Самотёчная канализация работает, пока рельеф и глубина коллектора позволяют воде уходить вниз. На промышленной площадке это условие выполняется далеко не всегда. Тогда стоки собирают в резервуар и поднимают насосами — так работает канализационная насосная станция (КНС). Разберём, как она устроена, какое оборудование в неё ставят и как сделать так, чтобы станция не останавливалась в самый неподходящий момент.
Когда на производстве требуется канализационная насосная станция
КНС нужна там, где стоки не могут дойти до точки сброса самотёком. На практике таких ситуаций несколько:
- городской коллектор или локальные очистные расположены выше выпуска из цехов;
- площадка ровная и протяжённая, и при нормативном уклоне самотечная труба уходит на глубину 5–7 м, где прокладка становится слишком дорогой;
- стоки образуются в подвалах, приямках и технологических каналах ниже уровня наружной сети;
- воду нужно подать на очистные сооружения под определённым напором;
- на предприятии есть отдельные потоки — хозяйственно-бытовой, производственный, ливневый, и их перекачивают раздельно;
- поблизости нет сети вообще, и стоки нужно транспортировать на несколько километров;
Правила проектирования таких станций задаёт СП 32.13330.2018 «Канализация. Наружные сети и сооружения». Там определены категории надёжности, количество резервных агрегатов, требования к приёмным резервуарам и санитарно-защитным зонам. Внутренние сети и насосные установки внутри зданий регулирует СП 30.13330.2020.
От обычной городской станции промышленная КНС отличается составом стоков. В них встречаются абразивные частицы, волокна, жиры, масла, кислоты и щёлочи, горячая вода после технологических процессов. Поэтому промышленные канализационные насосы подбирают не по каталожному напору, а по реальным свойствам среды — с усиленной проточной частью, режущими механизмами и материалами, устойчивыми к агрессивным средам.
Отдельный случай — предприятия пищевой, молочной и мясоперерабатывающей отрасли. У них стоки с высоким содержанием жира и органики, и КНС часто стоит после жироуловителя или перед локальной очисткой. Ошибка в подборе насоса здесь проявляется быстро — засоры и налипания начнутся уже в первые недели работы.
Как устроена промышленная КНС и из каких элементов она состоит
Большинство современных станций на предприятиях — комплектные, в корпусе из стеклопластика или полиэтилена, заглублённом в грунт. Для крупных расходов строят монолитные железобетонные КНС с машинным залом. Принцип у них общий — стоки приходят самотёком в приёмный резервуар, насосы поднимают их в напорный трубопровод, автоматика управляет пусками.
Основные элементы станции
| Элемент | Назначение |
|---|---|
| Корпус и приёмный резервуар | принимает стоки и сглаживает неравномерность притока |
| Решётка, корзина или дробилка | задерживает крупный мусор, тряпки, упаковку до того, как они попадут в насос |
| Насосные агрегаты | рабочие и резервные, обычно погружные |
| Трубные направляющие и автотрубные муфты | позволяют поднять насос на поверхность без спуска персонала в резервуар |
| Обратные клапаны и задвижки | исключают обратный ток и позволяют отключить агрегат для ремонта |
| Напорный коллектор | объединяет подачу насосов и выводит её за пределы корпуса |
| Датчики уровня | передают сигналы на пуск, остановку и аварию |
| Шкаф управления | питание, защита двигателей, логика работы, диспетчеризация |
| Вентиляция, лестница, площадка обслуживания | безопасный доступ персонала и отвод газов |
Если в стоках много песка или окалины, перед резервуаром ставят песколовку. Для жирных стоков — жироуловитель. Для больших объёмов мусора — механизированную решётку с контейнером.
По СП 32.13330.2018 станцию размещают с соблюдением санитарно-защитной зоны — для КНС производительностью до 200 м³/сут это 15 м, для более мощных — 20–30 м. Над подземной частью оставляют свободный доступ для автотранспорта и подъёмного механизма, иначе заменить насос будет нечем.
Какие насосы применяют для перекачки производственных и хозяйственно-бытовых стоков
Для КНС используют три типа агрегатов. Выбор зависит от того, что именно перекачивают и где будет стоять оборудование.
- Погружные канализационные насосы — самый распространённый вариант. Агрегат работает прямо в резервуаре, охлаждается перекачиваемой жидкостью, не требует отдельного машинного зала;
- Сухой установки — двигатель и насосная часть стоят в отдельном сухом помещении рядом с резервуаром. Такой агрегат проще обслуживать, поэтому схему выбирают для крупных станций и тяжёлых условий;
- Полупогружные (консольные вертикальные) — проточная часть в стоках, двигатель над резервуаром. Подходят для горячих и агрессивных сред, где погружной двигатель быстро выйдет из строя;
Какое рабочее колесо выбрать
| Тип колеса | Для каких стоков |
|---|---|
| Канальное (одно- или двухканальное) | хозяйственно-бытовые стоки, умеренное количество включений |
| Вихревое (свободновихревое) | стоки с волокнами, песком, шламом — колесо почти не контактирует с твёрдыми частицами |
| С режущим механизмом | тряпки, гигиенические изделия, упаковка, сток малыми расходами по трубам малого диаметра |
| Шнекоцентробежное | вязкие стоки, осадки, жидкости с высоким содержанием твёрдой фазы |
Материал корпуса подбирают по составу среды. Серый чугун подходит для бытовых стоков. Для абразивных — высокохромистый чугун. Для кислых и щелочных стоков, а также для пищевых производств с мойкой горячими растворами — нержавеющая сталь или дуплексные сплавы. Уплотнение вала — двойное торцевое с масляной камерой и датчиком протечки, одинарное на производстве долго не живёт.
Если стоки могут содержать горючие вещества или выделять взрывоопасные газы, нужны насосы во взрывозащищённом исполнении по ГОСТ 31610.0-2019. Общие требования безопасности к насосам изложены в ГОСТ 31839-2012.
Как рассчитать производительность, напор и объём приёмного резервуара
Эти три параметра связаны между собой. Ошибка в одном тянет за собой проблемы в остальных — насос либо не справляется с притоком, либо включается слишком часто и быстро изнашивается.
Производительность
Подачу насоса выбирают по максимальному часовому притоку стоков, а не по среднесуточному. На производстве он складывается из бытовых стоков персонала, технологических сбросов и залповых выпусков — например, опорожнения ёмкостей или мойки оборудования. Расчётные расходы для сетей определяют по СП 32.13330.2018 и СП 30.13330.2020. К полученному значению добавляют запас 10–20 %.
Напор
Требуемый напор складывается из трёх частей:
- геометрическая высота подъёма — от минимального уровня в резервуаре до верхней точки напорного трубопровода;
- потери на трение по длине трубы и в местных сопротивлениях — клапанах, задвижках, поворотах;
- свободный напор на излив — обычно 1–2 м;
Скорость в напорной трубе держат не ниже 0,7–1 м/с. При меньшей скорости взвесь оседает, и трубопровод постепенно зарастает. Рабочая точка насоса должна попадать в среднюю треть его характеристики — там КПД максимальный, а вибрация минимальная.
Объём резервуара
СП 32.13330.2018 требует, чтобы регулирующий объём приёмного резервуара был не меньше 5-минутной подачи самого мощного насоса. На практике объём проверяют по допустимому числу пусков в час. Для этого используют формулу V = Q / (4 × z), где Q — подача насоса в м³/ч, z — допустимое число включений в час из паспорта двигателя.
Пример. Насос подаёт 36 м³/ч и допускает 10 пусков в час. Минимальный регулирующий объём — 36 / (4 × 10) = 0,9 м³. По требованию о 5-минутной подаче получается 36 × 5 / 60 = 3 м³. Принимают большее значение — 3 м³. Сверху добавляют аварийный объём на случай отключения электроэнергии.
Какие системы автоматики и защиты необходимы для стабильной работы КНС
Промышленная станция должна работать без постоянного присутствия людей. Это возможно только при надёжной автоматике, которая сама управляет насосами и вовремя сообщает о проблемах.
Контроль уровня
Базовый вариант — поплавковые выключатели на отметках «стоп», «пуск рабочего», «пуск резервного», «авария». Для стоков с жирами и пеной надёжнее гидростатический датчик уровня или ультразвуковой уровнемер — на них ничего не налипает. Поплавки часто оставляют как резервную линию на случай отказа основного датчика.
Функции шкафа управления
- чередование рабочих насосов для равномерной выработки ресурса;
- автоматическое включение резервного агрегата при отказе рабочего или при высоком уровне;
- защита двигателей от перегрузки, короткого замыкания, обрыва и перекоса фаз;
- контроль температуры обмоток по встроенным термодатчикам;
- контроль протечки в масляную камеру уплотнения;
- защита от сухого хода;
- плавный пуск или частотный преобразователь для снижения гидроударов;
- учёт наработки часов и числа пусков каждого насоса;
Диспетчеризация и резервное питание
Сигналы о состоянии станции передают в диспетчерскую по GSM, Ethernet или по сети SCADA-системы предприятия. Оператор видит уровень, токи двигателей, аварийные события и может управлять насосами удалённо.
По надёжности электроснабжения КНС на производстве обычно относят ко второй категории, а при опасности затопления цехов или сброса неочищенных стоков в водоём — к первой. В этом случае нужны два независимых ввода с АВР или дизель-генератор. Требования к электроустановкам задают ПУЭ, к шкафам управления — ГОСТ IEC 61439-1-2013. Для взрывоопасных зон исполнение оборудования и кабельных вводов подбирают по ГОСТ IEC 60079-14-2013.
Как организовать обслуживание станции и предотвратить аварийные остановки
Даже качественное оборудование без регулярного ухода выходит из строя за один-два сезона. Большинство аварий на КНС — это не внезапные поломки, а результат накопившихся мелких проблем, которые вовремя не заметили.
Примерный регламент обслуживания
| Периодичность | Работы |
|---|---|
| Ежедневно | проверка журнала событий, показаний уровня, токов двигателей, наработки |
| Еженедельно | осмотр и очистка решётки или корзины, проверка поплавков на налипания |
| Ежемесячно | пробный пуск резервного насоса, проверка обратных клапанов и задвижек |
| Раз в квартал | очистка стенок и дна резервуара от жира и осадка, проверка вентиляции |
| Раз в год | подъём насосов, проверка рабочего колеса, уплотнений, замена масла, замер сопротивления изоляции |
Общие правила эксплуатации насосных станций водоотведения собраны в «Правилах технической эксплуатации систем и сооружений коммунального водоснабжения и канализации», утверждённых приказом Госстроя России № 168. Санитарные требования к обращению со стоками содержит СанПиН 2.1.3684-21.
Что снижает риск аварийной остановки
- полный комплект резервных насосов — по СП 32.13330.2018 их число зависит от категории надёжности станции;
- запас ходовых запчастей на складе — торцевые уплотнения, рабочее колесо, кабельный ввод;
- обучение персонала — оператор должен понимать логику автоматики, а не только нажимать «сброс аварии»;
- анализ тенденций — рост тока двигателя или числа пусков в час говорит о засоре или износе задолго до отказа;
- контроль того, что попадает в канализацию в цехах — многие засоры начинаются с технологических нарушений;
Работы внутри резервуара относятся к работам в замкнутом пространстве повышенной опасности. Перед спуском проверяют воздух на сероводород и метан, выдают наряд-допуск, работают минимум вдвоём со страховкой.