Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Технические обследования инженерных систем для проектов реконструкции

О. А. Штейнмиллер, генеральный директор АО «Промэнерго»

В. В. Петров, начальник отдела по работе с ключевыми клиентами АО «Промэнерго»

В 2014 году вступила в силу ч. 2 ст. 40 Федерального закона РФ от 07.12.2011 № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении» [1], в соответствии с которой «утверждение инвестиционной программы без утвержденной схемы водоснабжения и водоотведения не допускается». Особое внимание следует уделить термину «техническое обследование», на основании которого (по положениям ст. 38 ФЗ РФ № 416-ФЗ) составляется «перечень мероприятий по реализации схем водоснабжения и водоотведения в разбивке по годам, включая технические обоснования мероприятий и оценку стоимости реализации».

Речь идет о проведении технических обследований объектов коммунального хозяйства водоснабжения и водоотведения (водозаборных сооружений, насосных станций и т. д.) с целью выдачи общих рекомендаций и перечня конкретных мероприятий по модернизации (реконструкции) данных объектов с технико-экономическим обоснованием их необходимости.

Обязательное техобследование должно проводиться не реже чем один раз в 5 лет (один раз в течение долгосрочного периода регулирования). Организация, осуществляющая водоснабжение и/или водоотведение, обязана проводить техобследование при разработке плана снижения сбросов, плана мероприятий по приведению качества питьевой и горячей воды в соответствие с установленными требованиями, а также при принятии в эксплуатацию бесхозяйных объектов централизованных систем водоснабжения и/или водоотведения. Техобследование проводится организацией, осуществляющей ГВС, ХВС и/или водоотведение, самостоятельно либо с привлечением специализированной организации.

Очевидно, что в ходе техобследования указанных централизованных систем имеется определенная специфика, связанная с типом системы (ГВС, ХВС, водоотведение), а также с составляющими систему элементами (такими как сооружения водоподготовки, водопроводные сети, насосные станции — если речь идет, например, о системе ХВС).

Одним из вариантов практической реализации указанных выше требований на объектах ВКХ могут стать техобследования с использованием различной специальной инструментальной базы, на основании которых подготавливается технический отчет. По аналогии с отчетом и документацией, подготавливаемой в соответствии с ФЗ РФ № 261-ФЗ [2], данный документ может включать и параметрические характеристики объекта обследования (данные по системам водоснабжения, водоотведения, водоподготовки, электроснабжения, информация по зданиям и сооружениям и т. д.), а также выводы и рекомендации по модернизации или реконструкции объекта в целом или отдельных узлов.

Подобная работа была выполнена нами на ряде объектов коммунальных предприятий Московской обл. (городские комплексы водозаборных узлов из подземных источников, включающих, как правило, систему водоподготовки и насосную станцию второго подъема) следующим образом.

Цели работы:

1. Оценка схемы работы технологического оборудования с определением технико-экономических показателей системы.

2. Разработка предварительного плана мероприятий, направленных на улучшение качества услуг (водоснабжения) объектов обследования, с укрупненной оценкой стоимости.

3. Подготовка материалов для формирования технического задания на разработку проектной и рабочей документации.

Состав работ и этапность:

1. Документальное и инструментальное обследование:

— обработка документальной информации по объектам обследования с систематизацией по технологическому, электрическому и строительному разделам;

— определение основных технологических показателей объектов обследования путем проведения параметрических измерений (включая измерения статического и динамического уровней в скважинах, при наличии технической возможности);

— снятие основных линейных размеров зданий и сооружений, параметров технологического оборудования (при наличии возможности) с выдачей рекомендаций по проведению требуемых инженерно-строительных и других изысканий.

1. Аналитический этап:

— анализ (сопоставление) документальной информации, результатов визуального осмотра и результатов измерений;

— предварительное определение рекомендуемого технологического оборудования по результатам обследования с учетом возможного развития объектов и изменения производственных мощностей;

— сравнительный анализ и расчет эффективности рекомендуемого и действующего на момент обследования технологического оборудования;

— разработка рекомендаций с целью оптимизации основных технологических решений и повышения уровня схем водоподготовки;

— укрупненная оценка стоимости предлагаемого оборудования, строительно-монтажных и проектных работ;

— предварительный выбор компоновочных решений по размещению нового технологического оборудования.

1. Отчетный этап:

— формирование отчетов по результатам работ;

— описательный раздел;

— раздел инструментального обследования;

— аналитический раздел;

— выводы и рекомендации;

— подготовка материалов для формирования технического задания на разработку проектной и рабочей документации.

Для выполнения параметрических измерений на этапе 1 и соблюдения некоторых требований этапа 2 использовался разработанный и запатентованный [3] с участием авторов мобильный измерительный комплекс (МИК).

Использование МИК позволило получить информацию об основных параметрах работы существующего насосного оборудования и состоянии арматуры и трубопроводов насосной станции (НС) в целом, а также смоделировать ее работу при условии установки подобранного оборудования как при сохранении режимов водопотребления, так и с учетом прогнозируемого изменения. Таким образом, была обеспечена возможность рассмотреть варианты реконструкции и выбрать наиболее эффективный из них.

Пример сравнения существующей и моделируемой НС по одному из объектов обследования представлен на рисунке. Здесь среднее значение КПД предлагаемой НС (64,6%) в 1,7 раза выше фактического (37,7%). Прогнозируемый срок окупаемости инвестиций в реконструкцию данного объекта — менее 2 лет.

При оценке целесообразности модернизации сооружений водоканала, и в первую очередь НС, один из основных критериев — срок окупаемости инвестиций. Анализ результатов обследований показывает большой разброс этого значения.

Таблица. Начальные результаты реконструкции ряда КНС г. Архангельска

Например, при анализе этого показателя для водопроводных насосных станций г. Архангельска значения колебались от 1 года до 17 лет, но среднее значение составило менее 3 лет, что позволяет говорить о высокой отдаче при модернизации объектов типа водопроводных (повысительных) НС.

Результаты указанного техобследования водозаборных узлов из подземных источников подтверждают идеи, изложенные в работах [4–6] в части достижения наибольшего экономического эффекта при реконструкции некоторых отдельных узлов, а именно НС первого и второго подъемов. Примечательно, что для таких водозаборных узлов моделирование замены (модернизации) насосного оборудования с системой автоматики на первом подъеме показывает срок окупаемости инвестиций на уровне 1–1,5 года, а на втором подъеме — 2–2,5 года. Обследование всей городской системы водоснабжения (на базе скважинных водозаборов) привело к развитию первоначальной задачи оценки стоимости реконструкции локальных объектов (водозаборных узлов). Было установлено, что изменение схемы водоснабжения (при выводе из эксплуатации части объектов и достижении остальными узлами после реконструкции предусмотренных ранее проектных показателей) обеспечит значительную экономию инвестиций и снижение эксплуатационных затрат. Таким образом, результаты обследования привели к изменению самой концепции (программы) дальнейших реконструкций.

Показателен пример реконструкции ряда канализационных насосных станций (КНС) г. Архангельска. На основании предварительного анализа, выполненного в начале 2000-х годов с привлечением внешних технических консультантов, были определены 5 КНС для реконструкции на средства, привлекаемые от ЕБРР. Уже в ходе начальной эксплуатации реконструированных канализационных станций нами были получены существенные результаты в части энергосбережения, которые представлены в таблице.

Сравнение полученных результатов по реконструированным НС позволяет сделать вывод о существенных различиях в уровне экономии электроэнергии (как в абсолютных, так и в относительных значениях). Не снимая фактора изношенности оборудования при выборе КНС для реконструкции, можно предположить, что в целом выбор станций техническими консультантами выполнялся на основании экспертных оценок, которые не могли опираться на детальные представления об энергоэффективности работы установленного ранее оборудования из-за отсутствия необходимых данных в полном объеме.

Можно отметить следующие актуальные проблемы в области коммунальных систем водоснабжения и водоотведения (канализования), определяющие их эксплуатационные возможности и технический уровень.

1. Аварийное состояние наружных водопроводных/канализационных сетей (постоянные порывы и последующие ремонты, необходимость снижения напоров).
2. Потребность в развитии систем водоснабжения и канализации (обеспечение расходов и напоров на сетях для новых потребителей при уплотнительной застройке и территориальном расширении городов).
3. Износ насосного оборудования действующих насосных систем (приводящий к увеличению расходов электроэнергии, росту аварийности и снижению надежности).
4. Избыточность (по производительности) значительной части эксплуатируемого оборудования, в первую очередь насосных станций, в т. ч. в связи с сокращением потребления воды абонентами (результат — низкая энергоэффективность и высокие удельные эксплуатационные затраты).
5. Технологическая отсталость и износ очистных сооружений (на фоне сокращения водопотребления и ужесточения экологических требований).

Оставляя за пределами статьи прямое рассмотрение трубопроводных сетей, отметим важность обнаружения значительных утечек в ходе обследования. Следует сказать о принципиальной возможности выборочными ремонтами установленных приборным обследованием сегментов (на уровне 2–3% протяженности сетей) сократить потери на 10–15% (в сочетании с методами снижения давления в сетях), т. е. снизить объемы подачи воды и, соответственно, стоков с пропорциональным снижением энергопотребления насосами и нагрузки на очистные сооружения.

Энергосберегающий потенциал на различных очистных сооружениях водоканалов весьма значителен, но он в основном определяется совокупностью всех технологических процессов на конкретных сооружениях. Очевидно, что основному анализу следует подвергать показатели наиболее энергоемких технологических процессов и применяемого оборудования (воздуходувки, насосы, образователи потока и др.), особенно при его непрерывной работе. Следует особо отметить резервы повторного использования промывных вод при внедрении современных технологий обезвоживания осадка, что позволяет сократить объемы перекачки сырой воды на первом подъеме до 15% с соответствующим снижением энергозатрат и затрат на водоподготовку.

Значительные резервы энергосбережения для водоканалов лежат в области реконструкции систем подачи и распределения воды насосных станций, а также канализационных НС. Затраты на электроэнергию могут быть существенно снижены путем оптимального подбора насосного оборудования с высоким КПД системы в рабочих точках, сохраняющимся при длительной эксплуатации. Накопленный опыт позволяет определить очередность работ, с тем чтобы, например, ежегодные результаты реконструкции части повысительных НС, на каждой из которых реально сокращение энергозатрат на 25–50%, приводили к ежегодному снижению общего энергопотребления всех повысительных НС не менее чем на 3%.

Потребляемая мощность (черный цвет) и КПД (зеленый цвет) насосной станции 2-ого подъема существующей (слева) и моделируемой (справа)

По оценкам авторов, реальные резервы снижения энергопотребления на отдельных канализационных НС могут колебаться от 15 до 30% от имеющегося уровня.

Избыточность по производительности оборудования действующих НС объясняется во многом тем, что практически все они постройки 1970–1980-х гг. и запроектированы на большую производительность (в первую очередь по подаче), чем необходимо, т. к. во внимание принималась перспектива развития. После длительной эксплуатации насосы работают вне номинала по подаче и напору, с пониженным КПД, повышенным уровнем шума и вибрации, участились неисправности. За последние годы произошли изменения как в подходах к подбору насосного оборудования (в т. ч. в плане исключения избыточности параметров), так и в техническом уровне доступного насосного оборудования.

Основные требования при выборе объектов ЖКХ для реконструкции состоят в надежности технологических решений и применяемого нового оборудования, в получении энергоэффективных показателей объекта и сокращении срока окупаемости. Зачастую обеспечение данных требований зависит от задания на разработку проектной документации. Основным фактическим материалом при его подготовке является предполагаемая технология процесса и основные показатели (например, режимы по расходу и напору для НС). Как правило, эксплуатирующие организации пользуются при этом существующими проектными данными типовых объектов, внедряя простые и понятные на первый взгляд решения, в частности, например, прямую замену основного насосного оборудования на импортные аналоги, с внедрением современных систем автоматизации технологических процессов, применением частотного регулирования и т. п.

Такие решения нельзя признать оптимальными, хотя в реалиях переразмеренности и морального устаревания существующего оборудования новое оборудование всегда обеспечивает значительную экономию и эффективность. Но необходимо осознавать, что знание паспортных и фактических характеристик отдельных единиц существующего оборудования не всегда позволяет принять эффективное решение по его замене. Опыт проведения технических обследований показывает, что только анализ системы позволяет точно прогнозировать эффективность реконструкции, выбирая оптимальные технологические решения.

Результаты технических обследований, в т. ч. представленные в предыдущих работах с участием авторов [6], подтверждают жизнеспособность описываемого в данной статье подхода к формированию программы мероприятий по модернизации объектов ВКХ. Основное содержание такого подхода состоит в следующей схеме: техническое обследование — подготовка комплексного технологического решения (формирование задания на разработку проектной документации) — проектные работы (до стадии проектной документации) — реконструкция.

Литература

1. Федеральный закон РФ от 07.12.2011 № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении» (ред. от 03.07.2016).

2. Федеральный закон РФ от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (ред. от 03.07.2016).

3. Патент на полезную модель № 81817, МПК G05B 15/00. Система контроля подачи воды /А. Н. Ким, О. А. Штейнмиллер; опубл. 2008, бюлл. № 9.

4. Штейнмиллер О. А. Оптимизация насосных станций систем водоснабжения на уровне районных, квартальных и внутридомовых сетей: автореф. дис. … канд. техн. наук. — СПб: ГАСУ, 2010.

5. Штейнмиллер О. А. Оптимизация повысительного насосного оборудования в системах водоснабжения // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. — 2011. — № 4 (38).

6. Штейнмиллер О. А. Энергоаудит водоканалов — анализ результатов и резервов энергосбережения // Инженерные системы АВОК Северо-Запад. — 2013. — № 2 (24).

Скачать статью в pdf-формате: Технические обследования инженерных систем для проектов реконструкции