Канализационная насосная станция на производстве решает одну задачу – поднять стоки туда, куда они не доходят самотеком. Но от того, насколько точно посчитаны приток, напор и объем приемной камеры, зависит, будет ли станция работать годами или встанет через первый же сезон. Разбираем устройство КНС, порядок расчета и логику подбора оборудования под конкретный характер сточных вод.
Когда предприятию необходима канализационная насосная станция
Перекачивающий узел нужен там, где стоки физически не могут уйти самотеком – точка выпуска лежит ниже городского коллектора либо перепад между ними слишком мал для нормального уклона. Второй повод – большой объем сбросов с резкими пиками, которые самотечная линия не успевает принять.
Типичные ситуации на производственных площадках:
- цеха, мойки и бытовые помещения в подвальных отметках, ниже уровня уличной сети;
- площадка удалена от точки врезки на сотни метров, и самотечный коллектор пришлось бы закладывать на недопустимую глубину;
- рельеф идет на подъем в сторону городской сети;
- залповые сбросы от технологического оборудования – автоклавов, моечных линий, систем CIP;
- ливневые стоки с территории и парковок, которые перед сбросом нужно поднять или подать на очистные сооружения;
- стоки требуют локальной очистки, а установка стоит выше уровня выпуска.
СП 32.13330.2018 задает минимальные уклоны и скорости для самотечных сетей, и если выдержать их не получается, нормативного выхода кроме перекачки нет. Экономика здесь обычно на стороне станции – глубокая траншея с водоотливом и креплением стенок стоит дороже готового блока с монтажом.
Отдельно учитывают требования к сбросу. Правила холодного водоснабжения и водоотведения, утвержденные постановлением Правительства РФ № 644, ограничивают температуру, кислотность и состав стоков, которые разрешено отводить в централизованную систему, и за превышение нормативов начисляют плату. Выбор начинают с характера среды – промышленный насос для КНС подбирают под фракцию, температуру и агрессивность стоков, а не только под расход в кубометрах.
Как устроена КНС и какие элементы входят в её состав
Конструктивно это герметичная шахта, в которую заведен подводящий коллектор и из которой выходит напорный трубопровод. Внутри размещают насосы, обвязку с арматурой и приборы контроля уровня, а силовая часть и автоматика стоят снаружи в отдельном шкафу.
Состав типового блока:
- корпус – стеклопластиковая, полиэтиленовая или бетонная емкость, рассчитанная на давление грунта и напор грунтовых вод;
- насосные агрегаты – один рабочий и один резервный, в погружном или сухом исполнении;
- направляющие и подъемные цепи – позволяют поднять агрегат на поверхность без спуска людей в резервуар;
- трубопроводная обвязка – напорные линии от каждого насоса с обратными клапанами и задвижками, объединенные в общий коллектор;
- приемная корзина или решетка – задерживает крупные включения перед гидравликой;
- датчики уровня – поплавковые выключатели либо гидростатический уровнемер, плюс отдельный аварийный датчик верхнего уровня;
- шкаф управления – вводные автоматы, контакторы, контроллер, иногда частотный преобразователь;
- вентиляция и горловина с люком – приточно-вытяжная система убирает сероводород и метан, которые скапливаются над зеркалом стоков.
Требования к самим машинам и методика их испытаний изложены в ГОСТ 31839-2012 и ГОСТ 6134-2007. При высоком уровне грунтовых вод корпус обязательно анкеруют к бетонной плите или пригружают – пустая емкость всплывает, и это одна из самых частых аварий на этапе монтажа.
Глубина шахты определяется отметкой входа подводящего коллектора плюс рабочий объем и мертвый слой под насосами. Высота горловины подбирается по уровню планировки с запасом на благоустройство.
Как рассчитать производительность станции и объём приёмного резервуара
Производительность определяют по максимальному часовому притоку, а не по среднему – средний расход занижает подачу в разы. Объем приемной камеры считают из условия допустимого числа пусков, причем СП 32.13330.2018 устанавливает нижнюю границу – вместимость не менее пятиминутной подачи одного агрегата.
Порядок расчета:
- собрать суточный объем стоков по данным водопотребления, технологическим регламентам или прямым замерам;
- определить средний часовой расход, разделив суточный объем на фактическую продолжительность сброса, а не на 24 часа;
- умножить результат на коэффициент часовой неравномерности – для производств это обычно 1,5-3, а при залповых сбросах больше;
- добавить ливневую составляющую, если дождевые стоки идут в ту же сеть;
- принять подачу насоса не ниже полученного максимума с запасом 10-15%.
Пример для пищевого цеха. Суточный объем стоков 120 м³, сброс идет в течение 8-часовой смены, значит средний расход составляет 15 м³/ч. При коэффициенте неравномерности 2 расчетный приток поднимается до 30 м³/ч, и под эту цифру подбирают агрегат.
Рабочий объем между уровнями пуска и останова находят по числу допустимых включений. Для подачи 30 м³/ч и десяти пусков в час минимум составляет около 0,75 м³, тогда как норматив пятиминутной подачи дает 2,5 м³ – берут большее значение.
К рабочему объему прибавляют два слоя – мертвый под корпусами насосов и аварийный запас выше уровня включения резерва. Суммарно для нашего примера приемная камера получается на 4-5 м³, что при диаметре 2 метра соответствует рабочей высоте порядка 1,5 метра.
Как определить требуемый напор для перекачки сточных вод
Напор складывается из трех составляющих – геодезической высоты подъема, потерь в трубопроводе и свободного напора в точке сброса. Формула простая – H = Hг + Hпот + Hсв, и каждое слагаемое считают отдельно.
Геодезическую высоту берут от минимального уровня в резервуаре, то есть от отметки отключения насоса, до точки излива в приемный колодец. Потери на трение зависят от длины, диаметра и материала линии, местные потери на отводах, клапанах и задвижках обычно принимают как 10-15% от линейных. Свободный напор на выходе закладывают в пределах 1-3 метров.
| Составляющая | Исходные данные | Значение |
|---|---|---|
| Геодезическая высота | от уровня останова до излива | 9,0 м |
| Потери на трение | длина 180 м, диаметр 100 мм, скорость 1,1 м/с | 4,5 м |
| Местные сопротивления | 10% от линейных потерь | 0,5 м |
| Свободный напор | излив в колодец | 2,0 м |
| Итого расчетный напор | 16,0 м |
Диаметр напорной линии подбирают не по минимальной стоимости трубы, а по скорости потока. СП 32.13330.2018 требует не менее 0,7 м/с для самоочищения – при меньшей скорости взвесь оседает и просвет постепенно затягивает отложениями. Верхний разумный предел около 2,5 м/с, выше резко растут потери и риск гидроудара.
Запас по напору держат умеренным, в пределах 5-10%. Избыточный напор уводит рабочую точку из зоны максимального КПД, и агрегат начинает греться, вибрировать и потреблять больше электроэнергии без прироста подачи. Для линий длиной свыше 200-300 метров отдельно проверяют гидроудар и предусматривают плавный пуск или противоударную арматуру.
Как подобрать насосное оборудование с учётом состава стоков
Главный критерий – размер и характер включений, именно он определяет тип рабочего колеса и минимальное проходное сечение. Второй по значимости – агрессивность и температура среды, от которых зависят материал гидравлики и исполнение уплотнений.
| Характер стоков | Тип рабочего колеса | Материал гидравлики | Что добавить в схему |
|---|---|---|---|
| Бытовые с крупными и волокнистыми включениями | одноканальное или свободновихревое, проход от 80 мм | серый чугун | решетка или измельчитель на входе |
| Производственные с песком и абразивом | закрытое либо полуоткрытое износостойкое | высокохромистый чугун | песколовка перед резервуаром |
| Жиросодержащие от пищевых линий | свободновихревое | чугун с защитным покрытием | жироуловитель на выпуске цеха |
| Химически агрессивные | закрытое | нержавеющая сталь AISI 316 или дуплекс | уплотнение из карбида кремния |
| Горячие, свыше 40 °C | по расчету под среду | чугун или сталь | двигатель с рубашкой охлаждения |
| Ливневые с листвой и грунтом | открытое с большим проходом | серый чугун | отстойная часть резервуара |
Температура и кислотность – не абстрактные характеристики, а нормируемые параметры. Правила, утвержденные постановлением № 644, ограничивают сброс в централизованную сеть стоками с температурой до 40 °C и показателем pH в диапазоне 6,5-8,5, и оборудование подбирают с оглядкой на эти же рамки.
Схему резервирования закладывают по принципу «один рабочий плюс один резервный» как минимум. Для непрерывных производств, где остановка перекачки означает остановку линии, ставят два рабочих агрегата и один резервный с автоматическим чередованием по наработке.
Исполнение выбирают по условиям обслуживания. Погружные машины дешевле и компактнее, но для их ревизии нужен подъем из резервуара. Агрегаты в сухой камере обслуживать удобнее и безопаснее, однако такая станция сложнее и дороже в строительстве.
Какие системы автоматики и защиты нужны для надёжной работы КНС
Минимальный рабочий набор – контроль уровня, защита двигателя и аварийная сигнализация. Этого достаточно для автономной работы небольшой станции, а на объектах с непрерывным процессом добавляют диспетчеризацию, частотное регулирование и резервирование питания.
Что входит в схему защиты:
- контроль уровня – уставки пуска, останова, включения резерва и аварийного верхнего уровня;
- защита от сухого хода по нижнему уровню или по падению тока;
- тепловая защита обмотки встроенными термисторами плюс токовая защита в шкафу;
- реле контроля фаз – отслеживает обрыв, перекос напряжения и неверное чередование;
- датчик протечки в масляной камере, предупреждающий об износе торцевого уплотнения;
- чередование агрегатов по моточасам, иначе один насос изнашивается втрое быстрее остальных;
- автоматический ввод резерва по питанию, если предусмотрены два независимых ввода.
Шкаф управления выбирают по условиям установки – степень защиты определяют по ГОСТ 14254-2015, для уличного размещения и приямков это не ниже IP54, а монтаж электрической части выполняют по требованиям ПУЭ. Станции, отказ которых останавливает производство или нарушает водоотведение жилого массива, относят к первой категории надежности электроснабжения с двумя вводами и АВР.
Частотный преобразователь ставят не ради экономии электроэнергии, которая на канализационных стоках невелика, а ради плавного пуска – он убирает гидроудар в напорной линии и снижает пусковые токи. Требования безопасности к таким приводам содержит ГОСТ Р МЭК 61800-5-1-2015.
Последний элемент надежности – передача данных. Вывод сигналов на пульт оператора или в SCADA-систему по Modbus либо сотовому каналу позволяет увидеть рост числа включений и аварию по верхнему уровню сразу, а не после того, как стоки пойдут через горловину. Санитарные требования к обращению со сточными водами при этом регулирует СанПиН 2.1.3684-21.
