Energooszczędna, systemowa eksploatacja ujęć i pomp

Transkrypt

Materiały konferencyjne:
Seminarium Szkoleniowo-Promocyjne
Energooszczędna,
systemowa
eksploatacja
ujęć i pomp
głębinowych
Patronat naukowy: AGH Kraków • Patronat techniczny: APLISENS S.A.
Patronat medialny: Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o.
Organizator: MAST Bełchatów
Gospodarz: Burmistrz Miasta Myszkowa, ZWiK Myszków Sp. z o.o.
Miejsce: Ośrodek „Orle Gniazdo Hucisko” • Termin: 15–16 listopada 2016 r.
MAST Dr Marian Strączyński, Zawady 20P, 97-400 Bełchatów,
tel. 601 292 632 • e-mail: [email protected] • www.softspm.com
Seminarium Szkoleniowo-Promocyjne
Energooszczędna,
systemowa eksploatacja
ujęć i pomp głębinowych
Seminarium kierowane jest do Przedsiębiorstw i Zakładów
Wodociągowych,
ich zarządów i pionów technicznych,
Gmin oraz Starostw posiadających własne ujęcia wód
wgłębnych,
Wodociągów Wiejskich i Spółek wodnych.
Także dla Kopalń Odkrywkowych i Zakładów Górniczych.
W ramach Seminarium przedstawiono merytoryczne podstawy
prowadzenia optymalnej energetycznie i racjonalnej technologicznie
eksploatacji głębinowych ujęć wód. Zaprezentowano współcześnie
najnowsze rozwiązania systemowe gwarantujące uzyskiwanie
wysokich sprawności energetycznych eksploatowanych układów
pompowych pomp głębinowych – SPMsystem; nowoczesne,
dedykowane opomiarowania układów pompowych studni ujęciowych
oraz systemy przekazu danych i sterowania; a także najnowsze
technologie informatyczne wraz z prezentacją działania Chmury
SoftSPM, stanowiącej najnowszą, globalną technologię w sterowaniu
pracą ujęć wód wgłębnych.
W ramach wyjazdu na ujęcia ZWiK Myszków uczestnicy zapoznają się
z funkcjonującymi obiektami objętymi systemem energooszczędnego
zarządzania i sterowania eksploatacją ujęć – SPMsystem.
Przedstawiono tzw. elastyczny systemem finansowania dostępu do
rozwiązań umożliwiających szybkie uzyskiwanie efektów wynikających
z oszczędności energii.
Pompy i pompownie
Energooszczędna eksploatacja układów pompowych w studniach ujęć wód wgłębnych
Marian Strączyński
Mast, Bełchatów
Energooszczędna eksploatacja
układów pompowych
w studniach ujęć wód wgłębnych
Współczesnaeksploatacjaukładówpompowychpompgłębinowychukierunkowanajestgłównienaenergooszczędnewydobycie
wodynaujęciachorazprzekazaniejejdostacjiuzdatniania.Zagadnienieoszczędnościenergiiprzekładasięnaoptymalizacjębudowyukładówpompowych,ichwłaściwegoopomiarowaniaorazprowadzeniaoptymalnegozarządzaniaeksploatacjąwrazz odpowiednimmonitoringiemi sterowaniem[1].
E
nergooszczędna eksploatacja układów pompowych studni [2, 3, 4, 5] z założenia ukierunkowana jest na prowadzenie stałej optymalizacji pracy pomp głębinowych, mającej
na celu zminimalizowanie zużycia energii oraz utrzymywanie wysokiej niezawodności w wydobyciu wód wgłębnych
na ujęciu. Uwzględniany jest charakterystyczny dla eksploatacji studni i pomp głębinowych wzajemnie przenikający
się kompleks zagadnień z dziedzin: hydrogeologii, techniki
pompowej, hydromechaniki, elektrotechniki, techniki systemów, automatyki itd. Wiemy też, że z punktu widzenia eksploatacji pomp głębinowych najważniejszym zagadnieniem
jest właściwy dobór parametrów pompy do warunków pracy
w układzie pompowym eksploatowanym w danej studni ujęcia. Właściwy dobór pompy głębinowej do znanej lub prognozowanej charakterystyki studni gwarantuje uzyskiwanie
wysokich wskaźników sprawności energetycznej w przyszłej
eksploatacji głębinowego agregatu pompowego oraz zapewnia jego długotrwałą i bezawaryjną pracę na ujęciu. Współcześnie opracowane są modele matematyczne kreatora doboru pomp do bieżącej i prognozowanej charakterystyki studni
oraz charakterystyki układu pompowego wraz z modelami
ocen energochłonności i diagnostyki pracy układów: studnia–agregat pompowy–rurociąg z armaturą. Stosowanie zaawansowanych modeli matematycznych systemowo zmienia
sposób zarządzania w eksploatacji ujęć.
tłocznym pompy podczas jej eksploatacji. Zgodnie z rys. 1,
w skład układu pompowego pompy głębinowej wchodzą:
– głębinowy agregat pompowy,
– rurociąg tłoczny,
– zintegrowana sonda pomiarów ciśnień,
– armatura studzienna:
» kolano wylotowe,
» zasuwa/przepustnica dławiąca,
» przepływomierz,
» przetworniki ciśnienia.
1. Budowaukładówpompowychpompgłębinowych
Pompy głębinowe wchodzące w skład głębinowych agregatów pompowych eksploatowane są w studniach ujęciowych lub innych, np. odwadniających. Na rys. 1. pokazano
poglądowy przekrój współcześnie typowej zabudowy pompy
głębinowej pracującej w klasycznej studni, np. ujęciowej. Pokazano też najnowsze rozwiązanie w opomiarowaniu układu,
tj. zintegrowaną sondę pomiarów ciśnień montowaną między
kołnierzami rurociągu tłocznego pompy głębinowej tuż za jej
króćcem tłocznym pod wodą (patent RP). Rys. 2 pokazuje
montaż takiej sondy podczas zabudowy pompy.
Zastosowanie zintegrowanej sondy umożliwia precyzyjne wyznaczanie położenia punktu pracy pompy głębinowej
podczas eksploatacji (patent RP) i przyczynia się do dokładnego wyliczania rzeczywistych strat liniowych w rurociągu
60
marzec/kwiecień 2016 Rys. 1.Poglądowyprzekrójtypowejzabudowypompygłębinowej
www.forum-eksploatatora.pl
Współczesna eksploatacja układów pompowych pomp
głębinowych ukierunkowana jest głównie na energooszczędne wydobycie wody ze studni. Zagadnienie oszczędności energii przekłada się na optymalizację budowy układów
pompowych, ich właściwego opomiarowania oraz monitoringu i sterowania [2, 4, 5, 6].
Sprawność energetyczną pracującego układu pompowego
pompy głębinowej można wyrazić wzorem:
Pompy i pompownie
2.Sprawnośćenergetycznaukładówpompgłębinowych
,
Rys. 2.Montażsondypodczaszabudowypompy
Opomiarowanie standardowego układu pompowego pompy głębinowej sprowadza się do:
– pomiaru położenia zwierciadła wody:
» statycznego – HST,
» dynamicznego – H D,
– pomiaru ciśnienia:
» przed zasuwą od strony pompy głębinowej – p1,
» na odpływie z układu pompowego – p2,
» za króćcem tłocznym pompy pod wodą – pp,
» pomiaru wydajności pompy–studni – Q.
Okresowo należy sprawdzać:
– temperaturę wody – Tw,
– zapiaszczenie wody – p,
– chemizm wody – ch.
Charakterystycznymi danymi – parametrami wpływającymi na budowę i eksploatację układu pompowego pompy
głębinowej – są:
– średnica rurociągu tłocznego pompy – DR ,
– głębokość zabudowy pompy – LP,
– średnica głębinowego agregatu pompowego – DA ,
– średnica studni – Ds,
– głębokość studni – Ls,
– aktualna głębokość zasypu w studni – Lz ,
– głębokość położenia fi ltra studni – L F.
Charakterystycznymi parametrami energetycznymi (elektrycznymi) są:
– pobór mocy czynnej silnika głębinowego – Pe,
– pobór prądu silnika głębinowego – IR,S,T,
– wartość napięcia zasilania – U,
– czas pracy głębinowego agregatu pompowego – t,
– energia mocy czynnej – E,
– długość i przekrój przewodu zasilającego silnik – Lk,
– oporność izolacji – R I.
www.forum-eksploatatora.pl gdzie:
Q – wydajność pompy głębinowej [m3/h],
H D – położenie zwierciadła dynamicznego wody [m], liczone od osi poziomego rurociągu odprowadzającego wodę
z układu pompowego,
p2 – wartość ciśnienia zmierzonego na manometrze zainstalowanym, na odpływie wody z układu pompowego [m]
(rys. 1),
P e – pobór mocy czynnej silnika głębinowego mierzony
w szafce zasilającej [kW].
Jak widać z przedstawionego wzoru, na sprawność układu
pompowego pompy głębinowej w zasadniczy sposób wpływa
wartość mocy czynnej silnika głębinowego, która zużywana
jest na wydobycie z określonej głębokości wymaganej ilości
wody i przekazanie jej pod zadanym ciśnieniem do rurociągu odpływowego. O efektywności energetycznej pracy układu pompowego decydują wszelkie straty, które generowane
są począwszy od zasilania silnika głębinowego poprzez sam
silnik oraz pompę głębinową i rurociąg tłoczny wraz z armaturą. Inaczej ujmując, sprawność układu pompowego pompy
głębinowej można wyrazić jako iloczyn sprawności poszczególnych jego elementów składowych, tj.:
ηup = ηp · ηs · ηk · ηR A
gdzie:
ηp – sprawność pompy głębinowej,
ηs – sprawność silnika głębinowego,
ηk – sprawność zasilania – przewód zasilający,
ηR A – sprawność odprowadzenia wody – rurociąg i armatura.
Takie zestawienie sprawności w układzie pompowym
pompy głębinowej wyraźnie ilustruje, że aby można było
uzyskać sumarycznie wysoką sprawność układu należy zoptymalizować wszystkie jego elementy składowe.
W celu zobrazowania całego zakresu występujących zależności, w optymalizacji sprawności układu pompowego
pompy głębinowej [3] przeanalizowano parametry dla przykładowego układu, w którym dla niezmiennych parametrów
wyjściowych odnotowano trzy różne pobory mocy czynnej
silnika głębinowego (rys. 3):
– dane stałe układu:
» Q = 75 m3/h, H D = 50 m, p2 = 20 m, Lp = 60 m,
» ηp = 0,73;
– pobór mocy czynnej dla poszczególnych stanów pracy
układu:
» Pe1 = 25 kW,
Pe2 = 30 kW,
Pe3 = 38 kW;
marzec/kwiecień 2016
61
Pompy i pompownie
ηup2 = 0,73 · 0,88 · 0,97 · 0,90 = 0,56
ηup1 = 0,73 · 0,86 · 0,94 · 0,78 = 0,46
ηup1 = 0,73 · 0,86 · 0,94 · 0,62 = 0,37
1. Dla pobor u moc y cz y nnej si l n ik a g łębinowego
Pe1 = 25 kW sprawność układu pompowego pompy głębinowej ηup1 = 0,56, a więc dla zestawionych – przykładowych parametrów pracy układu, wartość jest wysoka
i, na pewno, optymalna. Z iloczynu sprawności wiemy,
że:
a) sprawność pompy głębinowej wynosi ηp = 0,73, a więc
z pewnością pompa pracuje w swoim przedziale stosowalności, w pobliżu maksymalnej sprawności,
b) sprawność silnika głębinowego ηs = 0,88 oznacza,
że silnik jest prawidłowo obciążony i pracuje z mocą
zbliżoną do nominalnej,
c) sprawność przewodu – kabla zasilającego ηk = 0,97
świadczy o tym, że przekrój przewodu – kabla zasilającego silnik głębinowy jest właściwie dobrany do jego
długości i prądu pracy silnika głębinowego,
d) sprawność rurociągu tłocznego wraz z armaturą
ηR A = 0,90 oznacza, że przekrój rurociągu tłocznego jest właściwy, rurociąg nie jest zarośnięty osadem, oraz że dobór i stan techniczny armatury jest
właściwy.
Rys.3.Przykładowyukład,w którymdlaniezmiennychparametrówwyjściowychodnotowanotrzyróżnepoborymocyczynnejsilnikagłębinowego
– zmienne parametry instalacyjne i technologiczne dla poszczególnych stanów pracy układu:
» ηs1 = 0,88,
ηs2 = 0,86,
ηs3 = 0,86,
» Dp1 = 100 mm, Dp2 = 80 mm,
Dp3 = 80 mm,
» ∆hsa1 = 1,5 m,
∆h sa2 = 1,5 m,
∆hsa3 = 25 m,
» ηk1 = 0,97,
ηk2 = 0,94,
ηk3 = 0,94;
– przeliczone parametry układu:
» ct1 = 2,65 m/s,
ct2 = 4,15 m/s,
ct3 = 4,15 m/s,
» ∆hsL1 = 5,74 m, ∆hsL2 = 17,53 m, ∆hsL3 = 17,53 m,
» ηR A1 = 0,90,
ηR A2 = 0,78,
ηR A3 = 0,62,
» Pu1 = 14,2 kW, Pu2 = 14,2 kW, Pu3 = 14,2 kW,
gdzie:
Pu1,2,3 – moc oddana przez układ pompowy:
Pe1 = 30 kW sprawność układu pompowego pompy głębinowej ηup2 = 0,46, a więc dla zestawionych – przykładowych parametrów pracy układu, wartość jest stosunkowo niska, wymagająca optymalizacji. Z iloczynu
sprawności wiemy, że:
b) sprawność silnika głębinowego ηs = 0,86 oznacza, że
silnik pracuje z obniżoną sprawnością, spowodowaną
nadmiernym spadkiem napięcia – zbyt mały przekrój
żył przewodu do jego długości i prądu pracy silnika
głębinowego,
świadczy o tym, że przekrój przewodu – kabla zasilającego silnik głębinowy jest niewłaściwie dobrany
(zbyt mały przekrój żył przewodu) do jego długości
i prądu pracy silnika głębinowego,
d) sprawność rurociągu tłocznego wraz z armaturą ηR A = 0,78 oznacza, że w rurociągu tłocznym lub
w armaturze występują wyraźne straty przepływu –
porównanie wskazań na manometrach h1 i h 2 świadczy o braku dławienia, a więc straty występują w rurociągu tłocznym. Po sprawdzeniu średnicy rurociągu
i wyliczeniu prędkości przepływu ct2 = 4,15 m/s oraz
strat liniowych – hsL = 17,53 m – wiadomo, że głównym elementem układu pompowego generującym
straty jest rurociąg tłoczny, który dla tej wydajności
pompy i głębokości zabudowy głębinowego agregatu
pompowego posiada zbyt małą średnicę.
Pe1 = 38 kW sprawność układu pompowego pompy głębinowej ηup3 = 0,37, a więc dla zestawionych – przykładowych – parametrów pracy układu wartość jest bardzo
62
marzec/kwiecień 2016 www.forum-eksploatatora.pl
Przedstawiona na przykładzie analiza sprawności układu
pompowego pompy głębinowej wyraźnie wskazuje jak dużego znaczenia nabiera właściwa budowa poszczególnych elementów – zasilanie elektryczne, rurociąg tłoczny, armatura.
W przykładzie założono, że pompa głębinowa pracuje z wysoką sprawnością, natomiast straty generowane są w zasilaniu elektrycznym i w przepływie wody. Widać wyraźnie, że
pomimo wysokiej sprawności pompy, przy niewłaściwej budowie układu, straty energii są tak duże, iż trudno mówić
o optymalnej eksploatacji. Trzeba wiedzieć, że nie wystarczy
wymienić pompę na bardziej sprawną energetycznie, by można było zoptymalizować pracę całego układu pompowego.
Współczesne programy komputerowe obsługujące eksploatację pomp głębinowych posiadają wbudowane odpowiednie modele matematyczne, które na podstawie danych i parametrów pracy mogą bezpośrednio oceniać i wizualizować
sprawność układu pompowego. Bieżące parametry eksploatacyjne, a więc Q, Hd, p2, pp, Pe, mogą być pobierane systemem
monitoringu, a po wprowadzeniu ich do modelu matematycznego wynik analizy może być wyświetlany bezpośrednio
na ekranie monitora i zapisywany do bazy. Rys. 4 pokazuje
przykładowe wyniki ocen przeprowadzonych przez modele
matematyczne systemu [1].
Oczywiście, bez pomiarów wydajności pompy, położenia
zwierciadła wody w studni, mocy czynnej oraz ciśnienia na
odpływie wody z układu, analizy sprawności nie przeprowadzimy i nie będziemy mogli optymalizować eksploatacji.
Pompy i pompownie
niska, wymagająca wnikliwej optymalizacji. Z iloczynu
sprawności wiemy, że:
b) sprawność silnika głębinowego ηs = 0,86 oznacza, że
silnik pracuje z obniżoną sprawnością, spowodowaną
nadmiernym spadkiem napięcia – zbyt mały przekrój
żył przewodu do jego długości i prądu pracy silnika
głębinowego,
świadczy o tym, że przekrój przewodu – kabla zasilającego silnik głębinowy jest niewłaściwie dobrany
(zbyt mały przekrój żył przewodu) do jego długości
i prądu pracy silnika głębinowego,
d) sprawność rurociągu tłocznego wraz z armaturą ηR A = 0,62 oznacza, że w rurociągu tłocznym
oraz w armaturze występują znaczne straty przepływu – na pewno jest dławiona pompa; h1 – h 2 = 25 m
i powinna być wymieniona na inną. Po sprawdzeniu
średnicy rurociągu i wyliczeniu prędkości przepływu
ct2 = 4,15 m/s oraz strat liniowych – hsL = 17,53 m –
wiadomo, że drugim elementem układu pompowego
generującym straty jest rurociąg tłoczny, który dla tej
wydajności pompy i głębokości zabudowy głębinowego agregatu pompowego posiada zbyt małą średnicę.
3. Podsumowanie
Problem optymalizacji energetycznej w eksploatacji pomp
głębinowych jest zagadnieniem złożonym, wymagającym
zastosowania wiedzy z dziedziny techniki pompowej, hydrogeologii i elektrotechniki. Wiadomo, że eksploatacja pompy głębinowej przebiega w środowisku złoża wodonośnego
i wszelkie zmiany z zakresu warunków hydrogeologicznych
wpływają wprost na pracę głębinowego agregatu pompowego. Dodatkowo, jakość w zasilaniu energetycznym układu
pompowego decyduje o stratach w przewodach – kablach zasilających oraz ewentualnych, niedopuszczalnych, spadkach
napięć.
Funkcja celu systemu eksploatacji pomp głębinowych stawia jeszcze trudniejsze wymagania, szczególnie gdy jest to
przedsiębiorstwo wodociągowe czy też np. górnicze (dyspozycyjność dostaw wody, szybki czas usunięcia awarii, niskie
koszty zakupu urządzeń itp.). Uzyskanie w tych uwarunkowaniach wysokich wskaźników efektywności energetycznej
eksploatacji pomp wymaga wspólnej pracy, przede wszystkim
użytkownika, z wyspecjalizowaną firmą zajmującą się profesjonalnie optymalizacją eksploatacji z udziałem najnowszych
systemów zarządzania, sterowania i monitoringu. Liczą się
koszty nie tylko związane z zakupem pomp lecz uwzględnia
się też dalsze koszty wynikające z eksploatacji (remonty, niezawodność, sprawność itd.) – LCC.
4.Literatura
Rys. 4.Przykładowewynikiocenprzeprowadzonychprzezmodelematematycznesystemu
www.forum-eksploatatora.pl [1] Woszczyk R., Energooszczędna eksploatacja ujęć głębinow ych
w ZWiK Myszków. Forum Eksploatatora, styczeń – luty, Warszawa
2016.
[2] Strączyński M., Sprawność energetyczna układu pompowego pompy
głębinowej. Forum Eksploatatora, styczeń–luty, Warszawa 2012.
[3] Strączyński M., Pakuła G., Urbański P., Solecki J. Podręcznik Eksploatacji Pomp w Wodociągach i Kanalizacji. Izba Gospodarcza Wodociągi Polskie, Wydawnictwo „Seidel-Przywecki” Sp. z o.o. Warszawa 2007.
[4] Strączyński M., Dobór pompy głębinowej do pracy w układzie pompowym studni. Forum Eksploatatora, lipiec–sierpień, Warszawa 2011.
[5] Strączyński M., Optymalizacja energetyczna eksploatacji układów
pompowych pomp głębinowych. Forum Eksploatatora, styczeń–luty,
Warszawa 2010.
[6] Strączyński M., Efektywność energetyczna układów pompowych
na przykładzie eksploatacji pomp głębinowych. Technologia Wody,
Warszawa 2010.
marzec/kwiecień 2016
63
Pompy i pompownie
Energooszczędnaeksploatacja ujęćgłębinowychw ZWiK Myszków
Ryszard Woszczyk
Zakład Wodosiągów i Kanalizacji Myszków Sp. z o.o.
Energooszczędna
eksploatacja ujęć głębinowych
w ZWiK Myszków
Współczesna eksploatacja układów pompowych pomp głębinowych ukierunkowana jest głównie na energooszczędne wydobycie
wody na ujęciach oraz przekazanie jej do stacji uzdatniania (SUW). Zagadnienie oszczędności energii przekłada się na optymalizację
budowy układów pompowych, ich właściwe opomiarowanie oraz prowadzenie optymalnego zarządzania eksploatacją wraz z odpowiednim monitoringiem i sterowaniem [1].
W
2014 roku w Z WiK Myszków
rozpoczęto nową inwestycję na
ujęciu im. Prymasa Kard. Stefana Wyszyńskiego, polegającą na wykonaniu
nowej studni [2] oraz unowocześnieniu
technologii uzdatniania wody. Zamierzeniem było wprowadzenie najnowszych rozwiązań, zarówno w technologii
uzdatniania wody jak i w optymalizacji
zarządzania eksploatacją ujęć. Głównym
celem rozpoczynających się prac było
podniesienie jakości dostarczanej do
miasta wody oraz maksymalne podnoszenie sprawności energetycznej w układach pompowych studni ujęciowych,
zapewniające minimalizację kosztów
energii przy wydobyciu wody. Dodatkowo, postawiono na wysoką niezawodność pracy układów pompowych pomp
głębinowych oraz na aktywne śledzenie
diagnostyki ich eksploatacji. Uwzględniając powyższe wymagania i założenia
zdecydowano się na wdrożenie aktualnie najnowszego w kraju i za granicą
systemu SPMSYSTEM (SPM – Submersible Pumps Managment). System ten wykorzystuje modele matematyczne odzwierciedlające wzajemne przenikanie
się zagadnień z dziedzin: hydrogeologii,
techniki pompowej, hydromechaniki,
elektrotechniki, techniki systemów i automatyki. SPMSYSTEM jest unikalnym
rozwiązaniem w tym zakresie.
równo przewidywane efekty w oszczędności energii jak i koszty wdrożenia systemu. SPM SYSTEM posiada modułowo
rozbudowywane poziomy oprogramowań SoftSPM oraz systemowe zestawy oprzyrządowania i opomiarowania
studni SPM. Finalnie zdecydowano, że
dla obiektów rozmieszczonych w terenie, oprzyrządowanie i opomiarowanie
skonfigurowane będzie wg następującego zakresu:
• Zbiorniki:
– Osińska Góra – zestaw SPMBASE ,
– Pamowa – zestaw SPMBASE.
• Studnie:
– Wyszyńskiego – zestaw SPMOPT,
– Pamowa 1 – zestaw SPMBASE ,
– Pamowa 2 – zestaw – SPMBASE.
Wybrano też poziom oprogramowania do zarządzania, monitoringu oraz
sterowania – SoftSPM BASIC z wersją
1. Budowa i funkcjonowanie systemu
w ZWiK Myszków
Po szczegółowej analizie potrzeb
w ZWiK Myszków przyjęto konfigurację budowy systemu uwzględniającą za-
50
styczeń/luty 2016
Rys. 1. Schemat oprogramowania SoftSPMBASIC
zlokalizowaną na ser werze Z WiK
Myszków. Rys. 1 przedstawia schemat
strukturalny tego oprogramowania.
Trzeba wiedzieć, że wzajemna kompatybilność oprogramowania SoftSPM
oraz opomiarowania układów pompowych studni SPM, umożliwia praktycznie dowolne konfigurowanie budowy systemu przez każdego użytkownika. SPM SYSTEM można optymalnie
skonfigurować dla użytkownika kilku
czy też kilkudziesięciu lub kilkuset
studni, niezależnie czy będą to studnie
ujęciowe, czy też np. odwadniające.
Wdrażanie SPM SYSTEM w ykonywano etapami i uwzględniano też potrzebę skoordynowanego zastąpienia
pracującego starego systemu SEGAP
jego następcą. Całość prac wykonywano etapami, tak więc po wdrożeniu
SPMSYSTEM na ujęciu „Wyszyńskiego”
i zbiorniku „Osińska Góra”, przystąpiono do wdrożenia na ujęciu „Palmowa”.
Fot. 2. Opomiarowanie SPMSYSTEM na ujęciu „Palmowa”
Po zainstalowaniu opomiarowania na
dwóch studniach ujęcia „Palmowa” oraz
na zbiorniku (fot. 2) system uruchomiono i modele matematyczne ocen wykazały złą ocenę pracy studni Palmowa 2.
Na studni tej ocena pracy agregatu pompowego w ykazała niedostateczną sprawność układu pompowego
i w związku z tym zwiększoną energochłonność. Dodatkowo, urządzenie
diagnostyki elektronicznej poprzednio
wdrożonego systemu SEGAP, wskazywało na pojawienie się pierwszych
uszkodzeń w głębinowym agregacie
pompowym. Dokładniejszych ocen nie
można było wykonać, gdyż w studni
nie była zainstalowana zintegrowana
sonda pomiarów ciśnień. Podjęto decyzję o wymianie pompy i po wykorzystaniu kreatora doboru pompy głębinowej
znajdującego się w oprogramowaniu
SoftSPMBASIC dobrano pompę z rezerwy ZWiK Myszków, którą zabudowano
Pompy i pompownie
Fot. 1. Zmodernizowane ujęcie im. Prymasa Kard. Stefana Wyszyńskiego
w miejsce poprzedniej, uszkodzonej
(fot. 3, 4). Finałem prac związanych
z wymianą pompy na studni Palmowa 2
było uruchomienie systemu i sprawdzenie oceny pracy nowo zmontowanego układu pompowego. Wyniki ocen,
rzeczywistego stan pracy układu pompowego studni wypadły pozytywnie.
Stałe ukierunkowanie na prowadzenie
energooszczędnej eksploatacji ujęć jest
zasadniczą cechą wdrożonego systemu.
W SPMSYSTEM zarządzanie eksploatacją pomp i ujęć głębinowych prowadzone jest z poziomu posiadanego
oprogramowania SoftSPM, które skonfigurowane jest w ten sposób, by już na
etapie pierwszego wglądu na pracę systemu, a więc na mapie zbiorczej, można
było odczytać wyniki ocen pracy obiektów oraz aktualny stan eksploatacji (por.
str. 45, rys. 7). Zadanie to realizowane
jest w ten sposób, że lokalizacja studni
przedstawiana jest w postaci tzw. łezki,
której kolor zabarwienia otoczki wskazuje na stan pracy studni – kolor zielony
oznacza pracę pompy głębinowej, kolor
czerwony oznacza wyłączenie pracy
agregatu pompowego.
Stan załączenia pompy głębinowej potwierdzany jest też napisem ON lub OFF.
Dodatkowo wewnętrzny kolor okręgu
w otoczce wskazuje na wynik oceny energochłonności pracy układu pompowego
pompy głębinowej wg zasady:
– kolor zielony oznacza eksploatację
optymalną,
– kolor żółty wskazuje na pracę w obszarze granicznym,
– kolor czerwony oznacza eksploatację
nieopłacalną.
Dla odzwierciedlenia trybu sterowania pracą studni we wnętrzu okręgu
zamieszczona jest litera A – dla pracy
w systemie automatycznym lub R – dla
pracy ze sterowaniem ręcznym.
Na mapie pokazano również umiejscowienie zbiorników. Podobnie jak dla
studni położenie zbiorników zaznaczone jest również w postaci łezki, z tym,
że otoczka jest koloru niebieskiego. Kolor wewnętrznego okręgu wskazuje na
aktualny stan napełnienia zbiornika:
– kolor zielony oznacza optymalne
wypełnienie zbiornika,
– kolor żółty wskazuje wartość położenia poziomu wody w obszarze
granicznym,
– kolor czerwony oznacza alarmowe
położenie wody w zbiorniku.
Dodatkowo, dla szybk iej ana lizy, pod łezką studni, w prostokącie
styczeń/luty 2016
51
Pompy i pompownie
tzn. że sterownik zbiornika bezpośrednio załącza lub wyłącza przypisaną
mu studnię i jednocześnie informuje
system o stanie pracy. W przypadku
ewentualnych problemów, sterowanie
przejmuje system nadrzędny i, gdy trzeba, informuje centrum dyspozytorskie
o komplikacjach. Taki system sterownia
i nadzoru eksploatacji doskonale sprawdza się w praktyce i znacznie zwiększa
niezawodność pracy całego systemu.
Zagadnienia energooszczędnej eksploatacji ujęć sprowadzają się do:
– prawidłowego doboru pomp do rzeczywistych i prognozowanych parametrów pracy układów pompowych
studni;
– stałej, systemowej oceny energochłonności eksploatacji uk ładów
pompowych;
– systemowej diagnostyki pracy głębinowych agregatów pompowych oraz
rurociągów wraz z armaturą;
– śledzenia zmian charakterystyk hydraulicznych i hydrogeologicznych
studni i ujęcia;
– systemowego ustawienia indywidualnych algorytmów sterowania układami pompowymi;
– właściwego wykorzystywania i ustawiania poziomów wody w zbiornikach.
Fot. 3-4. Prace przy wymianie pompy oraz montażu unikalnej, dedykowanej sondy pomiarów ciśnień SGP-21
o kolorze stanu pracy pompy, podana
jest aktualna wartość wydajności pompy, natomiast tuż nad nim godzina
wykonanego pomiaru. Dla zbiornika
w ten sam sposób podana jest wartość
położenia zwierciadła wody.
Użytkownik, praktycznie po pierwszym spojrzeniu na mapę rozmieszczenia obiektów, szybko orientuje się
w stanie eksploatacji systemu. W przypadku zaistnienia stanów alarmowych,
zarówno w pracy pomp jak i zbiorników, na mapie zamieszczane są odpowiednie oznaczenia i opisy w kolorze
czerwonym. Dla ilustracji poziomów
wartości zasięgów sieci GSM w punktach lokalizacji obiektów, wizualizowane są odpowiednie wskazania odzwierciedlające te wartości.
W SPM SYSTEM zastosowano tzw.
rozproszony system sterowania [3],
52
styczeń/luty 2016
Przykładem może być powiększenie
zakresu poziomów w zbiorniku Osińska Góra i wprowadzenie tzw. nocnego piętrzenia wody przy niskiej cenie
energii elektrycznej oraz wykorzystanie
poziomu dla zasilania miasta Myszkowa
w okresie wyższej ceny za energię i krótkiego podpiętrzenia poziomu w okresie
tzw. południowej doliny energetycznej.
Rys. 2 Stan pracy zbiornika oraz jego parametry związane ze sterowaniem, tj. poziomy ostrzegawcze,
awaryjne, przypisane do sterowania studnie, stan pracy studni itp.
Pompy i pompownie
Taki system pracy zbiornika obniżył
jednostkowy koszt za energię elektryczną na ujęciu im Prymasa Kard. Stefana
Wyszyńskiego o ok. 10%.
2. Podsumowanie
Jak wspomniano, w SPM SYSTEM
występują trzy wersje oprogramowania oraz trzy wersje oprzyrządowania
i opomiarowania studni. Taka struktura budowy systemu umożliwiła optymalny wybór wersji oprogramowania
– SoftSPMBASIC oraz dobór dwóch wariantów oprzyrządowania i opomiarowania studni i zbiorników – SPM BASE
oraz SPM OP T. Możliwość dowolnej
konfiguracji SPM SYSTEM zdecydowanie obniżyła koszty inwestycji i, trzeba
również podkreślić, że wyeliminowano
w ten sposób niepotrzebne koszty wykonania drogich projektów.
Ponad roczna eksploatacja ujęć wykazała poprawność w funkcjonowaniu systemu i optymalizacji pracy ujęć.
Można stwierdzić, że trafnie wybrano
konfigurację systemu. Należy dodać, że
dodatkowo obniżyły się koszty utrzymania łączności w sterowaniu i monitoringu w sieci GSM, do 79 złmiesiąc za
cały SPMSYSTEM.
Trzeba też podkreślić niezawodną pracę dedykowanych zestawów
Rys. 3. Zmiany poziomu w zbiorniku podczas dwóch dni eksploatacji
opomiarowania i oprzyrządowania
studni oraz zbiorników – SPM produkcji Aplisens S.A.
3. Literatura
[1] St rącz y ńsk i M., Wąsowsk i J., Zatorski P.: Systemowe zarządzanie, monitoring
oraz sterowanie w eksploatacji pomp i ujęć
głębinowych – SPMSYSTEM . Forum Eksploatatora nr 3, maj-czerwiec 2015.
[2] Strączyński M., Woszczyk R., Zatorski P.:
Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz
sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych – system SoftSPM, część I: Budowa
systemu. Technologia Wody, nr 4(36), lipiec-sierpień 2014.
[3] SPM SYSTEM , Opis systemu PL. http://softspm.com.
styczeń/luty 2016
53
Pompy i pompownie
SPMSYSTEM
Marian Strączyński, Jan Wąsowski, Przemysław Zatorski
MAST, Bełchatów
SPMSYSTEM
– zarządzanie, monitorig i sterowanie
w energooszczędnej eksploatacji pomp
i ujęć głębinowych
1. Wstęp
Zagadnienie oszczędności energii elektrycznej dotyczy
większości przedsiębiorstw wodociągowych w Polsce, których produkcja oparta jest na eksploatacji głębinowych ujęć
wód (rys. 1) [1].
techniki systemów, automatyki itp. Wiemy też, że z punktu
widzenia eksploatacji pomp głębinowych, najważniejszym
zagadnieniem jest właściwy dobór parametrów pompy do
warunków pracy w układzie pompowym, eksploatowanym
w danej studni ujęcia. Właściwy dobór pompy głębinowej
gwarantuje uzyskiwanie wysokich wskaźników sprawności
energetycznej w przyszłej eksploatacji głębinowego agregatu
pompowego oraz zapewnia jego długotrwałą i bezawaryjną
pracę na ujęciu. Opracowane modele matematycznego kreatora doboru pomp do bieżącej i prognozowanej charakterystyki studni oraz charakterystyki układu pompowego wraz
z modelami ocen energochłonności i diagnostyki pracy układów: studnia–agregat pompowy–rurociąg z armaturą, systemowo zmieniają sposób zarządzania w eksploatacji ujęć.
2. Budowa systemu
Rys. 1. Udział wód podziemnych i głębinowych w zaopatrzeniu w wodę
w Polsce [1]
Przykładem nowoczesnego podejścia do zarządzania
eksploatacją pomp i ujęć głębinowych jest aktualnie wdrażany w Polsce i za granicą, system SPM SYSTEM – Submersible Pumps Managment. System ten z założenia ukierunkowany jest na prowadzenie ciągłej optymalizacji pracy
układów pompowych pomp głębinowych, mającej na celu
zminimalizowanie zużycia energii oraz utrzymywanie wysokiej niezawodności w wydobyciu wód wgłębnych na ujęciu.
W SPM SYSTEM uwzględnia się kompleks charakterystycznych dla eksploatacji studni i pomp głębinowych, wzajemnie przenikających się, zagadnień z dziedzin: hydrogeologii, techniki pompowej, hydromechaniki, elektrotechniki,
42
styczeń/luty 2016
SPMSYSTEM posiada modułowo rozbudowywane [2] poziomy oprogramowań SoftSPM oraz systemowe zestawy
oprzyrządowania i opomiarowania studni SPM. Wzajemna
kompatybilność oprogramowania SoftSPM oraz opomiarowania układów pompowych studni SPM, umożliwia praktycznie dowolne konfigurowanie budowy systemu przez
każdego użytkownika. SPMSYSTEM można optymalnie skonfigurować dla użytkownika kilku, czy też kilkudziesięciu,
kilkuset czy nawet kilku tysięcy studni, niezależnie czy będą
to studnie ujęciowe, czy też np. odwadniające. Zakres budowy systemu obejmuje:
• Oprogramowanie:
– SoftSPMBASIC – systemy kilku, kilkunastu studni,
– SoftSPMSTANDARD – systemy kilkudziesięciu studni,
– SoftSPMENTERPRICE – systemy kilkuset, a nawet kilku
tysięcy studni.
• Oprzyrządowanie i opomiarowanie studni:
– SPM MIN – minimalny zakres opomiarowania studni,
– SPMBASE – najczęściej stosowany zakres opomiarowania studni,
– SPM OP T – rozbudowany, zak res opomiarowania
studni.
Na rys. 2 pokazano, dla przyk ładu, schemat strukturalny najbardziej rozbudowanego oprogramowania –
SoftSPM ENTERPRICE , które oprócz zarządzania eksploatacją studni obsługuje stację prób głębinowych agregatów
SPMSYSTEM
Pompy i pompownie
Rys. 2. schemat strukturalny oprogramowania – SoftSPMENTERPRICE
pompowych, remonty pomp oraz silników głębinowych wraz
z zarządzaniem gospodarką pompową ujmującą optymalizację rezerw pomp, silników i ich części zamiennych. Oprogramowanie to dedykowane jest dla użytkowników kilkuset czy
też kilku tysięcy studni, najczęściej są to korporacje czy też
duże kopalnie odkrywkowe.
SPMSYSTEM posiada trzy wersje oprzyrządowania i opomiarowania studni – SPM MIN , SPM BASE oraz SPMOPT.
Każda z tych wersji bazuje na najnowszych, dedykowanych,
rozwiązaniach z dziedziny opomiarowania układów pompowych studni, do których należy między innymi zintegrowana sonda pomiaru ciśnień wewnątrz i na zewnątrz rurociągu tłocznego pompy głębinowej, montowana za króćcem
tłocznym pompy, pod wodą. Sonda ta (patent RP) umożliwia
precyzyjne wyznaczenie bilansu strat przepływu w układzie
pompowym, w tym określenie liniowych strat przepływu
w rurociągu, na którym pracuje pompa głębinowa. Na podstawie zmierzonych wartości ciśnień wewnątrz i na zewnątrz
rurociągu tłocznego pompy głębinowej tuż za jej króćcem
tłocznym pod wodą, modele matematyczne systemu umożliwiają precyzyjne odwzorowanie położenia punktu pracy pompy głębinowej na jej charakterystyce, a tym samym
diagnozują (patent RP) bieżący stan techniczny pracującej
pompy i silnika głębinowego. Na rys. 3 pokazano widok zintegrowanej sondy pomiaru ciśnień podczas jej montażu w rurociągu tłocznym pompy głębinowej.
Na rys. 4, dla przykładu, przedstawiono schemat zabudowy urządzeń i opomiarowania dla wersji bazowej –
SPMBASE , najczęściej stosowanej przez użytkowników.
W wersji tej w układzie pompowym mierzone są następujące parametry:
• Pomiary studzienne:
– ciśnienie pp przy króćcu tłocznym pompy głębinowej
(po wodą),
– położenie statycznego lub dynamicznego zwierciadła
wody Hst, Hd w studni,
– ciśnienia p1, p2 (przed i za zasuwą dławiącą),
– wydajność pompy, Q.
• Pomiary elektryczne:
– napięcie zasilania, U,
– pobór prądu, I,
– pobór mocy czynnej, Pe,
– współczynnik mocy, cos Ø,
– diagnostyka prądowa.
• Sterowanie zdalne:
– załączanie/wyłączanie silnika pompy.
Rys. 3. Widok zintegrowanej sondy pomiaru ciśnień podczas jej montażu w rurociągu tłocznym pompy głębinowej
styczeń/luty 2016
43
SPMSYSTEM
Pompy i pompownie
• Sterowanie zdalne:
– otwieranie/zamykanie zasuwy,
– zwiększanie/zmniejszanie obrotów silnika – falownik,
– załączanie/wyłączanie silnika pompy,
Z każdego obiektu przekazywany jest także sygnał dwustanowy, generowany w sytuacji ingerencji osób niepowołanych (tzw. sygnał ochrony obiektu).
Sygnały z aparatury kontrolno-pomiarowej doprowadzone są do szafki automatyki, w której zainstalowany jest
specjalnie oprogramowany sterownik SIMATIC S7 1200,
współpracujący (zazwyczaj poprzez sieć GSM – sms) lub
GPRS z oprogramowaniem SoftSPM. Możliwe są również inne środki przekazu danych: światłowody, radio, wi-fi, kable telekomunikacyjne itp. W przypadku indywidualnych potrzeb, sterownik posiada własne algorytmy sterowania dedykowanego uruchamiane zdalnie z programu, np.
SoftSPMENTERPRICE .
Rys. 4. Schemat zabudowy urządzeń i opomiarowania dla wersji bazowej
– SPMBASE
Z każdego obiektu przekazywany jest także sygnał dwustanowy, generowany w sytuacji ingerencji osób niepowołanych (tzw. sygnał ochrony obiektu).
Wersja SPMBASE jest najczęściej stosowaną w eksploatacji
ujęć i nie wymaga ograniczeń w jakości pompowanego medium. Wersja ta zapewnia wysoką dokładność pomiarów parametrów hydraulicznych w układzie pompowym – klasa pomiarów poniżej 0,5. Wersja SPMBASE współpracuje, podobnie
jak SPM MIN, ze specjalizowanym sterownikiem SZ-21. Rys. 5
pokazuje przykładową aplikacje wersji SPMBASE na ujęciu.
Wersja optymalna, SPMOPT, przedstawiona jest na rys. 6.
W tej wersji zastosowane jest następujące opomiarowanie
oraz sterowanie układu pompowego:
• Pomiary studzienne:
– ciśnienie pp przy króćcu tłocznym pompy głębinowej
(po wodą),
– położenie statycznego lub dynamicznego zwierciadła
wody H D, HST w studni,
– ciśnienia p1, p2 (przed i za zasuwą dławiącą),
– wydajność pompy, Q,
– temperatura wody, Tw,
– temperatura uzwojeń silnika Ts – czujnik PT-100,
– zasolenie wody zs.
• Pomiary elektryczne:
– napięcie zasilania, U,
– pobór prądu, I,
– pobór mocy czynnej, Pe,
– współczynnik mocy, cos Ø,
– diagnostyka prądowa.
44
styczeń/luty 2016
Rys. 5. Przykładowa aplikacja SPMBASE na ujęciu
Rys. 6. Wersja optymalna systemu, SPMOPT
SPMSYSTEM
W SPMSYSTEM zarządzanie eksploatacją pomp i ujęć głębinowych prowadzone jest z posiadanego poziomu oprogramowania SoftSPM, które skonfigurowane jest w ten sposób,
by już na etapie pierwszego wglądu na pracę systemu, a więc
na mapie zbiorczej, można było odczytać wyniki ocen pracy
obiektów oraz ich aktualny stan eksploatacji (rys. 7).
– bieżące odkształcenie charakterystyki H = f(Q) eksploatowanej pompy w układzie pompowym wraz z diagnostyką
szczelności rurociągu tłocznego (patent RP),
– wartość aktualnego stopnia zdławienia przepływu w armaturze układu pompowego,
– wartość dokładnie wyznaczonych strat liniowych w rurociągu tłocznym pompy,
– bieżący poziom energochłonności układu pompowego.
W oparciu o zakodowane w modelach matematycznych
kryteria ocen uwzględniające systemowe, wzajemne uzależnienia parametryczne i ich czasowo zmienne przebiegi,
program ocen zestawia wyniki dla poszczególnych, bieżących zestawów pomiarów z obiektów. Wyniki przedstawione
są w formie tekstowej i graficznej. Kolory tła tekstów ocen
świadczą o ich zakresach z zachowaniem zasady:
– kolor zielony oznacza eksploatację optymalną,
– kolor żółty wskazuje na pracę w obszarze granicznym,
– kolor czerwony oznacza eksploatację nieopłacalną.
Pompy i pompownie
3. Funkcjonowanie systemu
Przykładowe oceny układu pompowego pokazano na
rys. 9. Wyraźnie widać zakres zmian w układzie pompowym
łącznie z tzw. paskiem jego energochłonności.
Rys. 7. Jedna z początkowych wizualizacji SPMSYSTEM
Wizualizacja wyników przeprowadzonych analiz w modelach matematycznych ocen eksploatacji układu pompowego odwzorowana jest na rys. 8. Oceny przeprowadzane są
komputerowo na podstawie bieżących wartości parametrów
hydraulicznych i elektrycznych przekazanych do oprogramowania SoftSPM z oprzyrządowania i opomiarowania SPM.
Modele matematyczne ocen uwzględniają:
– lokalizację punktu pracy pompy w wyznaczonym wcześniej matematycznym przedziale optymalnej eksploatacji,
Rys. 8. Wizualizacja wyników przeprowadzonych analiz w modelach matematycznych ocen eksploatacji układu pompowego
Rys. 9. Przykładowe oceny układu pompowego
Na rys. 10 pokazano wizualizację graficzną, odwzorowującą kolorystycznie miejsca oceny na schemacie budowy układu pompowego. Kolor rurociągu tłocznego oraz przepustnicy wskazuje na wynik oceny dla tych elementów układu. Na
schemacie tym pokazano też wartość bieżącej wydajności
pompy oraz aktualne położenie zwierciadła wody w studni.
Ocena stopnia odkształcenia charakterystyki H = f(Q) wizualizowana jest kolorem zaznaczonego punktu pracy pompy
na tej właśnie charakterystyce (rys. 10). Podobnie, jak w poprzednich przypadkach, kolory ocen – zielony, żółty, czerwony oznaczają odpowiednio: pracę optymalną, początek odkształcania charakterystyki, charakterystykę odkształconą.
Na rys. 11 pokazano widok oceny stopnia odkształcenia
charakterystyki H = f(Q) oraz ocenę położenia punktu pracy
pompy na tle przedziału optymalnej stosowalności pompy.
Jak widać, pompa pracuje w optymalnym zakresie przedziału stosowalności, lecz ma charakterystykę już odkształconą. Zgodnie z zasadą przyjętą w systemie – chcąc zapoznać
się z dokładniejszą oceną, należy kliknąć na obiekt zainteresowania, i tak, po kliknięciu na charakterystykę z zakolorowanym punktem pracy pompy, wchodzimy w głębszą warstwę analizy, odzwierciedlającą dokładne położenie punktu
styczeń/luty 2016
45
SPMSYSTEM
Pompy i pompownie
pracy na tle rzeczywistej charakterystyki pompy ze stacji
prób (rys. 12).
Rys. 12. Analiza odzwierciedlająca dokładne położenie punktu pracy na tle
rzeczywistej charakterystyki pompy
Rys. 10. Wizualizację graficzna, odwzorowująca kolorystycznie miejsca oceny
na schemacie budowy układu pompowego
Punkt w kolorze niebieskim obrazuje rzeczywistą wysokość podnoszenia pompy dla danej wydajności, a więc rzeczywiste położenie punktu pracy na nowej, zmienionej już
charakterystyce. Wykonana przez model matematyczny analiza rzeczywistego odkształcenia charakterystyki wykorzystuje pomiary ciśnień wykonane przez zintegrowaną sondę
zamontowaną za króćcem tłocznym pompy głębinowej. Metoda diagnostyki pompy głębinowej i układu pompowego za
pomocą zintegrowanej sondy pomiarów ciśnień jest aktualnie najnowszym, patentowanym sposobem oceny stanu pracy
pompy głębinowej wraz z całym układem. W górnej części
ekranu ocen położone są panele sterowania pracą głębinowego agregatu pompowego załącz/wyłącz silnik pompy oraz
panel sterowania np. położeniem przepustnicy (rys. 13).
Rys. 13. Panele sterowania pracą głębinowego agregatu pompowego załącz/
wyłącz silnik pompy oraz panel sterowania np. położeniem przepustnicy
Rys. 11. Oceny stopnia odkształcenia charakterystyki oraz położenia punktu
pracy pompy na tle przedziału jej optymalnej stosowalności
46
styczeń/luty 2016
Na rys. 14 pokazano widok ekranu odzwierciedlającego
działanie zbiornika – zasobnika wody zasilającego sieć wodociągową. Graficznie zobrazowano stopień zapełnienia zbiornika oraz zaznaczono położenie poziomów ostrzegawczych
i alarmowych. Wartości położenia tych poziomów podane
są obok widoku zbiornika, natomiast w dolnej części ekranu podana jest informacja o studniach podających wodę do
zbiornika oraz zaznaczone jest, czy studnie te aktualnie pracują czy też są wyłączone z ruchu.
Zakres ustawiania poziomów można przesyłać zdalnie
z programu SoftSPM wg aktualnych potrzeb użytkownika.
Zgodnie z założeniami SPMSYSTEM, zakres przetwarzanych danych oraz informacji jest wyjątkowo szeroki i w praktyce obejmuje:
SPMSYSTEM
• Technikę pompową:
– komputerowy katalog głębinowych agregatów pompowych wraz z wyborem i doborem pomp,
– automatycznie sterowane stacje prób pomp głębinowych,
– wizualizację pracy punktów pracy pomp na ich charakterystykach H = f(Q) podczas eksploatacji (charakterystyki katalogowe lub ze stacji prób),
– matematyczne oceny eksploatacji pomp wg charakterystyk katalogowych i rzeczywistych.
• Technikę wiertniczą i hydrogeologię:
– komputerowy katalog studni oraz piezometrów,
– bazę danych eksploatacyjnych studni i piezometrów,
– bazę danych chemii wody.
• Elektrotechnikę:
– komputerowy katalog silników głębinowych,
– bazę danych eksploatacyjnych silników głębinowych,
– bazę danych osprzętu elektrycznego i kabli,
– szafy zasilająco-sterownicze i pomiarowe wraz urządzeniami.
• Technikę komputerową:
– oprogramowanie SoftSPM:
SoftSPMBASIC
– pakiet startowy,
– statystyki pracy ujęcia,
– ocena,
– katalogi pomp, silników, kabli, oprzyrządowania
i armatury;
SoftSPMSTANDARD
– ocena,
i armatury,
– stacje prób głębinowych agregatów pompowych;
SoftSPMENTERPRICE
– ocena,
i armatury,
– stacje prób głebinowych agregatów pompowych,
– pakiet remontów pomp i silników głębinowych,
– zarządzanie gospodarką eksploatacji i remontów
agregatów pompowych;
– oprogramowanie OPC Siemens,
– oprogramowanie SINAUT Siemens modemy GSM/
sms/GPRS,
Pompy i pompownie
Rys. 14. Widok ekranu odzwierciedlającego działanie zbiornika – zasobnika
wody zasilającego sieć wodociągową
– Oprogramowanie Kepware Siemens S7-200/S7-300/
S7-400/S7-1200 Ethernet OPC Server WiFi.
• Automatykę:
– sterowniki S7 SIMATIC,
– sterowniki SZ-21,
– urządzenia WiFi,
– stacje bazowe SB-21,
– sterowniki ST-1,
– koncentratory KDP-1,
– szafy automatyki SZA 1.2 SPM,
– oprzyrządowanie pomiarowe.
• Organizację i zarządzanie:
– gospodarka magazynowa,
– zarządzanie eksploatacją – decyzje eksploatacyjne,
– konsulting oraz szkolenia.
Jak widać z powyższego zestawienia, prezentującego elementy funkcjonujące w ramach SPM SYSTEM , zagadnienie
optymalizacji w zarządzaniu eksploatacją studni i pomp
głębinowych jest wyjątkowo wielodyscyplinarne i wyraźnie
złożone.
4. Zdalny przekaz danych, sterowanie pracą ujeć, dostęp
Uwzględniając współczesne, nowoczesne technologie
w zakresie zdalnego sterowania oraz przekazu danych cyfrowych, w SPMSYSTEM skupiono się głównie na szerokim
wykorzystywaniu sieci GSM. Do komunikacji pomiędzy
obiektami (zbiornik SZ-21, studnia SZ-21, oprogramowanie SoftSPM) wykorzystuje się usługę przesyłania krótkich
wiadomości tekstowych (sms) w cyfrowych sieciach telefonii
komórkowej. Dla zapewnienia wysokiej niezawodności, każdy sms, który jest wysyłany jako źródło danych (z dowolnego
obiektu) jest potwierdzany przez sms zwrotny z obiektu, do
którego był wysyłany. W przypadku braku tej obustronnej
komunikacji pojawia się alarm/powiadomienie z kompletną
informacją o jego rodzaju i przyczynie. Na rys. 15 pokazano
przykładowy schemat komunikacji w sterowaniu i informowaniu o pracy SPMSYSTEM.
Rys. 15. Schemat komunikacji w sterowaniu i informowaniu o pracy SPMSYSTEM
Można wykorzystywać dowolną sieć GSM, a tym samym,
przy ewentualnym użyciu anten wzmacniających, poziomy
zasięgów dla łączności w technologii sms. W ten sposób
znacznie rozszerzono możliwości sterowania i przekazu danych. Przed wdrożeniem systemu wykonywane są odpowiednie pomiary zasięgów. Specjalizowane sterowniki systemu
SZ-21 i SIMATIC S7 1200 skonfigurowano w ten sposób,
by właśnie technologie sterowania i przekazu danych funkcjonowały głównie za pomocą sms. Konfiguracja ta, oprócz
szybkiego działania przy słabych zasięgach, znacznie obniża
styczeń/luty 2016
47
Pompy i pompownie
SPMSYSTEM
48
koszty utrzymania systemu, a tym samym wpływa na koszty jego eksploatacji. Jest zrozumiałym, że lokalne oprogramowania sterowników wymagają bardziej rozbudowanych
i skomplikowanych algorytmów zapewniających stały, merytoryczny nadzór nad obiektem. Praktycznie, sterownik wysyła sms tylko wtedy, gdy pojawi się takie zdarzenie, które
wymaga reakcji z programu wyższego, zlokalizowanego na
serwerze użytkownika lub na serwerze ogólnodostępnym
(www.softspm.com). Opisana struktura budowy i technologia oprogramowania SoftSPM praktycznie nie rozróżnia
odległości od serwera do danego obiektu – czas dotarcia
sms od i do serwera nie przekracza kilkudziesięciu sekund
czy, maksymalnie, kilku minut, tak więc reakcja z programu
wyższego jest praktycznie natychmiastowa. Zawsze można
nawiązać połączenia bezpośrednie – CSD. Podobnie jest
w przypadku, gdy z serwera załączamy lub wyłączamy silnik
pompy lub też zdalnie zmieniamy nastawy innych parametrów – np. częstotliwość pracy falownika, położenie przepustnicy itp. SPMSYSTEM skupia w swojej bazie wiedzy oraz
w budowie skomplikowanych modeli matematycznych szereg
dokładnych procedur postępowania oraz możliwych do przewidzenia standardowych i awaryjnych stanów pracy układów
pompowych. W miarę upływu czasu bazy te systematycznie
się powiększają, a tym samym, system sam w sobie optymalizuje działanie poszczególnych algorytmów pracy.
W przypadku posiadania przez użytkownika dowolnych
ilości studni oraz wielu zbiorników połączonych rozbudowaną siecią rurociągów, oprogramowanie systemu SoftSPM
umożliwia konfigurowanie praktycznie dowolnej struktury
sterowania obiektami znajdującymi się w zasięgu sieci GSM.
Gdy obiekty są położone ewidentnie poza zasięgiem GSM,
konfiguracja systemu wybiera inne media dostępu, np. radio,
kable, światłowody itp.
W SPMSYSTEM wdrożono dostęp do oprogramowań poprzez tzw. chmurę obliczeniową [3] (ang. Cloud Computing).
Chmura, to model dystrybucji narzędzi informatycznych polegający na udostępnianiu użytkownikom oprogramowania,
infrastruktury lub platform rozwoju aplikacji zainstalowanych na serwerach utrzymywanych przez dostawcę (w tym
przypadku SPM SYSTEM ). W modelu Chmury użytkownik
nie musi instalować kompletnego systemu informatycznego –
do połączenia z środowiskiem chmury wystarczy jedynie dostęp do internetu oraz przeglądarka internetowa. Ze względu
na możliwość korzystania z danych poprzez internet, klient
może praktycznie z każdego miejsca i z użyciem każdego
urządzenia, korzystać z własnych zasobów w dowolnie wybranym momencie. Aplikacje w modelu chmury www.softspm.com SPMSYSTEM są łatwiejsze do utrzymania i obsługi,
ponieważ nie wymagają instalacji na każdym komputerze,
czy innym urządzeniu w przedsiębiorstwie, a ich serwisowanie lub unowocześnianie odbywają się na bieżąco przez
zleceniobiorcę (rys. 16). Od kilku lat model cloud computing (Chmury) rozwija się bardzo dynamicznie, a samo jego
pojęcie staje się coraz szersze. Przedsiębiorstwa korzystające
z takiego rozwiązania mogą oddać w outsourcing bazy danych, zarządzanie aplikacjami i systemem, pozbywając się
konieczności posiadania niezbędnych do ich przechowywania serwerów oraz pozostałej infrastruktury. Chmura to zatem wzrost elastyczności, szybkość dotarcia na rynek, spadek
ryzyka biznesowego, dostęp do najnowszych rozwiązań, integracja procesów, dzielenie się wiedzą, kontrola nad danymi, eliminacja większości problemów z zarządzaniem operacyjnym, a przede wszystkim niższe koszty. Rozwiązanie
styczeń/luty 2016
to jest obecnie najważniejszym trendem współdecydującym
w głównej mierze o kształcie organizacji i sposobie zarządzania przedsiębiorstwami na świecie. Jest nowym modelem
biznesowym. Chmura www.softspm.com SPMSYSTEM jest
aktualnie najnowszym rozwiązaniem w systemach zarządzających i sterujących eksploatacją pomp i ujęć głębinowych.
Rys. 16. Chmura SPMSYSTEM
5. Podsumowanie
Jak wspomniano, w SPM SYSTEM występują trzy wersje
oprogramowania oraz trzy wersje oprzyrządowania i opomiarowania studni. Taka struktura budowy systemu praktycznie zapewnia dowolne możliwości w zakresie przystosowania konfiguracji systemu dla każdego użytkownika pomp
głębinowych – od użytkowników kilku studni do kilku tysięcy obiektów. System przygotowano dla użytkowników
zarówno w Polsce, jak i za granicą. Oprogramowanie jest
dostępne zarówno w języku polskim jak i wielu językach obcych. Oprogramowanie SoftSPM zastępuje dawny system
SEGAP – występuje możliwość importu danych z SEGAP
do SoftSPM. Serwer systemu SoftSPM, dostępny dla użytkowników na stronie www.softspm.com, praktycznie może
obsługiwać klientów pochodzących z dowolnego miejsca na
świecie. Najczęstszą, wdrożoną usługą w SPM SYSTEM jest
dostęp do Chmury SoftSPM, poprzez który użytkownik zarządza eksploatacją ujęć z wykorzystaniem serwera SoftSPM
posługując się internetem.
6. Literatura
[1] Jóźwiakowski K., Pieńko A., Fłakowska P., Dyczko A., Imberowicz M., Bondyra P., Steszuk A.: Zmiany stanu gospodarki wodno-ściekowej w Polsce w latach 1990–2012. Technologia Wody nr 6, listopad-grudzień 2015.
[2] Strączyński M., Wąsowski J., Zatorski P.: Systemowe zarządzanie,
monitoring oraz sterowanie w eksploatacji pomp i ujęć głębinowych –
SPMSYSTEM. Forum Eksploatatora nr 3, maj-czerwiec 2015.
[3] Strączyński M., Zatorski P.: Chmura SPMSYSTEM najnowszym rozwiązaniem w zarządzaniu, monitoringu i sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć
głębinowych. Forum Eksploatatora nr 3, wrzesień-październik 2015.
46
Praktyka i eksploatacja
Rok VII Zeszyt 2(40)
marzec–kwiecień 2015
ISSN 2080-1467
www.technologia-wody.eu
Najnowsze technologie
w zarządzaniu oraz sterowaniu
eksploatacją pomp i ujęć
głębinowych – SPMSYSTEM
Część III. Stacje prób
pomp głębinowych system SPMTEST
Marian Strączyński
Tomasz Macheta
Przemysław Zatorski
P
raca systemu SPMSYSTEM – Submersible Pumps Management, którego budowę i funkcjonowanie
opisano w części I i II niniejszego cyklu artykułów [3, 4], służy do prowadzenia optymalizacji eksploatacji pomp i ujęć głębinowych. Ważnym etapem w procesie optymalizacji eksploatacji tego typu
pomp jest ich diagnostyka przed zabudową w układach pompowych studni. Diagnostyka ta dotyczy
zarówno sprawności technicznej jak i parametrycznej. Praktycznie, próba ruchowa [1, 2] głębinowych
agregatów pompowych umożliwia pełne sprawdzenie stanu technicznego zarówno pompy jak i silnika
głębinowego. Bez przeprowadzonej próby kontrolnej fabrycznie nowego agregatu pompowego, jak i po
jego remoncie, nie ma możliwości określenia rzeczywistych parametrów uzyskiwanych przez pompę
głębinową, a tym samym wyznaczenia określonych normą dopuszczalnych odchyłek od wartości katalogowych. Parametry uzyskiwane na stacji prób umożliwiają przeprowadzenie właściwego doboru
pompy głębinowej do prognozowanych warunków jej pracy w studni ujęciowej.
1. Badania pomp
i silników głębinowych
Praca silnika z rzeczywistym obciążeniem
w warunkach stacji prób pozwala na uzyskanie
nominalnej temperatury jego wnętrza, a tym
samym sprawdzenie stanu izolacji uzwojenia
i przyłącza przewodu – kabla w tzw. stanie zimnym i nagrzanym. Podczas próby mierzona jest
prędkość obrotowa silnika oraz pozostałe jego
parametry elektryczne i energetyczne. Na podstawie [2] pomiarów wydajności pompy głębinowej oraz pomiaru ciśnienia w znanym przekroju rurociągu pomiarowego, wyznaczana jest
charakterystyka przepływu pompy H = f(Q),
która odniesiona jest do rzeczywistej prędkości obrotowej. Pomiary wykonywane są dla
różnego stopnia zdławienia przepływu pompy, a więc dla różnych punktów pomiarowych,
których liczba jest tak dobrana, by można było
wyznaczyć z dużą dokładnością cały przebieg
charakterystyk: H = f(Q), η = f(Q), P p = f(Q).
Praktycznie, tylko próby na stacji badań głębinowych agregatów pompowych umożliwia-
ją wyznaczenie i sprawdzenie prawidłowości
przebiegu charakterystyk pomp.
Na rys. 1 przedstawiono widok instalacji
stacji prób pomp głębinowych w MWiK Bydgoszcz Sp. z o.o., na której zainstalowano w pełni skomputeryzowany, automatyczny system
badań głębinowych agregatów pompowych
SPM TEST. Jak widać na zamieszczonym zdjęciu, stacja posiada 3 tory pomiaru parametrów
hydraulicznych, które umożliwiają wyznaczanie charakterystyk pomp w szerokim zakresie
ich wydajności. Praktycznie, można dokładnie
wyznaczać charakterystyki pomp, których wydajności nominalne Qn wynoszą od kilku m3/h
do ok. 350 m3/h.
W zbiorniku pomiarowym wykonano studnię pomiarową, w której zabudowany jest próbowany głębinowy agregat pompowy. W zbiorniku stanowiska pomiarowego, na silniku
głębinowym, umiejscowiona jest cewka pomiaru „poślizgu” określającego bieżącą prędkość
obrotową pompy.
Rurociąg tłoczny próbowanej pompy głębinowej zainstalowanej w studni – zbiorniku
2/2015
Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych...
47
przepływomierzami mierzącymi wydajności próbowanych pomp głębinowych. Dla każdego toru przed zasuwą
dławiącą od strony pompy, w znanym przekroju rurociągu pomiarowego, mierzone jest ciśnienie odzwierciedlające stopień zdławienia.
Tak wykonana stacja prób jest w pełni zautomatyzowana i, praktycznie, próby wykonywane są w cyklu automatycznym. Specjalnie skonfigurowany dla tego typu
aplikacji system komputerowy SoftSPMTEST steruje próbą
głębinowego agregatu pompowego, gromadzi i przetwarza dane oraz parametry pomiarowe. System dokonuje
oceny próby w odniesieniu do wybranej normy.
Rys. 1. Widok instalacji stacji prób w Wodociągach i Kanalizacji
w Bydgoszczy
pomiarowym połączony jest rurociągiem cyrkulacyjnym
z wybranym przez operatora torem pomiarowym. Próbowany agregat pompowy znajduje się w swoim środowisku naturalnym – w studni pod wodą. Widok instalacji
(rys. 1), pokazuje również budowę trzech torów – rurociągów pomiarowych z zainstalowanymi specjalistycznymi
elektrycznie sterowanymi zasuwami dławiącymi oraz
Rys. 3. Protokół po zakończeniu próby
2/2015
Rys. 2. Konsola sterująca programu SoftSPMTEST
48
Praktyka i eksploatacja
Na rys. 2 pokazano konsolę sterującą wyświetlaną
na ekranie monitora. Konsola ta przedstawia aktualny
przebieg próby oraz umożliwia pełen dostęp do zarchiwizowanych parametrów prób poprzednich pomp. Rys. 3
przedstawia wykonany przez oprogramowanie system
SoftSPMTEST protokół próby głębinowego agregatu pompowego. W tabeli protokółu zamieszczono dane katalogowe pompy i silnika głębinowego oraz dane pomiarowe
dla poszczególnych punktów pomiarowych wyznaczonych przez program komputerowy. Program wyznaczył
charakterystyki dla próbowanej pompy głębinowej oraz
dla porównania podał też charakterystykę katalogową.
Wyznaczone charakterystyki mają postać cyfrową, a więc
mogą być wykorzystywane do dalszych porównań i ocen
pracy agregatu w studni – np. w systemie SoftSPMBASIC.
Często, użytkownicy, którzy eksploatują duże systemy
ujęć wód, a tym samym posiadają w ruchu kilkadziesiąt lub kilkaset pomp głębinowych, mają zorganizowaną
własną gospodarkę remontową dla tych urządzeń. Przeprowadzają próby nowych i remontowanych głębinowych
agregatów pompowych na własnej stacji prób i na podstawie wyznaczonych charakterystyk dobierają pompy
do konkretnych układów pompowych. W programach
SoftSPMSTD lub SoftSPMENT zawarty jest model matematyczny, tzw. kreator doboru pompy do układu, który
umożliwia komputerowy dobór głębinowego agregatu
pompowego do wybranych warunków eksploatacyjnych
na podstawie rzeczywistych, zmierzonych parametrów na
stacji prób. W programach SoftSPMSTD lub SoftSPMENT
automatycznie przenoszona jest cyfrowa charakterystyka
danej pompy wprost ze stacji prób do komputerowego
modelu matematycznego oceny pracy układu pompowego dla wybranej studni. Istnieje możliwość wizualizacji
punktu pracy pompy pracującej w układzie pompowym
studni na jej własnej charakterystyce zmierzonej wcześniej na stacji prób.
Niezależnie od wersji oprogramowania SoftSPM system posiada wspólną bazę danych, w której są gromadzone dane ze wszystkich jego modułów. Struktura ta
wpływa na uniwersalność systemu w zakresie dostępności oraz wymiany danych pomiędzy nimi. Oprogramowanie SoftSPMBAS, SoftSPMSTD oraz SoftSPMENT zbudowano w technologii WEB przy wykorzystaniu której
użytkownik ma dostęp do systemu za pomocą dostępnych przeglądarek internetowych niezależnie czy to na
urządzeniach mobilnych, smartfonach czy też na tradycyjnych komputerach stacjonarnych oraz laptopach.
Takie rozwiązanie pozwala na zdalne zarządzanie oraz
monitorowanie wszystkimi obiektami, które zostały zdefiniowane w systemie. Oprogramowanie SoftSPM TEST
zostało stworzone jako aplikacja desktopowa, czyli instalowana na komputerze podłączonym bezpośrednio
do stanowiska badawczego stacji prób. Dane pomiarowe
z systemu SoftSPMTEST są dostępne w ramach całego systemu SoftSPM (we wszystkich jego wersjach) od razu po
przeprowadzonej próbie.
Specjalistyczne modele matematyczne programów
SoftSPMSTD lub SoftSPMENT oceniają i diagnozują poprawność pracy układu pompowego studni. Celem głównym jest prowadzenie energooszczędnej i niezawodnej
eksploatacji głębinowego agregatu pompowego na ujęciu.
SPMSYSTEM jest uzupełniony pełnym monitoringiem parametrów pracy układu pompowego studni [3, 4] i zdalnym sterowaniem pracą pompy z wykorzystaniem różnych trybów przekazu danych i sygnałów – GSM, GPRS,
radio, światłowody, posiada też funkcję przekazu danych
o ochronie ujęcia.
Na rys. 5 pokazano widok stacji prób głębinowych
agregatów pompowych w Miejskich Wodociągach i Kanalizacji Sp. z o.o. w Bydgoszczy z zainstalowanym systemem SPMTEST.
Rys. 4. Struktura oprogramowania SoftSPM
Rys. 5. Widok stacji prób w MWiK w Bydgoszczy
2. Wnioski
Każdy remont głębinowego agregatu pompowego powinien zakończyć się próbą ruchową pompy [1, 2] wraz
z wyznaczeniem jej charakterystyk i przeprowadzeniem
oceny wg wybranej normy. Użytkownik powinien domagać się zarówno od producenta czy też od zakładu remontowego przedstawienia charakterystyk: H(Q), η(Q), Pp(Q)
konkretnej, nowej lub remontowanej pompy, na podstawie których została przeprowadzona ocena parametrów
wg wybranej normy. Charakterystyki te są niezbędne do
przeprowadzenia optymalnego doboru pompy do wybranego układu pompowego studni. Dane z protokółów prób
stanowią też materiał wejściowy [2, 4] do pracy modeli
2/2015
Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych...
matematycznych wykonujących ocenę pracy głębinowych
agregatów pompowych w eksploatacji.
3. Literatura
[1] Strączyński M.: Stacje prób głębinowych agregatów pompowych. Technologia Wody nr 9, 2011.
[2] Strączyński M., Pakuła G., Urbański P., Solecki J.: Podręcznik
Eksploatacji Pomp w Wodociągach i Kanalizacji. Wydawnictwo
„Seidel-Przywecki” Sp. z o.o., Warszawa 2012.
[3] Strączyński M., Woszczyk R., Zatorski P.: Najnowsze technologie
w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych – system SoftSPM. Część I: Budowa systemu. Technologia Wody nr 4(36), 2014.
[4] Strączyński M., Woszczyk R., Zatorski P.: Najnowsze technologie
w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych – system SoftSPM. Część II: Funkcjonowanie systemu.
Technologia Wody nr 6(38), 2014.
dr inż. Marian Strączyński
Mast, Bełchatów
mgr inż. Tomasz Macheta
Miejskie Wodociągi i Kanalizacja Sp. z o.o. w Bydgoszczy
mgr inż. Przemysław Zatorski
SoftSPM, Bełchatów
Profesjonalna eksploatacja
pomp i studni głębinowych
System zarządzania, sterowania i monitoringu ujęć SPMSYSTEM zawiera
szereg dedykowanych urządzeń cyfrowych oraz rozbudowany program
SoftSPM z modelami matematycznymi gwarantującymi optymalizację
kosztów w eksploatacji pomp i ujęć głębinowych. Wykonuje komputerową
ocenę pracy układów pompowych pomp głębinowych – energochłonność,
diagnostyka, niezawodność. System posiada komputerowy dobór pomp na
zadane warunki pracy studni – Q, H i określa wymagane rezerwy.
Transmisja danych pomiarowych ze studni wg najnowszych technologii
– GSM/GPRS, światłowody, radio, kable.
System SPMTEST umożliwia komputerowe prowadzenie prób na stacjach
badań głębinowych agregatów pompowych.
2/2015
49
DOI: 10.15199/17.2016.8.3
Diagnostyka warunków pracy studni ujęciowej
oraz systemu pompowo-tłocznego na podstawie
próbnego pompowania
The diagnostics of groundwater well and pumping system working conditions based on step
drawdown test
Krzysztof Polak, Kamil Górecki*)
Słowa kluczowe: studnia wiercona, ujęcie wody, sprawność,
wydajność pompowania, depresja, straty hydrauliczne, głębinowy agregat pompowy, renowacja studni
Keywords: water well, water intake, efciency, pumping rate,
drawdown, hydraulic losses, submersible pump, well rehabilitation
Streszczenie
W artykule przedstawiono podstawy metodyczne oceny diagnostycznej studni głębinowej oraz układu pompowego w oparciu
o próbne pompowanie badawcze. Kompleksowa ocena stanu
technicznego uwzględnia nie tylko opory hydrauliczne studni,
ale także parametry instalacji tłocznej oraz wysokości geometryczne, które pozwalają na określenie przybliżonych charakterystyk agregatu pompowego zainstalowanego bezpośrednio
w studni. Metodyka omówiona została na studni pracującej
w jednym ze zbiorowych ujęć wody. Wyniki oceny wskazują na
uszkodzenie rury ltrowej, co przekłada się na znaczne opory
hydrauliczne studni, ale także straty energetyczne w systemie
pompowym. Skutkiem tego jest wzrost kosztów eksploatacji
ujęcia.
Summary
The article presents the methodological basis of the diagnostic
evaluation of groundwater well and a pumping system based on
step drawdown. The comprehensive assessment of the technical
condition takes into account not only the hydraulic resistance of
the well, but also the parameters of the pumping system and the
amount of geometry values. All of these allow to determine the
approximate curve of the pump unit installed in the well. The
methodology was discussed based on the practical case of well
working in one of the public water supplier. The results indicate the damage of well screen induces a signicant hydraulic
resistance of the well and also the energy losses in the pumping
system. It results in the growth of operating costs.
Wprowadzenie
Przepływ wód podziemnych w ośrodku porowatym i szczelinowym, o zmiennej średnicy zastępczej kanalików, odbywa się
kosztem zmiany całkowitej energii mechanicznej (inaczej naporu
lub wysokości całkowitej). Zgodnie z prawem Darcy, dla przepływu
ltracyjnego, strata wysokości ciśnienia dla płynu jest wprost proporcjonalna do strumienia objętości płynu (strumienia ltracji) przy
ruchu laminarnym. Natomiast przy ruchu turbulentnym strata wysokości ciśnienia jest wprost proporcjonalna do kwadratu wydatku
[1]. W rozpatrywanym przypadku, intensywność zjawiska opisuje
wydatek strumienia ltracji, zmiana całkowitej energii mechanicznej zostaje zużyta i rozproszona na pokonanie oporów ruchu[6].
Dla depresji pomierzonej w otworze studziennym zachodzi relacja wg Jacoba [2,3,4,13].
so = sw + Δs
so = B ∙ Q + C ∙ Q2
gdzie:
so – depresja mierzona w otworze pracującej studni [L],
sw = B ∙ Q – depresja w warstwie wodonośnej [L],
*) Krzysztof Polak – Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, tel.
12 6174494, e-mail: [email protected]
Kamil Górecki – Wodociągi i Kanalizacja Krzeszowice Sp. z o.o.,
32-065 Krzeszowice, ul. Krakowska 85, [email protected]
GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA ■ SIERPIEŃ 2016
(1)
Δs = C ∙ Q2 – zeskok hydrauliczny na ltrze (strata wysokości na
ltrze) [L],
B – współczynnik oporu wodonośca przy przepływie laminarnym
[TL-2],
C – współczynnik oporu studni przy przepływie turbulentnym
[T2L-5],
Q – wydatek studni (zabudowanej pompy) [L3T-1].
Warto zauważyć, że zależność (1) stanowi zasadę zachowania
energii mechanicznej dla warstwy wodonośnej współpracującej
z studnią. Różnica pomiędzy położeniem zwierciadła statycznego
i dynamicznego, stanowi depresję w otworze studziennym. Całkowita strata naporu odpowiada energii użytkowanej na pokonanie szeregowo połączonych oporów: warstwy wodonośnej, części
roboczej ltra wraz z otoczeniem (np. obsypka lub wnętrze studni
z zasypem). Przepływ ltracyjny wody w warstwie wodonośnej wg
relacji (1) odbywa się w reżimie laminarnym, natomiast w obrębie
ltra w reżimie turbulentnym lub mieszanym.
W miarę upływu czasu eksploatacji studni postępuje wzrost strat
hydraulicznych na przekroju poprzecznym ltra. Zjawisko to może
być wywołane przez osadzające się na ltrze cząstki stałe, podlegające sufozji w szczelinach lub porach wodonośca w trakcie ruchu
płynu. Ich osadzanie się na powierzchni roboczej ltra powoduje
kolmatację studni.
Alternatywnie, w zależności od chemizmu wód podziemnych,
może dojść do zarastania części roboczej ltra w wyniku reakcji wytrącania osadów soli żelaza, manganu, wapnia lub magnezu. Zmniej-
285
szenie przekroju otworów czy szczelin ltra, przez który przepływa
woda, przy tym samym wydatku odbywa się ze zwiększoną prędkością liniową. Zatem przy wzroście liczby Reynoldsa ruch jest jakościowo odmienny – turbulentny. W związku z tym wzrasta, zgodnie z prawami mechaniki płynów, zeskok hydrauliczny i depresja
w otworze studziennym. Obserwuje się to przyrostem współczynnika oporu hydraulicznego C w czasie eksploatacji studni.
Zmianę stanu technicznego części roboczej ltra, przez co jego
sprawność, można określać w oparciu o znajomość współczynników B i C. Stosunek rzeczywistej depresji w warstwie wodonośnej
(sw) do depresji zmierzonej w otworze studziennym w trakcie pompowania (so) określa sprawność studni, a ściślej części roboczej ltra oraz strefy przyltrowej, jak zewnętrzna obsypka lub wnętrze
studni [2,3,8]:
ηs =
sw
B⋅Q
B
=
=
so B ⋅ Q + C ⋅ Q2 B + C ⋅ Q
(2)
W praktyce stosuje się różne metody oceny stanu hydraulicznego studni. Wykorzystują one rezultaty wykonanych próbnych
pompowań. Dla oceny stanu hydraulicznego studni ujęciowej,
eksploatowanej w jednym z podkrakowskich przedsiębiorstw wodociągowych, przeprowadzono pompowanie wielostopniowe, ze
stabilizacją depresji na każdym ze stopni. W trakcie pompowania
dokonano oceny warunków współpracy studni z zabudowanym
w niej agregatem pompowym.
Depresja w studni
W ramach doświadczenia wykonano próbne pompowanie studni
na ujęciu w miejscowości Sanka (powiat krakowski). Po wyłączeniu
studni z eksploatacji oraz ustabilizowaniu zwierciadła wody przeprowadzono kilkugodzinne, wielostopniowe pompowanie próbne
[5]. Na każdym ze stopni uzyskano stabilizację depresji zwierciadła
wody w studni. Regulacja wydajności zatapialnej pompy wirowej,
przy stałej prędkości obrotowej, odbywała się przez dławienie zasuwą (tzw. regulacja bierna). Pomiarów stanu zwierciadła wody
w studni dokonywano za pomocą sondy elektrycznej. Natężenie
objętościowe przepływu rejestrowano za pomocą przepływomierza
elektromagnetycznego zabudowanego na przewodzie tłocznym poziomym (rurociąg stalowy o średnicy 2”) w komorze zasuw studni.
Jednocześnie, dla potrzeb sporządzenia charakterystyk, tj. głębinowego agregatu pompowego oraz studni, rejestrowano ciśnienie
panujące w przewodzie tłocznym w komorze zasuw manometrem
wskazówkowym (o zakresie 0 ÷ 6 bar, klasy 1,6). Charakterystykę
przyrostów depresji na kolejnych stopniach pompowania przedstawiono na rys. 1.
Wyznaczenie parametrów hydraulicznych, tj. oporów ruchu laminarnego w wodonoścu (B) i oporów hydraulicznych studni przy
Depresja S, m
1,2
1,0
Straty hydrauliczne w studni oraz instalacji tłocznej
Studnia współpracująca z warstwą wodonośną za pomocą części
roboczej ltra, a także wraz z instalacją wodociągową stanowi element bierny, na którym następuje dyssypacja całkowitej energii mechanicznej oraz zmiany wielkości energii potencjalnej i kinetycznej
pobieranej wody.
Charakterystyka strat hydraulicznych określa zależność pomiędzy stratami ciśnienia (statycznymi i dynamicznymi) zachodzącymi
w studni oraz układzie pompowo-tłocznym.
Schemat poglądowy dla określania wysokości strat geometrycznych w studni głębinowej przedstawiono na rys. 2.
Straty dynamiczne (Δhst) związane są zasadniczo z odcinkiem
tłocznym przewodu. Są one sumą strat na oporach lokalnych (skupionych) oraz liniowych (rozłożonych) [1,6,11]. Zatem:
Δhst = Δhm + ΔhL
i
0,6
0,4
R² = 0.9995
0,2
R² = 0,9634
0,0
0
1
2
3
Wydajność x 10-3
m3/s
Rys. 1. Depresja w otworze studni w funkcji wydatku pompy głębinowej
na podstawie próbnego pompowania
Fig. 1. The drawdown in the well in the function of the submersible pump
ow rate on the basis of the pumping test
(3)
W przypadku przedstawionego schematu (rys. 2) opory miejscowe odnoszą się do zmiany kierunku strumienia płynu. Dla przewodów o przekroju kołowym straty miejscowe można obliczyć jako
[1,6]:
Δh m = ∑ ζ i ⋅
0,8
286
przepływie turbulentnym (C) wykonano za pocą linii trendu z zastosowaniem wielomianu drugiego stopnia z przecięciem początku układu współrzędnych [5,9,10]. Ustalono, że zachodzi związek
opisany równaniem (1) a parametry równania wynoszą odpowiednio: B = 130 s/m2, C = 128014 s2/m5. Współczynnik determinacji
funkcji wynosi r2 = 0,963, co oznacza, że ponad 96% zmienności
wartości depresji może być tłumaczone zmianą wydatku pompowanej studni. Odchylenia danych pomiarowych od przebiegu funkcji
można przypisać innym zmiennym, które są przyczyną odstępstw
kształtowania się depresji w studni od rozpatrywanego modelu
matematycznego. Stosunkowo niska wartość parametru B wskazuje na korzystne parametry hydrauliczne ośrodka wodonośnego
[7]. Obliczone wartości sprawności studni oscylują w granicach
od 64% dla minimalnego wydatku do 32% dla wydajności maksymalnej.
Analizując przebieg próbnego pompowania warto zauważyć,
że jedynie początkowe 4 stopnie układają się zgodnie z równaniem Jacoba, tj. wielomianem drugiego stopnia. Ostatnie trzy
stopnie wpisują się z dużym stopniem dopasowania (r2) do liniowego równania regresji. Świadczyć to może dużych oparach przepływu w studni przy małej wydajności, i przejściem w laminarny
charakter ruchu przy wydajności powyżej 1,85 · 10-3 m3/s. Zjawisko takie może być związane z obecnością zasypu, który może
częściowo lub w całości wypełniać odcinek czynny ltra. W miarę
zwiększania prędkości przepływu ulega on prawdopodobnie uidyzacji, powodując zmniejszenie oporów hydraulicznych wewnątrz studni. Oznaczać to może konieczność przeprowadzenia
renowacji studni.
8Q 2
π 2 d i4 g
(4)
Skupione straty wysokości ciśnienia związane z miejscami połączeń. W przypadku połączeń gwintowych lub kołnierzowych, rur
o jednakowym przekroju poprzecznym, można je zaniedbać.
Liniowe straty wysokości ciśnienia można oszacować z prawa
Darcy-Weissbacha [1,6,11,12]:
Δh L = ∑ λ i ⋅
i
8Q 2 L i
⋅
π 2 d i4 g d i
(5)
gdzie:
λi – współczynnik oporów liniowych danego odcinka prostoliniowego przewodu;
gdzie:
Δp2min – minimalna wielkość nadciśnienia w punkcie pomiaru (przy
braku dławienia zasuwą),
Hs – różnica wysokości pomiędzy rzędną kryzy otworu studziennego
a rzędną statycznego zwierciadła wody,
z – różnica wysokości pomiędzy rzędną kryzą otworu a rzedną zainstalowania manometru ciśnienia p2,
γ – ciężar właściwy medium,
g – przyspieszenie ziemskie.
Zaniedbując wysokość prędkości, wobec pozostałych składników sumy, jako względnie niewielką, jak również pamiętając
o wielkości depresji obserwowanej w otworze studni so = BQ + CQ2
można otrzymać równanie opisujące straty ciśnienia w studni modykując schemat rozkładu ciśnień (rys. 2) w publikacji [4]. Rozwijając poszczególne składniki na potrzeby badanej studni otrzymujemy (dla minimalnej wielkości nadciśnienia w punkcie pomiaru – przy braku dławienia zasuwą) wobec przyjętych parametrów
kształtujących depresję w otworze studziennym:
⎛
Δp min
L ⎞
8
2
+ (H s + z ) + BQ + CQ 2 + ∑ ⎜⎜ ζ i + λ i i ⎟⎟ ⋅ 2 4 ⋅ Q 2
γ
d
π
di g
i ⎝
i ⎠
min
(8)
Δp 2
=
+ (H s + z ) + BQ + [C + R ] ⋅ Q 2
γ
HW =
HW
LS – głębokość studni; LZ – wysokość zasypu; Lf – długość części roboczej ltra;
Δm – różnica wysokości wlotu i wylotu pompy; m – głębokość zanurzenia wylotu
pompy; sO – depresja zwierciadła wody w otworze studziennym; z – wysokość zabudowania manometru na poziomym odcinku instalacji tłocznej; Hd – głębokość do
dynamicznego zwierciadła wody; HS – głębokość do statycznego zwierciadła wody;
L – długość prostoliniowego odcinka przewodu tłocznego; D – średnica otworu
studziennego; d – średnica wewnętrzna przewodu tłocznego, 1 – wysokośc ciśnienia
wody w studni, 2 – wysokość ciśnienia mierzona przy pomocy manometru.
Rys. 2. Schemat do obliczeń strat hydraulicznych w studni
Fig. 2. Scheme for the calculation of hydraulic losses in the well
Li – długość odcinka prostoliniowego przewodu,
di – średnica równoważna odcinka przewodu.
W zastosowaniach technicznych przyjmuje się przepływy turbulentne w przewodach przy liczbach Reynoldsa Re > 2300. W związku z dominacją sił bezwładności nad siłami związanymi z lepkością
płynu współczynnik strat liniowych można przybliżyć jako niezależny od liczby Reynoldsa, natomiast zależny od sympleksu geometrycznego opisującego gładkość wykonania ścianek wewnętrznych
rurociągów. Dla ruchu turbulentnego współczynnik oporów liniowych można określić z wzoru Nikuradsy’ego [6] jako:
⎡
⎛ 3,71 ⎞⎤
λ = ⎢2 ⋅ log⎜
⎟⎥
⎝ ε ⎠⎦
⎣
−2
(6)
gdzie:
ε= k/d – chropowatość względna przewodu;
k – chropowatość bezwzględna ścianek przewodu (przeciętna wysokość nierówności).
Dla przypadku pokazanego na rysunku 2. zachodzi relacja:
HW =
Δp min
v2
v2
v2 L
2
+ (H s + s o + z ) + 2 + ζ ⋅ 2 + λ ⋅ 2 ⋅
γ
2g
2g
2g d
(7)
gdzie:
R – wypadkowy współczynnik oporu rurociągu tłocznego.
Charakterystyka strat hydraulicznych uwzględnia ruch laminarny (miarą jest wielkość współczynnika B) w warstwie wodonośnej
oraz burzliwe – w stree przyltrowej (współczynnik oporu studni C) i w elementach przewodu tłocznego (współczynnik oporu
przewodu R – zależny od jego sympleksu geometrycznego (L/d),
współczynników strat liniowych (λ) oraz miejscowych (ζ)). Wyraz
wolny w równaniu odpowiada potencjalnej, czyli łącznie geometrycznej i statycznej wysokości podnoszenia dla początkowego,
statycznego zwierciadła wody (z uwzględnieniem wysokości zabudowania manometru oraz jego wskazań). W związku z powyższym
charakterystyka strat opisana jest wielomianem drugiego stopnia
wobec zmiennej strumienia objętości wody. Wzrost wartości współczynnika oporu studni C w trakcie jej wieloletniej eksploatacji wywołuje bardziej stromy przebieg charakterystyki studni, zupełnie
jak przy dławieniu przepływu w rurociągu.
Charakterystyka głębinowego agregatu pompowego
Do wyznaczenia punktu pracy układu studnia-agregat pompowy
konieczne jest wyznaczenie charakterystyki agregatu pompowego.
Charakterystykę taką można uzyskać z katalogu producenta, czy
też ze stacji prób, w której badana była pompa. Aby odzwierciedlić
rzeczywiste warunki pracy oraz stan techniczny (stopień zużycia),
można wykonać pomiary parametrów pracy pompy w trakcie trwania próbnego pompowania wielostopniowego. Badanie to ma znaczenie diagnostyczne i odbywa się bezpośrednio w studni, tj. bez
konieczności demontażu układu pompowego.
Wysokość użyteczną podnoszenia pompy (Hu) można przedstawić jako różnicę całkowitej energii mechanicznej płynu w króćcach
tłocznym i ssawnym maszyny przepływowej. Stanowi ona energię
wydatkowaną na transport medium w odniesieniu do jednostki ciężaru pompowanego płynu [11].
Wychodząc z równania Bernoulli’ego, można z łatwością wyprowadzić przybliżoną zależność na wysokość użyteczną podnoszenia agregatu pompowego głębinowego w studni. Schemat poglądowy dla wyznaczania wysokości podnoszenia pompy zatapialnej
w studni głębinowej przedstawia rys. 2. Należy poczynić założenia
o zaniedbywalności:
287
• różnic wysokości położenia króćców wlotowego i wylotowego
pompy wobec pozostałych wysokości geometrycznych układu;
• wysokości prędkości odniesionej do ruchu ustabilizowanego
zwierciadła wody (mała wyższego rzędu).
Wobec poczynionych uwag wysokość użyteczna podnoszenia
pompy jest sumą potencjalnej (Hstat) i dynamicznej (Hdyn) wysokości
podnoszenia i wynosi odpowiednio:
⎞
⎛ Δp
⎞ ⎛ 8Q 2
H u = H stat + H dyn = ⎜⎜ 2 + H geom ⎟⎟ + ⎜⎜ 2 4 + Δh st + Δh ss ⎟⎟ (9)
γ
π
d
g
⎝
⎠ ⎝
⎠
gdzie:
Δp2 – nadciśnienie w punkcie pomiarowym przewodu tłocznego
(Δp2 = p2 – patm),
γ
– ciężar właściwy płynu,
Hgeom = Hs + so + z = Hd + z – wysokość geometryczna podnoszenia;
8Q 2
– wysokość prędkości (w punkcie pomiaru),
π 2d 4g
– strata wysokości na odcinku tłocznym (króciec wylotowy
pompy– punkt pomiaru w komorze zasuw),
Δhss – strata wysokości ciśnienia na koszu ssawnym pompy.
W przypadku pomp zatapialnych można niekiedy zaniedbać
straty wysokości na odcinku ssawnym, tj. wtedy gdy opór miejscowy kosza (ltra) ssawnego jest względnie mały wobec strat zachodzących w części tłocznej układu (Δhss ≈ 0). Straty ciśnienia na
odcinku ssawnym są ponadto niemierzalne wprost. Można je ocenić
dopiero po przeprowadzeniu próbnego pompowania, jako jedną ze
składowych różnicy pomiędzy nominalną charakterystyki pompy,
a otrzymanej na drodze testu pompowego.
Rezultatem rozważań jest szczególny przypadek rozwiązania
dla układu pompowego. Jest on zgodny ze zależnościami stosowanymi w literaturze poświęconej zagadnieniom hydraulicznym
[1,6,8,11,12].
Strata wysokości (Δhst) związana jest zasadniczo z odcinkiem
tłocznym przewodu. Jest ona sumą strat na oporach lokalnych (skupionych, Δhm) oraz liniowych (rozłożonych, ΔhL) [1,6,11,12].
Straty miejscowe można obliczyć jako krotność wysokości prędkości [1,6,8,11,12]. W przypadku przedstawionego schematu opory miejscowe odnoszą się do zmiany kierunku strumienia płynu.
Opory związane z miejscami połączeń gwintowych dla rur o stałym
przekroju poprzecznym, można zaniedbać.
Opory liniowe można oszacować z prawa Darcy-Weissbacha
[1,6,8,11,12]. Natomiast współczynnik oporów liniowych poszczególnych odcinków prostoliniowych (λ) – przy ruchu turbulentnym
wody (w warunkach doświadczenia liczba Reynoldsa wynosiła
Re >> 2300) – z wzoru Nikuradsy’ego [6]. W związku z dominacją
sił bezwładności nad siłami związanymi z lepkością płynu współczynnik strat liniowych został obliczony jako niezależny od liczby
Reynoldsa, natomiast zależny od sympleksu geometrycznego opisującego gładkość wykonania ścianek wewnętrznych rurociągów. Dla
wartości chropowatości względnej danej ε = 0,0079 (rury stalowe
o średnicy wewnętrznej 2”, o chropowatości bezwzględnej ścianek
k = 0,4 mm – skorodowane w stopniu nieznacznym) współczynnik
strat liniowych wyniósł λ = 0,035.
Znając wartość wysokości użytecznej podnoszenia (HU) można
określić moc użyteczną oddaną przez pompę transportowanemu
z danym wydatkiem (Q) płynowi o ciężarze właściwym (γ) [1,11]:
Δhst
P U = γ ∙ Hu ∙ Q
(10)
Ponadto, można określić sprawność agregatu pompowego (lub
zastępczo stopień wykorzystania nominalnej mocy silnika agregatu
pompowego) [11]:
ηp =
288
PU
PU
=
N
3U mp I p cosϕ
(11)
w którym:
N
– moc czynna pobrana przez silnik pompy (w tym przypadku
odbiornik mocy 3-fazowy) lub moc nominalna (zastępczo);
Ump – napięcie skuteczne międzyprzewodowe (pomiędzy przewodami L1(2,3)-N lub L1(2,3)-L2(3,1),
Ip
– prąd przewodowy pobrany z sieci elektroenergetycznej (dla
przewodów fazowych zasilających L1, L2, L3),
cos φ – wartość współczynnika mocy silnika klatkowego.
Wysokość podnoszenia pompy (wraz ze składowymi dynamiczną i statyczną) określono z wzoru (9.). Natomiast przy obliczaniu
wielkości wysokości geometrycznej (zgodnie z rys. 2) uwzględniono: głębokość do statycznego zwierciadła wody Hs = 35,47 m
p.p.t., wysokość zabudowy manometru z = 0,65 m i wartości pomierzonych depresji w otworze (so zgodnie z rys. 1.). W obliczeniach pominięto wartość ciśnienia na wypływie. W trakcie próbnego pompowania studnia pracowała na opróżniony zbiornik. Z kolei,
w celu obliczenia mocy użytecznej oraz sprawności agregatu pompowego wykorzystano zależności (10.) i (11.). W trakcie próbnego
pompowania nie mierzono parametrów prądowo-napięciowych,
zatem do określenia sprawności przyjęto moc czynną znamionową
N = 5,5 kW silnika agregatu pompowego zabudowanego w studni.
Uproszczenie pozwala na przybliżoną ocenę sprawności agregatu
pompowego. Rezultaty obliczeń prezentuje tab. 1.
Tabela 1. Wyniki obliczeń poszczególnych składowych strat ciśnienia w instalacji tłocznej oraz charakterystyk głębinowego
agregatu pompowego
Table. 1. The calculation results of the individual components of
the pressure loss in the pipeline system and the curve of submersible pump unit
v22/2g
Q
[dm3/s] [m]
Δhst
[m]
Hdyn
[m]
Hd
[m]
Hgeom
[m]
Δp2/γ
[m]
Hstat
[m]
HU
[m]
PU
[kW]
ηp
[-]
1,14
0,02
0,64
0,66
35,70 36,35 55,57 91,92 92,58
1,03
0,19
1,53
0,03
1,16
1,19
35,92 36,57 40,79 77,36 78,55
1,18
0,21
1,68
0,04
1,40
1,44
36,10 36,75 30,59 67,34 68,78
1,13
0,21
1,75
0,04
1,52
1,56
36,20 36,85 26,00 62,85 64,41
1,11
0,20
2,13
0,06
2,24
2,30
36,33 36,98 20,90 57,88 60,18
1,25
0,23
2,36
0,07
2,76
2,83
36,44 37,09 17,33 54,42 57,25
1,33
0,24
W omawianym przypadku spadki i nieodwracalne straty energii
mechanicznej płynu determinuje geometryczna wysokość podnoszenia, a w mniejszym stopniu straty linowe na przewodzie (długości L = 52,4 m do punktu pomiaru ciśnienia wody). Przy niewielkich
wydatkach można przyjąć, że wysokość podnoszenia użyteczna jest
dostatecznie przybliżona przez potencjalną wysokość podnoszenia.
Będzie to miało także odzwierciedlenie przy stosunkowo płytkich
odwiertach, o krótkich odcinkach zabudowanej instalacji.
Na podstawie wyników obserwacji można uznać, że silnik agregatu pompowego jest przewymiarowany w stosunku do wydajności
eksploatacyjnej studni. Przyczynia się to do relatywnie niskiego wykorzystania jego możliwości do wykonywania pracy mechanicznej.
Oznacza to niską sprawność energetyczną oraz niski współczynnik
mocy przy mniejszym obciążeniu maszyny elektrycznej. Konieczna okaże się w przyszłości kompensacja mocy biernej indukcyjnej
pobranej z sieci elektroenergetycznej.
Na podstawie wyników obliczeń, zamieszczonych w tab. 1.
można uznać, że agregat pracuje po lewej stronie charakterystyki
sprawności, co prowadzi prawdopodobnie do przyspieszonego zużywania elementów pompy (łożyska, uszczelnienia). Otrzymane
w toku przeprowadzonych obliczeń charakterystyki zainstalowanego w studni agregatu pompowego (Hp = f(Q) oraz studni H = f(Q))
przedstawiono na rys. 3.
Wysokość podnoszenia, m
140,0
120,0
100,0
80,0
60,0
charakterystyka studni
40,0
wys. całkowita podnoszenia
pompy
agregat pompowy, nominalnie
20,0
0,0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Wydajność pompy x 10-3
m3/s
Rys. 3. Współpraca studni z głębinowym agregatem pompowym
Fig. 3. The cooperation of groundwater well and submersible pump
Z wykresu powyższego wynika, że charakterystyka pompy odbiega w sposób istotny od charakterystyki nominalnej. Przyczyną
tego mogą być:
• Obniżenie charakterystyki względem nominalnej na skutek złego stanu technicznego pompy,
• Wysokie opory na ssaniu, co związane może być z obecnością
zasypu na koszu ssącym pompy.
Warto także zauważyć, że maksymalna wydajność pompowania wyniosła 2,4 · 10-3 m3/s przy wysokości podnoszenia 57,1 m.
Punkt pracy mieści się w polu zalecanym przez producenta, jednakże agregat pompowy posiada optymalne warunki pracy w punkcie
Q = 3,6 · 10-3 m3/s oraz H = 85 m. Zwraca także uwagę fakt, stosunkowo niska wartość mocy użytecznej, a tym samym niska sprawność pompy, maksymalnie 24% przy nominalnej 65%.
Podsumowanie i wnioski końcowe
Celem przeprowadzonych badań na studni ujęciowej było ustalenie przyczyn wysokiej energochłonności ujęcia. Dla zrealizowania celu przeprowadzono próbne pompowanie, które pozwoliło
na ocenę sprawności studni wraz z przewodem tłocznym, a także
sprawności agregatu pompowego.
W pracy niniejszej zaprezentowano metodykę obliczeń, które
wykorzystano do wykonania oceny stanu hydraulicznego studni
oraz zabudowanego w nim agregatu pompowego wraz z instalacją
tłoczną.
Uzyskane wyniki analiz prowadzą do wniosku, że przyczyną wysokich kosztów eksploatacji ujęcia jest stosunkowo niska
sprawność studni. Natomiast zabudowany w studni agregat pompowy jest przewymiarowany, co prowadzi do jego pracy przy niekorzystnym wykorzystaniu mocy pobranej z sieci. Praca agregatu
pompowego odbywa się na lewo od punktu najwyższej sprawności (BEP), co prowadzić może do przyspieszonego zużycia elementów pompy.
Wartość współczynnika oporu hydraulicznego C wskazuje, że
przyczyną niskiej sprawności studni jest znaczny opór hydrauliczny
na ltrze. Dla studni ujęciowych, w dobrym stanie, jego wartość
powinna wynosić poniżej 2.500 s2/m5. Należy przypuszczać, że doszło do zmniejszenia przepustowości ltra, na skutek przysłonięcia
zasypem części czynnej ltra.
Powyższy wniosek potwierdza charakterystyka zmian depresji.
W początkowej fazie próbnego pompowania stwierdzono turbulentny charakter przepływu w studni. Wykres funkcji S = f(Q) wykazuje
zgodność z równaniem kwadratowym Jacoba. Powyżej wydajności 1,85 · 10-3 m3/s warunki ulegają stabilizacji, a zależność między
wydajnością a depresją ma charakter liniowy. Świadczyć to może
o procesie uidyzacji zasypu obecnego w studni.
Tezę powyższą potwierdza także stosunkowo niska wysokość
podnoszenia pompy. Zasyp w studni przysłania prawdopodobnie
nie tylko część czynną ltra, ale także powoduje pojawienie się
znaczących oporów na koszów ssawnym pompy, co widoczne jest
zwłaszcza przy zwiększonym natężeniu przepływu. Fluidyzacja
zasypu powoduje zmniejszenie oporów hydraulicznych na ltrze
studziennym oraz jednoczesny wzrost oporów hydraulicznych na
koszu ssawnym, co jest zauważalne poprzez zagięcie charakterystyki podnoszenia pompy. Konsekwencją nadmiernych oporów na
koszu ssawnym może być, w skrajnym przypadku, zjawisko kawitacji na odcinku ssawnym pompy (zbyt mała wartość NPSH).
W obliczeniach pominięto składową ciśnienia na wypływie, wiec
rzeczywista charakterystyka podnoszenia może przebiegać powyżej zaprezentowanej w pracy.
Próbne pompowanie przeprowadzono jako badanie diagnostyczne. Test nie wymaga kosztownych nakładów oraz prac demontażowych. Wyniki badań upoważniają do zalecenia renowacji studni. W ramach renowacji studni zaproponowano demontaż pompy i zespołu tłocznego, pomiar zasypu w studni, jego
ewentualne usunięcie, przeprowadzenie inspekcji TV dla oceny
ewentualnych uszkodzeń ltra oraz zabudowę innego agregatu
pompowego dostosowanego do stanu hydraulicznego studni po
jej renowacji. Wydajność nowej pompy musi zapewniać pokrycie
zapotrzebowania na wodę, ale także uwzględniać istniejące uwarunkowania hydrogeologiczne i hydrauliczne. Zaproponowane
zabiegi renowacyjne przyniosą znaczące obniżenie kosztów funkcjonowania ujęcia wody, w tym przede wszystkim ograniczenie
poboru mocy.
LITERATURA
[1] Bortel Edgar, Henryk Koneczny. 1992. Zarys technologii chemicznej,
PWN, Warszawa.
[2] Dąbrowski Stanisław, Józef Górski, Jacek Kapuściński, Jan Przybyłek, Andrzej Szczepański. 2004. „Metodyka określania zasobów eksploatacyjnych
ujęć zwykłych wód podziemnych” Poradnik metodyczny. Borgis Wydawnictwo Medyczne, Warszawa.
[3] Dąbrowski Stanisław, Jan, Przybyłek. 2005. „Metodyka próbnych pompowań w dokumentowaniu zasobów wód podziemnych” Poradnik metodyczny. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań.
[4] Klich Jerzy, Karolina Kaznowska-Opala, Katarzyna Pawlecka, Krzysztof
Polak. 2014. „Analiza przebiegu próbnych pompowań na przykładzie studni badawczej AGH-1” Przegląd Górniczy (10): 106–111.
[5] Klich Jerzy, Krzysztof Polak, Edward Sobczyński. 1998. „Opis metody
oceny jakości wykonania i stanu studzien ujęciowych i odwadniających”
III Międzynarodowa Konferencja naukowo- techniczna pt.: „Zaopatrzenie
w wodę miast i wsi” Poznań: 161–176.
[6] Orzechowski Zdzisław, Jerzy Prywer, Roman Zarzycki. 2009. Mechanika
płynów w inżynierii i ochronie środowiska. WNT, Warszawa.
[7] Polak Krzysztof, Karolina Kaznowska-Opala, Katarzyna Pawlecka. Jerzy,
Klich., Kamzimierz. Różkowski. 2015. “The Assessment Of Susceptibility
On Drainage In An Aquifer On The Basis Of Pumping Tests In A Lignite
Mine” Arch. Min. Sci., Vol. 60 (1): 107–121.
[8] Polak Krzysztof (red.). 2014. Przewodnik do geoinżynierskich badań hydraulicznych. Wyd. AGH, Kraków.
[9] Polak Krzysztof, Jerzy Klich Karolina Kaznowska. 2011.” The method of
wells’ efciency estimation” IMWA Congress 2011: Mine Water – Managing the Challenges: Proceedings of the 11th Congress of the International
Mine Water Association: Aachen, Germany, 4–11 September 2011, IMWA,
RWTH Aachen University. Institute of Hydrogeology, ISBN: 978-3-00035543-1: 153–157.
[10] Shekhar Shashank. 2006. “An approach to interpretation of step drawdown
tests” Hydrogeology Journal, (14): 1018–1027.
[11] Strączyński Marian, G. Pakuła, Paweł Urbański, J. Solecki. 2012. Podręcznik eksploatacji pomp w wodociągach i kanalizacji. Wyd. „Seidel-Przywecki” Sp. z o.o., Warszawa.
[12] Strączyński Marian. 2009. „Dobór pomp głębinowych do wymaganych parametrów pracy układu pompowego studni” Technologia wody (2): 54–57.
[13] Wójcik Włodzimierz. 1986. „Przyczyny spadku wydajności studni wierconych” Gaz, Woda i Technika Sanitarna (4): 82–84.
289
Regeneracja i utrzymanie ujęć wód podziemnych z wykorzystaniem dwutlenku węgla
Anna Vargas Siekańska, Mariusz Chojnacki, Victoriano Sanz Losada (Aqualogy Polska)
STRESZCZENIE
Zjawiska kolmatacji i inkrustracji w mniejszym lub większym stopniu dotyczą każdej studni
głębinowej i wpływają na jej sprawność. Procesom tym nie da się zapobiec, ale podejmując odpowiednie
działania konserwacyjne i regeneracyjne można zapewnić prawidłową eksploatację studni przez lata.
Celem pracy jest przedstawienie metody regeneracji studni z wykorzystaniem CO2. Technologia
ta nosi nazwę Aqua Freed i polega na kontrolowanej aplikacji CO2 do studni głębinowej. W
przeprowadzonych testach regeneracji poddana została studnia na ujęciu wody pitnej oraz studnia
odwodnieniowa. Wtłoczenie CO2 , w ilości dostosowanej do średnicy studni, odbyło się z
wykorzystaniem specjalnie zaprojektowanegopojazdu i było poprzedzone czyszczeniem mechanicznym
za pomocą szczotek. Po zakończeniu działania CO2 w studniach dodatkowo przeprowadzono strefowe
udrażnianie filtrów poprzez tzw. swabbing. Przed przystąpieniem do realizacji prac oraz po ich
zakończeniu w każdej ze studni przeprowadzono inspekcję TV oraz wykonano pompowanie próbne.
Otrzymane wyniki wskazały na istotną poprawę wydajności i potwierdziły skuteczność technologii Aqua
Freed.
WPROWADZENIE
Studnie to pionowe odwierty sięgające nasyconej warstwy wodonośnej wyposażone w
urządzenie pompujące [2]. W trakcie ich eksploatacji występuje szereg procesów, które przyczyniają się
do ich starzenia, czego konsekwencją jest spadek wydajności i co za tym idzie wzrost kosztów
eksploatacyjnych. Szybkość zachodzenia tych zjawisk zależy od wielu czynników, wśród których można
wymienić m.in. chemizm wody, charakterystykę warstwy wodonośnej czy konstrukcję studni [3].
Procesu starzenia studni nie da się powstrzymać, ale podejmując odpowiednie działania regeneracyjne i
konserwacyjne można znacząco przedłużyć czas ich funkcjonowania przy zachowaniu wysokiej
sprawności [1].
Istnieje szereg metod naprawczych i renowacyjnych studni, które można podzielić na dwie
główne grupy: mechaniczne i chemiczne. Te pierwsze zorientowane są na usuwanie fizycznych osadów
odłożonych wewnątrz studni, drugie zaś na czyszczenie studni z osadów chemicznych i biofilmu [2].
Skuteczność tych metod zależy przede wszystkim od możliwości zidentyfikowania materiału osadowego,
a także odpowiedniego dobrania środka chemicznego. Ze względu na skomplikowane warunki
geochemiczne i mikrobiologiczne panujące pod ziemią jest to niezmiernie trudne, a konsekwencją
niewłaściwych działań może być nawet konieczność wyłączenia studni z eksploatacji.
Alternatywą dla tradycyjnych metod jest technologia regeneracji i utrzymania studni opierająca
się na zastosowaniu CO2. Jej początki sięgają lat 70, kiedy to Igor Jaworowsky, hydraulik i wynalazca,
zastosował suchy lód w celu przywrócenia do użytku mało wydajnej studni. Metoda ta okazała się na tyle
innowacyjna i skuteczna, że 1985 roku przyznano jej patent, który posłużył jako podstawa do aktualnie
stosowanej technologii regeneracji studni zwanej Aqua Freed. Dotychczasużyto ją już w ponad 7000
studni głębinowych na całym świecie. W 2015 roku firma Aqualogy po raz pierwszy zastosowała ją na
rynku polskim, przeprowadzając regeneracje studni w Bydgoszczy i Bełchatowie.
OPIS TECHNOLOGII
Podstawą technologii Aqua Freed jest zastosowanie CO2, który zatłaczany jest do studni w
sposób kontrolowany przy zapewnieniu odpowiednich warunków ciśnienia i temperatury. Pozwala to na
uzyskanie potrójnego efektu: usunięcia drobnych frakcji, rozpuszczenia soli, tlenków i wodorotlenków
(dzięki wytworzeniu kwasu węglowego H2CO3 o pH ≈5) oraz eliminacji biofilmu (ze względu na
właściwości bakteriostatyczne CO2, w połączeniu z szokiem termicznym i zmianą pH) [2]. Dzięki
łatwemu przenikaniu CO2, procesem regeneracji objęty jest nie tylko filtr studni, ale również otaczająca
ją warstwa wodonośna. W metodzie tej wykorzystywany jest naturalny CO 2, głownie w formie ciekłej, w
ilości dostosowanej do średnicy i długości filtra, z uwzględnieniem dodatkowej dawki wynikającej z
przenikania czynnika do warstwy wodonośnej.
Technologia Aqua Freed składa się z trzech głównych procesów: czyszczenia mechanicznego,
zatłaczania CO2 do studni oraz czyszczenia strefowego -swabbing’u (Rys. 1).
Rys.1. Schemat działania technologii Aqua Freed: a) zatłaczanie płynnego CO2, b) rozprężenie CO2 w
kontakcie z wodą, c) czyszczenie strefowe (swabbing)
Pierwszym etapem prac, po przeprowadzeniu oceny stanu studni i demontażu agregatu pompowego, jest
szczotkowanie oraz czyszczenie hydrodynamiczne przy użyciu air-liftu. Dzięki temu działanie
wtłoczonego w kolejnym etapie CO2 jest skuteczniejsze i obejmuje również warstwę wodonośną. Po
zakończeniu tego etapu montowana jest specjalna głowica (Rys. 2) oraz urządzenia wtryskowe i
kontrolne, a do studni zapuszczany jest paker tworzący ciśnieniowe uszczelnienie do kierunkowej iniekcji
CO2. Dwutlenek węgla zatłaczany jest do studni w dwóch fazach: gazowej i ciekłej. W wyniku iniekcji
gazowego CO2 powstaje kwas węglowy, który przenika do warstwy wodonośnej. Ciekły CO 2 w
momencie kontaktu z wodą ulega natychmiastowemu rozprężeniu i następuje uwolnienie energii
pozwalającej na wypłukanie drobnych frakcji i usunięcie osadów, zarówno z filtra jak i otaczającej
warstwy wodonośnej. Specjalnie zaprojektowany w tym celu pojazd pokazano na rysunku 3. Minimalny
czas reakcji zatłoczonego czynnika w zamkniętej studni wynosi 12 godzin. Po upływie wymaganego
czasu, przeprowadzane jest strefowe czyszczenie filtra (Rys. 4) z wykorzystaniem podwójnego pakera i
zjawiska tłokowania, aż do czasu gdy wypompowywana woda nie będzie całkowicie czysta i pozbawiona
resztek osadów. Po zakończeniu wszystkich wymienionych powyżej czynności, w studni montowany jest
ponownie agregat pompowy i przeprowadzane jest pompowanie próbne w celu określenia skuteczności
przeprowadzonej regeneracji.
Rys. 2. Głowica ciśnieniowa do zatłaczania CO2
Rys. 3. Specjalistyczny pojazd do kontrolowanej iniekcji CO2
Rys. 4. Strefowe czyszczenie filtra (swabbing)
PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA
W 2015 roku firma Aqualogy Polska po raz pierwszy zastosowała technologię regeneracji studni
za pomocą CO2 w Polsce. Próbie poddana została studnia odwodnieniowa zlokalizowana na terenie
Kopalni Węgla Brunatnego (KWB) w Bełchatowie oraz studnia służąca do zasilania w wodę sieć
wodociągową, należąca do Miejskich Wodociągów i Kanalizacji w Bydgoszczy. W dalszej części
artykułu zostały przedstawione wyniki przeprowadzonych działań.
Studnia odwodnieniowa zlokalizowana na terenie PGE GiEK SA Oddział KWB Bełchatów
KWB w Bełchatowie posiada ponad 350 studni, których celem jest odwodnienie
eksploatowanych pokładów węglowych. Studnie te, ze względu na występowanie kolmatacji i
inkrustracji, muszą być poddawane częstym zabiegom regeneracyjnym, co z kolei wiąże się z wyższymi
kosztami ich utrzymania. Do tej pory do regeneracji studni stosowano technologie mechaniczne i
hydrodynamiczne. W kwietniu 2015 roku przeprowadzono próbę regeneracji jednej ze studni stosując
technologię Aqua Freed.
Parametry studni poddanej próbie:
 głębokość - 250 m,
 data zakończenia wiercenia - 04.10.2006 (studnia wiercona obrotowo z lewym obiegiem płuczki),
 konstrukcja otworu: rury ø 1420 do głębokości 6 m, rury ø 1220 do głębokości 38 m,
 zafiltrowanie:
 kolumna ø 711 zabudowana do głębokości 110,5 m, część czynna - filtr okładzinowy o
łącznej długości 23,4 m,
 kolumna ø 406 zabudowana do głębokości 250 m, część czynna - filtr okładzinowy o
łącznej długości 72,4 m,
Studnia została oddana do eksploatacji na początku 2007 roku. W pierwszym okresie
eksploatacji wydajność studni utrzymywała się na zbliżonym poziomie, około 24 m3/h, ale po upływie
dwóch lat zaczął następować jej stopniowy spadek i taka tendencja utrzymywała się aż do czasu
przeprowadzenia próby z CO2. Na podstawie próbnego pompowania przeprowadzonego przed
regeneracją określono, że wydajność studni spadła do 10,8 m3/h przy depresji 72 m, czyli wydajność
jednostkowa wynosiła 10,8 m3/h/m.
Pilotażowa regeneracja studni przy użyciu technologii Aqua Freed została przeprowadzona w
trzech etapach. Pierwszym z nich było czyszczenie mechaniczne szczotką systemem obrotowym,
zakończone wypłukaniem usuniętych osadów przy pomocy air-liftu. Następnie przeprowadzono
pompowanie i odnotowano, że wydajność studni wzrosła do 12,8 m3/h. Kolejnym etapem było
zatłaczanie CO2, poprzedzone uszczelnieniem kolumny studni i montażem głowicy. Dwutlenek węgla był
wtłaczany do studni dwuetapowo – w pierwszym etapie CO2 wprowadzany był na głębokości 239,0 m, a
następnie na 169,0 m. Po dwunastu godzinach głowica studni została zdemontowana i przystąpiono do
ostatniego etapu regeneracji, czyli strefowego czyszczenia filtrów studni. Następnie zapuszczono agregat
pompowy i przeprowadzono pompowanie próbne. Wydajność studni określono na 24 m3/h i stwierdzono,
że można ją jeszcze zwiększyć przez zapuszczenie agregatu pompowego o większych parametrach. Po
zapuszczeniu nowej pompy wydajność studni zwiększyła się do 33 m³/h. Obecnie wydajność studni
utrzymuje się na poziomie 29 m³/h. Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego przed, w trakcie i
po zakończeniu regeneracji pokazano na rysunku 5 i w tabeli 1.
Rys. 5. Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego przed, w trakcie i po zakończeniu regeneracji
studni
Tab. 1. Zestawienie wyników pompowań próbnych dla studni w Bełchatowie
Tab. 1. Zestawienie wyników pompowań
dla
studni sw Bełchatowie
Wydajnośćpróbnych
Q
Depresja
Wydajność
3
[m /h]
[m]
jednostkowa q
Wydajność Q
Depresja s
Wydajność
[m3/h/m]
3
[m
/h]
[m]
jednostkowa
q
Przed czyszczeniem mechanicznym
10,8
56,96
0,19
3
[m
/h/m]
Po czyszczeniu mechanicznym
12,8
65,55
0,20
Przed
czyszczeniem
mechanicznym
10,8
56,96
0,19
Po zatłoczeniu CO2
24,0
29,90
0,80
Po
czyszczeniu
mechanicznym
12,8
65,55
0,20
Po wymianie agregatu pompowego
33,0
64,25
0,51
Po
zatłoczeniu
CO
24,0
29,90
0,80
2
33 dni po regeneracji
29,0
62,80
0,46
Po wymianie agregatu pompowego
33,0
64,25
0,51
33 dni po regeneracji
29,0
62,80
0,46
Studnia zasilająca sieć wodociągową zlokalizowana na terenie ujęcia Las Gdański w Bydgoszczy
Studnia zasilająca
sieć wodociągową
zlokalizowana
na terenie ujęcia
Las
Gdański
w Bydgoszczy
Druga pilotażowa
regeneracja
studni z wykorzystaniem
Aqua
Freed
została
przeprowadzona w
Bydgoszczy na studni zlokalizowanej na terenie ujęcia Las Gdański. Studnia ta o głębokości 61 m została
Druga
pilotażowa
studni
z wykorzystaniem
Aqua Freed
przeprowadzona
w
wykonana
w styczniu
1982 regeneracja
roku. Jest ona
wyposażona
w filtr siatkowy
ø 300 została
o długości
15,0 m z siatką
3
Bydgoszczy
na
studni
zlokalizowanej
na
terenie
ujęcia
Las
Gdański.
Studnia
ta
o
głębokości
61
m
została
stylonową nr 10. W momencie rozpoczęcia eksploatacji wydajność studni wynosiła 50 m /h przy depresji
wykonana wwody
styczniu
Jest ona
wyposażona
w filtr siatkowy
ø 300 11,6
o długości
15,0
z siatką
Wm
kolejnych
zwierciadła
4,301982
m, coroku.
oznaczało
wydajność
jednostkową
na poziomie
m3/h/m.
3
/h
przy
depresji
stylonową
nr
10.
W
momencie
rozpoczęcia
eksploatacji
wydajność
studni
wynosiła
50
m
latach wydajność studni znacznie spadła i w roku 2008 przy wydajności eksploatacyjnej
25 m 3/h,
3
3
W kolejnych
zwierciadła
wody 4,30 m,2co
jednostkową
na poziomie
11,6 m /h/m.
/h/m oraz wydajność
depresji 12,0
m zdecydowano
o wstrzymaniu
jej eksploatacji
ze
wydajności jednostkowej
m oznaczało
latach
wydajność
studni
znacznie
spadła
i
w
roku
2008
przy
wydajności
eksploatacyjnej
25 m 3/h,
względu na niską wydajność oraz
pojawiające
się
piaszczenie.
3
/h/mAqualogy
oraz depresji
12,0 m zdecydowano
o wstrzymaniu
eksploatacji ze
wydajności
jednostkowej
2m
W maju
2015 roku
firma
przeprowadziła
proces regeneracji
studni zjejwykorzystaniem
względu
na
niską
wydajność
oraz
pojawiające
się
piaszczenie.
CO2, Zastosowano schemat działania zbliżony do tego, który był wykorzystany w KWB w Bełchatowie.
W maju 2015 roku
firma Aqualogy
przeprowadziła
proces regeneracji
studni z wykorzystaniem
Przed przystąpieniem
do czyszczenia
mechanicznego
wykonano
próbne pompowanie,
na podstawie
3który był wykorzystany w KWB w Bełchatowie.
Zastosowano
schemat
działania
zbliżony
do
tego,
CO
2,
którego ustalono, że wydajność studni Q wynosi 32 m /h przy depresji 14,5 m (wydajność jednostkowa
Przedm3przystąpieniem
czyszczenia
mechanicznego
wykonano
pompowanie,
podstawie
2,2
/h/m). Ponadto dostudnię
poddano
inspekcji kamerą
TV, próbne
która wykazała
istotnąna kolmatację
3
14,5 m (wydajność
którego ustalono,
że wydajność
studni Q
m /h przy depresji
praktycznie
całego
filtra. Działania
te wynosi
zostały32powtórzone
po zakończeniu
procesu jednostkowa
regeneracji.
3
3
2,2
m
/h/m).
Ponadto
studnię
poddano
inspekcji
kamerą
TV,
która
wykazała
istotną
kolmatację
Wydajność studni po zastosowaniu CO2 wzrosła do 55 m /h przy depresji 8,25
m (wydajność
3
praktycznie
filtra. Wyniki
Działania
te zostały
powtórzone
po zakończeniu
procesu
regeneracji.
próbnego
pompowania
przeprowadzonego
przed
i po zakończeniu
jednostkowa całego
6,7 m /h/m).
3
Wydajność
studni
po
zastosowaniu
CO
wzrosła
do
55
m
/h
przy
depresji
8,25
m
(wydajność
regeneracji przedstawiono
na rysunku 6 i w2 tabeli 2.
3
jednostkowa 6,7 m /h/m). Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego przed i po zakończeniu
regeneracji przedstawiono na rysunku 6 i w tabeli 2.
Rys. 6. Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego przed i po zakończeniu regeneracji studni
Tab. 2. Zestawienie wyników pompowań próbnych dla studni w Bydgoszczy
Rys. 6. Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego przed i po zakończeniu regeneracji studni
Tab. 2. Zestawienie wyników pompowań próbnych dla studni w Bydgoszczy
Parametry początkowe (01.1982 r.)
Przed Aqua Freed (05.2015 r.)
Po Aqua Freed (05.2015 r.)
Wydajność Q
[m3/h]
Depresja s
[m]
50
32
55
4,30
14,50
8,25
Wydajność
jednostkowa q
[m3/h/m]
11,6
2,2
6,7
WNIOSKI
Regeneracja z użyciem technologii Aqua Freed pozwoliła na znaczną poprawę parametrów
hydraulicznych obu analizowanych studni.
W przypadku studni odwodnieniowej KWB Bełchatów wydajność studni wzrosła dwukrotnie w
stosunku do wartości sprzed regeneracji. Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego po
wykonaniu szczotkowania wskazywałyby na niewielki wpływ tego procesu na poprawę wydajności
studni, jednak ma on istotne znaczenie, gdyż pozwala na lepszą penetrację CO 2 i co za tym idzie większą
skuteczność technologii Aqua Freed.
Wydajność studni po regeneracji w Bydgoszczy wzrosła do wartości 55 m3/h przy depresji 8,25
m, czyli wydajność jednostkowa wzrosła do 6,7 m 3/h/m. Dzięki otrzymanym rezultatom możliwe było
przywrócenie studni do eksploatacji.
Warto również zauważyć, że uzyskany wzrost wydajności studni poddanych próbie przekłada się
bezpośrednio na spadek ilości energii zużywanej do pompowania, a co za tym idzie zmniejszeniem
kosztów eksploatacyjnych.
Literatura
1.
2.
3.
Frukacz R. 2012 - Studnie głębinowe – eksploatacja i regeneracja. Wodociągi – kanalizacja 12
(106)/2012
Lupiani Moreno E., Bueso Sanchez S., Cantudo Munez A. 2014 - Poprawa wydajności
hydraulicznej studni przy użyciu ciekłego CO2,. W: X Sympozjum Hydrogeologiczne w
Granadzie (Hiszpania), 16 – 18.10.2013, materiały konferencyjne,
Mansuy N. 2015 - Water Well Asset Management – The importance of Time Based
Maintenance Intervals. InFlow – Line Magazine, Winter 2014/2015, s. 42 - 43
Pompy i pompownie
Chmura SPMSYSTEM
Marian Strączyński, Przemysław Zatorski
MAST, Bełchatów
Chmura SPMSYSTEM – najnowszym
rozwiązaniem w zarządzaniu,
monitoringu i sterowaniu eksploatacją
pomp i ujęć głębinowych
Praca systemu SPMSYSTEM – Submersible Pumps Managment, którego budowę i funkcjonowanie opisano w cyklu artykułów – Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych [2, 3] służy do optymalizacji eksploatacji
pomp i ujęć głębinowych. Aktualnie, najnowszym wdrażanym w świecie rozwiązaniem dostępu do oprogramowań jest stosowanie
tzw. chmury, zwanej również chmurą obliczeniową (ang. cloud computing). Chmura jest to model dystrybucji narzędzi informatycznych, polegający na udostępnianiu użytkownikom oprogramowania, infrastruktury lub platform rozwoju aplikacji zainstalowanych
na serwerach utrzymywanych przez dostawcę (w tym przypadku SPMSYSTEM).
W
prowadzenie dostępu do chmury
http://softspm.com w SPMSYSTEM
praktycznie zakwalifikowało to rozwiązanie do najnowszych, światowych
systemów zarządzających i sterujących
eksploatacją pomp i ujęć głębinowych.
1. Dostęp i struktura funkcjonowania
chmury – SPMSYSTEM
Chmura, zwana również chmurą
obliczeniową (ang. cloud computing) to
model dystrybucji narzędzi informatycznych polegający na udostępnianiu
użytkownikom oprogramowania, infrastruktury lub platform rozwoju aplikacji zainstalowanych na serwerach
utrzymywanych przez dostawcę (w tym
przypadku SPM SYSTEM ). W modelu
chmury użytkownik nie musi instalować kompletnego systemu informatycznego – do połączenia z środowiskiem
chmury wystarczy jedynie dostęp do
internetu oraz przeglądarka internetowa. Ze względu na możliwość korzystania z danych poprzez internet, klient
może praktycznie z każdego miejsca
i z użyciem każdego urządzenia korzystać z własnych zasobów w dowolnie wybranym momencie. Aplikacje
w modelu chmury http://softspm.com
SPMSYSTEM są łatwiejsze do utrzymania i obsługi, ponieważ nie wymagają
instalacji na każdym komputerze, czy
innym urządzeniu w przedsiębiorstwie,
a ich serwisowanie lub unowocześnianie
są wykonywane na bieżąco przez zleceniobiorcę – rys. 1. Od kilku lat model
cloud computing rozwija się bardzo dynamicznie, a samo jego pojęcie staje się coraz szersze. Przedsiębiorstwa korzystające z takiego rozwiązania mogą oddać
w outsourcing bazy danych, zarządzanie
aplikacjami i systemem, pozbywając się
Rys. 1. Chmura SPMSYSTEM jest aktualnie najnowszym rozwiązaniem w systemach zarządzających i sterujących eksploatacją pomp i ujęć głębinowych
52
wrzesień/październik 2015 konieczności posiadania niezbędnych
do ich przechowywania serwerów oraz
pozostałej infrastruktury. Chmura, to
zatem wzrost elastyczności, szybkość
dotarcia na rynek, spadek ryzyka biznesowego, dostęp do najnowszych rozwiązań, integracja procesów, dzielenie
się wiedzą, kontrola nad danymi, eliminacja większości problemów z zarządzaniem operacyjnym, a przede wszystkim
niższe koszty. Rozwiązanie to jest obecnie najważniejszym trendem współdecydującym w głównej mierze o kształcie organizacji i sposobie zarządzania
przedsiębiorstwami na świecie. Jest nowym modelem biznesowym. Chmura
SPMSYSTEM jest aktualnie najnowszym
rozwiązaniem w systemach zarządzających i sterujących eksploatacją pomp
i ujęć głębinowych.
W zastosowaniach monitoring u
i sterowania eksploatacją pomp i ujęć
Rys. 2. Chmura obniża koszty związane z inwestycją w infrastrukturę
informatyczną
Chmura SPMSYSTEM
głębinowych SPMSYSTEM podjęcie decyzji o przejściu na model chmury http://
softspm.com wpływa na obniżkę kosztów i uelastycznienie działań. Model ten
obniża koszty stałe związane z inwestycją w infrastrukturę informatyczną,
która w tradycyjnym rozwiązaniu zazwyczaj rośnie wraz z czasem i potrzebą
aktualizacji oprogramowania – rys. 2.
Ograniczane są również koszty zużycia energii utrzymującej infrastrukturę,
a także koszty zatrudnienia pracowników obsługujących własne systemy, tj.
w przypadku tradycyjnych efektów decyzji o outsourcingu danej funkcji przedsiębiorstwa. Przyjęcie tego rozwiązania
ma bezpośredni wpływ na wskaźniki, tj.
zwrot z inwestycji. Zamienia się tu tradycyjne wydatki związane z licencjami,
liczbą użytkowników, sprzętem, obsługą,
naprawami, wdrożeniami na okresowe
płatności za funkcjonalność faktycznie
niezbędną i wykorzystaną przez organizację. Zmiana ta może być analizowana
pod względem wpływu na czas, koszt, jakość lub marżę. Ponadto, klient otrzymuje
konkretne, potrzebne mu funkcjonalności
i oprogramowanie. Korzysta z takiego
oprogramowania, jakiego potrzebuje. Nie
interesuje go ani sprzęt, ani środowisko
pracy. Ma jedynie zapewniony dostęp do
konkretnych, funkcjonalnych narzędzi –
oprogramowania SoftSPM. Taka sytuacja wpływa na uelastycznienie działań
www.forum-eksploatatora.pl Pompy i pompownie
Rys. 3. Widok mapy wizualizującej stan pracy ujęć oraz zbiorników, który pokazany jest po „wejściu” użytkownika w oprogramowanie na chmurze
podmiotu zarówno w kontekście wielkości zasobów, jak i dostępu do najnowszych
rozwiązań technologicznych zamieszczonych również na stronie SPMSYSTEM. Na
rys. 3 pokazano widok mapy wizualizującej stan pracy ujęcia oraz zbiornika, który
pokazany jest po „wejściu” użytkownika
w oprogramowanie na chmurze http://softspm.com
Rys. 4 pokazuje stan ocen pracy
układu pompowego studni wykonanych
przez model matematyczny oprogramowania funkcjonującego w środowisku
chmury http://softspm.com.
Dla użytkownika dostęp do oprogramowania, sterowanie pracą ujęć są praktycznie niezauważalne w porównaniu do
rozwiązań tradycyjnych, a więc do pracy
z własnym serwerem i oprzyrządowaniem komputerowym. Przewagą chmury
jest niewątpliwie wygoda pracy i wymienione wyżej oszczędności kosztów. Efekty ekonomiczne związane z zastosowaniem SPMSYSTEM są identyczne dla obu
przypadków, a więc znaczne oszczędności energii elektrycznej, zwiększenie
niezawodności pracy pomp głębinowych
i uporządkowanie obiegu informacji.
Rys. 4. Stan ocen pracy układu pompowego studni wykonanych przez model matematyczny oprogramowania funkcjonującego w środowisku chmury
wrzesień/październik 2015
53
Reklama • Pompy i pompownie
Chmura SPMSYSTEM 2. System sprzedaży
Zastosowanie Chmury w SPMSYSTEM
daje użytkownikom ujęć współcześnie
najnowsze narzędzie informatyczne
wspomagające w zarządzaniu, monitoringu i sterowaniu pompami oraz
studniami głębinowymi. Można przyjąć, że odpowiednio skonfigurowany
SPM SYSTEM gwarantuje uzyskiwanie
sporych oszczędności ekonomicznych
w eksploatacji ujęć. Nakłady związane
z wdrożeniem systemu zminimalizowano i sprowadzają się do:
– opłat miesięcznych, abonamentowych za użytkowanie chmury;
– opłat miesięcznych za w ynajem
oprzyrządowania pomiarowego studni – z możliwością wykupu za 36 ratę.
Dla użytkowników nie zainteresowanych taką formą dostępu do systemu
istnieje możliwość zakupu licencji do 3
poziomów oprogramowania SoftSPM
[2, 3] instalowanych na własnych serwerach oraz zakupu 3 wersji oprzyrządowania i opomiarowania układów
pompowych studni SPM.
54
wrzesień/październik 2015 System sprzedaży i dostępu umożliwia też wersje mieszane, np. Chmura + zakup opomiarowania, własna licencja + wynajem opomiarowania itp.
Dla użytkowników nie posiadających
dotychczas SPMSYSTEM można przyjąć,
że oszczędności związane z zastosowaniem systemu w wersji Chmura + raty
mogą przewyższyć opłaty miesięczne
związane z jego użytkowaniem. Przed
zastosowaniem prowadzone są indywidualne symulacje oszczędności i kosztów.
3. Literatura
[1] Strączyński M., Wąsowski J., Zatorski P.:
Systemowe zarządzanie, monitoring oraz sterowanie w eksploatacji pomp i ujęć głębinowych – SPMSYSTEM . Forum Eksploatatora,
nr 3, maj-czerwiec 2015, Warszawa.
sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych – system SoftSPM. Część I: Budowa
systemu.. Technologia Wody, nr 4 (36), lipiec-sierpień 2014, Warszawa.
sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych – system SoftSPM. Część II: Funkcjonowanie systemu. Tehchnologia Wody nr 6
(38), listopad-grudzień 2014, Warszawa.
y
m
a
c
e
ol
P
Zamówienia:
www.seidel-przywecki.pl
68
pompy i pompownie
Modułowe pompy
głębinowe systemu Ms-T
Marian strączyński
w
ostatnim okresie czasu producenci pomp głębinowych wprowadzają na rynek nowe rozwiązania techniczne zarówno w zakresie budowy samych pomp jak i w systemach ich eksploatacji.
Głównie chodzi o to by przy utrzymaniu wysokiej niezawodności pracy pomp głębinowych, a więc przy
znacznych czasach pracy tych urządzeń w eksploatacji nie gromadzić znacznych rezerw, w zakresie rezerwowych głębinowych agregatów pompowych. Dotyczy to szczególnie dużych ale też i małych systemów eksploatacji pomp głębinowych, w których koszty rezerw zawsze są wyraźne i niezbędne.
1. Modułowe pompy
głębinowe
Nowym rozwiązaniem w zakresie
budowy pomp głębinowych jest wprowadzany od kilku lat system modułowej konstrukcji tych urządzeń – MS-T
Modular Shaft Technology. System
ten polega na tym, że każdy stopień
pompy głębinowej jest indywidualnie
łożyskowany i zesprzęglany.
Dwa zasadnicze podzespoły
przedstawiono na rys. 1:
1. Wir nik pompy zamocowany
trwale na odcinku wału zakończonego od dołu zewnętrznym
sześciokątnym złączem połówki
sprzęgła natomiast w górnej części końcówka wału posiada wewnętrzne sześciokątne gniazdo
sprzęgła, pod którym znajduje
się powierzchnia wału spełniają-
rys. 1. Przekrój stopnia pompy modułowej
gdzie wyraźnie widać dwa zasadnicze podzespoły
ca rolę tulei łożyska promieniowego stopnia pompy.
Na wlocie wirnika zamocowany jest pierścień bieżny
uszczelniający jego krawędź wlotową.
2. Korpus pompy wraz z kierownicą, z zamocowanym
pierścieniem uszczelniającym oraz z wbudowaną panewką łożyska promieniowego.
Stopnie pompy na zewnątrz łączone są w sposób
klasyczny, a więc śrubami szpilkowymi z nakrętkami.
Wewnątrz poszczególne odcinki wału łączą się sześciokątnym zesprzęgleniem i ilość tych połączeń jest zgodna
z ilością stopni pompy. Montaż pompy głębinowej w systemie MS-T jest bardzo prosty i nie sprawia żadnych trudności dla pracowników służb technicznych użytkownika.
2. Korzyści związane z zastosowaniem
modułowych pomp głębinowych
systemu Ms-T
Korzystne cechy wynikające z zastosowania pomp
głębinowych budowy modułowej – system MS-T można
zestawić jako:
Cechy związane z konstrukcją pomp:
— pewne mocowanie wirnika z wałem zapewniające
optymalną pracę,
— wał wykonany jest z materiału o wysokich własnościach antykorozyjnych i wysokiej odporności na
ścieranie,
— średnica wału przystosowana do przenoszenia dużych mocy,
— sześciokątne złącze stopnia zapewnia stabilne i symetryczne przenoszenie sił bez oddziaływania karbu,
— kombinacja pomiędzy promieniowym i wzdłużnym
łożyskowaniem stopnia optymalizuje spokojną pracę
pompy i gwarantuje długą żywotność.
Cechy związane z eksploatacją pomp:
— brak konieczności utrzymywania kosztownej rezerwy kompletnych pomp – wystarczy posiadać rezerwowe moduły umożliwiające szybkie odtworzenie
uszkodzonej pompy,
— krótkie czasy reakcji w konkretnych potrzebach ruchowych,
modułowe pompy głębinowe systemu ms-t
69
— niskie koszty magazynowania przy mniejszej ilości
postojów.
Pompy systemu MS-T
wykonane są w wielkościach: 8”–14” i obejmują przedział wydajności
Q = 0,4 m 3 / min – 8,1
m3/min, przy podnoszeniu H = 10–500 m. Właścicielem systemu MS-T
jest Firma Andritz-Ritz.
System MS -T rozpro wadza w Polsce Firma
MAST z Bełchatowa.
3. Literatura
[3] MS-T Modular Shaft Technology., RITZ Pumpenfabrik GmbH & Co. KG.
[4] Strączy ński M., Pakuła
G., Urbański P., Solecki
J. Podręcznik Eksploatacji Pomp w Wodociągach
i Kanalizacji. Izba Gospodarcza Wodociągi Polskie,
Wydaw nic t wo „ Seidel-Prz y weck i” Sp. z o.o.
Warszawa 2007.
[5] Strączyński M., Modułowe
pompy głębinowe systemu
MS-T. Pompy Pompownie,
2/2008.
rys. 2. Budowa kilkustopniowej pompy głębinowej modułowej
— znacznie zmniejszone koszty logistyki (montaż na
miejscu, wysoka unifikacja części),
— nieznaczne koszty zabudow y wtórnej związane
z możliwością ponownego użytku modułów.
Dr Marian Strączyński
Mast, Bełchatów
rys. 4. widok agregatu pompowego z pompą głębinową
systemu Ms-T podczas zabudowy zespołu pompowego w studni
Dr Marian Strączyński
ul. Dzika 38, 97-400 BEŁCHATÓW
tel. +48 44 635 0110
tel./fax. +48 44 632 3946
tel. kom. +48 601 29 26 32
e-mail: [email protected] • www.mast.com.pl
SYSTEMY KOMPUTEROWE
•
•
System komputerowy monitoringu i sterowania SYNDIS – SEGAP
– program komputerowy typu scada SYNDIS RV,
– program komputerowy prowadzący eksploatację ujęć SEGAP,
– system komputerowy sterujący próbami pomp SEGAP – SP.
Urządzenia monitoringu i sterowania systemu SYNDIS – SEGAP
– dedykowane sterowniki z cyfrową diagnostyką pomp głębinowych USD 2,
– kompletne układy automatyki, sterowania i monitoringu procesów technologicznych
w przedsiębiorstwach wodociągowych,
– koncentratory pomiarowe oraz sterowniki stacji prób pomp,
– szafy zasilająco-sterownicze, szafy automatyki.
POMPY I SILNIKI GŁĘBINOWE
Głębinowe agregaty pompowe oraz ich części zamienne
–
–
–
–
modułowe pompy głębinowe systemu MS-T RITZ,
silniki głębinowe 8 cali – 16 cali,
wypożyczalnia – leasing pomp głębinowych,
łożyska poosiowe silników głębinowych.
SYSTEMY EKOLOGICZNE
energia odnawialna w przedsiębiorstwach wodociągowych
•
•
•
•
rys. 3. widok wirnika pompy z odcinkiem wału i zesprzęglenia
stopnia
słoneczne suszarnie osadów ściekowych,
pompy ciepła,
– kolektory słoneczne, fotowoltaika,
– siłownie wiatrowe,
kolektory słoneczne, fotowoltaika,
siłownie wiatrowe.
KONSULTING
–
–
oceny energochłonności pracujących układów pompowych,
szkolenia techniczne – SZKOŁA EKSPLOATACJI POMP
www.mast.com.pl
automatyka – monitoring
44
Pompy i pompownie
Korzyści wynikające
z zastosowania przewodów
elastycznych do zabudowy
pomp głębinowych
Michał Strączyński
P
ostęp w zakresie wykonań materiałowych specjalistycznych przewodów elastycznych do zabudowy
pomp głębinowych wpływa na znaczny wzrost liczby instalacji agregatów pompowych zbudowanych na tego rodzaju rurach w studniach głębinowych. Dotyczy to zarówno gospodarki wodnej jak
i górnictwa [2]. Szacuje się, że w ciągu najbliższych lat liczba aplikacji podwoi się lub nawet wzrośnie
kilkukrotnie.
1. Przewody elastyczne
do zabudowy pomp
głębinowych
Konstrukcja specjalistycznych
przewodów elastycznych przeznaczonych do zabudowy głębinowych
agregatów pompowych [1] jest przygotowana zarówno pod kątem ich
wytrzymałości jak i technologii montażu w studniach. W tabeli 1 przedstawiono podstawowe dane techniczne przewodów systemu Boreline,
charakteryzujące zarówno gabaryty
jak wytrzymałości typoszeregu średnic dedykowanych rozwiązań w tym
zakresie.
Jak widać, zakres średnic przewodów jest bardzo szeroki i obejmuje potrzeby typowych zakładów
– przedsiębiorstw wodociągowych.
Również parametry wytrzymałościo-
we i ciśnieniowe dobrane są w ten sposób, że obejmują ponad 95% potrzeb w tym zakresie. Specjalistyczne przewody elastyczne do zabudowy pomp głębinowych mogą być
zabudowywane do głębokości 200 m [1], a w specjalnych
przypadkach nawet do 300 m, i tym samym rzadko w warunkach wodociągowych głębokość zabudowy agregatu
może zostać przekroczona. Stosowane przewody wykonane są jako dedykowane do zabudowy głębinowych agregatów pompowych łącznie ze złączami rur, uchwytami oraz
klamrami mocującymi kable silnika i oprzyrządowania
pomiarowego. Dostarczane są też specjalistyczne oprzyrządowania do zabudowy pomp, przystosowane dla różnych sposobów montażu, tj. dźwigi, bębny instalacyjne
itp. Na rys. 1 pokazano typowy system zabudowy głębinowego agregatu pompowego z zastosowaniem dźwigu.
Przy tym sposobie zabudowy agregatu stosowane są
odpowiednie dla danej średnicy przewodu ściski, które
pokazano na rys. 2.
Innym, praktycznym i stosunkowo tanim sposobem
zabudowy jest opuszczanie lub wyciąganie pompy głębinowej przy pomocy specjalnej konstrukcji bębna z odpowiednim napędem. Rysunek 3 pokazuje sposób zabudo-
Tab. 1. Podstawowe dane techniczne przewodów systemu Boreline
rozmiar
1”
1½”
2”
2½”
3”
4”
5”
6”
8”
Średnica wewnętrzna [mm]
Ciśnienie rozrywające [bar]
Ciśnienie robocze [bar]
Wytrzymałość na rozciąganie [kG]
Maksymalne, zalecane obciążenie robocze [kg]
Waga [kg/m]
Minimalna średnica studni/szybu [mm]
Moment dokręcenia nakrętki złączki [Nm]
Zewnętrzna średnica złączki [mm]
Waga złączki [kg]
Masa wody [kg/m]
24
85
40
1 400
470
0,2
76
10
55
1,0
0,60
40
65
30
3 000
1 000
0,33
102
10
75
1,5
1,94
50
65
30
4 000
1 300
0,55
102
12
95
3,50
2,25
65
60
25
6 000
2 000
0,85
152
20
109
5
3,32
76
60
25
7 000
2 300
0,95
152
30
115
6,50
5,10
102
58
25
12 000
4 000
1,40
203
30
145
8,50
9,05
127
58
22
15 000
5 000
1,70
255
40
175
14
14,15
152
58
22
20 000
6 600
2,50
305
45
200
16
20,35
200
45
12
22 000
7 300
3,4
406
45
270
43
31
6/2013
Korzyści wynikające z zastosowania przewodów elastycznych do zabudowy pomp głębinowych
45
wodu, w ilości jednej sztuki na każdy metr przewodu elastycznego pompy i gwarantują pewne mocowanie kabla
podczas zabudowy i eksploatacji głębinowego agregatu
pompowego.
Kilka ważnych uwag związanych z mocowaniem i zabudową kabla silnika głębinowego [2]:
— Kabel silnika głębinowego należy mocować do rurociągu elastycznego co 1-3 m specjalnymi opaskami
klamrowymi.
Rys. 1. Typowy system zabudowy głębinowego agregatu pompowego z zastosowaniem dźwigu
Rys. 3. Bęben do opuszczania i wyciągania zabudowy studni
głębinowej
Rys. 4. Przyczepa z oprzyrządowaniem bębna do opuszczania i wyciągania zabudowy studni głębinowej
Rys. 2. Ściski do montażu zabudowy agregatu pompowego stosowane przy różnych średnicach przewodów
wy z użyciem takiego bębna, natomiast rys. 4 obrazuje
widok specjalnego oprzyrządowania zainstalowanego na
przyczepie transportowej.
Przewody zakończone są specjalnymi złączkami przystosowanymi do połączenia z kołnierzem zaworu zwrotnego pompy głębinowej z jednej strony a kolanem głowicy
studni z drugiej. Widok typowej złączki przewodu z kołnierzem pompy lub kolana pokazuje rys. 5 pokazuje.
Na rys. 6 pokazano mocowanie kabla silnika przy pomocy specjalnej opaski przytwierdzanej do wzdłużnego
występu przewodu. Opaski dostarczane są w cenie prze6/2013
Rys. 5. Typowa złączka przewodu z kołnierzem pompy lub kolana
46
Pompy i pompownie
głębinowego (co 1-3 m) oraz kabli sterowniczych czy
też pomiarowych (co 4-5 m).
— Materiał, z którego wykonany jest rurociąg elastyczny, umożliwia jego pracę w temperaturze poniżej 30oC
przy pH od 4 do 9, natomiast przy temperaturach od
30oC do 55oC zalecane pH wynosi od 5 do 9. Rurociąg
odporny jest na wody zasolone i inne chemikalia.
Rys. 6. Opaska do mocowania kabla silnika
— Pierwsze opaski klamrowe od strony pompy, 4-5 szt.,
powinny być koloru czerwonego (dostarczane są wraz
z przewodem).
— Długość kabla wzdłuż rurociągu elastycznego nie
może być mniejsza niż 105% długości rurociągu.
— Silnik głębinowy musi być dodatkowo uziemiony wg
ogólnych wymogów elektrycznych w tym zakresie.
2. Korzyści ze stosowania
przewodów elastycznych
Zasadnicze korzyści wynikające z zastosowania elastycznych przewodów do zabudowy pomp głębinowych
można scharakteryzować następująco [2]:
— Przewody elastyczne są lekkie, elastyczne i płaskie,
dzięki czemu sprzedawane są w zwojach. Są łatwe do
przechowywania i poręczne w transporcie.
— Przewody elastyczne zabudowywane są przeważnie
w jednym odcinku, więc posiadają tylko dwa złącza
montowane w dolnym i górnym zakończeniu. Złącza
zabudowuje się jednorazowo, łatwo i szybko.
— Rurociąg elastyczny zapewnia szczelność złącz oraz
niezawodność działania.
— Czas montażu pompy na rurociągu elastycznym jest
kilkukrotnie mniejszy od czasu montażu klasycznych
rur stalowych, a tym samym rurociąg elastyczny
umożliwia zmniejszenie kosztów zabudowy i wybudowy agregatów pompowych.
— Występujące podczas pracy pompy, średnio 3-procentowe, wydłużanie rurociągu elastycznego oraz 15-procentowe zwiększanie średnicy, zabezpiecza rurociąg przed
trwałym osadzaniem się tlenków żelaza i innych wytrąceń, co radykalnie zmniejsza liniowe opory przepływu.
— Elastyczność i wytrzymałość rurociągu zmniejsza ryzyko związane z ewentualnymi uderzeniami
hydraulicznymi.
— Konstrukcja rurociągu elastycznego przygotowana
jest do szybkiego i pewnego mocowania kabla silnika
Przewody elastyczne do zabudowy pomp głębinowych posiadają wyraźnie niższe straty liniowe przepływu,
co tym samym wpływa na obniżenie kosztów eksploatacji układu pompowego pompy głębinowej. Na przykład,
przewód elastyczny systemu Boreline o wymiarze 4”
umieszczony na 100 metrach głębokości przy przepływie
54 m3/h, generuje stratę wskutek tarcia na poziomie około 1,5 m, podczas gdy stalowa rura może mieć straty na
poziomie 9 m. Różnica ta generuje wyraźne oszczędności
w zużyciu energii. Koszty te należy wziąć pod uwagę.
3. Uwagi dodatkowe
— Rurociągi elastyczne mogą być magazynowane
w temperaturach od -20oC do +40oC.
— Zastosowanie rurociągów elastycznych wymaga
przewiercania grzybków zaworów zwrotnych pomp
głębinowych (otwór rzędu 6 mm) w celu zapewnienia
spływu wody przed demontażem-wybudową pompy.
— Maksymalne długości rurociągów elastycznych osiągają 200 m, a w szczególnych przypadkach mogą dochodzić do 300 m.
— Przy dłuższym czasie magazynowania nie należy
wystawiać rurociągu elastycznego na bezpośrednie
działanie słońca.
— W przypadku pożaru lub zapalenia się magazynowanych rurociągów elastycznych niekiedy mogą wydzielać się toksyczne gazy.
4. Podsumowanie
Zastosowanie nowoczesnej technologii zabudowy
pomp głębinowych na przewodach elastycznych powoduje kilkukrotne skrócenie czasu zabudowy lub wymiany głębinowych agregatów pompowych w studniach.
Potwierdzają się też zalety eksploatacyjne [2], głównie
związane z oszczędnością energii wskutek zmniejszonych
strat liniowych w rurociągu tłocznym pracującej pompy.
W przypadku pompowania wody surowej z dużą zawartością tlenków żelaza lub manganu, a więc medium szybko
osadzającego wytrącenia na ściankach tradycyjnych rur
stalowych, redukcja oporów przepływu w rurociągach
elastycznych przynosi wyraźne oszczędności.
5. Literatura
[1] Strączyński M., Pakuła G., Urbański P., Solecki J., Podręcznik
Eksploatacji Pomp w Wodociągach i Kanalizacji, Wydawnictwo
„Seidel-Przywecki”, wydanie drugie, Warszawa 2012.
[2] Strączyński M., Przewody elastyczne do zabudowy pomp głębinowych, „Forum Eksploatatora” nr 3/2013.
6/2013
2013/2014
ü
Sygnał wyjściowy 4 ¸
20 mA + protokół HART
ü
Błąd podstawowy 0,1%
ü
Zakres pomiarowy 0¸
250 m H2O (ciśnienie absolutne)
Czarny (–)
Zielony (EKRAN)
Czerwony (+)
Inteligentna sonda głębokości
SG-21
Dane techniczne
Zakres podstawowy (FSO)
Minimalna nastawialna szerokość
zakresu pomiarowego
0¸
250 m H2 O ABS
25 m H2 O ABS
Parametry metrologiczne
Błąd podstawowy
£
±0,1% dla zakresu podstawowego
£
±0,3% dla zakresu 0 ¸
10% FSO
Błąd temperaturowy
< ±0,08% (FSO) / 10°C
< ±0,2% (FSO) w całym zakresie temp. kompensacji
0,002% (FSO) / V
Błąd od zmian UZAS.
Zakres temperatur kompensacji
-25...80°C
Czas przetwarzania
16…230 ms (ustawiany programowo)
Dodatkowe tłumienie elektroniczne
0...30 s
Zasilanie
Sygnał wyjściowy
Parametry elektryczne
Stopień ochrony obudowy
Materiał membrany
Materiał obudowy
Osłona kabla
156
Numer fabryczny
XXXXXXX
Zakres pomiarowy 0...250 m H2O ABS
SONDA GŁĘBOKOŚCI SG-21
Rezystancja niezbędna do komunikacji
Konstrukcja
Warunki pracy
Schemat połączeń elektrycznych
R ł 240 W
I
Sposób zamawiania
SG-21 / 0 ÷ 250 m H2O ABS/__÷__/ L=...m
P
4 ÷ 20 mA
Zasilacz
Sonda
Zakres nastawiony
Długość kabla
1
IP-68
Hastelloy C 276
00H17N14M2 (316Lss)
Poliuretan
Zakres temperatur mierzonego medium
-30…50 °
C
UWAGA: nie wolno dopuścić do zamarznięcia medium w bezpośrednim sąsiedztwie
sondy
Poziom
membrany
Ć 25
03-192Warszawa
ul.Morelowa7
tel.(022)814-07-77
APLISENS S.A. Produkcja Przemysłowej
AparaturyPomiarowej i Elementów Automatyki
Rezystancja obciążenia
7,5…55 V DC
4 ÷ 20 mA dwuprzewodowo
U ZAS [V ] 7,5 V
R[ W
]=
0,0225 A
³
240 Ω
APLISENS S.A., 03-192 Warszawa, ul. Morelowa 7, tel. 022 814-07-77
fax 022 814-07-78, www.aplisens.pl, e-mail: [email protected]
Komunikator lub
konwerter
Hart/USB/Bluetooth
2013/2014
Inteligentny przetwornik ciśnienia
PC-21
ü
Sygnał wyjściowy 4 ¸
20 mA + protokół HART
ü
Błąd podstawowy 0,1%
ü
Zakres pomiarowy 0¸
2,5 MPa (ciśnienie absolutne)
Dane techniczne
Zakres podstawowy (FSO)
Minimalna nastawialna szerokość
zakresu pomiarowego
0¸
2,5 MPa ABS
250 kPa ABS
144
Parametry metrologiczne
APLISENS S.A.
Produkcja Prze
Aparatury Pom
PRZETWORNI
Ć 27
5
8
SW27
Numer fabrycz
Zakres pomiar
Sygnał wyjścio
Zasilanie
Błąd podstawowy
Błąd temperaturowy
£
±0,1% dla zakresu
< ±0,08% (FSO) / 10°C
max. ±0,25% (FSO) w całym zakresie temp. kompensacji
0,002% (FSO) / V
Błąd od zmian UZAS.
Zakres temperatur kompensacji
-25...80°C
Czas przetwarzania
16…230 ms (ustawiany programowo)
Dodatkowe tłumienie elektroniczne
0...30 s
Zasilanie
Sygnał wyjściowy
Parametry elektryczne
20
Rezystancja obciążenia
Ć4
Rezystancja niezbędna do komunikacji
M20×1,5
Materiał króćca i membrany
Materiał obudowy
7,5…55 V DC
4 ÷ 20 mA dwuprzewodowo
U ZAS [V ] 7,5 V
R[ W
]=
0,0225 A
³
240 Ω
Konstrukcja
IP-66
00H17N14M2 (316Lss)
0H18N9 (304ss)
Warunki pracy
Zakres temperatur pracy (temp.otoczenia)
-40…85 °
C
Zakres temperatur mierzonego medium
-40…120 °
C
UWAGA: nie wolno dopuścić do zamarznięcia medium w rurce impulsowej lub
w pobliżu króćca przetwornika
Schemat połączeń elektrycznych
1
Sposób zamawiania
PC-21 / 0 ÷ 2,5 MPa ABS /__÷__/ M
Zakres nastawiony
1
3
2
R ł 240 W
mA
Miliamperomierz
4÷20
mA
Zasilacz
Komunikator lub
konwerter
Hart/USB/Bluetooth
2016/2017
Przep³ywomierz elektromagnetyczny
PEM-1000
Zakres œrednic czujnika pomiarowego: DN 10...1000 (ANSI 0.5”...40”)
Maksymalne ciœnienie statyczne: 1,6 (2,5; 4) MPa
B³¹d podstawowy: 0,5%
Sygna³ wyjœciowy: 4÷20 mA, (0÷20 mA, 0÷5 mA)
Programowane wyjœcia przekaŸnikowe: 1PK (4PK)
Wyjœcie komunikacyjne: RS 485 (Modbus RTU / RS485, RS 232C)
Rejestrator parametrów procesowych
Podœwietlany wyœwietlacz
PEM-1000ALW
PEM-1000NW
Przeznaczenie, budowa
Przep³ywomierz elektromagnetyczny PEM-1000
przeznaczony jest do dwukierunkowego, objêtoœciowego pomiaru natê¿enia przep³ywu cieczy
posiadaj¹cych w³aœciwoœci przewodnictwa elektrycznego. Do prawid³owego pomiaru wymagane
jest ca³kowite wype³nienie rury czujnika przez
medium.
Przep³ywomierz PEM-1000 produkowany jest w
dwóch wersjach wykonania: kompaktowej i rozdzielnej.
Przep³ywomierz w wersji kompaktowej - ALW - z
przetwornikiem umieszczonym na czujniku pomiarowym umo¿liwia lokalne wskazanie wartoœci
przep³ywu medium.
Przep³ywomierz w wersji rozdzielnej - NW - z
przetwornikiem po³¹czonym kablem i umieszczonym w odleg³oœci do 50m od czujnika pomiarowego umo¿liwia zdalne wskazanie wartoœci przep³ywu
medium.
VII. 2
Dla wykonania rozdzielnego – NW - standardowa
d³ugoœæ kabla ³¹cz¹cego przetwornik z czujnikiem
pomiarowym wynosi 8 m. Inne d³ugoœci kabla na
zamówienie.
Przep³ywomierz PEM-1000 w wykonaniu standardowym posiada funkcje:
- detekcji pustej rury czujnika pomiarowego
- programowanego komparatora wartoœci przep³ywu z wartoœciami wzorcowymi, z wyjœciem przekaŸnikowym
- programowanego impulsatora
- rejestratora parametrów procesowych za ostatnie
trzy miesi¹ce.
Obszary zastosowañ to: gospodarka wodnoœciekowa (stacje uzdatniania wody, przepompownie i oczyszczalnie œcieków); przemys³ chemiczny;
spo¿ywczy; farmaceutyczny; górnictwo; hutnictwo.
2016/2017
Przetwornik
Dane techniczne
Czujnik
DN 10…1000, (ANSI 0.5”…40”)
Minimalna przewodnoœæ medium
5ìS/cm Œrednice nominalne
Ciœnienie max.
Standard 1,6 MPa (2,5 MPa, 4 MPa)
Rezystancja wejœciowa
1010
Ko³nierze DIN (ANSI, BS)
B³¹d podstawowy
0,5% dla 10…100% Qmax Przy³¹cza procesowe
Poziom odciêcia ma³ych przep³ywów
co 0,1% Wyk³adzina izolacyjna Twarda (miêkka) guma DN20…1000
Teflon DN10…500
Przep³yw chwilowy
2-kierunkowy (l/s, m3/h, %, m3/s)
Przep³yw zsumowany
2-kierunkowy (m3) Temperatura otoczenia
-20…60
C
Brak przep³ywu
Zerowanie automatyczne Zakres temperatur dla wyk³adziny
Guma: -5…90
C
Sterowanie
4 przyciski
Teflon: -25…130
C
Funkcje
Detekcja pustej rury Kabel po³¹czeniowy
8 m (16, 24, 32, 40, 48 m)
Elektrody
Stal 1.4571 (316Ti)
Wyjœcia analogowe (aktywne)
4…20mA / 500
(stal 1.4404 (316L), Hastelloy, Tantal, Tytan, Platyna)
(0…20mA / 500
, 0…5mA / 2k
)
Wyœcie impulsowe
Programowane Rura czujnika
stal 1.4541 (321)
Wyjœcie binarne
Programowane Obudowa zew. i ko³nierze
Stal wêglowa
1(4) przekaŸniki 3A/50V AC/DC
(stal 1.4301 (304), stal 1.4541 (321))
Wyjœcie czêstotliwoœciowe (pasywne)
Akcesoria
Pierœcienie uziemiaj¹ce ze stali nierdzewnej
dla rur DN10…DN40 z tworzyw sztucznych
0…1 kHz/0…100% Qmax OC UCE 24 V DC
Wyjœcie komunikacyjne
RS 485 Zasilanie cewki wzbudzaj¹cej
Z przetwornika
(Modbus RTU / RS 485, RS 232C)
Zasilanie
85…260V AC/ 50Hz/ 10VA lub 9…36V DC/ 10W Klasa izolacji cewki wzbudzaj¹cej
E
Stopieñ ochrony
IP67 Stopieñ ochrony
Standard IP67 (IP68)
Elektromagnetyczna
Temperatura otoczenia
-20…50
C Zasada pomiaru
Zabezpieczenie
antykorozyjne
Lakier Acrymetal
Wymiary
180 x 115 mm
Waga
2,5 kg Waga
wg. tabeli „Dane mechaniczne czujnika”
Dane mechaniczne czujnika
Wymiary [mm]
Waga
DN PN
A
B
D1
D2
d
n
kg
10 16 150
153
90
60
14
4
2,5
20
160
105
75
14
4
3
lub
25
167
115
85
14
4
3,5
200
32
180
140
100
18
4
5
40
185
150
110
18
4
6
50
200
191
165
125
18
4
7
65
209
185
145
18
4
8
80
224
200
160
18
8
9,5
100
250
245
220
180
18
8
12
125
276
250
210
18
8
15
150
300
305
285
240
22
8
20
200
350
375
340
295
22
12
36
250
400
430
405
355
26
12
58
Tolerancje wymiarów monta¿owych
300
500
487
460
410
26
12
70
DN 10 – DN 150
› A ± 5 mm
350
542
520
470
26
16
85
DN 200 – DN 1000 › A ± 10 mm
400
600
615
580
525
30
16
100
500
750
715
650
33
20
160
600
870
840
770
36
20
190
Dane mechaniczne czujników w wykonaniach PN25 i PN40
800
800 1050 1025 950
39
24
350
dostêpne s¹ w instrukcji obs³ugi przep³ywomierza
1000
1000 1285 1255 1170 42
28
550
VII. 3
2016/2017
Opis wyprowadzeñ elektrycznych
Nr. zacisku
Pod³¹czenie
czujnika
przep³ywu
Komunikacja
Wyjœcie
analogowe
Wyjœcie
czêstotliwoœciowe
Zasilanie
Wyjœcia
przekaŸnikowe
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
14
15
16
17
L
N
PE
21, 22
31, 32
41, 42
51, 52
Rozmieszczenie zacisków
Opis
¿ó³ty
zielony
ekran
br¹zowy
ekran
bia³y
1
2
4
3
5
6
Pod³¹czenie czujnika przep³ywu
A
RS 232 RxD
RS 485 A
RS 232 TxD
RS 485 B
RS232 GND
(+)_
_
aktywne
( - )__
(+)C
pasywne OC
(-) E
nieu¿ywane
nieu¿ywane
85...260 V AC
+ 9…36 V DC
neutralny
0V
uziemienie
PrzekaŸnik 1 NO
PrzekaŸnik 2 NO
PrzekaŸnik 3 NO
PrzekaŸnik 4 NO
B
+
+
-
-
10 11
14 15
7 8 9
16 17
Komunikacja Wyjœcie
Wyjœcie
Bezpiecznik
analogowe czêstotliwoœciowe
PE
R2
R1
22 31 32
21
R4
R3
41 42
51
L
PE
52
Wyjœcia przekaŸnikowe
Uziemienie przep³ywomierza
N
Zasilanie
Schemat pod³¹czeñ elektrycznych
Przetwornik
Czujnik
RS485 RS485+
Ekran
85..230V AC
N
PE
1
zielony 2
ekran 3
brazowy 4
ekran 5
bia³y 6
¿ó³ty
7
8
9
Wyjœcie
analogowe
SENSOR
+ 10
4..20 mA
Ra
+Uz<=24V
Rf
- 11
Wyjœcie
czêstotliwoœciowe 14
MODBUS RTU
RS485
- A
Wyjœcia
przekaŸnikowe
+B
Ekran
L Zasilanie
N
PE
PEM-1000
15
21
22
31
32
41
42
51
52
Uf
0V
Imp(Q)
W celu ochrony przed zak³óceniami elektrycznymi czujnik
i przetwornik przep³ywomierza (w wersji rozdzielnej i
kompaktowej) wymagaj¹ skutecznego wyrównania
potencja³ów
do poziomu potencja³u uziemienia.
Po³¹czenia wykonaæ zgodnie DTR przep³ywomierza.
Przep³ywomierze o rozmiarach DN10…40 w przypadku
instalowania na ruroci¹gach z tworzyw sztucznych
wymagaj¹
zastosowania
w
przestrzeni
miêdzy
ko³nierzowej pierœcieni uziemiaj¹cych i ich pod³¹czenia
do uziemienia.
Kod zamówieniowy
Wykonania specjalne
IP68 – czujnik w obudowie o stopniu ochrony IP68
SS
– obudowa czujnika ze stali nierdzewnej (po³ysk)
PK4 – cztery wyjœcia przekaŸnikowe
Qmax – niestandardowa wartoœæ przep³ywu Qmax.
PEM-1000ALW /___-___/___/___/___/___/___
PEM-1000NW /___-___/___/___/___/___/___/ L =___ m
D³ugoœæ kabla (standardowo L=8m)
Œrednica nominalna:DN10...1000
Maks. ciœnienie: PN16, PN25, PN40
Materia³ elektrod:316Ti, 316L,Hastelloy,Tantal,Tytan,Platyna
Materia³ wyk³adziny: miêkka lub twarda guma, teflon
VII. 4
Wykonanie specjalne: IP68, SS, PK4, Qmax
Zasilanie: 85...260 V AC, 9...36 V DC
Wyjœcie komunikacyjne: Modbus RTU/RS 485, RS 232C, RS 485
2016/2017
Zalecane sposoby monta¿u
?
Standardowe zakresy pomiarowe
przep³ywomierza PEM-1000
Syfon zapewnia ca³kowite
wype³nienie rury
5 DN*
DN
3 DN*
Proste odcinki ruroci¹gu o d³ugoœci 5 i 3 œrednic przed i za czujnikiem
Zalecana lokalizacja na rurze wznosz¹cej
W przypadku spadku poziomu >5m
stosowaæ rurê odpowietrzaj¹c¹
5m
Brak cieczy
Zalecana
lokalizacja
Powietrze w
czujniku
Przep³yw
Przep³yw
Prêdkoœæ
Qmax [m3/h]
Qmax [l/sek]
Vmax [m/s]
10
1
0,278
3,54
15
2
0,556
3,14
20
4
1,111
3,54
25
5
1,389
2,83
32
10
2,778
3,45
40
15
4,167
3,32
50
20
5,556
2,83
65
30
8,333
2,51
80
50
13,889
2,76
100
100
27,778
3,54
125
150
41,667
3,40
150
200
55,556
3,14
200
360
100,000
3,18
250
500
138,889
2,83
300
760
211,111
2,99
350
1000
277,778
2,89
400
1300
361,111
2,87
500
2000
555,556
2,83
600
3000
833,333
2,95
800
5000
1388,889
2,76
1000
8000
2222,222
2,83
Przep³yw objêtoœciowy w funkcji prêdkoœci liniowej medium
Prêdkoœæ przep³ywu V [m/s]
0,300
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
10
0,085
0,283
0,565
0,848
1,131
1,414
1,696
15
0,191
0,636
1,272
1,909
2,545
3,181
3,817
20
25
0,339
0,530
1,131
1,767
2,262
3,534
3,393
5,301
4,524
7,069
5,655
8,836
6,786
10,603
32
40
0,869
1,357
2,895
4,524
5,791
9,048
8,686
13,572
11,581
18,096
14,476
22,619
17,372
27,143
50
2,121
7,069
14,137
21,206
28,274
35,343
42,411
65
80
3,584
5,429
11,946
18,096
23,892
36,191
35,838
54,287
47,784
72,382
59,729
90,478
71,675
108,573
100
8,482
28,274
56,549
84,823
113,097
141,372
169,646 Przep³yw
125
150
13,254
19,085
44,179
63,617
88,357
127,234
132,536
190,852
176,714
254,469
220,893
318,086
265,072
381,703
200
250
33,929
53,014
113,097
176,714
226,194
353,429
339,292
530,143
452,389
706,858
565,486
883,572
678,583
1060,287
300
76,341
254,469
508,938
763,406
1017,875
1272,344
1526,813
350
400
103,908
135,717
346,360
452,389
692,721 1039,081
904,778 1357,167
1385,441
1809,556
1731,801
2261,945
2078,162
2714,334
500
212,057
706,858 1413,716 2120,573
2827,431
3534,289
4241,147
600
800
305,363 1017,875 2035,750 3053,625
542,867 1809,556 3619,112 5428,668
4071,501
7238,223
5089,376
9047,779
6107,251
10857,335
11309,724 14137,155
16964,586
DN
1000 848,229 2827,431 5654,862 8482,293
[m3/h]
VII. 5
2015/2016
STEROWNIK MONITORINGU
SZ-21
• Sygnały wejściowe prądowe 4 ÷ 20 mA
• Zasilanie podstawowe 24 VDC
• Zasilanie pomocnicze 3,7 V (akumulatorowe)
• Wbudowany modem GSM
• Wyjście komunikacyjne GSM-sms
• Współpraca z oprogramowaniem SoftSPM
Przeznaczenie, funkcja
Modem SZ-21 przeznaczony jest do zdalnego nadzorowania (załączania i wyłączania) silnika
pompy oraz do wykonywania okresowych pomiarów parametrów pracy układu pompowego studni:
ź wydajności pompy głębinowej,
ź ciśnienia przed i za zasuwą dławiącą,
ź ciśnienia wewnątrz rurociągu tłocznego pompy, pod wodą w pobliżu króćca zaworu zwrotnego,
ź ciśnienia hydrostatycznego wynikającego z głębokości zanurzenia sondy przetwornika,
ź poboru prądu silnika,
ź napięcia zasilania,
ź poboru mocy czynnej,
ź współczynnika mocy- cos Φ.
Pomiary wykonywane są przyrządami ze standardowymi wyjściami prądowymi 4…20 mA.
Urządzenie posiada również dwa wejścia stykowe NO, dwa wyjścia stykowe półprzewodnikowe 24V
DC oraz wyjście komunikacyjne RS-485. Modem SZ-21 zasilany jest napięciem 24 V DC oraz
posiada własne, rezydentne zasilanie akumulatorowe, które umożliwia wykonywanie pomiarów i
służy do okresowego zasilania modemu sieci GSM. Pomiary mogą być przeprowadzane w
programowalnych odstępach czasu, od 1 godziny do tygodnia, a ich wyniki przekazywane przez
modem drogą radiową do stacji bazowej i oprogramowania komputerowego SoftSMP. Istnieje też
możliwość wysłania wyniku, w postaci wiadomości SMS, na telefon komórkowy o
zaprogramowanym wcześniej numerze. Urządzenia SZ-21 przenaczone jest do montażu na
standardowej szynie DIN 35mm.
1
2015/2016
Dane techniczne
Sygnały wejściowe analogowe
prądowe 4 ÷ 20 mA
NO
NO
Wejście stykowe
Wejście antysabotażowe
Wejście cyfrowe
RS-485
Sygnał wyjściowy binarny
dwustanowy (0 / 3.3 VDC)
Sygnały wyjściowe przekaźnikowe
półprzewodnikowe 24 VDC (130mA)
Napięcie zasilania przetwornika analogowego
Błąd podstawowy przetwarzania
13,5 V
0,2% zakresu
Rezystancja wewnętrzna toru analogowego
151 Ω (maks.)
Programowalny okres akwizycji
1-2-4-8 godz.; 1-2-7dni
Zasilanie podstawowe
Zasilanie pomocnicze
24 V DC
3,7 V, akumulator Li-ion
Minimalne napięcie zasilania pomocniczego
2,7 V
Sposób zdalnej transmisji danych
CSD, SMS, tryb PDU
Typ modemu
Zakres częstotliwości
Telit GL865-QUAD
Wilgotność względna
30-80%
Temperatura pracy
-25…60 ̊C
Ciśnienie atmosferyczne
96…106 kPa
IP 20
Oprogramowanie współpracujące
SoftSPM
850/900/1800/1900 MHz
Widok urządzenia z wymiarami
Kod zamówieniowy: SZ-21-1 - bez barometru
SZ-21-2 - z barometrem
2
2013/2014
Sterownik monitoringu studni
SP-21
Sygna³y wejœciowe pr¹dowe 4 ÷ 20 mA
Zasilanie podstawowe 24 V DC
Zasilanie pomocnicze 3,7 V (bateryjne)
Wbudowany modem GSM Motorola G-30
Wyjœcie komunikacyjne GSM-sms
Wspó³praca z oprogramowaniem SOFT-SPM
Przeznaczenie, funkcja
Sterownik monitoringu studni SP-21 przeznaczony jest do zdalnego nadzorowania (za³¹czania
i wy³¹czania) silnika pompy oraz do wykonywania okresowych pomiarów parametrów pracy uk³adu
pompowego studni:
wydajnoœci pompy g³êbinowej,
ciœnienia przed i za zasuw¹ d³awi¹c¹,
ciœnienia wewn¹trz ruroci¹gu t³ocznego pompy, pod wod¹ w pobli¿u króæca zaworu zwrotnego,
ciœnienia hydrostatycznego wynikaj¹cego z g³êbokoœci zanurzenia sondy – przetwornika.
Pomiary wykonywane s¹ przyrz¹dami ze standardowymi wyjœciami pr¹dowymi 4…20 mA. Sterownik SP-21 zasilany jest napiêciem 24 V DC oraz posiada w³asne, rezydentne zasilanie bateryjne,
które umo¿liwia wykonywanie pomiarów i s³u¿y do okresowego zasilania modemu sieci GSM. Pomiary mog¹ byæ przeprowadzane w programowalnych odstêpach czasu, od 1 godziny do tygodnia,
a ich wyniki przekazywane przez modem drog¹ radiow¹ do stacji bazowej i oprogramowania komputerowego SOFT-SPM. Istnieje te¿ mo¿liwoœæ wys³ania wyniku, w postaci wiadomoœci SMS, na
telefon komórkowy o zaprogramowanym wczeœniej numerze.
Urz¹dzenia SP-21 dostarczane s¹ w postaci po³¹czonych ze sob¹ przewodami 2 szczelnych modu³ów, z których zasadniczy montowany jest pod pokryw¹ studni, a drugi – na zewn¹trz. Zewnêtrzny
zawiera gniazda do pod³¹czenia wtyczek:
zasilania i pomiaru wydajnoœci pompy g³êbinowej,
sterowania za³¹cz / wy³¹cz silnik pompy,
pomiary ciœnieñ przed i za zasuw¹ d³awi¹c¹.
1
2013/2014
Dane techniczne
Sygna³y wejœciowe
Napiêcie zasilania przetwornika pomiarowego
B³¹d podstawowy przetwarzania
Rezystancja wewnêtrzna toru pomiarowego
Programowalny okres akwizycji
Zasilanie podstawowe
Zasilanie pomocnicze
Minimalne napiêcie zasilania pomocniczego
Sposób zdalnej transmisji danych
Typ modemu
Zakres czêstotliwoœci
Wilgotnoœæ wzglêdna
Temperatura pracy
Ciœnienie atmosferyczne
Stopieñ ochrony obudowy
Oprogramowanie wspó³pracuj¹ce
pr¹dowe, 4 ÷ 20 mA
13,5 V
0,2% zakresu
151 (maks.)
1-2-4-8 godz.; 1-2-7dni
24 V DC
3,7 V, bateria LI-SOCl2
2,7 V
CSD, SMS, tryb PDU
Motorola/Telic G30
850/900/1800/1900 MHz
10-100% z kondensacj¹
-25…55 C
96…106 kPa
IP 66
SOFT-SPM
110
35
30
82
R
www.aplisens.pl
03-192 Warszawa, ul. Morelowa 7
tel.(022)814-07-77, fax 814-07-78
APLISENS S.A. - PRODUKCJA PRZEMYS£OWEJ
APARATURY POMIAROWEJ I ELEMENTÓW AUTOMATYKI
STEROWNIK MONITORINGU STUDNI
TYPU SP-21
Numer fabryczny.........
Zasilanie:..................
Stopieñ ochrony obudowy: IP66
Temperatura pracy:.............
290
210
13
20
80
120
78
Widok urz¹dzenia z wymiarami
Kod zamówieniowy: SP-21
2
książki
KONFERENCJE
PLANOWANIE
MIEJSKIEJ
INFRASTRUKTURY
WODNEJ
i ŚCIEKOWEJ
Bohdan Łyp
Zie
mo
wit
Suli
gow
SI E
CI
WY
KA
KO
NA
L
Kim jesteśmy? Specjalistycznym wydawnictwem
w dziedzinie wod-kan, ścieków
i osadów, działającym
nieprzerwanie od 1998 roku
sk i
NA
N
IE
I ZA
CY
Sylw
I O
JN
ia F
ud a
DB
la-K
s
IÓ
iąż
ek
R
Nasz cel Propagowanie aktualnej
i praktycznej wiedzy fachowej
YC
H
Oferta „Technologia Wody”
„Forum Eksploatatora”
Podręczniki i monograﬁe
Organizowanie konferencji
i seminarów
P
JO AUL A
LA
NT AUG
A P US
OD T Y
ED NIA
WO K
RN
A
2
SZ
E
Odbiorcy Przedsiębiorstwa wod-kan
i Komunalne
Biura projektowo-konsultingowe
Firmy produkcyjno-handlowe
Szkoły i wyższe uczelnie
Studenci
Urzędy administracji publicznej
Eksploatatorzy obiektów wod-kan
RW
PI
E
IE
DA
N
SZ
WA
R
Tlen Paula
owy
A
gran ugustyniak
Ko
,
właś ncepcj ulowa Jolanta P
n
ciwo e me
ode
ści i chan y osa
d dworna
wym izm
agan ów fo czynn
ia te rmo
y
w
c
1
1
DA
WN
IC
T
WO
SE
ID
EL
-P
R
ZY
WE
CK
I S
P.
Z O
.O.
hno ania
logic ,
zne
WY
WYDAWNICTWO SEIDEL-PRZYWECKI SP. Z O.O.
2
WY
Podstawy technologii, zasady projektowania
i przykłady zastosowań
AW
A 2
01
6
WYDANIE PIERWSZE
Adam Masłoń, Janusz A. Tomaszek
Sekwencyjne reaktory porcjowe
WARSZAWA 2016
ADAM MASŁOŃ
JANUSZ A. TOMASZEK
Wydanie pierwsze
Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o.
Warszawa 2016
Współpracownicy Wybitni specjaliści krajowi
i zagraniczni
Projektanci
Eksploatatorzy
Wyższe uczelnie
IN
NO
WA
CY
JN
po
E T
d
INNOWACYJNE TECHNOLOGIE W INŻYNIERII ŚRODOWISKA
pa
E
CH
tr
on
NO
pod patronatem prof. dr. hab. inż. ZBIGNIEWA HEIDRICHA
at
LO
em
GI
pr
E W
of.
IN
dr.
ŻY
ha
NI
b.
ER
in
ż.
II
ZB
ŚR
IG
OD
NI
EW
OW
A
IS
HE
KA
ID
RI
CH
A
Podatność wybranej infrastruktury podziemnej na zagrożenia terrorystyczne i dywersyjne / str.10 Rola technologii deamonifikacji... / str. 50
lipie
3/2016 (47)
37,56 zł (w tym 5% VAT)
c/s
ierp
ień
Full
S
4/2
016
201
6
17,1
ervi
8z
ce in
ł
(w
tym
5%
VA
T)
Plac
e
KOM
PLE
TNA
Uła
do twion
st
wym ęp d y serw
ien o wsz is: Sw
nyc
h ystkic obod
Od
h cz
n
te
ęści y
serw j chw
ili
ruro isow
po
ciąg ać be mpy
NEM
u, co z ic
O®
W
pozw h de
pr
ala monta można
istni zypa
zaos
dk
żu
sow ejącej u pr
zczę z
ze
dzić
pros ania za pompy budo
czas
w
imy
ku
N
.
o ko pem EMO y, rem
ntak now ® lub ontu
ej
zain
tz
nasz w w
tere
ą fir ersji
mą. FSIP
®
OCENA I ANALIZA
RADIOLOGICZNEJ JAKOŚCI WÓD
– METODY OZNACZANIA
WYBRANYCH RADIONUKLIDÓW
Jakość wody pitnej ze względu na jej znaczenie dla
życia i zdrowia człowieka powinna być kontrolowana
nadzwyczaj starannie. W ocenie jej jakości
uwzględniany jest również problem zagrożenia
radiacyjnego, które mogą powodować zawarte w niej
substancje promieniotwórcze... [str. 42]
WWW.TECHNOLOGIA-WODY.EU
ISSN 2080-1467
∙
Pom
pa
NE
MO®
kona
niu
∙
ład
∙
FSIP®
Net
zs
Syst ch Pu
em
mpe
eG
Prze
mbH n &
Ul. dstaw
Sp.
Pi
z o.
02-7 leckie icielst
o.
w
go
info 81 W
104/ o w Po
ar
.n
lsce
ww ps-p szaw 34
a
olsk
w.n
a@
etzs
ch-p netz
sc
um
ps.co h.com
m
∙
3000
egz.
ISS
OBS
ŁUG
AN
AM
IEJS
CU
Naj
waż
niej
sze
Brak
zale
ty:
z ru koni
ec
ro
Łatw ciąg znoś
ci de
u
ob y do
mon
ro
st
tażu
Skró towyc ęp do
wsz
po
dżow cony h
mpy
ystk
cz
ich
oraz ej ko as se
częś
rw
Skró drąż nstruk isu
ci
ka
prze cji us dzięki
kosz cony
zcze
ka
czas
gu
Nie tów
lnie rtriprze bow
nia
stoj ego
do wymag
ui
dem
an
redu
onta e do
kcja
datk
żu
stat
ow
ora
em
iejsc
e
w wy
OGÓLNOPOLSKI DWUMIESIĘCZNIK DLA PROFESJONALISTÓW
∙
Nak
N1
640
-86
24
(85
)

Energooszczędna, systemowa eksploatacja ujęć i pomp

Transkrypt

Podobne dokumenty

Odwiedziny w Stacji Uzdatniania Wody - sp1

Systemy nawadniania murawy boisk sportowych

Karta katalogowa pomp RX-SE

głowice studni głębinowych g1 - Prodwodrol

Prosto z kranu, czyli jakość wody -

muszyńskie studnie

P raw d o p o d o b ień stw o P (k) Liczba pomp n Rys. 1: Zależność