Накопитель для канализационной насосной станции и локальных очистных: переполнение, аэрация и резерв без дизеля

КНС и очистные посёлка или предприятия нельзя останавливать надолго: переполнение приёмного резервуара — это сброс неочищенных стоков, а остановка аэрации губит активный ил. Накопитель закрывает короткие и средние отключения и перекрывает время до запуска ДГУ. Многочасовые аварии без дизеля не пережить, и ниже — расчёт на примере двух насосов и воздуходувки.

Что здесь действительно нельзя останавливать

На канализационной насосной станции и на локальных очистных риски двух видов. Первый — гидравлический: если насосы встали, приёмный резервуар заполняется притоком. Когда он заполнится, стоки пойдут через аварийный перелив или обратно в сеть. Второй — биологический: в аэротенках живёт активный ил, и ему нужен кислород от воздуходувок. Если аэрация стоит достаточно долго, ил начинает отмирать, а восстановление очистки после этого занимает дни и недели.

Накопитель справляется с обеими задачами на ограниченное время. Он закрывает короткие и средние отключения, держит насосы и автоматику, перекрывает паузу до запуска дизель-генератора. Длительные аварии, когда света нет по полсуток и больше, без ДГУ, как правило, не закрыть: ёмкость батареи для этого становится слишком большой. Этот текст — про накопитель как часть схемы, а не как замену всего резерва.

Общий разбор котельных и насосных водоснабжения есть в статье накопитель для котельной и насосной; здесь — особенности стоков.

Таблица узлов: мощность, допустимый перерыв, резерв

Мощности условные для объекта среднего размера. Допустимый перерыв всегда определяется проектом и технологом очистных, а не этой таблицей.

УзелМощность условноДопустимый перерывРезерв
Погружные насосы КНС7,5 кВт на валу каждый, работают по уровнюОграничен временем заполнения приёмного резервуара, значение даёт проектНакопитель на всё время перерыва, плюс ДГУ на длительные аварии
Воздуходувки аэротенков5,5–22 кВт, в примере 11 кВтОпределяет технолог по состоянию ила и режиму; жёстче в зимнее времяНакопитель на полную или частичную мощность, часто с пониженной подачей воздуха
Решётки и шнековые прессы1–3 кВтКак правило, больше, чем у насосов: мусор копится, но не сразу вредитМожно не включать в резерв, если проект допускает паузу
УФ-обеззараживание2–10 кВтЗависит от разрешения на сброс; без обеззараживания сброс может быть недопустимРешает эколог и проектировщик; не отключайте без согласования
Автоматика, датчики уровня, связь, освещение0,2–1 кВтПрактически нулевой: без неё потеряется контрольВсегда на накопителе или ИБП

Правильное расположение нагрузок по группам — основа расчёта: что держим обязательно, что при необходимости отключаем, чем жертвуем. Обычная ошибка — подключить к резерву всё подряд и получить слишком большую батарею.

Главный параметр: время заполнения резервуара

Все цифры по накопителю имеют смысл только вместе с одной величиной — временем, за которое приёмный резервуар заполняется при остановленных насосах. Её даёт проект: это полезный объём между рабочим уровнем и аварийным, делённый на приток. Придумывать её нельзя. Формула простая:

Если ваше время заполнения полтора часа, а отключение длится три, насосы должны работать часть этого времени, причём в нужные моменты, иначе произойдёт переполнение. Если же резервуар большой и заполняется за восемь-десять часов, хватает даже небольшой батареи на откачку, а ДГУ можно запускать по расписанию.

Расчёт: два насоса и воздуходувка на 3 часа

Условные величины; на реальном объекте используйте паспорта и данные проекта.

  1. Насос 7,5 кВт на валу потребляет из сети примерно 7,5 / 0,88 ≈ 8,5 кВт (КПД двигателя и привода условно 0,88).
  2. Насосы работают по уровню, не постоянно. Примем среднюю скважность 40 %. Два насоса: 2 × 8,5 × 0,4 = 6,8 кВт в среднем.
  3. Воздуходувка 11 кВт на валу потребляет примерно 11 / 0,88 = 12,5 кВт и работает непрерывно.
  4. Автоматика, связь, освещение: 0,5 кВт.
  5. Суммарная средняя нагрузка: 6,8 + 12,5 + 0,5 = 19,8 кВт. За 3 часа это 19,8 × 3 ≈ 59,4 кВт·ч.
  6. Номинальная ёмкость батареи с учётом глубины разряда 80 % и КПД преобразователя 95 %: 59,4 / (0,8 × 0,95) ≈ 78 кВт·ч. Округляем до 80 кВт·ч.
  7. Пиковая мощность. Оба насоса одновременно плюс воздуходувка и автоматика: 8,5 + 8,5 + 12,5 + 0,5 = 30 кВт. Запас на переходные режимы увеличивает выбор преобразователя до 40 кВт и выше, если пуск плавный.

Теперь вариант с частичным отключением. Если технолог допускает паузу в аэрации на время аварии, воздуходувка на резерве не работает. Тогда нагрузка 6,8 + 0,5 = 7,3 кВт, на 3 часа — 21,9 кВт·ч, номинальная батарея около 21,9 / 0,76 ≈ 29 кВт·ч. Разница почти в три раза определяется одним решением: нужно ли кормить воздуходувку. Поэтому именно этот вопрос задают технологу в первую очередь.

Воздуходувка — главная статья расхода

Насосы КНС работают с паузами и берут немного энергии. Воздуходувка работает непрерывно и составляет большую часть батареи. Прежде чем выбирать накопитель, выясните у технолога, какую подачу воздуха можно снижать на время аварии и на какой срок. Иногда достаточно половины мощности через частотный преобразователь.

Пуск насосов и воздуходувок

Прямой пуск мощного двигателя даёт токовый бросок в несколько раз выше номинала, и преобразователь накопителя уходит в защиту. Поэтому насосы и воздуходувки на резерве обычно запускают через ПЧ или устройство плавного пуска. У ПЧ в свою очередь появляются гармоники, их влияние на преобразователь разобрано в статье частотные преобразователи и инвертор накопителя. Для пуска нескольких насосов по очереди добавляют задержки в автоматику, чтобы они не запускались одновременно.

Телеметрия и сигнализация уровня

Даже при полном резерве оператор должен знать, что станция работает на батарее и сколько осталось. Минимальный набор: сигнал о пропаже сети, сигнал разряда батареи, уровень в резервуаре и состояние насосов, всё это передаётся на пульт диспетчера по каналу связи, который тоже питается от резерва. Подключение накопителя к АСУ по протоколам вроде Modbus TCP описано в статье накопитель и АСУ предприятия. Для своего персонала полезно ввести порог: при остатке в батарее 30–40 % выезжает бригада с мобильной ДГУ.

Зимой: обогрев помещения и батарея

Литий-железо-фосфатные батареи нельзя заряжать при отрицательной температуре, а при сильном морозе разряд ограничен; в паспорте указан допустимый диапазон. Накопитель ставят в отапливаемое помещение или в контейнер с климатической системой, а нагрев станции входит в расчёт. В здании КНС отопление и обогрев щитов тоже входят в нагрузки: если это электрообогрев, его мощность придётся учесть или предусмотреть альтернативный источник тепла.

Категория надёжности и ДГУ

Для объектов водоотведения категория надёжности электроснабжения определяется проектом и нормами. Если объект требует двух независимых источников, накопитель не заменяет второй ввод автоматически, а дополняет его; различие подробно разобрано в статье накопитель вместо второго ввода. Совместная работа накопителя и генератора — в разборе накопитель и генератор. Типичная схема такая: накопитель держит нагрузку первые минуты и часы, ДГУ запускается и подхватывает станцию, накопитель сглаживает пуск и заряжается.

Честно: если у объекта есть второй независимый ввод и ДГУ с автоматическим запуском, накопитель нужен только для ухода от провалов и коротких перерывов в несколько секунд, пока запускается генератор. Тогда достаточно небольшой батареи, и считать на три часа нет смысла. Для небольшого посёлка с общими очистными схему с общим накопителем рассматривает статья общий накопитель для товарищества и посёлка.

Частые вопросы

Можно ли заменить ДГУ накопителем на КНС?

Только если длительность отключений в вашей сети небольшая, а время заполнения резервуара достаточно большое. При многочасовых авариях батарея для насосов и воздуходувки получается слишком большой, и нужна ДГУ. Сравнение по затратам — в статье ДГУ или накопитель для предприятия.

Что отключать первым при разряде батареи?

Порядок задаёт проект: обычно в последнюю очередь остаются автоматика и связь, затем насосы КНС, ранее снимают УФ и воздуходувки в зависимости от допустимых режимов. Составьте порядок заранее и запишите его в инструкции для дежурных.

Нужно ли согласовывать накопитель с контролирующими органами?

Накопитель входит в проект электроснабжения объекта, его согласовывают в обычном порядке с энергоснабжающей организацией и в рамках проекта. Какие согласования нужны вашему объекту, подскажет проектировщик.

Как проверить, что резерв сработает?

Проводить плановые испытания: отключать ввод в удобное время при дежурстве персонала, проверять время переключения, работу насосов, связь и расход энергии. Результаты сравнивают с расчётом и корректируют порядок отключения нагрузок.

Короткий вывод

Накопитель на КНС и очистных защищает от переполнения и остановки аэрации на короткие и средние отключения. Начинайте с времени заполнения резервуара и допустимой паузы аэрации: от этих двух чисел зависит размер батареи, в примере от 29 до 80 кВт·ч. Насосы запускайте через ПЧ или плавный пуск, телеметрию держите на резерве, а для длительных аварий оставляйте ДГУ. Если у объекта уже есть второй ввод и генератор с автозапуском, накопитель нужен только как мост на время пуска.

Telegram