Głównym celem zastosowania systemów i urządzeń cyfrowych w energooszczędnej eksploatacji pomp jest usprawnienie pracy systemu informacyjnego, a w konsekwencji poprawienie jakości decyzji i zwiększenie efektywności eksploatacji. Założeniem jest, by po uporządkowaniu i przyspieszeniu obiegu informacji można było optymalnie prowadzić eksploatację pomp.
Trzeba pamiętać, że technika cyfrowa ma służyć technice pompowej, a nie odwrotnie!
Budowa systemów eksploatacji pomp głębinowych
Dla właściwego odzwierciedlenia zależności systemowych występujących w eksploatacji np. pomp głębinowych na rys przedstawiono elementarny zakres budowy samego systemu eksploatacji jak i jego otoczenia funkcjonującego w przedsiębiorstwie wodociągowym, górniczym czy też w ujęciu przemysłowym .
System eksploatacji pomp ( SEP ) tworzą dwa systemy składowe: system użytkowania pomp ( SU ) oraz system ich obsługiwania ( SO ), który wraz z systemem zaopatrywania ( SZ ) tworzy system zaplecza technicznego ( SZT ). System eksploatacji pomp ( SEP ) wraz z systemem zaplecza technicznego ( SZT ) tworzy system zabezpieczenia wydobycia i transportu wody z ujęcia – SZWT, którego właściwe funkcjonowanie nadzoruje system kierowania ( SK ) składający się z systemu informacyjnego ( SI ) oraz systemu decyzyjnego ( SD ). System eksploatacji pomp SEP posiada więc 2 systemy składowe (SU,SO), wchodzi częściowo i całkowici w skład 2-ch systemów (SZT,SZWT) oraz działa współzależnie z 2-ma systemami (SI, SD) tworzącymi system kierowania. Na rys zaznaczono miejsca prowadzenia diagnostyki obiektowej jak i parametrycznej, a więc w systemie użytkowania (SU) jak i w systemie informacyjnym (SI) wchodzącym w skład systemu kierowania (SK) wspomaganego przygotowywaniem decyzji eksploatacyjnych w systemie decyzyjnym (SD).
Zintegrowana sonda pomiarów ciśnień w układzie pompowym studni
Wprowadzenie diagnostyki w systemach eksploatacji głębinowych agregatów pompowych było szczególnie utrudnione gdyż powszechnie stosowane metody i urządzenia diagnostyczne nie spełniały swoich funkcji w zastosowaniach głębinowych – praca agregatów pompowych pod wodą w wąskich, głębokich studniach – bywa też z zasolonym medium o temp. np. powyżej 36 0C, itd. Powszechne metody np. wibroakustyki stały się zupełnie nie przydatne. Wychodząc naprzeciw potrzebom dla systemów eksploatacji pomp i ujęć głębinowych, opracowano dwa rozwiązania, które wdrożono do pracy w ramach stosowanego już od lat SPMSYSTEM . Pierwszym rozwiązaniem jest zintegrowana sonda pomiarów ciśnień pod wodą, nad króćcem tłocznym pompy głębinowej, która mierzy ciśnienie wewnątrz i na zewnątrz rurociągu tłocznego pompy ( patent EP3271546_B1) – rysunek.
Pomiary ciśnień z sondy umożliwiają wyznaczanie odchyleń rzeczywistej, aktualnej charakterystyki pompy w układzie, w odniesieniu do charakterystyki ze stacji prób wyznaczonej przed zabudową pompy w studni. Mamy więc możliwość wykonania dokładnej diagnostyki parametrycznej pracy układu pompowego wykonywanej przez modele matematyczne systemu uwzględniające : charakterystykę energetyczną głębinowego agregatu pompowego ze stacji prób, aktualną charakterystykę agregatu pracującego w studni, charakterystykę studni wykonaną w czasie pompowania próbnego – po przekazaniu studni, bieżącą charakterystykę studni, charakterystykę układu pompowego zawierającą aktualną wartość strat liniowych rurociągu oraz strat w armaturze studziennej. Modele matematyczne uwzględniają też typ budowy głębinowego agregatu pompowego z katalogowymi wartościami sprawności pompy i silnika głębinowego.
Analizy SPMSYSTEM uwzględniają wprowadzone w modelu porównania wartości rzeczywistych odchyłek parametrów od wprowadzonych wartości dopuszczalnych i granicznych – rys. W diagnostyce parametrycznej wartości odchyłek są powiązane z typem budowy pompy i silnika ( pompy: w wielkościach 4”, 6”…, odśrodkowe, diagonalne ; silniki w wielkościach 4”, 6”…, asynchroniczne mokre, półsuche, synchroniczne itp.). Takie zestawienie parametrów uwzględniających diagnostykę układu pompowego wraz z głębinowym agregatem pompowym oraz diagnostykę studni ( kolmatacja, stan techniczny filtrów, strefa wodonośna, …) jest zupełnie nowym podejściem do analizy niezawodności eksploatacji układu: agregat pompowy – studnia. Analizy te wymagają korzystania z najnowszych osiągnieć z techniki pompowej, elektrotechniki, techniki systemów, techniki wiertniczej oraz hydrogeologii.
Diagnostyka parametryczna i obiektowa
Zgodnie z podstawowym założeniem w SPMSYSTEM równolegle z prowadzoną diagnostyką parametryczną prowadzona jest diagnostyka obiektowa, która uzupełnia dalszą możliwość śledzenia niezawodności w eksploatacji pomp i ujęć głębinowych. Jak wspomniano, diagnostykę obiektową prowadzimy w systemie użytkowania (SU), a więc w terenie czyli bezpośrednio „ przy studni „. Diagnostykę obiektową oparto na testowanej od kilkunastu lat zależności w wielkościach i zakresach zmian – wahań, w poborze prądu silnika głębinowego, a stanem technicznym głębinowego agregatu pompowego.
Podobnie jak w diagnostyce parametrycznej wartości odchyłek – wahań w poborze prądu powiązane są z typem budowy i typowielkością pompy i silnika ( pompy: w wielkościach 4”, 6”…, odśrodkowe, diagonalne, śmigłowe ; silniki w wielkościach 4”, 6”…, asynchroniczne mokre, półsuche ). Urządzenie diagnostyczne (rys.4) umożliwia też śledzenie zmian temperatury silnika głębinowego – PT-100, temperatury pompowanego medium oraz wartość przewodnictwa elektrycznego cieczy, którą wypełniony jest silnik. Pomiary elektryczne wykonywane przez urządzenie : U, I, Pe , cos Φ, f, T wraz z przystosowaniem go do współpracy z falownikiem w pełni pokrywa potrzeby systemowe.
Bilans mocy w układzie pompowym studni
Zastosowanie metody dokładnej diagnostyki parametrycznej pracy głębinowego agregatu pompowego w układzie pompowym studni, a więc pomiaru ciśnień wewnątrz i na zewnątrz rurociągu tłocznego specjalną sondą umieszczoną za króćcem tłocznym pompy pod wodą, otwarło zupełnie nowe możliwości w bilansie mocy podczas eksploatacji ujęcia studziennego.
Dokładna znajomość rozdziału mocy pobranej w zasilaniu silnika głębinowego z wyliczeniem strat w układzie pompowym oraz wyznaczeniem wartości mocy przeznaczonej na uruchomienie działania geohydrauliki studziennej umożliwia precyzyjną ocenę jakości energetycznej tej geohydrauliki jak i pozostałych obszarów, do których moc została przekazana – odpływ z układu, podnoszenie stałe. Na rysunku pokazano 6 podstawowych obszarów – miejsc, w których rozpraszana jest moc pracującego układu pompowego pompy głębinowej w studni ujęcia. Zgodnie z patentem EP3271546_B1 dolna sonda pomiarów ciśnień umożliwia wykonanie dokładnego rozliczenia mocy w układzie.
Wizualizacja pracy systemu
Na rysunku pokazano widok fragmentu ekranu rozliczającego moc pobraną przez silnik agregatu pompowego wraz bilansem. Pokazano też paski ocen energochłonności układu i jakości energetycznej geohydrauliki studziennej.
Interaktywny monitoring pracy ujęć pokazują rysunki poniżej .
Współpraca systemu ze źródłami energii odnawialnej – kumulacja energii
Współczesny wzrost udziału odnawialnych źródeł energii w różnych dziedzinach gospodarki dotyczy również pomp, a szczególnie pomp głębinowych. Często ujęcia wód podziemnych są oddalone od aglomeracji miejskich i tym samym wymagają budowy skomplikowanych i drogich linii energetycznych. Potrzeba sięgania po źródła energii odnawialnej będzie współcześnie, a również w przyszłości jednym z ważniejszych czynników w eksploatacji pomp głębinowych. Na rysunku pokazano jak w najbliższej przyszłości będzie wyglądać otoczenie ujęć wód podziemnych i stacji ich uzdatniania.
Raporty z eksploatacji, analizy pracy układów pompowych
Zgodnie z założeniami systemowymi w SPMSYSTEM jest pełny dostęp do parametrów eksploatacji i to zarówno pomierzonych jak i przeliczonych na modelach matematycznych. Można tworzyć raporty zarówno dla danych pompowych, energetycznych czy też systemowych. Rysunki pokazują dwa przykładowe raporty z pracy systemu.
Marian Strączyński
MAST Dr Marian Strączyński
PL-97-400 Bełchatów
Zawady 20 P
Tel.: +48 601 292632, e-mail: mast@mast.com.pl
www.softspm.com
