться дополнительные технические данные, такие как чертежи общего вида МАНС (стандартные и/или 3D), схема внешних подключений и другая информация, облегчающая интеграцию технических данных о конкретном изделии в проектную документацию. Таким образом, в сочетании со стандартно включаемыми в проект данными о повысительной насосной станции водоснабжения (опросные листы и технико-коммерческое предложение) «добавление» в проектную документацию детальной информации о МАНС (в формате технического задания) позволит обеспечить полноту описания решения, обоснованность его применения в выбранном варианте исполнения, прозрачность основных параметров и технических характеристик МАНС, существенных для работоспособности, надежности и энергоэффективности в течение срока службы изделия.

Литература

1. Федеральный закон РФ от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (ред. от 03.07.2016). М., 2016.
2. СТО НОСТРОЙ 2.15.200–2016. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Повысительные насосные установки в системах водоснабжения жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа, контроль выполнения, требования к результатам работ. М., 2018.
3. Штейнмиллер О. А. Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей: автореф. дисс. … канд. техн. наук. СПб: ГАСУ, 2010.
4. Штейнмиллер О. А., Петров В. В., Семенов А. С. Анализ проектной и строительной практики применения модульных решений в системах водоснабжения и канализации // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. – 2018. – № 4 (46).
5. Штейнмиллер О. А., Галль Р. Н., Семенов А. С. Параметрические обследования и технологическая диагностика объектов водоснабжения и канализации // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. – 2019. – № 3 (49).
6. Штейнмиллер О. А., Петров В. В., Семенов А. С. Оптимизация модульных решений  в системах водоснабжения и канализации // Сантехника. – 2019. – № 4.
7. Штейнмиллер О. А., Петров В. В., Семенов А. С. Оптимизация модульных решений в системах водоснабжения и канализации // Сантехника. – 2019. – № 5.

Продолжение статьи читайте в следующих номерах журнала.