Energooszczędna, systemowa eksploatacja ujęć i pomp głębinowych. Materiały konferencyjne: Seminarium Szkoleniowo-Promocyjne

Transkrypt

1 Materiały konferencyjne: Seminarium Szkoleniowo-Promocyjne Energooszczędna, systemowa eksploatacja ujęć i pomp głębinowych Patronat naukowy: AGH Kraków Patronat techniczny: APLISENS S.A. Patronat medialny: Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o. Organizator: MAST Bełchatów Gospodarz: Burmistrz Miasta Myszkowa, ZWiK Myszków Sp. z o.o. Miejsce: Ośrodek Orle Gniazdo Hucisko Termin: listopada 2016 r. MAST Dr Marian Strączyński, Zawady 20P, Bełchatów, tel mast@mast.com.pl

2

3 Seminarium Szkoleniowo-Promocyjne Energooszczędna, systemowa eksploatacja ujęć i pomp głębinowych Seminarium kierowane jest do Przedsiębiorstw i Zakładów Wodociągowych, ich zarządów i pionów technicznych, Gmin oraz Starostw posiadających własne ujęcia wód wgłębnych, Wodociągów Wiejskich i Spółek wodnych. Także dla Kopalń Odkrywkowych i Zakładów Górniczych. W ramach Seminarium przedstawiono merytoryczne podstawy prowadzenia optymalnej energetycznie i racjonalnej technologicznie eksploatacji głębinowych ujęć wód. Zaprezentowano współcześnie najnowsze rozwiązania systemowe gwarantujące uzyskiwanie wysokich sprawności energetycznych eksploatowanych układów pompowych pomp głębinowych SPMsystem; nowoczesne, dedykowane opomiarowania układów pompowych studni ujęciowych oraz systemy przekazu danych i sterowania; a także najnowsze technologie informatyczne wraz z prezentacją działania Chmury SoftSPM, stanowiącej najnowszą, globalną technologię w sterowaniu pracą ujęć wód wgłębnych. W ramach wyjazdu na ujęcia ZWiK Myszków uczestnicy zapoznają się z funkcjonującymi obiektami objętymi systemem energooszczędnego zarządzania i sterowania eksploatacją ujęć SPMsystem. Przedstawiono tzw. elastyczny systemem finansowania dostępu do rozwiązań umożliwiających szybkie uzyskiwanie efektów wynikających z oszczędności energii.

4 Pompy i pompownie Energooszczędna eksploatacja układów pompowych w studniach ujęć wód wgłębnych Marian Strączyński Mast, Bełchatów Energooszczędna eksploatacja układów pompowych w studniach ujęć wód wgłębnych Współczesna eksploatacja układów pompowych pomp głębinowych ukierunkowana jest głównie na energooszczędne wydobycie wody na ujęciach oraz przekazanie jej do stacji uzdatniania. Zagadnienie oszczędności energii przekłada się na optymalizację budowy układów pompowych, ich właściwego opomiarowania oraz prowadzenia optymalnego zarządzania eksploatacją wraz z odpowiednim monitoringiem i sterowaniem [1]. E nergooszczędna eksploatacja układów pompowych studni [2, 3, 4, 5] z założenia ukierunkowana jest na prowadzenie stałej optymalizacji pracy pomp głębinowych, mającej na celu zminimalizowanie zużycia energii oraz utrzymywanie wysokiej niezawodności w wydobyciu wód wgłębnych na ujęciu. Uwzględniany jest charakterystyczny dla eksploatacji studni i pomp głębinowych wzajemnie przenikający się kompleks zagadnień z dziedzin: hydrogeologii, techniki pompowej, hydromechaniki, elektrotechniki, techniki systemów, automatyki itd. Wiemy też, że z punktu widzenia eksploatacji pomp głębinowych najważniejszym zagadnieniem jest właściwy dobór parametrów pompy do warunków pracy w układzie pompowym eksploatowanym w danej studni ujęcia. Właściwy dobór pompy głębinowej do znanej lub prognozowanej charakterystyki studni gwarantuje uzyskiwanie wysokich wskaźników sprawności energetycznej w przyszłej eksploatacji głębinowego agregatu pompowego oraz zapewnia jego długotrwałą i bezawaryjną pracę na ujęciu. Współcześnie opracowane są modele matematyczne kreatora doboru pomp do bieżącej i prognozowanej charakterystyki studni oraz charakterystyki układu pompowego wraz z modelami ocen energochłonności i diagnostyki pracy układów: studnia agregat pompowy rurociąg z armaturą. Stosowanie zaawansowanych modeli matematycznych systemowo zmienia sposób zarządzania w eksploatacji ujęć. tłocznym pompy podczas jej eksploatacji. Zgodnie z rys. 1, w skład układu pompowego pompy głębinowej wchodzą: głębinowy agregat pompowy, rurociąg tłoczny, zintegrowana sonda pomiarów ciśnień, armatura studzienna:» kolano wylotowe,» zasuwa/przepustnica dławiąca,» przepływomierz,» przetworniki ciśnienia. 1. Budowa układów pompowych pomp głębinowych Pompy głębinowe wchodzące w skład głębinowych agregatów pompowych eksploatowane są w studniach ujęciowych lub innych, np. odwadniających. Na rys. 1. pokazano poglądowy przekrój współcześnie typowej zabudowy pompy głębinowej pracującej w klasycznej studni, np. ujęciowej. Pokazano też najnowsze rozwiązanie w opomiarowaniu układu, tj. zintegrowaną sondę pomiarów ciśnień montowaną między kołnierzami rurociągu tłocznego pompy głębinowej tuż za jej króćcem tłocznym pod wodą (patent RP). Rys. 2 pokazuje montaż takiej sondy podczas zabudowy pompy. Zastosowanie zintegrowanej sondy umożliwia precyzyjne wyznaczanie położenia punktu pracy pompy głębinowej podczas eksploatacji (patent RP) i przyczynia się do dokładnego wyliczania rzeczywistych strat liniowych w rurociągu 60 marzec/kwiecień 2016 Rys. 1. Poglądowy przekrój typowej zabudowy pompy głębinowej

5 Energooszczędna eksploatacja układów pompowych w studniach ujęć wód wgłębnych Współczesna eksploatacja układów pompowych pomp głębinowych ukierunkowana jest głównie na energooszczędne wydobycie wody ze studni. Zagadnienie oszczędności energii przekłada się na optymalizację budowy układów pompowych, ich właściwego opomiarowania oraz monitoringu i sterowania [2, 4, 5, 6]. Sprawność energetyczną pracującego układu pompowego pompy głębinowej można wyrazić wzorem: Pompy i pompownie 2. Sprawność energetyczna układów pomp głębinowych, Rys. 2. Montaż sondy podczas zabudowy pompy Opomiarowanie standardowego układu pompowego pompy głębinowej sprowadza się do: pomiaru położenia zwierciadła wody:» statycznego HST,» dynamicznego H D, pomiaru ciśnienia:» przed zasuwą od strony pompy głębinowej p1,» na odpływie z układu pompowego p2,» za króćcem tłocznym pompy pod wodą pp,» pomiaru wydajności pompy studni Q. Okresowo należy sprawdzać: temperaturę wody Tw, zapiaszczenie wody p, chemizm wody ch. Charakterystycznymi danymi parametrami wpływającymi na budowę i eksploatację układu pompowego pompy głębinowej są: średnica rurociągu tłocznego pompy DR, głębokość zabudowy pompy LP, średnica głębinowego agregatu pompowego DA, średnica studni Ds, głębokość studni Ls, aktualna głębokość zasypu w studni Lz, głębokość położenia fi ltra studni L F. Charakterystycznymi parametrami energetycznymi (elektrycznymi) są: pobór mocy czynnej silnika głębinowego Pe, pobór prądu silnika głębinowego IR,S,T, wartość napięcia zasilania U, czas pracy głębinowego agregatu pompowego t, energia mocy czynnej E, długość i przekrój przewodu zasilającego silnik Lk, oporność izolacji R I. gdzie: Q wydajność pompy głębinowej [m3/h], H D położenie zwierciadła dynamicznego wody [m], liczone od osi poziomego rurociągu odprowadzającego wodę z układu pompowego, p2 wartość ciśnienia zmierzonego na manometrze zainstalowanym, na odpływie wody z układu pompowego [m] (rys. 1), P e pobór mocy czynnej silnika głębinowego mierzony w szafce zasilającej [kw]. Jak widać z przedstawionego wzoru, na sprawność układu pompowego pompy głębinowej w zasadniczy sposób wpływa wartość mocy czynnej silnika głębinowego, która zużywana jest na wydobycie z określonej głębokości wymaganej ilości wody i przekazanie jej pod zadanym ciśnieniem do rurociągu odpływowego. O efektywności energetycznej pracy układu pompowego decydują wszelkie straty, które generowane są począwszy od zasilania silnika głębinowego poprzez sam silnik oraz pompę głębinową i rurociąg tłoczny wraz z armaturą. Inaczej ujmując, sprawność układu pompowego pompy głębinowej można wyrazić jako iloczyn sprawności poszczególnych jego elementów składowych, tj.: ηup = ηp ηs ηk ηr A gdzie: ηp sprawność pompy głębinowej, ηs sprawność silnika głębinowego, ηk sprawność zasilania przewód zasilający, ηr A sprawność odprowadzenia wody rurociąg i armatura. Takie zestawienie sprawności w układzie pompowym pompy głębinowej wyraźnie ilustruje, że aby można było uzyskać sumarycznie wysoką sprawność układu należy zoptymalizować wszystkie jego elementy składowe. W celu zobrazowania całego zakresu występujących zależności, w optymalizacji sprawności układu pompowego pompy głębinowej [3] przeanalizowano parametry dla przykładowego układu, w którym dla niezmiennych parametrów wyjściowych odnotowano trzy różne pobory mocy czynnej silnika głębinowego (rys. 3): dane stałe układu:» Q = 75 m3/h, H D = 50 m, p2 = 20 m, Lp = 60 m,» ηp = 0,73; pobór mocy czynnej dla poszczególnych stanów pracy układu:» Pe1 = 25 kw, Pe2 = 30 kw, Pe3 = 38 kw; marzec/kwiecień

6 Energooszczędna eksploatacja układów pompowych w studniach ujęć wód wgłębnych Pompy i pompownie ηup2 = 0,73 0,88 0,97 0,90 = 0,56 ηup1 = 0,73 0,86 0,94 0,78 = 0,46 ηup1 = 0,73 0,86 0,94 0,62 = 0,37 1. Dla pobor u moc y cz y nnej si l n ik a g łębinowego Pe1 = 25 kw sprawność układu pompowego pompy głębinowej ηup1 = 0,56, a więc dla zestawionych przykładowych parametrów pracy układu, wartość jest wysoka i, na pewno, optymalna. Z iloczynu sprawności wiemy, że: a) sprawność pompy głębinowej wynosi ηp = 0,73, a więc z pewnością pompa pracuje w swoim przedziale stosowalności, w pobliżu maksymalnej sprawności, b) sprawność silnika głębinowego ηs = 0,88 oznacza, że silnik jest prawidłowo obciążony i pracuje z mocą zbliżoną do nominalnej, c) sprawność przewodu kabla zasilającego ηk = 0,97 świadczy o tym, że przekrój przewodu kabla zasilającego silnik głębinowy jest właściwie dobrany do jego długości i prądu pracy silnika głębinowego, d) sprawność rurociągu tłocznego wraz z armaturą ηr A = 0,90 oznacza, że przekrój rurociągu tłocznego jest właściwy, rurociąg nie jest zarośnięty osadem, oraz że dobór i stan techniczny armatury jest właściwy. Rys. 3. Przykładowy układ, w którym dla niezmiennych parametrów wyjściowych odnotowano trzy różne pobory mocy czynnej silnika głębinowego zmienne parametry instalacyjne i technologiczne dla poszczególnych stanów pracy układu:» ηs1 = 0,88, ηs2 = 0,86, ηs3 = 0,86,» Dp1 = 100 mm, Dp2 = 80 mm, Dp3 = 80 mm,» hsa1 = 1,5 m, h sa2 = 1,5 m, hsa3 = 25 m,» ηk1 = 0,97, ηk2 = 0,94, ηk3 = 0,94; przeliczone parametry układu:» ct1 = 2,65 m/s, ct2 = 4,15 m/s, ct3 = 4,15 m/s,» hsl1 = 5,74 m, hsl2 = 17,53 m, hsl3 = 17,53 m,» ηr A1 = 0,90, ηr A2 = 0,78, ηr A3 = 0,62,» Pu1 = 14,2 kw, Pu2 = 14,2 kw, Pu3 = 14,2 kw, gdzie: Pu1,2,3 moc oddana przez układ pompowy: 2. Dla pobor u moc y cz y nnej si l n ik a g łębinowego Pe1 = 30 kw sprawność układu pompowego pompy głębinowej ηup2 = 0,46, a więc dla zestawionych przykładowych parametrów pracy układu, wartość jest stosunkowo niska, wymagająca optymalizacji. Z iloczynu sprawności wiemy, że: a) sprawność pompy głębinowej wynosi ηp = 0,73, a więc z pewnością pompa pracuje w swoim przedziale stosowalności, w pobliżu maksymalnej sprawności, b) sprawność silnika głębinowego ηs = 0,86 oznacza, że silnik pracuje z obniżoną sprawnością, spowodowaną nadmiernym spadkiem napięcia zbyt mały przekrój żył przewodu do jego długości i prądu pracy silnika głębinowego, c) sprawność przewodu kabla zasilającego ηk = 0,94 świadczy o tym, że przekrój przewodu kabla zasilającego silnik głębinowy jest niewłaściwie dobrany (zbyt mały przekrój żył przewodu) do jego długości i prądu pracy silnika głębinowego, d) sprawność rurociągu tłocznego wraz z armaturą ηr A = 0,78 oznacza, że w rurociągu tłocznym lub w armaturze występują wyraźne straty przepływu porównanie wskazań na manometrach h1 i h 2 świadczy o braku dławienia, a więc straty występują w rurociągu tłocznym. Po sprawdzeniu średnicy rurociągu i wyliczeniu prędkości przepływu ct2 = 4,15 m/s oraz strat liniowych hsl = 17,53 m wiadomo, że głównym elementem układu pompowego generującym straty jest rurociąg tłoczny, który dla tej wydajności pompy i głębokości zabudowy głębinowego agregatu pompowego posiada zbyt małą średnicę. 3. Dla pobor u moc y cz y nnej si l n ik a g łębinowego Pe1 = 38 kw sprawność układu pompowego pompy głębinowej ηup3 = 0,37, a więc dla zestawionych przykładowych parametrów pracy układu wartość jest bardzo 62 marzec/kwiecień

7 Energooszczędna eksploatacja układów pompowych w studniach ujęć wód wgłębnych Przedstawiona na przykładzie analiza sprawności układu pompowego pompy głębinowej wyraźnie wskazuje jak dużego znaczenia nabiera właściwa budowa poszczególnych elementów zasilanie elektryczne, rurociąg tłoczny, armatura. W przykładzie założono, że pompa głębinowa pracuje z wysoką sprawnością, natomiast straty generowane są w zasilaniu elektrycznym i w przepływie wody. Widać wyraźnie, że pomimo wysokiej sprawności pompy, przy niewłaściwej budowie układu, straty energii są tak duże, iż trudno mówić o optymalnej eksploatacji. Trzeba wiedzieć, że nie wystarczy wymienić pompę na bardziej sprawną energetycznie, by można było zoptymalizować pracę całego układu pompowego. Współczesne programy komputerowe obsługujące eksploatację pomp głębinowych posiadają wbudowane odpowiednie modele matematyczne, które na podstawie danych i parametrów pracy mogą bezpośrednio oceniać i wizualizować sprawność układu pompowego. Bieżące parametry eksploatacyjne, a więc Q, Hd, p2, pp, Pe, mogą być pobierane systemem monitoringu, a po wprowadzeniu ich do modelu matematycznego wynik analizy może być wyświetlany bezpośrednio na ekranie monitora i zapisywany do bazy. Rys. 4 pokazuje przykładowe wyniki ocen przeprowadzonych przez modele matematyczne systemu [1]. Oczywiście, bez pomiarów wydajności pompy, położenia zwierciadła wody w studni, mocy czynnej oraz ciśnienia na odpływie wody z układu, analizy sprawności nie przeprowadzimy i nie będziemy mogli optymalizować eksploatacji. Pompy i pompownie niska, wymagająca wnikliwej optymalizacji. Z iloczynu sprawności wiemy, że: a) sprawność pompy głębinowej wynosi ηp = 0,73, a więc z pewnością pompa pracuje w swoim przedziale stosowalności, w pobliżu maksymalnej sprawności, b) sprawność silnika głębinowego ηs = 0,86 oznacza, że silnik pracuje z obniżoną sprawnością, spowodowaną nadmiernym spadkiem napięcia zbyt mały przekrój żył przewodu do jego długości i prądu pracy silnika głębinowego, c) sprawność przewodu kabla zasilającego ηk = 0,94 świadczy o tym, że przekrój przewodu kabla zasilającego silnik głębinowy jest niewłaściwie dobrany (zbyt mały przekrój żył przewodu) do jego długości i prądu pracy silnika głębinowego, d) sprawność rurociągu tłocznego wraz z armaturą ηr A = 0,62 oznacza, że w rurociągu tłocznym oraz w armaturze występują znaczne straty przepływu na pewno jest dławiona pompa; h1 h 2 = 25 m i powinna być wymieniona na inną. Po sprawdzeniu średnicy rurociągu i wyliczeniu prędkości przepływu ct2 = 4,15 m/s oraz strat liniowych hsl = 17,53 m wiadomo, że drugim elementem układu pompowego generującym straty jest rurociąg tłoczny, który dla tej wydajności pompy i głębokości zabudowy głębinowego agregatu pompowego posiada zbyt małą średnicę. 3. Podsumowanie Problem optymalizacji energetycznej w eksploatacji pomp głębinowych jest zagadnieniem złożonym, wymagającym zastosowania wiedzy z dziedziny techniki pompowej, hydrogeologii i elektrotechniki. Wiadomo, że eksploatacja pompy głębinowej przebiega w środowisku złoża wodonośnego i wszelkie zmiany z zakresu warunków hydrogeologicznych wpływają wprost na pracę głębinowego agregatu pompowego. Dodatkowo, jakość w zasilaniu energetycznym układu pompowego decyduje o stratach w przewodach kablach zasilających oraz ewentualnych, niedopuszczalnych, spadkach napięć. Funkcja celu systemu eksploatacji pomp głębinowych stawia jeszcze trudniejsze wymagania, szczególnie gdy jest to przedsiębiorstwo wodociągowe czy też np. górnicze (dyspozycyjność dostaw wody, szybki czas usunięcia awarii, niskie koszty zakupu urządzeń itp.). Uzyskanie w tych uwarunkowaniach wysokich wskaźników efektywności energetycznej eksploatacji pomp wymaga wspólnej pracy, przede wszystkim użytkownika, z wyspecjalizowaną firmą zajmującą się profesjonalnie optymalizacją eksploatacji z udziałem najnowszych systemów zarządzania, sterowania i monitoringu. Liczą się koszty nie tylko związane z zakupem pomp lecz uwzględnia się też dalsze koszty wynikające z eksploatacji (remonty, niezawodność, sprawność itd.) LCC. 4. Literatura Rys. 4. Przykładowe wyniki ocen przeprowadzonych przez modele matematyczne systemu [1] Woszczyk R., Energooszczędna eksploatacja ujęć głębinow ych w ZWiK Myszków. Forum Eksploatatora, styczeń luty, Warszawa [2] Strączyński M., Sprawność energetyczna układu pompowego pompy głębinowej. Forum Eksploatatora, styczeń luty, Warszawa [3] Strączyński M., Pakuła G., Urbański P., Solecki J. Podręcznik Eksploatacji Pomp w Wodociągach i Kanalizacji. Izba Gospodarcza Wodociągi Polskie, Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o. Warszawa [4] Strączyński M., Dobór pompy głębinowej do pracy w układzie pompowym studni. Forum Eksploatatora, lipiec sierpień, Warszawa [5] Strączyński M., Optymalizacja energetyczna eksploatacji układów pompowych pomp głębinowych. Forum Eksploatatora, styczeń luty, Warszawa [6] Strączyński M., Efektywność energetyczna układów pompowych na przykładzie eksploatacji pomp głębinowych. Technologia Wody, Warszawa marzec/kwiecień

8 Energooszczędna eksploatacja ujęć głębinowych w ZWiK Myszków Pompy i pompownie Ryszard Woszczyk Zakład Wodosiągów i Kanalizacji Myszków Sp. z o.o. Energooszczędna eksploatacja ujęć głębinowych w ZWiK Myszków Współczesna eksploatacja układów pompowych pomp głębinowych ukierunkowana jest głównie na energooszczędne wydobycie wody na ujęciach oraz przekazanie jej do stacji uzdatniania (SUW). Zagadnienie oszczędności energii przekłada się na optymalizację budowy układów pompowych, ich właściwe opomiarowanie oraz prowadzenie optymalnego zarządzania eksploatacją wraz z odpowiednim monitoringiem i sterowaniem [1] roku w ZWiK Myszków W rozpoczęto nową inwestycję na ujęciu im. Prymasa Kard. Stefana Wyszyńskiego, polegającą na wykonaniu nowej studni [2] oraz unowocześnieniu technologii uzdatniania wody. Zamierzeniem było wprowadzenie najnowszych rozwiązań, zarówno w technologii uzdatniania wody jak i w optymalizacji zarządzania eksploatacją ujęć. Głównym celem rozpoczynających się prac było podniesienie jakości dostarczanej do miasta wody oraz maksymalne podnoszenie sprawności energetycznej w układach pompowych studni ujęciowych, zapewniające minimalizację kosztów energii przy wydobyciu wody. Dodatkowo, postawiono na wysoką niezawodność pracy układów pompowych pomp głębinowych oraz na aktywne śledzenie diagnostyki ich eksploatacji. Uwzględniając powyższe wymagania i założenia zdecydowano się na wdrożenie aktualnie najnowszego w kraju i za granicą systemu SPM SYSTEM (SPM Submersible Pumps Managment). System ten wykorzystuje modele matematyczne odzwierciedlające wzajemne przenikanie się zagadnień z dziedzin: hydrogeologii, techniki pompowej, hydromechaniki, elektrotechniki, techniki systemów i automatyki. SPM SYSTEM jest unikalnym rozwiązaniem w tym zakresie. 1. Budowa i funkcjonowanie systemu w ZWiK Myszków równo przewidywane efekty w oszczędności energii jak i koszty wdrożenia systemu. SPM SYSTEM posiada modułowo rozbudowywane poziomy oprogramowań SoftSPM oraz systemowe zestawy oprzyrządowania i opomiarowania studni SPM. Finalnie zdecydowano, że dla obiektów rozmieszczonych w terenie, oprzyrządowanie i opomiarowanie skonfigurowane będzie wg następującego zakresu: Zbiorniki: Osińska Góra zestaw SPM BASE, Pamowa zestaw SPM BASE. Studnie: Wyszyńskiego zestaw SPM OPT, Pamowa 1 zestaw SPM BASE, Pamowa 2 zestaw SPM BASE. Wybrano też poziom oprogramowania do zarządzania, monitoringu oraz sterowania SoftSPM BASIC z wersją Po szczegółowej analizie potrzeb w ZWiK Myszków przyjęto konfigurację budowy systemu uwzględniającą za- Rys. 1. Schemat oprogramowania SoftSPM BASIC 50 styczeń/luty

9 Energooszczędna eksploatacja ujęć głębinowych w ZWiK Myszków Fot. 1. Zmodernizowane ujęcie im. Prymasa Kard. Stefana Wyszyńskiego zlokalizowaną na serwerze ZWiK Myszków. Rys. 1 przedstawia schemat strukturalny tego oprogramowania. Trzeba wiedzieć, że wzajemna kompatybilność oprogramowania SoftSPM oraz opomiarowania układów pompowych studni SPM, umożliwia praktycznie dowolne konfigurowanie budowy systemu przez każdego użytkownika. SPM SYSTEM można optymalnie skonfigurować dla użytkownika kilku czy też kilkudziesięciu lub kilkuset studni, niezależnie czy będą to studnie ujęciowe, czy też np. odwadniające. Wdrażanie SPM SYSTEM wykonywano etapami i uwzględniano też potrzebę skoordynowanego zastąpienia pracującego starego systemu SEGAP jego następcą. Całość prac wykonywano etapami, tak więc po wdrożeniu SPM SYSTEM na ujęciu Wyszyńskiego i zbiorniku Osińska Góra, przystąpiono do wdrożenia na ujęciu Palmowa. Po zainstalowaniu opomiarowania na dwóch studniach ujęcia Palmowa oraz na zbiorniku (fot. 2) system uruchomiono i modele matematyczne ocen wykazały złą ocenę pracy studni Palmowa 2. Na studni tej ocena pracy agregatu pompowego wykazała niedostateczną sprawność układu pompowego i w związku z tym zwiększoną energochłonność. Dodatkowo, urządzenie diagnostyki elektronicznej poprzednio wdrożonego systemu SEGAP, wskazywało na pojawienie się pierwszych uszkodzeń w głębinowym agregacie pompowym. Dokładniejszych ocen nie można było wykonać, gdyż w studni nie była zainstalowana zintegrowana sonda pomiarów ciśnień. Podjęto decyzję o wymianie pompy i po wykorzystaniu kreatora doboru pompy głębinowej znajdującego się w oprogramowaniu SoftSPM BASIC dobrano pompę z rezerwy ZWiK Myszków, którą zabudowano w miejsce poprzedniej, uszkodzonej (fot. 3, 4). Finałem prac związanych z wymianą pompy na studni Palmowa 2 było uruchomienie systemu i sprawdzenie oceny pracy nowo zmontowanego układu pompowego. Wyniki ocen, rzeczywistego stan pracy układu pompowego studni wypadły pozytywnie. Stałe ukierunkowanie na prowadzenie energooszczędnej eksploatacji ujęć jest zasadniczą cechą wdrożonego systemu. W SPM SYSTEM zarządzanie eksploatacją pomp i ujęć głębinowych prowadzone jest z poziomu posiadanego oprogramowania SoftSPM, które skonfigurowane jest w ten sposób, by już na etapie pierwszego wglądu na pracę systemu, a więc na mapie zbiorczej, można było odczytać wyniki ocen pracy obiektów oraz aktualny stan eksploatacji (por. str. 45, rys. 7). Zadanie to realizowane jest w ten sposób, że lokalizacja studni przedstawiana jest w postaci tzw. łezki, której kolor zabarwienia otoczki wskazuje na stan pracy studni kolor zielony oznacza pracę pompy głębinowej, kolor czerwony oznacza wyłączenie pracy agregatu pompowego. Stan załączenia pompy głębinowej potwierdzany jest też napisem ON lub OFF. Dodatkowo wewnętrzny kolor okręgu w otoczce wskazuje na wynik oceny energochłonności pracy układu pompowego pompy głębinowej wg zasady: kolor zielony oznacza eksploatację optymalną, kolor żółty wskazuje na pracę w obszarze granicznym, kolor czerwony oznacza eksploatację nieopłacalną. Dla odzwierciedlenia trybu sterowania pracą studni we wnętrzu okręgu zamieszczona jest litera A dla pracy w systemie automatycznym lub R dla pracy ze sterowaniem ręcznym. Na mapie pokazano również umiejscowienie zbiorników. Podobnie jak dla studni położenie zbiorników zaznaczone jest również w postaci łezki, z tym, że otoczka jest koloru niebieskiego. Kolor wewnętrznego okręgu wskazuje na aktualny stan napełnienia zbiornika: kolor zielony oznacza optymalne wypełnienie zbiornika, kolor żółty wskazuje wartość położenia poziomu wody w obszarze granicznym, kolor czerwony oznacza alarmowe położenie wody w zbiorniku. Pompy i pompownie Fot. 2. Opomiarowanie SPM SYSTEM na ujęciu Palmowa Dodatkowo, dla szybkiej analizy, pod łezką studni, w prostokącie styczeń/luty

10 Energooszczędna eksploatacja ujęć głębinowych w ZWiK Myszków Pompy i pompownie tzn. że sterownik zbiornika bezpośrednio załącza lub wyłącza przypisaną mu studnię i jednocześnie informuje system o stanie pracy. W przypadku ewentualnych problemów, sterowanie przejmuje system nadrzędny i, gdy trzeba, informuje centrum dyspozytorskie o komplikacjach. Taki system sterownia i nadzoru eksploatacji doskonale sprawdza się w praktyce i znacznie zwiększa niezawodność pracy całego systemu. Zagadnienia energooszczędnej eksploatacji ujęć sprowadzają się do: prawidłowego doboru pomp do rzeczywistych i prognozowanych parametrów pracy układów pompowych studni; stałej, systemowej oceny energochłonności eksploatacji układów pompowych; systemowej diagnostyki pracy głębinowych agregatów pompowych oraz rurociągów wraz z armaturą; śledzenia zmian charakterystyk hydraulicznych i hydrogeologicznych studni i ujęcia; systemowego ustawienia indywidualnych algorytmów sterowania układami pompowymi; właściwego wykorzystywania i ustawiania poziomów wody w zbior nikach. Fot Prace przy wymianie pompy oraz montażu unikalnej, dedykowanej sondy pomiarów ciśnień SGP-21 Przykładem może być powiększenie zakresu poziomów w zbiorniku Osińska Góra i wprowadzenie tzw. nocnego piętrzenia wody przy niskiej cenie energii elektrycznej oraz wykorzystanie poziomu dla zasilania miasta Myszkowa w okresie wyższej ceny za energię i krótkiego podpiętrzenia poziomu w okresie tzw. południowej doliny energetycznej. o kolorze stanu pracy pompy, podana jest aktualna wartość wydajności pompy, natomiast tuż nad nim godzina wykonanego pomiaru. Dla zbiornika w ten sam sposób podana jest wartość położenia zwierciadła wody. Użytkownik, praktycznie po pierwszym spojrzeniu na mapę rozmieszczenia obiektów, szybko orientuje się w stanie eksploatacji systemu. W przypadku zaistnienia stanów alarmowych, zarówno w pracy pomp jak i zbiorników, na mapie zamieszczane są odpowiednie oznaczenia i opisy w kolorze czerwonym. Dla ilustracji poziomów wartości zasięgów sieci GSM w punktach lokalizacji obiektów, wizualizowane są odpowiednie wskazania odzwierciedlające te wartości. W SPM SYSTEM zastosowano tzw. rozproszony system sterowania [3], Rys. 2 Stan pracy zbiornika oraz jego parametry związane ze sterowaniem, tj. poziomy ostrzegawcze, awaryjne, przypisane do sterowania studnie, stan pracy studni itp. 52 styczeń/luty

11 Energooszczędna eksploatacja ujęć głębinowych w ZWiK Myszków Taki system pracy zbiornika obniżył jednostkowy koszt za energię elektryczną na ujęciu im Prymasa Kard. Stefana Wyszyńskiego o ok. 10%. 2. Podsumowanie Jak wspomniano, w SPM SYSTEM występują trzy wersje oprogramowania oraz trzy wersje oprzyrządowania i opomiarowania studni. Taka struktura budowy systemu umożliwiła optymalny wybór wersji oprogramowania SoftSPM BASIC oraz dobór dwóch wariantów oprzyrządowania i opomiarowania studni i zbiorników SPM BASE oraz SPM OPT. Możliwość dowolnej konfiguracji SPM SYSTEM zdecydowanie obniżyła koszty inwestycji i, trzeba również podkreślić, że wyeliminowano w ten sposób niepotrzebne koszty wykonania drogich projektów. Ponad roczna eksploatacja ujęć wykazała poprawność w funkcjonowaniu systemu i optymalizacji pracy ujęć. Można stwierdzić, że trafnie wybrano konfigurację systemu. Należy dodać, że dodatkowo obniżyły się koszty utrzymania łączności w sterowaniu i monitoringu w sieci GSM, do 79 złmiesiąc za cały SPM SYSTEM. Trzeba też podkreślić niezawodną pracę dedykowanych zestawów Rys. 3. Zmiany poziomu w zbiorniku podczas dwóch dni eksploatacji opomiarowania i oprzyrządowania studni oraz zbiorników SPM produkcji Aplisens S.A. 3. Literatura [1] Strączyński M., Wąsowski J., Zatorski P.: Systemowe zarządzanie, monitoring oraz sterowanie w eksploatacji pomp i ujęć głębinowych SPM SYSTEM. Forum Eksploatatora nr 3, maj-czerwiec [2] Strączyński M., Woszczyk R., Zatorski P.: Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych system SoftSPM, część I: Budowa systemu. Technologia Wody, nr 4(36), lipiec- -sierpień [3] SPM SYSTEM, Opis systemu PL. Pompy i pompownie styczeń/luty

12 SPM SYSTEM Pompy i pompownie Marian Strączyński, Jan Wąsowski, Przemysław Zatorski MAST, Bełchatów SPM SYSTEM zarządzanie, monitorig i sterowanie w energooszczędnej eksploatacji pomp i ujęć głębinowych 1. Wstęp Zagadnienie oszczędności energii elektrycznej dotyczy większości przedsiębiorstw wodociągowych w Polsce, których produkcja oparta jest na eksploatacji głębinowych ujęć wód (rys. 1) [1]. techniki systemów, automatyki itp. Wiemy też, że z punktu widzenia eksploatacji pomp głębinowych, najważniejszym zagadnieniem jest właściwy dobór parametrów pompy do warunków pracy w układzie pompowym, eksploatowanym w danej studni ujęcia. Właściwy dobór pompy głębinowej gwarantuje uzyskiwanie wysokich wskaźników sprawności energetycznej w przyszłej eksploatacji głębinowego agregatu pompowego oraz zapewnia jego długotrwałą i bezawaryjną pracę na ujęciu. Opracowane modele matematycznego kreatora doboru pomp do bieżącej i prognozowanej charakterystyki studni oraz charakterystyki układu pompowego wraz z modelami ocen energochłonności i diagnostyki pracy układów: studnia agregat pompowy rurociąg z armaturą, systemowo zmieniają sposób zarządzania w eksploatacji ujęć. 2. Budowa systemu Rys. 1. Udział wód podziemnych i głębinowych w zaopatrzeniu w wodę w Polsce [1] Przykładem nowoczesnego podejścia do zarządzania eksploatacją pomp i ujęć głębinowych jest aktualnie wdrażany w Polsce i za granicą, system SPM SYSTEM Submersible Pumps Managment. System ten z założenia ukierunkowany jest na prowadzenie ciągłej optymalizacji pracy układów pompowych pomp głębinowych, mającej na celu zminimalizowanie zużycia energii oraz utrzymywanie wysokiej niezawodności w wydobyciu wód wgłębnych na ujęciu. W SPM SYSTEM uwzględnia się kompleks charakterystycznych dla eksploatacji studni i pomp głębinowych, wzajemnie przenikających się, zagadnień z dziedzin: hydrogeologii, techniki pompowej, hydromechaniki, elektrotechniki, SPM SYSTEM posiada modułowo rozbudowywane [2] poziomy oprogramowań SoftSPM oraz systemowe zestawy oprzyrządowania i opomiarowania studni SPM. Wzajemna kompatybilność oprogramowania SoftSPM oraz opomiarowania układów pompowych studni SPM, umożliwia praktycznie dowolne konfigurowanie budowy systemu przez każdego użytkownika. SPM SYSTEM można optymalnie skonfigurować dla użytkownika kilku, czy też kilkudziesięciu, kilkuset czy nawet kilku tysięcy studni, niezależnie czy będą to studnie ujęciowe, czy też np. odwadniające. Zakres budowy systemu obejmuje: Oprogramowanie: SoftSPM BASIC systemy kilku, kilkunastu studni, SoftSPM STANDARD systemy kilkudziesięciu studni, SoftSPM ENTERPRICE systemy kilkuset, a nawet kilku tysięcy studni. Oprzyrządowanie i opomiarowanie studni: SPM MIN minimalny zakres opomiarowania studni, SPM BASE najczęściej stosowany zakres opomiarowania studni, SPM OPT rozbudowany, zakres opomiarowania studni. Na rys. 2 pokazano, dla przykładu, schemat strukturalny najbardziej rozbudowanego oprogramowania SoftSPM ENTERPRICE, które oprócz zarządzania eksploatacją studni obsługuje stację prób głębinowych agregatów 42 styczeń/luty

13 SPM SYSTEM Pompy i pompownie Rys. 2. schemat strukturalny oprogramowania SoftSPM ENTERPRICE pompowych, remonty pomp oraz silników głębinowych wraz z zarządzaniem gospodarką pompową ujmującą optymalizację rezerw pomp, silników i ich części zamiennych. Oprogramowanie to dedykowane jest dla użytkowników kilkuset czy też kilku tysięcy studni, najczęściej są to korporacje czy też duże kopalnie odkrywkowe. SPM SYSTEM posiada trzy wersje oprzyrządowania i opomiarowania studni SPM MIN, SPM BASE oraz SPM OPT. Każda z tych wersji bazuje na najnowszych, dedykowanych, rozwiązaniach z dziedziny opomiarowania układów pompowych studni, do których należy między innymi zintegrowana sonda pomiaru ciśnień wewnątrz i na zewnątrz rurociągu tłocznego pompy głębinowej, montowana za króćcem tłocznym pompy, pod wodą. Sonda ta (patent RP) umożliwia precyzyjne wyznaczenie bilansu strat przepływu w układzie pompowym, w tym określenie liniowych strat przepływu w rurociągu, na którym pracuje pompa głębinowa. Na podstawie zmierzonych wartości ciśnień wewnątrz i na zewnątrz rurociągu tłocznego pompy głębinowej tuż za jej króćcem tłocznym pod wodą, modele matematyczne systemu umożliwiają precyzyjne odwzorowanie położenia punktu pracy pompy głębinowej na jej charakterystyce, a tym samym diagnozują (patent RP) bieżący stan techniczny pracującej pompy i silnika głębinowego. Na rys. 3 pokazano widok zintegrowanej sondy pomiaru ciśnień podczas jej montażu w rurociągu tłocznym pompy głębinowej. Na rys. 4, dla przykładu, przedstawiono schemat zabudowy urządzeń i opomiarowania dla wersji bazowej SPM BASE, najczęściej stosowanej przez użytkowników. W wersji tej w układzie pompowym mierzone są następujące parametry: Pomiary studzienne: ciśnienie p p przy króćcu tłocznym pompy głębinowej (po wodą), położenie statycznego lub dynamicznego zwierciadła wody H st, H d w studni, ciśnienia p 1, p 2 (przed i za zasuwą dławiącą), wydajność pompy, Q. Pomiary elektryczne: napięcie zasilania, U, pobór prądu, I, pobór mocy czynnej, P e, współczynnik mocy, cos Ø, diagnostyka prądowa. Sterowanie zdalne: załączanie/wyłączanie silnika pompy. Rys. 3. Widok zintegrowanej sondy pomiaru ciśnień podczas jej montażu w rurociągu tłocznym pompy głębinowej styczeń/luty

14 SPM SYSTEM Pompy i pompownie Sterowanie zdalne: otwieranie/zamykanie zasuwy, zwiększanie/zmniejszanie obrotów silnika falownik, załączanie/wyłączanie silnika pompy, Z każdego obiektu przekazywany jest także sygnał dwustanowy, generowany w sytuacji ingerencji osób niepowołanych (tzw. sygnał ochrony obiektu). Sygnały z aparatury kontrolno-pomiarowej doprowadzone są do szafki automatyki, w której zainstalowany jest specjalnie oprogramowany sterownik SIMATIC S7 1200, współpracujący (zazwyczaj poprzez sieć GSM sms) lub GPRS z oprogramowaniem SoftSPM. Możliwe są również inne środki przekazu danych: światłowody, radio, wi- -fi, kable telekomunikacyjne itp. W przypadku indywidualnych potrzeb, sterownik posiada własne algorytmy sterowania dedykowanego uruchamiane zdalnie z programu, np. SoftSPM ENTERPRICE. Rys. 4. Schemat zabudowy urządzeń i opomiarowania dla wersji bazowej SPM BASE Z każdego obiektu przekazywany jest także sygnał dwustanowy, generowany w sytuacji ingerencji osób niepowołanych (tzw. sygnał ochrony obiektu). Wersja SPM BASE jest najczęściej stosowaną w eksploatacji ujęć i nie wymaga ograniczeń w jakości pompowanego medium. Wersja ta zapewnia wysoką dokładność pomiarów parametrów hydraulicznych w układzie pompowym klasa pomiarów poniżej 0,5. Wersja SPM BASE współpracuje, podobnie jak SPM MIN, ze specjalizowanym sterownikiem SZ-21. Rys. 5 pokazuje przykładową aplikacje wersji SPM BASE na ujęciu. Wersja optymalna, SPM OPT, przedstawiona jest na rys. 6. W tej wersji zastosowane jest następujące opomiarowanie oraz sterowanie układu pompowego: Pomiary studzienne: ciśnienie p p przy króćcu tłocznym pompy głębinowej (po wodą), położenie statycznego lub dynamicznego zwierciadła wody H D, H ST w studni, ciśnienia p 1, p 2 (przed i za zasuwą dławiącą), wydajność pompy, Q, temperatura wody, T w, temperatura uzwojeń silnika T s czujnik PT-100, zasolenie wody z s. Pomiary elektryczne: napięcie zasilania, U, pobór prądu, I, pobór mocy czynnej, P e, współczynnik mocy, cos Ø, diagnostyka prądowa. Rys. 5. Przykładowa aplikacja SPM BASE na ujęciu Rys. 6. Wersja optymalna systemu, SPM OPT 44 styczeń/luty

15 SPM SYSTEM 3. Funkcjonowanie systemu W SPM SYSTEM zarządzanie eksploatacją pomp i ujęć głębinowych prowadzone jest z posiadanego poziomu oprogramowania SoftSPM, które skonfigurowane jest w ten sposób, by już na etapie pierwszego wglądu na pracę systemu, a więc na mapie zbiorczej, można było odczytać wyniki ocen pracy obiektów oraz ich aktualny stan eksploatacji (rys. 7). bieżące odkształcenie charakterystyki H = f(q) eksploatowanej pompy w układzie pompowym wraz z diagnostyką szczelności rurociągu tłocznego (patent RP), wartość aktualnego stopnia zdławienia przepływu w armaturze układu pompowego, wartość dokładnie wyznaczonych strat liniowych w rurociągu tłocznym pompy, bieżący poziom energochłonności układu pompowego. W oparciu o zakodowane w modelach matematycznych kryteria ocen uwzględniające systemowe, wzajemne uzależnienia parametryczne i ich czasowo zmienne przebiegi, program ocen zestawia wyniki dla poszczególnych, bieżących zestawów pomiarów z obiektów. Wyniki przedstawione są w formie tekstowej i graficznej. Kolory tła tekstów ocen świadczą o ich zakresach z zachowaniem zasady: kolor zielony oznacza eksploatację optymalną, kolor żółty wskazuje na pracę w obszarze granicznym, kolor czerwony oznacza eksploatację nieopłacalną. Pompy i pompownie Przykładowe oceny układu pompowego pokazano na rys. 9. Wyraźnie widać zakres zmian w układzie pompowym łącznie z tzw. paskiem jego energochłonności. Rys. 7. Jedna z początkowych wizualizacji SPM SYSTEM Wizualizacja wyników przeprowadzonych analiz w modelach matematycznych ocen eksploatacji układu pompowego odwzorowana jest na rys. 8. Oceny przeprowadzane są komputerowo na podstawie bieżących wartości parametrów hydraulicznych i elektrycznych przekazanych do oprogramowania SoftSPM z oprzyrządowania i opomiarowania SPM. Modele matematyczne ocen uwzględniają: lokalizację punktu pracy pompy w wyznaczonym wcześniej matematycznym przedziale optymalnej eksploatacji, Rys. 9. Przykładowe oceny układu pompowego Rys. 8. Wizualizacja wyników przeprowadzonych analiz w modelach matematycznych ocen eksploatacji układu pompowego Na rys. 10 pokazano wizualizację graficzną, odwzorowującą kolorystycznie miejsca oceny na schemacie budowy układu pompowego. Kolor rurociągu tłocznego oraz przepustnicy wskazuje na wynik oceny dla tych elementów układu. Na schemacie tym pokazano też wartość bieżącej wydajności pompy oraz aktualne położenie zwierciadła wody w studni. Ocena stopnia odkształcenia charakterystyki H = f(q) wizualizowana jest kolorem zaznaczonego punktu pracy pompy na tej właśnie charakterystyce (rys. 10). Podobnie, jak w poprzednich przypadkach, kolory ocen zielony, żółty, czerwony oznaczają odpowiednio: pracę optymalną, początek odkształcania charakterystyki, charakterystykę odkształconą. Na rys. 11 pokazano widok oceny stopnia odkształcenia charakterystyki H = f(q) oraz ocenę położenia punktu pracy pompy na tle przedziału optymalnej stosowalności pompy. Jak widać, pompa pracuje w optymalnym zakresie przedziału stosowalności, lecz ma charakterystykę już odkształconą. Zgodnie z zasadą przyjętą w systemie chcąc zapoznać się z dokładniejszą oceną, należy kliknąć na obiekt zainteresowania, i tak, po kliknięciu na charakterystykę z zakolorowanym punktem pracy pompy, wchodzimy w głębszą warstwę analizy, odzwierciedlającą dokładne położenie punktu styczeń/luty

16 SPM SYSTEM Pompy i pompownie pracy na tle rzeczywistej charakterystyki pompy ze stacji prób (rys. 12). Rys. 12. Analiza odzwierciedlająca dokładne położenie punktu pracy na tle rzeczywistej charakterystyki pompy Rys. 10. Wizualizację graficzna, odwzorowująca kolorystycznie miejsca oceny na schemacie budowy układu pompowego Punkt w kolorze niebieskim obrazuje rzeczywistą wysokość podnoszenia pompy dla danej wydajności, a więc rzeczywiste położenie punktu pracy na nowej, zmienionej już charakterystyce. Wykonana przez model matematyczny analiza rzeczywistego odkształcenia charakterystyki wykorzystuje pomiary ciśnień wykonane przez zintegrowaną sondę zamontowaną za króćcem tłocznym pompy głębinowej. Metoda diagnostyki pompy głębinowej i układu pompowego za pomocą zintegrowanej sondy pomiarów ciśnień jest aktualnie najnowszym, patentowanym sposobem oceny stanu pracy pompy głębinowej wraz z całym układem. W górnej części ekranu ocen położone są panele sterowania pracą głębinowego agregatu pompowego załącz/wyłącz silnik pompy oraz panel sterowania np. położeniem przepustnicy (rys. 13). Rys. 13. Panele sterowania pracą głębinowego agregatu pompowego załącz/ wyłącz silnik pompy oraz panel sterowania np. położeniem przepustnicy Rys. 11. Oceny stopnia odkształcenia charakterystyki oraz położenia punktu pracy pompy na tle przedziału jej optymalnej stosowalności Na rys. 14 pokazano widok ekranu odzwierciedlającego działanie zbiornika zasobnika wody zasilającego sieć wodociągową. Graficznie zobrazowano stopień zapełnienia zbiornika oraz zaznaczono położenie poziomów ostrzegawczych i alarmowych. Wartości położenia tych poziomów podane są obok widoku zbiornika, natomiast w dolnej części ekranu podana jest informacja o studniach podających wodę do zbiornika oraz zaznaczone jest, czy studnie te aktualnie pracują czy też są wyłączone z ruchu. Zakres ustawiania poziomów można przesyłać zdalnie z programu SoftSPM wg aktualnych potrzeb użytkownika. Zgodnie z założeniami SPM SYSTEM, zakres przetwarzanych danych oraz informacji jest wyjątkowo szeroki i w praktyce obejmuje: 46 styczeń/luty

17 SPM SYSTEM Rys. 14. Widok ekranu odzwierciedlającego działanie zbiornika zasobnika wody zasilającego sieć wodociągową Oprogramowanie Kepware Siemens S7-200/S7-300/ S7-400/S Ethernet OPC Server WiFi. Automatykę: sterowniki S7 SIMATIC, sterowniki SZ-21, urządzenia WiFi, stacje bazowe SB-21, sterowniki ST-1, koncentratory KDP-1, szafy automatyki SZA 1.2 SPM, oprzyrządowanie pomiarowe. Organizację i zarządzanie: gospodarka magazynowa, zarządzanie eksploatacją decyzje eksploatacyjne, konsulting oraz szkolenia. Pompy i pompownie Technikę pompową: komputerowy katalog głębinowych agregatów pompowych wraz z wyborem i doborem pomp, automatycznie sterowane stacje prób pomp głębinowych, wizualizację pracy punktów pracy pomp na ich charakterystykach H = f(q) podczas eksploatacji (charakterystyki katalogowe lub ze stacji prób), matematyczne oceny eksploatacji pomp wg charakterystyk katalogowych i rzeczywistych. Technikę wiertniczą i hydrogeologię: komputerowy katalog studni oraz piezometrów, bazę danych eksploatacyjnych studni i piezometrów, bazę danych chemii wody. Elektrotechnikę: komputerowy katalog silników głębinowych, bazę danych eksploatacyjnych silników głębinowych, bazę danych osprzętu elektrycznego i kabli, szafy zasilająco-sterownicze i pomiarowe wraz urządzeniami. Technikę komputerową: oprogramowanie SoftSPM: SoftSPM BASIC pakiet startowy, statystyki pracy ujęcia, ocena, katalogi pomp, silników, kabli, oprzyrządowania i armatury; SoftSPM STANDARD pakiet startowy, statystyki pracy ujęcia, ocena, katalogi pomp, silników, kabli, oprzyrządowania i armatury, stacje prób głębinowych agregatów pompowych; SoftSPM ENTERPRICE pakiet startowy, statystyki pracy ujęcia, ocena, katalogi pomp, silników, kabli, oprzyrządowania i armatury, stacje prób głebinowych agregatów pompowych, pakiet remontów pomp i silników głębinowych, zarządzanie gospodarką eksploatacji i remontów agregatów pompowych; oprogramowanie OPC Siemens, oprogramowanie SINAUT Siemens modemy GSM/ sms/gprs, Jak widać z powyższego zestawienia, prezentującego elementy funkcjonujące w ramach SPM SYSTEM, zagadnienie optymalizacji w zarządzaniu eksploatacją studni i pomp głębinowych jest wyjątkowo wielodyscyplinarne i wyraźnie złożone. 4. Zdalny przekaz danych, sterowanie pracą ujeć, dostęp Uwzględniając współczesne, nowoczesne technologie w zakresie zdalnego sterowania oraz przekazu danych cyfrowych, w SPM SYSTEM skupiono się głównie na szerokim wykorzystywaniu sieci GSM. Do komunikacji pomiędzy obiektami (zbiornik SZ-21, studnia SZ-21, oprogramowanie SoftSPM) wykorzystuje się usługę przesyłania krótkich wiadomości tekstowych (sms) w cyfrowych sieciach telefonii komórkowej. Dla zapewnienia wysokiej niezawodności, każdy sms, który jest wysyłany jako źródło danych (z dowolnego obiektu) jest potwierdzany przez sms zwrotny z obiektu, do którego był wysyłany. W przypadku braku tej obustronnej komunikacji pojawia się alarm/powiadomienie z kompletną informacją o jego rodzaju i przyczynie. Na rys. 15 pokazano przykładowy schemat komunikacji w sterowaniu i informowaniu o pracy SPM SYSTEM. Rys. 15. Schemat komunikacji w sterowaniu i informowaniu o pracy SPM SYSTEM Można wykorzystywać dowolną sieć GSM, a tym samym, przy ewentualnym użyciu anten wzmacniających, poziomy zasięgów dla łączności w technologii sms. W ten sposób znacznie rozszerzono możliwości sterowania i przekazu danych. Przed wdrożeniem systemu wykonywane są odpowiednie pomiary zasięgów. Specjalizowane sterowniki systemu SZ-21 i SIMATIC S skonfigurowano w ten sposób, by właśnie technologie sterowania i przekazu danych funkcjonowały głównie za pomocą sms. Konfiguracja ta, oprócz szybkiego działania przy słabych zasięgach, znacznie obniża styczeń/luty

18 SPM SYSTEM Pompy i pompownie koszty utrzymania systemu, a tym samym wpływa na koszty jego eksploatacji. Jest zrozumiałym, że lokalne oprogramowania sterowników wymagają bardziej rozbudowanych i skomplikowanych algorytmów zapewniających stały, merytoryczny nadzór nad obiektem. Praktycznie, sterownik wysyła sms tylko wtedy, gdy pojawi się takie zdarzenie, które wymaga reakcji z programu wyższego, zlokalizowanego na serwerze użytkownika lub na serwerze ogólnodostępnym ( Opisana struktura budowy i technologia oprogramowania SoftSPM praktycznie nie rozróżnia odległości od serwera do danego obiektu czas dotarcia sms od i do serwera nie przekracza kilkudziesięciu sekund czy, maksymalnie, kilku minut, tak więc reakcja z programu wyższego jest praktycznie natychmiastowa. Zawsze można nawiązać połączenia bezpośrednie CSD. Podobnie jest w przypadku, gdy z serwera załączamy lub wyłączamy silnik pompy lub też zdalnie zmieniamy nastawy innych parametrów np. częstotliwość pracy falownika, położenie przepustnicy itp. SPM SYSTEM skupia w swojej bazie wiedzy oraz w budowie skomplikowanych modeli matematycznych szereg dokładnych procedur postępowania oraz możliwych do przewidzenia standardowych i awaryjnych stanów pracy układów pompowych. W miarę upływu czasu bazy te systematycznie się powiększają, a tym samym, system sam w sobie optymalizuje działanie poszczególnych algorytmów pracy. W przypadku posiadania przez użytkownika dowolnych ilości studni oraz wielu zbiorników połączonych rozbudowaną siecią rurociągów, oprogramowanie systemu SoftSPM umożliwia konfigurowanie praktycznie dowolnej struktury sterowania obiektami znajdującymi się w zasięgu sieci GSM. Gdy obiekty są położone ewidentnie poza zasięgiem GSM, konfiguracja systemu wybiera inne media dostępu, np. radio, kable, światłowody itp. W SPM SYSTEM wdrożono dostęp do oprogramowań poprzez tzw. chmurę obliczeniową [3] (ang. Cloud Computing). Chmura, to model dystrybucji narzędzi informatycznych polegający na udostępnianiu użytkownikom oprogramowania, infrastruktury lub platform rozwoju aplikacji zainstalowanych na serwerach utrzymywanych przez dostawcę (w tym przypadku SPM SYSTEM ). W modelu Chmury użytkownik nie musi instalować kompletnego systemu informatycznego do połączenia z środowiskiem chmury wystarczy jedynie dostęp do internetu oraz przeglądarka internetowa. Ze względu na możliwość korzystania z danych poprzez internet, klient może praktycznie z każdego miejsca i z użyciem każdego urządzenia, korzystać z własnych zasobów w dowolnie wybranym momencie. Aplikacje w modelu chmury SPM SYSTEM są łatwiejsze do utrzymania i obsługi, ponieważ nie wymagają instalacji na każdym komputerze, czy innym urządzeniu w przedsiębiorstwie, a ich serwisowanie lub unowocześnianie odbywają się na bieżąco przez zleceniobiorcę (rys. 16). Od kilku lat model cloud computing (Chmury) rozwija się bardzo dynamicznie, a samo jego pojęcie staje się coraz szersze. Przedsiębiorstwa korzystające z takiego rozwiązania mogą oddać w outsourcing bazy danych, zarządzanie aplikacjami i systemem, pozbywając się konieczności posiadania niezbędnych do ich przechowywania serwerów oraz pozostałej infrastruktury. Chmura to zatem wzrost elastyczności, szybkość dotarcia na rynek, spadek ryzyka biznesowego, dostęp do najnowszych rozwiązań, integracja procesów, dzielenie się wiedzą, kontrola nad danymi, eliminacja większości problemów z zarządzaniem operacyjnym, a przede wszystkim niższe koszty. Rozwiązanie to jest obecnie najważniejszym trendem współdecydującym w głównej mierze o kształcie organizacji i sposobie zarządzania przedsiębiorstwami na świecie. Jest nowym modelem biznesowym. Chmura SPM SYSTEM jest aktualnie najnowszym rozwiązaniem w systemach zarządzających i sterujących eksploatacją pomp i ujęć głębinowych. Rys. 16. Chmura SPM SYSTEM 5. Podsumowanie Jak wspomniano, w SPM SYSTEM występują trzy wersje oprogramowania oraz trzy wersje oprzyrządowania i opomiarowania studni. Taka struktura budowy systemu praktycznie zapewnia dowolne możliwości w zakresie przystosowania konfiguracji systemu dla każdego użytkownika pomp głębinowych od użytkowników kilku studni do kilku tysięcy obiektów. System przygotowano dla użytkowników zarówno w Polsce, jak i za granicą. Oprogramowanie jest dostępne zarówno w języku polskim jak i wielu językach obcych. Oprogramowanie SoftSPM zastępuje dawny system SEGAP występuje możliwość importu danych z SEGAP do SoftSPM. Serwer systemu SoftSPM, dostępny dla użytkowników na stronie praktycznie może obsługiwać klientów pochodzących z dowolnego miejsca na świecie. Najczęstszą, wdrożoną usługą w SPM SYSTEM jest dostęp do Chmury SoftSPM, poprzez który użytkownik zarządza eksploatacją ujęć z wykorzystaniem serwera SoftSPM posługując się internetem. 6. Literatura [1] Jóźwiakowski K., Pieńko A., Fłakowska P., Dyczko A., Imberowicz M., Bondyra P., Steszuk A.: Zmiany stanu gospodarki wodno-ściekowej w Polsce w latach Technologia Wody nr 6, listopad- -grudzień [2] Strączyński M., Wąsowski J., Zatorski P.: Systemowe zarządzanie, monitoring oraz sterowanie w eksploatacji pomp i ujęć głębinowych S P M SYSTEM. Forum Eksploatatora nr 3, maj-czerwiec [3] Strączyński M., Zatorski P.: Chmura SPM SYSTEM najnowszym rozwiązaniem w zarządzaniu, monitoringu i sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych. Forum Eksploatatora nr 3, wrzesień-październik styczeń/luty

19

20 46 Praktyka i eksploatacja Rok VII Zeszyt 2(40) marzec kwiecień 2015 ISSN Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych SPMSYSTEM Część III. Stacje prób pomp głębinowych system SPMTEST Marian Strączyński Tomasz Macheta Przemysław Zatorski P raca systemu SPMSYSTEM Submersible Pumps Management, którego budowę i funkcjonowanie opisano w części I i II niniejszego cyklu artykułów [3, 4], służy do prowadzenia optymalizacji eksploatacji pomp i ujęć głębinowych. Ważnym etapem w procesie optymalizacji eksploatacji tego typu pomp jest ich diagnostyka przed zabudową w układach pompowych studni. Diagnostyka ta dotyczy zarówno sprawności technicznej jak i parametrycznej. Praktycznie, próba ruchowa [1, 2] głębinowych agregatów pompowych umożliwia pełne sprawdzenie stanu technicznego zarówno pompy jak i silnika głębinowego. Bez przeprowadzonej próby kontrolnej fabrycznie nowego agregatu pompowego, jak i po jego remoncie, nie ma możliwości określenia rzeczywistych parametrów uzyskiwanych przez pompę głębinową, a tym samym wyznaczenia określonych normą dopuszczalnych odchyłek od wartości katalogowych. Parametry uzyskiwane na stacji prób umożliwiają przeprowadzenie właściwego doboru pompy głębinowej do prognozowanych warunków jej pracy w studni ujęciowej. 1. Badania pomp i silników głębinowych Praca silnika z rzeczywistym obciążeniem w warunkach stacji prób pozwala na uzyskanie nominalnej temperatury jego wnętrza, a tym samym sprawdzenie stanu izolacji uzwojenia i przyłącza przewodu kabla w tzw. stanie zimnym i nagrzanym. Podczas próby mierzona jest prędkość obrotowa silnika oraz pozostałe jego parametry elektryczne i energetyczne. Na podstawie [2] pomiarów wydajności pompy głębinowej oraz pomiaru ciśnienia w znanym przekroju rurociągu pomiarowego, wyznaczana jest charakterystyka przepływu pompy H = f(q), która odniesiona jest do rzeczywistej prędkości obrotowej. Pomiary wykonywane są dla różnego stopnia zdławienia przepływu pompy, a więc dla różnych punktów pomiarowych, których liczba jest tak dobrana, by można było wyznaczyć z dużą dokładnością cały przebieg charakterystyk: H = f(q), η = f(q), P p = f(q). Praktycznie, tylko próby na stacji badań głębinowych agregatów pompowych umożliwia- ją wyznaczenie i sprawdzenie prawidłowości przebiegu charakterystyk pomp. Na rys. 1 przedstawiono widok instalacji stacji prób pomp głębinowych w MWiK Bydgoszcz Sp. z o.o., na której zainstalowano w pełni skomputeryzowany, automatyczny system badań głębinowych agregatów pompowych SPM TEST. Jak widać na zamieszczonym zdjęciu, stacja posiada 3 tory pomiaru parametrów hydraulicznych, które umożliwiają wyznaczanie charakterystyk pomp w szerokim zakresie ich wydajności. Praktycznie, można dokładnie wyznaczać charakterystyki pomp, których wydajności nominalne Qn wynoszą od kilku m3/h do ok. 350 m3/h. W zbiorniku pomiarowym wykonano studnię pomiarową, w której zabudowany jest próbowany głębinowy agregat pompowy. W zbiorniku stanowiska pomiarowego, na silniku głębinowym, umiejscowiona jest cewka pomiaru poślizgu określającego bieżącą prędkość obrotową pompy. Rurociąg tłoczny próbowanej pompy głębinowej zainstalowanej w studni zbiorniku 2/2015

21 Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych przepływomierzami mierzącymi wydajności próbowanych pomp głębinowych. Dla każdego toru przed zasuwą dławiącą od strony pompy, w znanym przekroju rurociągu pomiarowego, mierzone jest ciśnienie odzwierciedlające stopień zdławienia. Tak wykonana stacja prób jest w pełni zautomatyzowana i, praktycznie, próby wykonywane są w cyklu automatycznym. Specjalnie skonfigurowany dla tego typu aplikacji system komputerowy SoftSPMTEST steruje próbą głębinowego agregatu pompowego, gromadzi i przetwarza dane oraz parametry pomiarowe. System dokonuje oceny próby w odniesieniu do wybranej normy. Rys. 1. Widok instalacji stacji prób w Wodociągach i Kanalizacji w Bydgoszczy pomiarowym połączony jest rurociągiem cyrkulacyjnym z wybranym przez operatora torem pomiarowym. Próbowany agregat pompowy znajduje się w swoim środowisku naturalnym w studni pod wodą. Widok instalacji (rys. 1), pokazuje również budowę trzech torów rurociągów pomiarowych z zainstalowanymi specjalistycznymi elektrycznie sterowanymi zasuwami dławiącymi oraz Rys. 3. Protokół po zakończeniu próby 2/2015 Rys. 2. Konsola sterująca programu SoftSPMTEST

22 48 Praktyka i eksploatacja Na rys. 2 pokazano konsolę sterującą wyświetlaną na ekranie monitora. Konsola ta przedstawia aktualny przebieg próby oraz umożliwia pełen dostęp do zarchiwizowanych parametrów prób poprzednich pomp. Rys. 3 przedstawia wykonany przez oprogramowanie system SoftSPMTEST protokół próby głębinowego agregatu pompowego. W tabeli protokółu zamieszczono dane katalogowe pompy i silnika głębinowego oraz dane pomiarowe dla poszczególnych punktów pomiarowych wyznaczonych przez program komputerowy. Program wyznaczył charakterystyki dla próbowanej pompy głębinowej oraz dla porównania podał też charakterystykę katalogową. Wyznaczone charakterystyki mają postać cyfrową, a więc mogą być wykorzystywane do dalszych porównań i ocen pracy agregatu w studni np. w systemie SoftSPMBASIC. Często, użytkownicy, którzy eksploatują duże systemy ujęć wód, a tym samym posiadają w ruchu kilkadziesiąt lub kilkaset pomp głębinowych, mają zorganizowaną własną gospodarkę remontową dla tych urządzeń. Przeprowadzają próby nowych i remontowanych głębinowych agregatów pompowych na własnej stacji prób i na podstawie wyznaczonych charakterystyk dobierają pompy do konkretnych układów pompowych. W programach SoftSPMSTD lub SoftSPMENT zawarty jest model matematyczny, tzw. kreator doboru pompy do układu, który umożliwia komputerowy dobór głębinowego agregatu pompowego do wybranych warunków eksploatacyjnych na podstawie rzeczywistych, zmierzonych parametrów na stacji prób. W programach SoftSPMSTD lub SoftSPMENT automatycznie przenoszona jest cyfrowa charakterystyka danej pompy wprost ze stacji prób do komputerowego modelu matematycznego oceny pracy układu pompowego dla wybranej studni. Istnieje możliwość wizualizacji punktu pracy pompy pracującej w układzie pompowym studni na jej własnej charakterystyce zmierzonej wcześniej na stacji prób. Niezależnie od wersji oprogramowania SoftSPM system posiada wspólną bazę danych, w której są gromadzone dane ze wszystkich jego modułów. Struktura ta wpływa na uniwersalność systemu w zakresie dostępności oraz wymiany danych pomiędzy nimi. Oprogramowanie SoftSPMBAS, SoftSPMSTD oraz SoftSPMENT zbudowano w technologii WEB przy wykorzystaniu której użytkownik ma dostęp do systemu za pomocą dostępnych przeglądarek internetowych niezależnie czy to na urządzeniach mobilnych, smartfonach czy też na tradycyjnych komputerach stacjonarnych oraz laptopach. Takie rozwiązanie pozwala na zdalne zarządzanie oraz monitorowanie wszystkimi obiektami, które zostały zdefiniowane w systemie. Oprogramowanie SoftSPM TEST zostało stworzone jako aplikacja desktopowa, czyli instalowana na komputerze podłączonym bezpośrednio do stanowiska badawczego stacji prób. Dane pomiarowe z systemu SoftSPMTEST są dostępne w ramach całego systemu SoftSPM (we wszystkich jego wersjach) od razu po przeprowadzonej próbie. Specjalistyczne modele matematyczne programów SoftSPMSTD lub SoftSPMENT oceniają i diagnozują poprawność pracy układu pompowego studni. Celem głównym jest prowadzenie energooszczędnej i niezawodnej eksploatacji głębinowego agregatu pompowego na ujęciu. SPMSYSTEM jest uzupełniony pełnym monitoringiem parametrów pracy układu pompowego studni [3, 4] i zdalnym sterowaniem pracą pompy z wykorzystaniem różnych trybów przekazu danych i sygnałów GSM, GPRS, radio, światłowody, posiada też funkcję przekazu danych o ochronie ujęcia. Na rys. 5 pokazano widok stacji prób głębinowych agregatów pompowych w Miejskich Wodociągach i Kanalizacji Sp. z o.o. w Bydgoszczy z zainstalowanym systemem SPMTEST. Rys. 4. Struktura oprogramowania SoftSPM Rys. 5. Widok stacji prób w MWiK w Bydgoszczy 2. Wnioski Każdy remont głębinowego agregatu pompowego powinien zakończyć się próbą ruchową pompy [1, 2] wraz z wyznaczeniem jej charakterystyk i przeprowadzeniem oceny wg wybranej normy. Użytkownik powinien domagać się zarówno od producenta czy też od zakładu remontowego przedstawienia charakterystyk: H(Q), η(q), Pp(Q) konkretnej, nowej lub remontowanej pompy, na podstawie których została przeprowadzona ocena parametrów wg wybranej normy. Charakterystyki te są niezbędne do przeprowadzenia optymalnego doboru pompy do wybranego układu pompowego studni. Dane z protokółów prób stanowią też materiał wejściowy [2, 4] do pracy modeli 2/2015

23 Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych... matematycznych wykonujących ocenę pracy głębinowych agregatów pompowych w eksploatacji. 3. Literatura [1] Strączyński M.: Stacje prób głębinowych agregatów pompowych. Technologia Wody nr 9, [2] Strączyński M., Pakuła G., Urbański P., Solecki J.: Podręcznik Eksploatacji Pomp w Wodociągach i Kanalizacji. Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o., Warszawa [3] Strączyński M., Woszczyk R., Zatorski P.: Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych system SoftSPM. Część I: Budowa systemu. Technologia Wody nr 4(36), [4] Strączyński M., Woszczyk R., Zatorski P.: Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych system SoftSPM. Część II: Funkcjonowanie systemu. Technologia Wody nr 6(38), dr inż. Marian Strączyński Mast, Bełchatów mgr inż. Tomasz Macheta Miejskie Wodociągi i Kanalizacja Sp. z o.o. w Bydgoszczy mgr inż. Przemysław Zatorski SoftSPM, Bełchatów Profesjonalna eksploatacja pomp i studni głębinowych System zarządzania, sterowania i monitoringu ujęć SPMSYSTEM zawiera szereg dedykowanych urządzeń cyfrowych oraz rozbudowany program SoftSPM z modelami matematycznymi gwarantującymi optymalizację kosztów w eksploatacji pomp i ujęć głębinowych. Wykonuje komputerową ocenę pracy układów pompowych pomp głębinowych energochłonność, diagnostyka, niezawodność. System posiada komputerowy dobór pomp na zadane warunki pracy studni Q, H i określa wymagane rezerwy. Transmisja danych pomiarowych ze studni wg najnowszych technologii GSM/GPRS, światłowody, radio, kable. System SPMTEST umożliwia komputerowe prowadzenie prób na stacjach badań głębinowych agregatów pompowych. 2/

24

25 DOI: / Diagnostyka warunków pracy studni ujęciowej oraz systemu pompowo-tłocznego na podstawie próbnego pompowania The diagnostics of groundwater well and pumping system working conditions based on step drawdown test Krzysztof Polak, Kamil Górecki* ) Słowa kluczowe: studnia wiercona, ujęcie wody, sprawność, wydajność pompowania, depresja, straty hydrauliczne, głębinowy agregat pompowy, renowacja studni Streszczenie W artykule przedstawiono podstawy metodyczne oceny diagnostycznej studni głębinowej oraz układu pompowego w oparciu o próbne pompowanie badawcze. Kompleksowa ocena stanu technicznego uwzględnia nie tylko opory hydrauliczne studni, ale także parametry instalacji tłocznej oraz wysokości geometryczne, które pozwalają na określenie przybliżonych charakterystyk agregatu pompowego zainstalowanego bezpośrednio w studni. Metodyka omówiona została na studni pracującej w jednym ze zbiorowych ujęć wody. Wyniki oceny wskazują na uszkodzenie rury ltrowej, co przekłada się na znaczne opory hydrauliczne studni, ale także straty energetyczne w systemie pompowym. Skutkiem tego jest wzrost kosztów eksploatacji ujęcia. Keywords: water well, water intake, ef ciency, pumping rate, drawdown, hydraulic losses, submersible pump, well rehabilitation Summary The article presents the methodological basis of the diagnostic evaluation of groundwater well and a pumping system based on step drawdown. The comprehensive assessment of the technical condition takes into account not only the hydraulic resistance of the well, but also the parameters of the pumping system and the amount of geometry values. All of these allow to determine the approximate curve of the pump unit installed in the well. The methodology was discussed based on the practical case of well working in one of the public water supplier. The results indicate the damage of well screen induces a signi cant hydraulic resistance of the well and also the energy losses in the pumping system. It results in the growth of operating costs. Wprowadzenie Przepływ wód podziemnych w ośrodku porowatym i szczelinowym, o zmiennej średnicy zastępczej kanalików, odbywa się kosztem zmiany całkowitej energii mechanicznej (inaczej naporu lub wysokości całkowitej). Zgodnie z prawem Darcy, dla przepływu ltracyjnego, strata wysokości ciśnienia dla płynu jest wprost proporcjonalna do strumienia objętości płynu (strumienia ltracji) przy ruchu laminarnym. Natomiast przy ruchu turbulentnym strata wysokości ciśnienia jest wprost proporcjonalna do kwadratu wydatku [1]. W rozpatrywanym przypadku, intensywność zjawiska opisuje wydatek strumienia ltracji, zmiana całkowitej energii mechanicznej zostaje zużyta i rozproszona na pokonanie oporów ruchu[6]. Dla depresji pomierzonej w otworze studziennym zachodzi relacja wg Jacoba [2,3,4,13]. s o = s w + Δs s o = B Q + C Q 2 gdzie: s o depresja mierzona w otworze pracującej studni [L], s w = B Q depresja w warstwie wodonośnej [L], * ) Krzysztof Polak Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, tel , kpolak@agh.edu.pl Kamil Górecki Wodociągi i Kanalizacja Krzeszowice Sp. z o.o., Krzeszowice, ul. Krakowska 85, kamil.gorecki85@gmail.com (1) Δs = C Q 2 zeskok hydrauliczny na ltrze (strata wysokości na ltrze) [L], B współczynnik oporu wodonośca przy przepływie laminarnym [TL -2 ], C współczynnik oporu studni przy przepływie turbulentnym [T 2 L -5 ], Q wydatek studni (zabudowanej pompy) [L 3 T -1 ]. Warto zauważyć, że zależność (1) stanowi zasadę zachowania energii mechanicznej dla warstwy wodonośnej współpracującej z studnią. Różnica pomiędzy położeniem zwierciadła statycznego i dynamicznego, stanowi depresję w otworze studziennym. Całkowita strata naporu odpowiada energii użytkowanej na pokonanie szeregowo połączonych oporów: warstwy wodonośnej, części roboczej ltra wraz z otoczeniem (np. obsypka lub wnętrze studni z zasypem). Przepływ ltracyjny wody w warstwie wodonośnej wg relacji (1) odbywa się w reżimie laminarnym, natomiast w obrębie ltra w reżimie turbulentnym lub mieszanym. W miarę upływu czasu eksploatacji studni postępuje wzrost strat hydraulicznych na przekroju poprzecznym ltra. Zjawisko to może być wywołane przez osadzające się na ltrze cząstki stałe, podlegające sufozji w szczelinach lub porach wodonośca w trakcie ruchu płynu. Ich osadzanie się na powierzchni roboczej ltra powoduje kolmatację studni. Alternatywnie, w zależności od chemizmu wód podziemnych, może dojść do zarastania części roboczej ltra w wyniku reakcji wytrącania osadów soli żelaza, manganu, wapnia lub magnezu. Zmniej- GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA SIERPIEŃ

26 szenie przekroju otworów czy szczelin ltra, przez który przepływa woda, przy tym samym wydatku odbywa się ze zwiększoną prędkością liniową. Zatem przy wzroście liczby Reynoldsa ruch jest jakościowo odmienny turbulentny. W związku z tym wzrasta, zgodnie z prawami mechaniki płynów, zeskok hydrauliczny i depresja w otworze studziennym. Obserwuje się to przyrostem współczynnika oporu hydraulicznego C w czasie eksploatacji studni. Zmianę stanu technicznego części roboczej ltra, przez co jego sprawność, można określać w oparciu o znajomość współczynników B i C. Stosunek rzeczywistej depresji w warstwie wodonośnej (s w ) do depresji zmierzonej w otworze studziennym w trakcie pompowania (s o ) określa sprawność studni, a ściślej części roboczej ltra oraz strefy przy ltrowej, jak zewnętrzna obsypka lub wnętrze studni [2,3,8]: s w B Q B ηs = = = (2) 2 s o B Q + C Q B + C Q W praktyce stosuje się różne metody oceny stanu hydraulicznego studni. Wykorzystują one rezultaty wykonanych próbnych pompowań. Dla oceny stanu hydraulicznego studni ujęciowej, eksploatowanej w jednym z podkrakowskich przedsiębiorstw wodociągowych, przeprowadzono pompowanie wielostopniowe, ze stabilizacją depresji na każdym ze stopni. W trakcie pompowania dokonano oceny warunków współpracy studni z zabudowanym w niej agregatem pompowym. Depresja w studni W ramach doświadczenia wykonano próbne pompowanie studni na ujęciu w miejscowości Sanka (powiat krakowski). Po wyłączeniu studni z eksploatacji oraz ustabilizowaniu zwierciadła wody przeprowadzono kilkugodzinne, wielostopniowe pompowanie próbne [5]. Na każdym ze stopni uzyskano stabilizację depresji zwierciadła wody w studni. Regulacja wydajności zatapialnej pompy wirowej, przy stałej prędkości obrotowej, odbywała się przez dławienie zasuwą (tzw. regulacja bierna). Pomiarów stanu zwierciadła wody w studni dokonywano za pomocą sondy elektrycznej. Natężenie objętościowe przepływu rejestrowano za pomocą przepływomierza elektromagnetycznego zabudowanego na przewodzie tłocznym poziomym (rurociąg stalowy o średnicy 2 ) w komorze zasuw studni. Jednocześnie, dla potrzeb sporządzenia charakterystyk, tj. głębinowego agregatu pompowego oraz studni, rejestrowano ciśnienie panujące w przewodzie tłocznym w komorze zasuw manometrem wskazówkowym (o zakresie 0 6 bar, klasy 1,6). Charakterystykę przyrostów depresji na kolejnych stopniach pompowania przedstawiono na rys. 1. Wyznaczenie parametrów hydraulicznych, tj. oporów ruchu laminarnego w wodonoścu (B) i oporów hydraulicznych studni przy Depresja S, m 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 R² = R² = 0,9634 0,2 0, Wydajność x 10-3 m 3 /s Rys. 1. Depresja w otworze studni w funkcji wydatku pompy głębinowej na podstawie próbnego pompowania Fig. 1. The drawdown in the well in the function of the submersible pump ow rate on the basis of the pumping test przepływie turbulentnym (C) wykonano za pocą linii trendu z zastosowaniem wielomianu drugiego stopnia z przecięciem początku układu współrzędnych [5,9,10]. Ustalono, że zachodzi związek opisany równaniem (1) a parametry równania wynoszą odpowiednio: B = 130 s/m 2, C = s 2 /m 5. Współczynnik determinacji funkcji wynosi r 2 = 0,963, co oznacza, że ponad 96% zmienności wartości depresji może być tłumaczone zmianą wydatku pompowanej studni. Odchylenia danych pomiarowych od przebiegu funkcji można przypisać innym zmiennym, które są przyczyną odstępstw kształtowania się depresji w studni od rozpatrywanego modelu matematycznego. Stosunkowo niska wartość parametru B wskazuje na korzystne parametry hydrauliczne ośrodka wodonośnego [7]. Obliczone wartości sprawności studni oscylują w granicach od 64% dla minimalnego wydatku do 32% dla wydajności maksymalnej. Analizując przebieg próbnego pompowania warto zauważyć, że jedynie początkowe 4 stopnie układają się zgodnie z równaniem Jacoba, tj. wielomianem drugiego stopnia. Ostatnie trzy stopnie wpisują się z dużym stopniem dopasowania (r 2 ) do liniowego równania regresji. Świadczyć to może dużych oparach przepływu w studni przy małej wydajności, i przejściem w laminarny charakter ruchu przy wydajności powyżej 1, m 3 /s. Zjawisko takie może być związane z obecnością zasypu, który może częściowo lub w całości wypełniać odcinek czynny ltra. W miarę zwiększania prędkości przepływu ulega on prawdopodobnie uidyzacji, powodując zmniejszenie oporów hydraulicznych wewnątrz studni. Oznaczać to może konieczność przeprowadzenia renowacji studni. Straty hydrauliczne w studni oraz instalacji tłocznej Studnia współpracująca z warstwą wodonośną za pomocą części roboczej ltra, a także wraz z instalacją wodociągową stanowi element bierny, na którym następuje dyssypacja całkowitej energii mechanicznej oraz zmiany wielkości energii potencjalnej i kinetycznej pobieranej wody. Charakterystyka strat hydraulicznych określa zależność pomiędzy stratami ciśnienia (statycznymi i dynamicznymi) zachodzącymi w studni oraz układzie pompowo-tłocznym. Schemat poglądowy dla określania wysokości strat geometrycznych w studni głębinowej przedstawiono na rys. 2. Straty dynamiczne (Δh st ) związane są zasadniczo z odcinkiem tłocznym przewodu. Są one sumą strat na oporach lokalnych (skupionych) oraz liniowych (rozłożonych) [1,6,11]. Zatem: Δh st = Δh m + Δh L (3) W przypadku przedstawionego schematu (rys. 2) opory miejscowe odnoszą się do zmiany kierunku strumienia płynu. Dla przewodów o przekroju kołowym straty miejscowe można obliczyć jako [1,6]: 2 8Q Δh m = ζi 2 4 (4) i π di g Skupione straty wysokości ciśnienia związane z miejscami połączeń. W przypadku połączeń gwintowych lub kołnierzowych, rur o jednakowym przekroju poprzecznym, można je zaniedbać. Liniowe straty wysokości ciśnienia można oszacować z prawa Darcy-Weissbacha [1,6,11,12]: 2 8Q Li Δh L = λi (5) 2 4 i π di g di gdzie: λ i współczynnik oporów liniowych danego odcinka prostoliniowego przewodu; 286 GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA SIERPIEŃ 2016

27 gdzie: min Δp 2 minimalna wielkość nadciśnienia w punkcie pomiaru (przy braku dławienia zasuwą), H s różnica wysokości pomiędzy rzędną kryzy otworu studziennego a rzędną statycznego zwierciadła wody, z różnica wysokości pomiędzy rzędną kryzą otworu a rzedną zainstalowania manometru ciśnienia p 2, γ ciężar właściwy medium, g przyspieszenie ziemskie. Zaniedbując wysokość prędkości, wobec pozostałych składników sumy, jako względnie niewielką, jak również pamiętając o wielkości depresji obserwowanej w otworze studni s o = BQ + CQ 2 można otrzymać równanie opisujące straty ciśnienia w studni mody kując schemat rozkładu ciśnień (rys. 2) w publikacji [4]. Rozwijając poszczególne składniki na potrzeby badanej studni otrzymujemy (dla minimalnej wielkości nadciśnienia w punkcie pomiaru przy braku dławienia zasuwą) wobec przyjętych parametrów kształtujących depresję w otworze studziennym: H H Δp min 2 2 W = + ( H s + z) + BQ + CQ + γ i min Δp 2 W = + s γ 2 ( H + z) + BQ + [ C + R] Q Li 8 2 ζ i + λ i Q 2 4 d i π d i g (8) L S głębokość studni; L Z wysokość zasypu; L f długość części roboczej ltra; Δm różnica wysokości wlotu i wylotu pompy; m głębokość zanurzenia wylotu pompy; s O depresja zwierciadła wody w otworze studziennym; z wysokość zabudowania manometru na poziomym odcinku instalacji tłocznej; H d głębokość do dynamicznego zwierciadła wody; H S głębokość do statycznego zwierciadła wody; L długość prostoliniowego odcinka przewodu tłocznego; D średnica otworu studziennego; d średnica wewnętrzna przewodu tłocznego, 1 wysokośc ciśnienia wody w studni, 2 wysokość ciśnienia mierzona przy pomocy manometru. Rys. 2. Schemat do obliczeń strat hydraulicznych w studni Fig. 2. Scheme for the calculation of hydraulic losses in the well L i długość odcinka prostoliniowego przewodu, d i średnica równoważna odcinka przewodu. W zastosowaniach technicznych przyjmuje się przepływy turbulentne w przewodach przy liczbach Reynoldsa Re > W związku z dominacją sił bezwładności nad siłami związanymi z lepkością płynu współczynnik strat liniowych można przybliżyć jako niezależny od liczby Reynoldsa, natomiast zależny od sympleksu geometrycznego opisującego gładkość wykonania ścianek wewnętrznych rurociągów. Dla ruchu turbulentnego współczynnik oporów liniowych można określić z wzoru Nikuradsy ego [6] jako: 2 3,71 λ = 2 log ε (6) gdzie: ε= k/d chropowatość względna przewodu; k chropowatość bezwzględna ścianek przewodu (przeciętna wysokość nierówności). Dla przypadku pokazanego na rysunku 2. zachodzi relacja: H W min Δp 2 v 2 v 2 v 2 L = + ( H s + s o + z) + + ζ + λ (7) γ 2g 2g 2g d gdzie: R wypadkowy współczynnik oporu rurociągu tłocznego. Charakterystyka strat hydraulicznych uwzględnia ruch laminarny (miarą jest wielkość współczynnika B) w warstwie wodonośnej oraz burzliwe w stre e przy ltrowej (współczynnik oporu studni C) i w elementach przewodu tłocznego (współczynnik oporu przewodu R zależny od jego sympleksu geometrycznego (L/d), współczynników strat liniowych (λ) oraz miejscowych (ζ)). Wyraz wolny w równaniu odpowiada potencjalnej, czyli łącznie geometrycznej i statycznej wysokości podnoszenia dla początkowego, statycznego zwierciadła wody (z uwzględnieniem wysokości zabudowania manometru oraz jego wskazań). W związku z powyższym charakterystyka strat opisana jest wielomianem drugiego stopnia wobec zmiennej strumienia objętości wody. Wzrost wartości współczynnika oporu studni C w trakcie jej wieloletniej eksploatacji wywołuje bardziej stromy przebieg charakterystyki studni, zupełnie jak przy dławieniu przepływu w rurociągu. Charakterystyka głębinowego agregatu pompowego Do wyznaczenia punktu pracy układu studnia-agregat pompowy konieczne jest wyznaczenie charakterystyki agregatu pompowego. Charakterystykę taką można uzyskać z katalogu producenta, czy też ze stacji prób, w której badana była pompa. Aby odzwierciedlić rzeczywiste warunki pracy oraz stan techniczny (stopień zużycia), można wykonać pomiary parametrów pracy pompy w trakcie trwania próbnego pompowania wielostopniowego. Badanie to ma znaczenie diagnostyczne i odbywa się bezpośrednio w studni, tj. bez konieczności demontażu układu pompowego. Wysokość użyteczną podnoszenia pompy (H u ) można przedstawić jako różnicę całkowitej energii mechanicznej płynu w króćcach tłocznym i ssawnym maszyny przepływowej. Stanowi ona energię wydatkowaną na transport medium w odniesieniu do jednostki ciężaru pompowanego płynu [11]. Wychodząc z równania Bernoulli ego, można z łatwością wyprowadzić przybliżoną zależność na wysokość użyteczną podnoszenia agregatu pompowego głębinowego w studni. Schemat poglądowy dla wyznaczania wysokości podnoszenia pompy zatapialnej w studni głębinowej przedstawia rys. 2. Należy poczynić założenia o zaniedbywalności: GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA SIERPIEŃ

28 różnic wysokości położenia króćców wlotowego i wylotowego pompy wobec pozostałych wysokości geometrycznych układu; wysokości prędkości odniesionej do ruchu ustabilizowanego zwierciadła wody (mała wyższego rzędu). Wobec poczynionych uwag wysokość użyteczna podnoszenia pompy jest sumą potencjalnej (H stat ) i dynamicznej (H dyn ) wysokości podnoszenia i wynosi odpowiednio: 2 Δp 2 8Q H = + = u H stat H dyn H geom Δh 2 4 st Δh ss (9) γ π d g gdzie: Δp 2 nadciśnienie w punkcie pomiarowym przewodu tłocznego (Δp 2 = p 2 p atm ), γ ciężar właściwy płynu, H geom = H s + s o + z = H d + z wysokość geometryczna podnoszenia; 2 8Q wysokość prędkości (w punkcie pomiaru), 2 4 π d g Δh st strata wysokości na odcinku tłocznym (króciec wylotowy pompy punkt pomiaru w komorze zasuw), Δh ss strata wysokości ciśnienia na koszu ssawnym pompy. W przypadku pomp zatapialnych można niekiedy zaniedbać straty wysokości na odcinku ssawnym, tj. wtedy gdy opór miejscowy kosza ( ltra) ssawnego jest względnie mały wobec strat zachodzących w części tłocznej układu (Δh ss 0). Straty ciśnienia na odcinku ssawnym są ponadto niemierzalne wprost. Można je ocenić dopiero po przeprowadzeniu próbnego pompowania, jako jedną ze składowych różnicy pomiędzy nominalną charakterystyki pompy, a otrzymanej na drodze testu pompowego. Rezultatem rozważań jest szczególny przypadek rozwiązania dla układu pompowego. Jest on zgodny ze zależnościami stosowanymi w literaturze poświęconej zagadnieniom hydraulicznym [1,6,8,11,12]. Strata wysokości (Δh st ) związana jest zasadniczo z odcinkiem tłocznym przewodu. Jest ona sumą strat na oporach lokalnych (skupionych, Δh m ) oraz liniowych (rozłożonych, Δh L ) [1,6,11,12]. Straty miejscowe można obliczyć jako krotność wysokości prędkości [1,6,8,11,12]. W przypadku przedstawionego schematu opory miejscowe odnoszą się do zmiany kierunku strumienia płynu. Opory związane z miejscami połączeń gwintowych dla rur o stałym przekroju poprzecznym, można zaniedbać. Opory liniowe można oszacować z prawa Darcy-Weissbacha [1,6,8,11,12]. Natomiast współczynnik oporów liniowych poszczególnych odcinków prostoliniowych (λ) przy ruchu turbulentnym wody (w warunkach doświadczenia liczba Reynoldsa wynosiła Re >> 2300) z wzoru Nikuradsy ego [6]. W związku z dominacją sił bezwładności nad siłami związanymi z lepkością płynu współczynnik strat liniowych został obliczony jako niezależny od liczby Reynoldsa, natomiast zależny od sympleksu geometrycznego opisującego gładkość wykonania ścianek wewnętrznych rurociągów. Dla wartości chropowatości względnej danej ε = 0,0079 (rury stalowe o średnicy wewnętrznej 2, o chropowatości bezwzględnej ścianek k = 0,4 mm skorodowane w stopniu nieznacznym) współczynnik strat liniowych wyniósł λ = 0,035. Znając wartość wysokości użytecznej podnoszenia (H U ) można określić moc użyteczną oddaną przez pompę transportowanemu z danym wydatkiem (Q) płynowi o ciężarze właściwym (γ) [1,11]: P U = γ H u Q (10) Ponadto, można określić sprawność agregatu pompowego (lub zastępczo stopień wykorzystania nominalnej mocy silnika agregatu pompowego) [11]: PU PU ηp = = N 3U I cosϕ (11) mp p w którym: N moc czynna pobrana przez silnik pompy (w tym przypadku odbiornik mocy 3-fazowy) lub moc nominalna (zastępczo); U mp napięcie skuteczne międzyprzewodowe (pomiędzy przewodami L1(2,3)-N lub L1(2,3)-L2(3,1), I p prąd przewodowy pobrany z sieci elektroenergetycznej (dla przewodów fazowych zasilających L1, L2, L3), cos φ wartość współczynnika mocy silnika klatkowego. Wysokość podnoszenia pompy (wraz ze składowymi dynamiczną i statyczną) określono z wzoru (9.). Natomiast przy obliczaniu wielkości wysokości geometrycznej (zgodnie z rys. 2) uwzględniono: głębokość do statycznego zwierciadła wody H s = 35,47 m p.p.t., wysokość zabudowy manometru z = 0,65 m i wartości pomierzonych depresji w otworze (s o zgodnie z rys. 1.). W obliczeniach pominięto wartość ciśnienia na wypływie. W trakcie próbnego pompowania studnia pracowała na opróżniony zbiornik. Z kolei, w celu obliczenia mocy użytecznej oraz sprawności agregatu pompowego wykorzystano zależności (10.) i (11.). W trakcie próbnego pompowania nie mierzono parametrów prądowo-napięciowych, zatem do określenia sprawności przyjęto moc czynną znamionową N = 5,5 kw silnika agregatu pompowego zabudowanego w studni. Uproszczenie pozwala na przybliżoną ocenę sprawności agregatu pompowego. Rezultaty obliczeń prezentuje tab. 1. Tabela 1. Wyniki obliczeń poszczególnych składowych strat ciśnienia w instalacji tłocznej oraz charakterystyk głębinowego agregatu pompowego Table. 1. The calculation results of the individual components of the pressure loss in the pipeline system and the curve of submersible pump unit Q [dm 3 /s] v 22 /2g [m] Δh st [m] H dyn [m] H d [m] H geom [m] Δp 2 /γ [m] H stat [m] H U [m] P U [kw] 1,14 0,02 0,64 0,66 35,70 36,35 55,57 91,92 92,58 1,03 0,19 1,53 0,03 1,16 1,19 35,92 36,57 40,79 77,36 78,55 1,18 0,21 1,68 0,04 1,40 1,44 36,10 36,75 30,59 67,34 68,78 1,13 0,21 1,75 0,04 1,52 1,56 36,20 36,85 26,00 62,85 64,41 1,11 0,20 2,13 0,06 2,24 2,30 36,33 36,98 20,90 57,88 60,18 1,25 0,23 2,36 0,07 2,76 2,83 36,44 37,09 17,33 54,42 57,25 1,33 0,24 W omawianym przypadku spadki i nieodwracalne straty energii mechanicznej płynu determinuje geometryczna wysokość podnoszenia, a w mniejszym stopniu straty linowe na przewodzie (długości L = 52,4 m do punktu pomiaru ciśnienia wody). Przy niewielkich wydatkach można przyjąć, że wysokość podnoszenia użyteczna jest dostatecznie przybliżona przez potencjalną wysokość podnoszenia. Będzie to miało także odzwierciedlenie przy stosunkowo płytkich odwiertach, o krótkich odcinkach zabudowanej instalacji. Na podstawie wyników obserwacji można uznać, że silnik agregatu pompowego jest przewymiarowany w stosunku do wydajności eksploatacyjnej studni. Przyczynia się to do relatywnie niskiego wykorzystania jego możliwości do wykonywania pracy mechanicznej. Oznacza to niską sprawność energetyczną oraz niski współczynnik mocy przy mniejszym obciążeniu maszyny elektrycznej. Konieczna okaże się w przyszłości kompensacja mocy biernej indukcyjnej pobranej z sieci elektroenergetycznej. Na podstawie wyników obliczeń, zamieszczonych w tab. 1. można uznać, że agregat pracuje po lewej stronie charakterystyki sprawności, co prowadzi prawdopodobnie do przyspieszonego zużywania elementów pompy (łożyska, uszczelnienia). Otrzymane w toku przeprowadzonych obliczeń charakterystyki zainstalowanego w studni agregatu pompowego (H p = f(q) oraz studni H = f(q)) przedstawiono na rys. 3. η p [-] 288 GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA SIERPIEŃ 2016

29 Wysokość podnoszenia, m 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Wydajność pompy x 10-3 m 3 /s charakterystyka studni wys. całkowita podnoszenia pompy agregat pompowy, nominalnie Rys. 3. Współpraca studni z głębinowym agregatem pompowym Fig. 3. The cooperation of groundwater well and submersible pump Z wykresu powyższego wynika, że charakterystyka pompy odbiega w sposób istotny od charakterystyki nominalnej. Przyczyną tego mogą być: Obniżenie charakterystyki względem nominalnej na skutek złego stanu technicznego pompy, Wysokie opory na ssaniu, co związane może być z obecnością zasypu na koszu ssącym pompy. Warto także zauważyć, że maksymalna wydajność pompowania wyniosła 2, m 3 /s przy wysokości podnoszenia 57,1 m. Punkt pracy mieści się w polu zalecanym przez producenta, jednakże agregat pompowy posiada optymalne warunki pracy w punkcie Q = 3, m 3 /s oraz H = 85 m. Zwraca także uwagę fakt, stosunkowo niska wartość mocy użytecznej, a tym samym niska sprawność pompy, maksymalnie 24% przy nominalnej 65%. Podsumowanie i wnioski końcowe Celem przeprowadzonych badań na studni ujęciowej było ustalenie przyczyn wysokiej energochłonności ujęcia. Dla zrealizowania celu przeprowadzono próbne pompowanie, które pozwoliło na ocenę sprawności studni wraz z przewodem tłocznym, a także sprawności agregatu pompowego. W pracy niniejszej zaprezentowano metodykę obliczeń, które wykorzystano do wykonania oceny stanu hydraulicznego studni oraz zabudowanego w nim agregatu pompowego wraz z instalacją tłoczną. Uzyskane wyniki analiz prowadzą do wniosku, że przyczyną wysokich kosztów eksploatacji ujęcia jest stosunkowo niska sprawność studni. Natomiast zabudowany w studni agregat pompowy jest przewymiarowany, co prowadzi do jego pracy przy niekorzystnym wykorzystaniu mocy pobranej z sieci. Praca agregatu pompowego odbywa się na lewo od punktu najwyższej sprawności (BEP), co prowadzić może do przyspieszonego zużycia elementów pompy. Wartość współczynnika oporu hydraulicznego C wskazuje, że przyczyną niskiej sprawności studni jest znaczny opór hydrauliczny na ltrze. Dla studni ujęciowych, w dobrym stanie, jego wartość powinna wynosić poniżej s 2 /m 5. Należy przypuszczać, że doszło do zmniejszenia przepustowości ltra, na skutek przysłonięcia zasypem części czynnej ltra. Powyższy wniosek potwierdza charakterystyka zmian depresji. W początkowej fazie próbnego pompowania stwierdzono turbulentny charakter przepływu w studni. Wykres funkcji S = f(q) wykazuje zgodność z równaniem kwadratowym Jacoba. Powyżej wydajności 1, m 3 /s warunki ulegają stabilizacji, a zależność między wydajnością a depresją ma charakter liniowy. Świadczyć to może o procesie uidyzacji zasypu obecnego w studni. Tezę powyższą potwierdza także stosunkowo niska wysokość podnoszenia pompy. Zasyp w studni przysłania prawdopodobnie nie tylko część czynną ltra, ale także powoduje pojawienie się znaczących oporów na koszów ssawnym pompy, co widoczne jest zwłaszcza przy zwiększonym natężeniu przepływu. Fluidyzacja zasypu powoduje zmniejszenie oporów hydraulicznych na ltrze studziennym oraz jednoczesny wzrost oporów hydraulicznych na koszu ssawnym, co jest zauważalne poprzez zagięcie charakterystyki podnoszenia pompy. Konsekwencją nadmiernych oporów na koszu ssawnym może być, w skrajnym przypadku, zjawisko kawitacji na odcinku ssawnym pompy (zbyt mała wartość NPSH). W obliczeniach pominięto składową ciśnienia na wypływie, wiec rzeczywista charakterystyka podnoszenia może przebiegać powyżej zaprezentowanej w pracy. Próbne pompowanie przeprowadzono jako badanie diagnostyczne. Test nie wymaga kosztownych nakładów oraz prac demontażowych. Wyniki badań upoważniają do zalecenia renowacji studni. W ramach renowacji studni zaproponowano demontaż pompy i zespołu tłocznego, pomiar zasypu w studni, jego ewentualne usunięcie, przeprowadzenie inspekcji TV dla oceny ewentualnych uszkodzeń ltra oraz zabudowę innego agregatu pompowego dostosowanego do stanu hydraulicznego studni po jej renowacji. Wydajność nowej pompy musi zapewniać pokrycie zapotrzebowania na wodę, ale także uwzględniać istniejące uwarunkowania hydrogeologiczne i hydrauliczne. Zaproponowane zabiegi renowacyjne przyniosą znaczące obniżenie kosztów funkcjonowania ujęcia wody, w tym przede wszystkim ograniczenie poboru mocy. LITERATURA [1] Bortel Edgar, Henryk Koneczny Zarys technologii chemicznej, PWN, Warszawa. [2] Dąbrowski Stanisław, Józef Górski, Jacek Kapuściński, Jan Przybyłek, Andrzej Szczepański Metodyka określania zasobów eksploatacyjnych ujęć zwykłych wód podziemnych Poradnik metodyczny. Borgis Wydawnictwo Medyczne, Warszawa. [3] Dąbrowski Stanisław, Jan, Przybyłek Metodyka próbnych pompowań w dokumentowaniu zasobów wód podziemnych Poradnik metodyczny. Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań. [4] Klich Jerzy, Karolina Kaznowska-Opala, Katarzyna Pawlecka, Krzysztof Polak Analiza przebiegu próbnych pompowań na przykładzie studni badawczej AGH-1 Przegląd Górniczy (10): [5] Klich Jerzy, Krzysztof Polak, Edward Sobczyński Opis metody oceny jakości wykonania i stanu studzien ujęciowych i odwadniających III Międzynarodowa Konferencja naukowo- techniczna pt.: Zaopatrzenie w wodę miast i wsi Poznań: [6] Orzechowski Zdzisław, Jerzy Prywer, Roman Zarzycki Mechanika płynów w inżynierii i ochronie środowiska. WNT, Warszawa. [7] Polak Krzysztof, Karolina Kaznowska-Opala, Katarzyna Pawlecka. Jerzy, Klich., Kamzimierz. Różkowski The Assessment Of Susceptibility On Drainage In An Aquifer On The Basis Of Pumping Tests In A Lignite Mine Arch. Min. Sci., Vol. 60 (1): [8] Polak Krzysztof (red.) Przewodnik do geoinżynierskich badań hydraulicznych. Wyd. AGH, Kraków. [9] Polak Krzysztof, Jerzy Klich Karolina Kaznowska The method of wells ef ciency estimation IMWA Congress 2011: Mine Water Managing the Challenges: Proceedings of the 11th Congress of the International Mine Water Association: Aachen, Germany, 4 11 September 2011, IMWA, RWTH Aachen University. Institute of Hydrogeology, ISBN: : [10] Shekhar Shashank An approach to interpretation of step drawdown tests Hydrogeology Journal, (14): [11] Strączyński Marian, G. Pakuła, Paweł Urbański, J. Solecki Podręcznik eksploatacji pomp w wodociągach i kanalizacji. Wyd. Seidel-Przywecki Sp. z o.o., Warszawa. [12] Strączyński Marian Dobór pomp głębinowych do wymaganych parametrów pracy układu pompowego studni Technologia wody (2): [13] Wójcik Włodzimierz Przyczyny spadku wydajności studni wierconych Gaz, Woda i Technika Sanitarna (4): GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA SIERPIEŃ

30 Regeneracja i utrzymanie ujęć wód podziemnych z wykorzystaniem dwutlenku węgla Anna Vargas Siekańska, Mariusz Chojnacki, Victoriano Sanz Losada (Aqualogy Polska) STRESZCZENIE Zjawiska kolmatacji i inkrustracji w mniejszym lub większym stopniu dotyczą każdej studni głębinowej i wpływają na jej sprawność. Procesom tym nie da się zapobiec, ale podejmując odpowiednie działania konserwacyjne i regeneracyjne można zapewnić prawidłową eksploatację studni przez lata. Celem pracy jest przedstawienie metody regeneracji studni z wykorzystaniem CO 2. Technologia ta nosi nazwę Aqua Freed i polega na kontrolowanej aplikacji CO 2 do studni głębinowej. W przeprowadzonych testach regeneracji poddana została studnia na ujęciu wody pitnej oraz studnia odwodnieniowa. Wtłoczenie CO 2, w ilości dostosowanej do średnicy studni, odbyło się z wykorzystaniem specjalnie zaprojektowanegopojazdu i było poprzedzone czyszczeniem mechanicznym za pomocą szczotek. Po zakończeniu działania CO 2 w studniach dodatkowo przeprowadzono strefowe udrażnianie filtrów poprzez tzw. swabbing. Przed przystąpieniem do realizacji prac oraz po ich zakończeniu w każdej ze studni przeprowadzono inspekcję TV oraz wykonano pompowanie próbne. Otrzymane wyniki wskazały na istotną poprawę wydajności i potwierdziły skuteczność technologii Aqua Freed. WPROWADZENIE Studnie to pionowe odwierty sięgające nasyconej warstwy wodonośnej wyposażone w urządzenie pompujące [2]. W trakcie ich eksploatacji występuje szereg procesów, które przyczyniają się do ich starzenia, czego konsekwencją jest spadek wydajności i co za tym idzie wzrost kosztów eksploatacyjnych. Szybkość zachodzenia tych zjawisk zależy od wielu czynników, wśród których można wymienić m.in. chemizm wody, charakterystykę warstwy wodonośnej czy konstrukcję studni [3]. Procesu starzenia studni nie da się powstrzymać, ale podejmując odpowiednie działania regeneracyjne i konserwacyjne można znacząco przedłużyć czas ich funkcjonowania przy zachowaniu wysokiej sprawności [1]. Istnieje szereg metod naprawczych i renowacyjnych studni, które można podzielić na dwie główne grupy: mechaniczne i chemiczne. Te pierwsze zorientowane są na usuwanie fizycznych osadów odłożonych wewnątrz studni, drugie zaś na czyszczenie studni z osadów chemicznych i biofilmu [2]. Skuteczność tych metod zależy przede wszystkim od możliwości zidentyfikowania materiału osadowego, a także odpowiedniego dobrania środka chemicznego. Ze względu na skomplikowane warunki geochemiczne i mikrobiologiczne panujące pod ziemią jest to niezmiernie trudne, a konsekwencją niewłaściwych działań może być nawet konieczność wyłączenia studni z eksploatacji. Alternatywą dla tradycyjnych metod jest technologia regeneracji i utrzymania studni opierająca się na zastosowaniu CO 2. Jej początki sięgają lat 70, kiedy to Igor Jaworowsky, hydraulik i wynalazca, zastosował suchy lód w celu przywrócenia do użytku mało wydajnej studni. Metoda ta okazała się na tyle innowacyjna i skuteczna, że 1985 roku przyznano jej patent, który posłużył jako podstawa do aktualnie stosowanej technologii regeneracji studni zwanej Aqua Freed. Dotychczasużyto ją już w ponad 7000 studni głębinowych na całym świecie. W 2015 roku firma Aqualogy po raz pierwszy zastosowała ją na rynku polskim, przeprowadzając regeneracje studni w Bydgoszczy i Bełchatowie. OPIS TECHNOLOGII Podstawą technologii Aqua Freed jest zastosowanie CO 2, który zatłaczany jest do studni w sposób kontrolowany przy zapewnieniu odpowiednich warunków ciśnienia i temperatury. Pozwala to na

31 uzyskanie potrójnego efektu: usunięcia drobnych frakcji, rozpuszczenia soli, tlenków i wodorotlenków (dzięki wytworzeniu kwasu węglowego H 2 CO 3 o ph 5) oraz eliminacji biofilmu (ze względu na właściwości bakteriostatyczne CO 2, w połączeniu z szokiem termicznym i zmianą ph) [2]. Dzięki łatwemu przenikaniu CO 2, procesem regeneracji objęty jest nie tylko filtr studni, ale również otaczająca ją warstwa wodonośna. W metodzie tej wykorzystywany jest naturalny CO 2, głownie w formie ciekłej, w ilości dostosowanej do średnicy i długości filtra, z uwzględnieniem dodatkowej dawki wynikającej z przenikania czynnika do warstwy wodonośnej. Technologia Aqua Freed składa się z trzech głównych procesów: czyszczenia mechanicznego, zatłaczania CO 2 do studni oraz czyszczenia strefowego -swabbing u (Rys. 1). Rys.1. Schemat działania technologii Aqua Freed: a) zatłaczanie płynnego CO 2, b) rozprężenie CO 2 w kontakcie z wodą, c) czyszczenie strefowe (swabbing) Pierwszym etapem prac, po przeprowadzeniu oceny stanu studni i demontażu agregatu pompowego, jest szczotkowanie oraz czyszczenie hydrodynamiczne przy użyciu air-liftu. Dzięki temu działanie wtłoczonego w kolejnym etapie CO 2 jest skuteczniejsze i obejmuje również warstwę wodonośną. Po zakończeniu tego etapu montowana jest specjalna głowica (Rys. 2) oraz urządzenia wtryskowe i kontrolne, a do studni zapuszczany jest paker tworzący ciśnieniowe uszczelnienie do kierunkowej iniekcji CO 2. Dwutlenek węgla zatłaczany jest do studni w dwóch fazach: gazowej i ciekłej. W wyniku iniekcji gazowego CO 2 powstaje kwas węglowy, który przenika do warstwy wodonośnej. Ciekły CO 2 w momencie kontaktu z wodą ulega natychmiastowemu rozprężeniu i następuje uwolnienie energii pozwalającej na wypłukanie drobnych frakcji i usunięcie osadów, zarówno z filtra jak i otaczającej warstwy wodonośnej. Specjalnie zaprojektowany w tym celu pojazd pokazano na rysunku 3. Minimalny czas reakcji zatłoczonego czynnika w zamkniętej studni wynosi 12 godzin. Po upływie wymaganego czasu, przeprowadzane jest strefowe czyszczenie filtra (Rys. 4) z wykorzystaniem podwójnego pakera i zjawiska tłokowania, aż do czasu gdy wypompowywana woda nie będzie całkowicie czysta i pozbawiona resztek osadów. Po zakończeniu wszystkich wymienionych powyżej czynności, w studni montowany jest ponownie agregat pompowy i przeprowadzane jest pompowanie próbne w celu określenia skuteczności przeprowadzonej regeneracji.

32 Rys. 2. Głowica ciśnieniowa do zatłaczania CO 2 Rys. 3. Specjalistyczny pojazd do kontrolowanej iniekcji CO 2

33 PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA Rys. 4. Strefowe czyszczenie filtra (swabbing) W 2015 roku firma Aqualogy Polska po raz pierwszy zastosowała technologię regeneracji studni za pomocą CO 2 w Polsce. Próbie poddana została studnia odwodnieniowa zlokalizowana na terenie Kopalni Węgla Brunatnego (KWB) w Bełchatowie oraz studnia służąca do zasilania w wodę sieć wodociągową, należąca do Miejskich Wodociągów i Kanalizacji w Bydgoszczy. W dalszej części artykułu zostały przedstawione wyniki przeprowadzonych działań. Studnia odwodnieniowa zlokalizowana na terenie PGE GiEK SA Oddział KWB Bełchatów KWB w Bełchatowie posiada ponad 350 studni, których celem jest odwodnienie eksploatowanych pokładów węglowych. Studnie te, ze względu na występowanie kolmatacji i inkrustracji, muszą być poddawane częstym zabiegom regeneracyjnym, co z kolei wiąże się z wyższymi kosztami ich utrzymania. Do tej pory do regeneracji studni stosowano technologie mechaniczne i hydrodynamiczne. W kwietniu 2015 roku przeprowadzono próbę regeneracji jednej ze studni stosując technologię Aqua Freed. Parametry studni poddanej próbie: głębokość m, data zakończenia wiercenia (studnia wiercona obrotowo z lewym obiegiem płuczki), konstrukcja otworu: rury ø 1420 do głębokości 6 m, rury ø 1220 do głębokości 38 m,

34 zafiltrowanie: kolumna ø 711 zabudowana do głębokości 110,5 m, część czynna - filtr okładzinowy o łącznej długości 23,4 m, kolumna ø 406 zabudowana do głębokości 250 m, część czynna - filtr okładzinowy o łącznej długości 72,4 m, Studnia została oddana do eksploatacji na początku 2007 roku. W pierwszym okresie eksploatacji wydajność studni utrzymywała się na zbliżonym poziomie, około 24 m 3 /h, ale po upływie dwóch lat zaczął następować jej stopniowy spadek i taka tendencja utrzymywała się aż do czasu przeprowadzenia próby z CO 2. Na podstawie próbnego pompowania przeprowadzonego przed regeneracją określono, że wydajność studni spadła do 10,8 m 3 /h przy depresji 72 m, czyli wydajność jednostkowa wynosiła 10,8 m 3 /h/m. Pilotażowa regeneracja studni przy użyciu technologii Aqua Freed została przeprowadzona w trzech etapach. Pierwszym z nich było czyszczenie mechaniczne szczotką systemem obrotowym, zakończone wypłukaniem usuniętych osadów przy pomocy air-liftu. Następnie przeprowadzono pompowanie i odnotowano, że wydajność studni wzrosła do 12,8 m 3 /h. Kolejnym etapem było zatłaczanie CO 2, poprzedzone uszczelnieniem kolumny studni i montażem głowicy. Dwutlenek węgla był wtłaczany do studni dwuetapowo w pierwszym etapie CO 2 wprowadzany był na głębokości 239,0 m, a następnie na 169,0 m. Po dwunastu godzinach głowica studni została zdemontowana i przystąpiono do ostatniego etapu regeneracji, czyli strefowego czyszczenia filtrów studni. Następnie zapuszczono agregat pompowy i przeprowadzono pompowanie próbne. Wydajność studni określono na 24 m 3 /h i stwierdzono, że można ją jeszcze zwiększyć przez zapuszczenie agregatu pompowego o większych parametrach. Po zapuszczeniu nowej pompy wydajność studni zwiększyła się do 33 m³/h. Obecnie wydajność studni utrzymuje się na poziomie 29 m³/h. Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego przed, w trakcie i po zakończeniu regeneracji pokazano na rysunku 5 i w tabeli 1. Rys. 5. Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego przed, w trakcie i po zakończeniu regeneracji studni

35 Tab. 1. Zestawienie wyników pompowań próbnych dla studni w Bełchatowie Wydajność Q [m 3 /h] Depresja s [m] Wydajność jednostkowa q [m 3 /h/m] Przed czyszczeniem mechanicznym 10,8 56,96 0,19 Po czyszczeniu mechanicznym 12,8 65,55 0,20 Po zatłoczeniu CO 2 24,0 29,90 0,80 Po wymianie agregatu pompowego 33,0 64,25 0,51 33 dni po regeneracji 29,0 62,80 0,46 Studnia zasilająca sieć wodociągową zlokalizowana na terenie ujęcia Las Gdański w Bydgoszczy Druga pilotażowa regeneracja studni z wykorzystaniem Aqua Freed została przeprowadzona w Bydgoszczy na studni zlokalizowanej na terenie ujęcia Las Gdański. Studnia ta o głębokości 61 m została wykonana w styczniu 1982 roku. Jest ona wyposażona w filtr siatkowy ø 300 o długości 15,0 m z siatką stylonową nr 10. W momencie rozpoczęcia eksploatacji wydajność studni wynosiła 50 m 3 /h przy depresji zwierciadła wody 4,30 m, co oznaczało wydajność jednostkową na poziomie 11,6 m 3 /h/m. W kolejnych latach wydajność studni znacznie spadła i w roku 2008 przy wydajności eksploatacyjnej 25 m 3 /h, wydajności jednostkowej 2 m 3 /h/m oraz depresji 12,0 m zdecydowano o wstrzymaniu jej eksploatacji ze względu na niską wydajność oraz pojawiające się piaszczenie. W maju 2015 roku firma Aqualogy przeprowadziła proces regeneracji studni z wykorzystaniem CO 2, Zastosowano schemat działania zbliżony do tego, który był wykorzystany w KWB w Bełchatowie. Przed przystąpieniem do czyszczenia mechanicznego wykonano próbne pompowanie, na podstawie którego ustalono, że wydajność studni Q wynosi 32 m 3 /h przy depresji 14,5 m (wydajność jednostkowa 2,2 m 3 /h/m). Ponadto studnię poddano inspekcji kamerą TV, która wykazała istotną kolmatację praktycznie całego filtra. Działania te zostały powtórzone po zakończeniu procesu regeneracji. Wydajność studni po zastosowaniu CO 2 wzrosła do 55 m 3 /h przy depresji 8,25 m (wydajność jednostkowa 6,7 m 3 /h/m). Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego przed i po zakończeniu regeneracji przedstawiono na rysunku 6 i w tabeli 2. Rys. 6. Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego przed i po zakończeniu regeneracji studni

36 Tab. 2. Zestawienie wyników pompowań próbnych dla studni w Bydgoszczy Wydajność Q [m 3 /h] Depresja s [m] Wydajność jednostkowa q [m 3 /h/m] Parametry początkowe ( r.) 50 4,30 11,6 Przed Aqua Freed ( r.) 32 14,50 2,2 Po Aqua Freed ( r.) 55 8,25 6,7 WNIOSKI Regeneracja z użyciem technologii Aqua Freed pozwoliła na znaczną poprawę parametrów hydraulicznych obu analizowanych studni. W przypadku studni odwodnieniowej KWB Bełchatów wydajność studni wzrosła dwukrotnie w stosunku do wartości sprzed regeneracji. Wyniki próbnego pompowania przeprowadzonego po wykonaniu szczotkowania wskazywałyby na niewielki wpływ tego procesu na poprawę wydajności studni, jednak ma on istotne znaczenie, gdyż pozwala na lepszą penetrację CO 2 i co za tym idzie większą skuteczność technologii Aqua Freed. Wydajność studni po regeneracji w Bydgoszczy wzrosła do wartości 55 m 3 /h przy depresji 8,25 m, czyli wydajność jednostkowa wzrosła do 6,7 m 3 /h/m. Dzięki otrzymanym rezultatom możliwe było przywrócenie studni do eksploatacji. Warto również zauważyć, że uzyskany wzrost wydajności studni poddanych próbie przekłada się bezpośrednio na spadek ilości energii zużywanej do pompowania, a co za tym idzie zmniejszeniem kosztów eksploatacyjnych. Literatura 1. Frukacz R Studnie głębinowe eksploatacja i regeneracja. Wodociągi kanalizacja 12 (106)/ Lupiani Moreno E., Bueso Sanchez S., Cantudo Munez A Poprawa wydajności hydraulicznej studni przy użyciu ciekłego CO 2,. W: X Sympozjum Hydrogeologiczne w Granadzie (Hiszpania), , materiały konferencyjne, 3. Mansuy N Water Well Asset Management The importance of Time Based Maintenance Intervals. InFlow Line Magazine, Winter 2014/2015, s

37

38 Chmura SPM SYSTEM Pompy i pompownie Marian Strączyński, Przemysław Zatorski MAST, Bełchatów Chmura SPM SYSTEM najnowszym rozwiązaniem w zarządzaniu, monitoringu i sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych Praca systemu SPM SYSTEM Submersible Pumps Managment, którego budowę i funkcjonowanie opisano w cyklu artykułów Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych [2, 3] służy do optymalizacji eksploatacji pomp i ujęć głębinowych. Aktualnie, najnowszym wdrażanym w świecie rozwiązaniem dostępu do oprogramowań jest stosowanie tzw. chmury, zwanej również chmurą obliczeniową (ang. cloud computing). Chmura jest to model dystrybucji narzędzi informatycznych, polegający na udostępnianiu użytkownikom oprogramowania, infrastruktury lub platform rozwoju aplikacji zainstalowanych na serwerach utrzymywanych przez dostawcę (w tym przypadku SPM SYSTEM ). Wprowadzenie dostępu do chmury w SPM SYSTEM praktycznie zakwalifikowało to rozwiązanie do najnowszych, światowych systemów zarządzających i sterujących eksploatacją pomp i ujęć głębinowych. 1. Dostęp i struktura funkcjonowania chmury SPM SYSTEM Chmura, zwana również chmurą obliczeniową (ang. cloud computing) to model dystrybucji narzędzi informatycznych polegający na udostępnianiu użytkownikom oprogramowania, infrastruktury lub platform rozwoju aplikacji zainstalowanych na serwerach utrzymywanych przez dostawcę (w tym przypadku SPM SYSTEM ). W modelu chmury użytkownik nie musi instalować kompletnego systemu informatycznego do połączenia z środowiskiem chmury wystarczy jedynie dostęp do internetu oraz przeglądarka internetowa. Ze względu na możliwość korzystania z danych poprzez internet, klient może praktycznie z każdego miejsca i z użyciem każdego urządzenia korzystać z własnych zasobów w dowolnie wybranym momencie. Aplikacje w modelu chmury SPM SYSTEM są łatwiejsze do utrzymania i obsługi, ponieważ nie wymagają instalacji na każdym komputerze, czy innym urządzeniu w przedsiębiorstwie, a ich serwisowanie lub unowocześnianie są wykonywane na bieżąco przez zleceniobiorcę rys. 1. Od kilku lat model cloud computing rozwija się bardzo dynamicznie, a samo jego pojęcie staje się coraz szersze. Przedsiębiorstwa korzystające z takiego rozwiązania mogą oddać w outsourcing bazy danych, zarządzanie aplikacjami i systemem, pozbywając się konieczności posiadania niezbędnych do ich przechowywania serwerów oraz pozostałej infrastruktury. Chmura, to zatem wzrost elastyczności, szybkość dotarcia na rynek, spadek ryzyka biznesowego, dostęp do najnowszych rozwiązań, integracja procesów, dzielenie się wiedzą, kontrola nad danymi, eliminacja większości problemów z zarządzaniem operacyjnym, a przede wszystkim niższe koszty. Rozwiązanie to jest obecnie najważniejszym trendem współdecydującym w głównej mierze o kształcie organizacji i sposobie zarządzania przedsiębiorstwami na świecie. Jest nowym modelem biznesowym. Chmura SPM SYSTEM jest aktualnie najnowszym rozwiązaniem w systemach zarządzających i sterujących eksploatacją pomp i ujęć głębinowych. W zastosowaniach monitoringu i sterowania eksploatacją pomp i ujęć Rys. 1. Chmura SPM SYSTEM jest aktualnie najnowszym rozwiązaniem w systemach zarządzających i sterujących eksploatacją pomp i ujęć głębinowych Rys. 2. Chmura obniża koszty związane z inwestycją w infrastrukturę informatyczną 52 wrzesień/październik

39 Chmura SPM SYSTEM Rys. 3. Widok mapy wizualizującej stan pracy ujęć oraz zbiorników, który pokazany jest po wejściu użytkownika w oprogramowanie na chmurze podmiotu zarówno w kontekście wielkości zasobów, jak i dostępu do najnowszych rozwiązań technologicznych zamieszczonych również na stronie SPM SYSTEM. Na rys. 3 pokazano widok mapy wizualizującej stan pracy ujęcia oraz zbiornika, który pokazany jest po wejściu użytkownika w oprogramowanie na chmurze softspm.com Rys. 4 pokazuje stan ocen pracy układu pompowego studni wykonanych przez model matematyczny oprogramowania funkcjonującego w środowisku chmury Dla użytkownika dostęp do oprogramowania, sterowanie pracą ujęć są praktycznie niezauważalne w porównaniu do rozwiązań tradycyjnych, a więc do pracy z własnym serwerem i oprzyrządowaniem komputerowym. Przewagą chmury jest niewątpliwie wygoda pracy i wymienione wyżej oszczędności kosztów. Efekty ekonomiczne związane z zastosowaniem SPM SYSTEM są identyczne dla obu przypadków, a więc znaczne oszczędności energii elektrycznej, zwiększenie niezawodności pracy pomp głębinowych i uporządkowanie obiegu informacji. Pompy i pompownie głębinowych SPM SYSTEM podjęcie decyzji o przejściu na model chmury softspm.com wpływa na obniżkę kosztów i uelastycznienie działań. Model ten obniża koszty stałe związane z inwestycją w infrastrukturę informatyczną, która w tradycyjnym rozwiązaniu zazwyczaj rośnie wraz z czasem i potrzebą aktualizacji oprogramowania rys. 2. Ograniczane są również koszty zużycia energii utrzymującej infrastrukturę, a także koszty zatrudnienia pracowników obsługujących własne systemy, tj. w przypadku tradycyjnych efektów decyzji o outsourcingu danej funkcji przedsiębiorstwa. Przyjęcie tego rozwiązania ma bezpośredni wpływ na wskaźniki, tj. zwrot z inwestycji. Zamienia się tu tradycyjne wydatki związane z licencjami, liczbą użytkowników, sprzętem, obsługą, naprawami, wdrożeniami na okresowe płatności za funkcjonalność faktycznie niezbędną i wykorzystaną przez organizację. Zmiana ta może być analizowana pod względem wpływu na czas, koszt, jakość lub marżę. Ponadto, klient otrzymuje konkretne, potrzebne mu funkcjonalności i oprogramowanie. Korzysta z takiego oprogramowania, jakiego potrzebuje. Nie interesuje go ani sprzęt, ani środowisko pracy. Ma jedynie zapewniony dostęp do konkretnych, funkcjonalnych narzędzi oprogramowania SoftSPM. Taka sytuacja wpływa na uelastycznienie działań Rys. 4. Stan ocen pracy układu pompowego studni wykonanych przez model matematyczny oprogramowania funkcjonującego w środowisku chmury wrzesień/październik

40 Chmura SPM SYSTEM Reklama Pompy i pompownie 2. System sprzedaży Zastosowanie Chmury w SPM SYSTEM daje użytkownikom ujęć współcześnie najnowsze narzędzie informatyczne wspomagające w zarządzaniu, monitoringu i sterowaniu pompami oraz studniami głębinowymi. Można przyjąć, że odpowiednio skonfigurowany SPM SYSTEM gwarantuje uzyskiwanie sporych oszczędności ekonomicznych w eksploatacji ujęć. Nakłady związane z wdrożeniem systemu zminimalizowano i sprowadzają się do: opłat miesięcznych, abonamentowych za użytkowanie chmury; opłat miesięcznych za wynajem oprzyrządowania pomiarowego studni z możliwością wykupu za 36 ratę. Dla użytkowników nie zainteresowanych taką formą dostępu do systemu istnieje możliwość zakupu licencji do 3 poziomów oprogramowania SoftSPM [2, 3] instalowanych na własnych serwerach oraz zakupu 3 wersji oprzyrządowania i opomiarowania układów pompowych studni SPM. System sprzedaży i dostępu umożliwia też wersje mieszane, np. Chmura + zakup opomiarowania, własna licencja + wynajem opomiarowania itp. Dla użytkowników nie posiadających dotychczas SPM SYSTEM można przyjąć, że oszczędności związane z zastosowaniem systemu w wersji Chmura + raty mogą przewyższyć opłaty miesięczne związane z jego użytkowaniem. Przed zastosowaniem prowadzone są indywidualne symulacje oszczędności i kosztów. 3. Literatura [1] Strączyński M., Wąsowski J., Zatorski P.: Systemowe zarządzanie, monitoring oraz sterowanie w eksploatacji pomp i ujęć głębinowych SPM SYSTEM. Forum Eksploatatora, nr 3, maj-czerwiec 2015, Warszawa. [2] Strączyński M., Woszczyk R., Zatorski P.: Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych system SoftSPM. Część I: Budowa systemu. Technologia Wody, nr 4 (36), lipiec-sierpień 2014, Warszawa. [3] Strączyński M., Woszczyk R., Zatorski P.: Najnowsze technologie w zarządzaniu oraz sterowaniu eksploatacją pomp i ujęć głębinowych system SoftSPM. Część II: Funkcjonowanie systemu. Tehchnologia Wody nr 6 (38), listopad-grudzień 2014, Warszawa. Polecamy Zamówienia: 54 wrzesień/październik

41

42 68 pompy i pompownie Modułowe pompy głębinowe systemu Ms-T Marian strączyński ostatnim okresie czasu producenci pomp głębinowych wprowadzają na rynek nowe rozwiązania techniczne zarówno w zakresie budowy samych pomp jak i w systemach ich eksploatacji. w Głównie chodzi o to by przy utrzymaniu wysokiej niezawodności pracy pomp głębinowych, a więc przy znacznych czasach pracy tych urządzeń w eksploatacji nie gromadzić znacznych rezerw, w zakresie rezerwowych głębinowych agregatów pompowych. Dotyczy to szczególnie dużych ale też i małych systemów eksploatacji pomp głębinowych, w których koszty rezerw zawsze są wyraźne i niezbędne. 1. Modułowe pompy głębinowe rys. 1. Przekrój stopnia pompy modułowej gdzie wyraźnie widać dwa zasadnicze podzespoły Nowym rozwiązaniem w zakresie budowy pomp głębinowych jest wprowadzany od kilku lat system modułowej konstrukcji tych urządzeń MS-T Modular Shaft Technology. System ten polega na tym, że każdy stopień pompy głębinowej jest indywidualnie łożyskowany i zesprzęglany. Dwa zasadnicze podzespoły przedstawiono na rys. 1: 1. Wirnik pompy zamocowany trwale na odcinku wału zakończonego od dołu zewnętrznym sześciokątnym złączem połówki sprzęgła natomiast w górnej części końcówka wału posiada wewnętrzne sześciokątne gniazdo sprzęgła, pod którym znajduje się powierzchnia wału spełniająca rolę tulei łożyska promieniowego stopnia pompy. Na wlocie wirnika zamocowany jest pierścień bieżny uszczelniający jego krawędź wlotową. 2. Korpus pompy wraz z kierownicą, z zamocowanym pierścieniem uszczelniającym oraz z wbudowaną panewką łożyska promieniowego. Stopnie pompy na zewnątrz łączone są w sposób klasyczny, a więc śrubami szpilkowymi z nakrętkami. Wewnątrz poszczególne odcinki wału łączą się sześciokątnym zesprzęgleniem i ilość tych połączeń jest zgodna z ilością stopni pompy. Montaż pompy głębinowej w systemie MS-T jest bardzo prosty i nie sprawia żadnych trudności dla pracowników służb technicznych użytkownika. 2. Korzyści związane z zastosowaniem modułowych pomp głębinowych systemu Ms-T Korzystne cechy wynikające z zastosowania pomp głębinowych budowy modułowej system MS-T można zestawić jako: Cechy związane z konstrukcją pomp: pewne mocowanie wirnika z wałem zapewniające optymalną pracę, wał wykonany jest z materiału o wysokich własnościach antykorozyjnych i wysokiej odporności na ścieranie, średnica wału przystosowana do przenoszenia dużych mocy, sześciokątne złącze stopnia zapewnia stabilne i symetryczne przenoszenie sił bez oddziaływania karbu, kombinacja pomiędzy promieniowym i wzdłużnym łożyskowaniem stopnia optymalizuje spokojną pracę pompy i gwarantuje długą żywotność. Cechy związane z eksploatacją pomp: brak konieczności utrzymywania kosztownej rezerwy kompletnych pomp wystarczy posiadać rezerwowe moduły umożliwiające szybkie odtworzenie uszkodzonej pompy, krótkie czasy reakcji w konkretnych potrzebach ruchowych,

43 modułowe pompy głębinowe systemu ms-t 69 niskie koszty magazynowania przy mniejszej ilości postojów. Pompy systemu MS-T wykonane są w wielkościach: 8 14 i obejmują przedział wydajności Q = 0,4 m 3 / min 8,1 m 3 / min, przy podnoszeniu H = m. Właścicielem systemu MS-T jest Firma Andritz-Ritz. System MS-T rozprowadza w Polsce Firma MAST z Bełchatowa. rys. 2. Budowa kilkustopniowej pompy głębinowej modułowej 3. Literatura [3] MS-T Modular Shaft Technology., RITZ Pumpenfabrik GmbH & Co. KG. [4] Strączyński M., Pakuła G., Urbański P., Solecki J. Podręcznik Eksploatacji Pomp w Wodociągach i Kanalizacji. Izba Gospodarcza Wodociągi Polskie, Wydawnictwo Seidel- -Przywecki Sp. z o.o. Warszawa [5] Strączyński M., Modułowe pompy głębinowe systemu MS-T. Pompy Pompownie, 2/2008. Dr Marian Strączyński Mast, Bełchatów rys. 4. widok agregatu pompowego z pompą głębinową systemu Ms-T podczas zabudowy zespołu pompowego w studni znacznie zmniejszone koszty logistyki (montaż na miejscu, wysoka unifikacja części), nieznaczne koszty zabudowy wtórnej związane z możliwością ponownego użytku modułów. rys. 3. widok wirnika pompy z odcinkiem wału i zesprzęglenia stopnia Dr Marian Strączyński ul. Dzika 38, BEŁCHATÓW tel tel./fax tel. kom mast@mast.com.pl SYSTEMY KOMPUTEROWE automatyka monitoring System komputerowy monitoringu i sterowania SYNDIS SEGAP program komputerowy typu scada SYNDIS RV, program komputerowy prowadzący eksploatację ujęć SEGAP, system komputerowy sterujący próbami pomp SEGAP SP. Urządzenia monitoringu i sterowania systemu SYNDIS SEGAP dedykowane sterowniki z cyfrową diagnostyką pomp głębinowych USD 2, kompletne układy automatyki, sterowania i monitoringu procesów technologicznych w przedsiębiorstwach wodociągowych, koncentratory pomiarowe oraz sterowniki stacji prób pomp, szafy zasilająco-sterownicze, szafy automatyki. POMPY I SILNIKI GŁĘBINOWE Głębinowe agregaty pompowe oraz ich części zamienne modułowe pompy głębinowe systemu MS-T RITZ, silniki głębinowe 8 cali 16 cali, wypożyczalnia leasing pomp głębinowych, łożyska poosiowe silników głębinowych. SYSTEMY EKOLOGICZNE energia odnawialna w przedsiębiorstwach wodociągowych słoneczne suszarnie osadów ściekowych, pompy ciepła, kolektory słoneczne, fotowoltaika, siłownie wiatrowe, kolektory słoneczne, fotowoltaika, siłownie wiatrowe. KONSULTING oceny energochłonności pracujących układów pompowych, szkolenia techniczne SZKOŁA EKSPLOATACJI POMP

44 44 Pompy i pompownie Korzyści wynikające z zastosowania przewodów elastycznych do zabudowy pomp głębinowych Michał Strączyński Postęp w zakresie wykonań materiałowych specjalistycznych przewodów elastycznych do zabudowy pomp głębinowych wpływa na znaczny wzrost liczby instalacji agregatów pompowych zbudowanych na tego rodzaju rurach w studniach głębinowych. Dotyczy to zarówno gospodarki wodnej jak i górnictwa [2]. Szacuje się, że w ciągu najbliższych lat liczba aplikacji podwoi się lub nawet wzrośnie kilkukrotnie. 1. Przewody elastyczne do zabudowy pomp głębinowych Konstrukcja specjalistycznych przewodów elastycznych przeznaczonych do zabudowy głębinowych agregatów pompowych [1] jest przygotowana zarówno pod kątem ich wytrzymałości jak i technologii montażu w studniach. W tabeli 1 przedstawiono podstawowe dane techniczne przewodów systemu Boreline, charakteryzujące zarówno gabaryty jak wytrzymałości typoszeregu średnic dedykowanych rozwiązań w tym zakresie. Jak widać, zakres średnic przewodów jest bardzo szeroki i obejmuje potrzeby typowych zakładów przedsiębiorstw wodociągowych. Również parametry wytrzymałościowe i ciśnieniowe dobrane są w ten sposób, że obejmują ponad 95% potrzeb w tym zakresie. Specjalistyczne przewody elastyczne do zabudowy pomp głębinowych mogą być zabudowywane do głębokości 200 m [1], a w specjalnych przypadkach nawet do 300 m, i tym samym rzadko w warunkach wodociągowych głębokość zabudowy agregatu może zostać przekroczona. Stosowane przewody wykonane są jako dedykowane do zabudowy głębinowych agregatów pompowych łącznie ze złączami rur, uchwytami oraz klamrami mocującymi kable silnika i oprzyrządowania pomiarowego. Dostarczane są też specjalistyczne oprzyrządowania do zabudowy pomp, przystosowane dla różnych sposobów montażu, tj. dźwigi, bębny instalacyjne itp. Na rys. 1 pokazano typowy system zabudowy głębinowego agregatu pompowego z zastosowaniem dźwigu. Przy tym sposobie zabudowy agregatu stosowane są odpowiednie dla danej średnicy przewodu ściski, które pokazano na rys. 2. Innym, praktycznym i stosunkowo tanim sposobem zabudowy jest opuszczanie lub wyciąganie pompy głębinowej przy pomocy specjalnej konstrukcji bębna z odpowiednim napędem. Rysunek 3 pokazuje sposób zabudo- Tab. 1. Podstawowe dane techniczne przewodów systemu Boreline rozmiar 1 1½ 2 2½ Średnica wewnętrzna [mm] Ciśnienie rozrywające [bar] Ciśnienie robocze [bar] Wytrzymałość na rozciąganie [kg] Maksymalne, zalecane obciążenie robocze [kg] Waga [kg/m] 0,2 0,33 0,55 0,85 0,95 1,40 1,70 2,50 3,4 Minimalna średnica studni/szybu [mm] Moment dokręcenia nakrętki złączki [Nm] Zewnętrzna średnica złączki [mm] Waga złączki [kg] 1,0 1,5 3,50 5 6,50 8, Masa wody [kg/m] 0,60 1,94 2,25 3,32 5,10 9,05 14,15 20, /2013

45 Korzyści wynikające z zastosowania przewodów elastycznych do zabudowy pomp głębinowych 45 wy z użyciem takiego bębna, natomiast rys. 4 obrazuje widok specjalnego oprzyrządowania zainstalowanego na przyczepie transportowej. Przewody zakończone są specjalnymi złączkami przystosowanymi do połączenia z kołnierzem zaworu zwrotnego pompy głębinowej z jednej strony a kolanem głowicy studni z drugiej. Widok typowej złączki przewodu z kołnierzem pompy lub kolana pokazuje rys. 5 pokazuje. Na rys. 6 pokazano mocowanie kabla silnika przy pomocy specjalnej opaski przytwierdzanej do wzdłużnego występu przewodu. Opaski dostarczane są w cenie przewodu, w ilości jednej sztuki na każdy metr przewodu elastycznego pompy i gwarantują pewne mocowanie kabla podczas zabudowy i eksploatacji głębinowego agregatu pompowego. Kilka ważnych uwag związanych z mocowaniem i zabudową kabla silnika głębinowego [2]: Kabel silnika głębinowego należy mocować do rurociągu elastycznego co 1-3 m specjalnymi opaskami klamrowymi. Rys. 1. Typowy system zabudowy głębinowego agregatu pompowego z zastosowaniem dźwigu Rys. 3. Bęben do opuszczania i wyciągania zabudowy studni głębinowej Rys. 4. Przyczepa z oprzyrządowaniem bębna do opuszczania i wyciągania zabudowy studni głębinowej Rys. 2. Ściski do montażu zabudowy agregatu pompowego stosowane przy różnych średnicach przewodów Rys. 5. Typowa złączka przewodu z kołnierzem pompy lub kolana 6/2013

46 46 Pompy i pompownie głębinowego (co 1-3 m) oraz kabli sterowniczych czy też pomiarowych (co 4-5 m). Materiał, z którego wykonany jest rurociąg elastyczny, umożliwia jego pracę w temperaturze poniżej 30 o C przy ph od 4 do 9, natomiast przy temperaturach od 30 o C do 55 o C zalecane ph wynosi od 5 do 9. Rurociąg odporny jest na wody zasolone i inne chemikalia. Rys. 6. Opaska do mocowania kabla silnika Pierwsze opaski klamrowe od strony pompy, 4-5 szt., powinny być koloru czerwonego (dostarczane są wraz z przewodem). Długość kabla wzdłuż rurociągu elastycznego nie może być mniejsza niż 105% długości rurociągu. Silnik głębinowy musi być dodatkowo uziemiony wg ogólnych wymogów elektrycznych w tym zakresie. 2. Korzyści ze stosowania przewodów elastycznych Zasadnicze korzyści wynikające z zastosowania elastycznych przewodów do zabudowy pomp głębinowych można scharakteryzować następująco [2]: Przewody elastyczne są lekkie, elastyczne i płaskie, dzięki czemu sprzedawane są w zwojach. Są łatwe do przechowywania i poręczne w transporcie. Przewody elastyczne zabudowywane są przeważnie w jednym odcinku, więc posiadają tylko dwa złącza montowane w dolnym i górnym zakończeniu. Złącza zabudowuje się jednorazowo, łatwo i szybko. Rurociąg elastyczny zapewnia szczelność złącz oraz niezawodność działania. Czas montażu pompy na rurociągu elastycznym jest kilkukrotnie mniejszy od czasu montażu klasycznych rur stalowych, a tym samym rurociąg elastyczny umożliwia zmniejszenie kosztów zabudowy i wybudowy agregatów pompowych. Występujące podczas pracy pompy, średnio 3-procentowe, wydłużanie rurociągu elastycznego oraz 15-procentowe zwiększanie średnicy, zabezpiecza rurociąg przed trwałym osadzaniem się tlenków żelaza i innych wytrąceń, co radykalnie zmniejsza liniowe opory przepływu. Elastyczność i wytrzymałość rurociągu zmniejsza ryzyko związane z ewentualnymi uderzeniami hydraulicznymi. Konstrukcja rurociągu elastycznego przygotowana jest do szybkiego i pewnego mocowania kabla silnika Przewody elastyczne do zabudowy pomp głębinowych posiadają wyraźnie niższe straty liniowe przepływu, co tym samym wpływa na obniżenie kosztów eksploatacji układu pompowego pompy głębinowej. Na przykład, przewód elastyczny systemu Boreline o wymiarze 4 umieszczony na 100 metrach głębokości przy przepływie 54 m 3 /h, generuje stratę wskutek tarcia na poziomie około 1,5 m, podczas gdy stalowa rura może mieć straty na poziomie 9 m. Różnica ta generuje wyraźne oszczędności w zużyciu energii. Koszty te należy wziąć pod uwagę. 3. Uwagi dodatkowe Rurociągi elastyczne mogą być magazynowane w temperaturach od -20 o C do +40 o C. Zastosowanie rurociągów elastycznych wymaga przewiercania grzybków zaworów zwrotnych pomp głębinowych (otwór rzędu 6 mm) w celu zapewnienia spływu wody przed demontażem-wybudową pompy. Maksymalne długości rurociągów elastycznych osiągają 200 m, a w szczególnych przypadkach mogą dochodzić do 300 m. Przy dłuższym czasie magazynowania nie należy wystawiać rurociągu elastycznego na bezpośrednie działanie słońca. W przypadku pożaru lub zapalenia się magazynowanych rurociągów elastycznych niekiedy mogą wydzielać się toksyczne gazy. 4. Podsumowanie Zastosowanie nowoczesnej technologii zabudowy pomp głębinowych na przewodach elastycznych powoduje kilkukrotne skrócenie czasu zabudowy lub wymiany głębinowych agregatów pompowych w studniach. Potwierdzają się też zalety eksploatacyjne [2], głównie związane z oszczędnością energii wskutek zmniejszonych strat liniowych w rurociągu tłocznym pracującej pompy. W przypadku pompowania wody surowej z dużą zawartością tlenków żelaza lub manganu, a więc medium szybko osadzającego wytrącenia na ściankach tradycyjnych rur stalowych, redukcja oporów przepływu w rurociągach elastycznych przynosi wyraźne oszczędności. 5. Literatura [1] Strączyński M., Pakuła G., Urbański P., Solecki J., Podręcznik Eksploatacji Pomp w Wodociągach i Kanalizacji, Wydawnictwo Seidel-Przywecki, wydanie drugie, Warszawa [2] Strączyński M., Przewody elastyczne do zabudowy pomp głębinowych, Forum Eksploatatora nr 3/ /2013

47

48

49

50

51

52 2013/2014 Inteligentna sonda głębokości SG-21 Ć 25 Zielony (EKRAN) Czerwony (+) Warszawa ul. Morelowa 7 tel. (022) APLISENS S.A. Produkcja Przemysłowej Aparatury Pomiarowej i Elementów Automatyki SONDA GŁĘBOKOŚCI SG-21 Numer fabryczny XXXXXXX Zakres pomiarowy m H2O ABS 156 Czarny ( ) üsygnał wyjściowy 4 20 ma + protokół HART übłąd podstawowy 0,1% üzakres pomiarowy m H 2 O (ciśnienie absolutne) Dane techniczne Zakres podstawowy (FSO) Minimalna nastawialna szerokość zakresu pomiarowego Parametry metrologiczne m H 2O ABS 25 m H 2O ABS Błąd podstawowy ±0,1% dla zakresu podstawowego ±0,3% dla zakresu 0 10% FSO Błąd temperaturowy < ±0,08% (FSO) / 10 C < ±0,2% (FSO) w całym zakresie temp. kompensacji Błąd od zmian UZAS. 0,002% (FSO) / V Zakres temperatur kompensacji C Czas przetwarzania ms (ustawiany programowo) Dodatkowe tłumienie elektroniczne s Parametry elektryczne Zasilanie 7,5 55 V DC Sygnał wyjściowy 4 20 ma dwuprzewodowo Rezystancja obciążenia UZAS [V] -7,5V R[ ] =W 0,0225A Rezystancja niezbędna do komunikacji ³240 Ω Konstrukcja Stopień ochrony obudowy IP-68 Materiał membrany Hastelloy C 276 Materiał obudowy 00H17N14M2 (316Lss) Osłona kabla Poliuretan Warunki pracy Zakres temperatur mierzonego medium C UWAGA: nie wolno dopuścić do zamarznięcia medium w bezpośrednim sąsiedztwie sondy Poziom membrany Schemat połączeń elektrycznych R ł 240 W I 4 20 ma Sposób zamawiania SG-21 / m H2O ABS/ / L=...m Zakres nastawiony Długość kabla P Sonda Zasilacz Komunikator lub konwerter Hart/USB/Bluetooth 1 APLISENS S.A., Warszawa, ul. Morelowa 7, tel fax , aplisens@aplisens.pl

53 2013/2014 Inteligentny przetwornik ciśnienia PC-21 üsygnał wyjściowy 4 20 ma + protokół HART übłąd podstawowy 0,1% üzakres pomiarowy 0 2,5 MPa (ciśnienie absolutne) SW APLISENS S.A. Produkcja Prze Aparatury Pom PRZETWORNI Numer fabrycz Zakres pomiar Sygnał wyjścio Zasilanie Ć 4 M20 1,5 Ć Dane techniczne Zakres podstawowy (FSO) 0 2,5 MPa ABS Minimalna nastawialna szerokość zakresu pomiarowego 250 kpa ABS Parametry metrologiczne Błąd podstawowy ±0,1% dla zakresu Błąd temperaturowy < ±0,08% (FSO) / 10 C max. ±0,25% (FSO) w całym zakresie temp. kompensacji Błąd od zmian UZAS. 0,002% (FSO) / V Zakres temperatur kompensacji C Czas przetwarzania ms (ustawiany programowo) Dodatkowe tłumienie elektroniczne s Parametry elektryczne Zasilanie 7,5 55 V DC Sygnał wyjściowy 4 20 ma dwuprzewodowo Rezystancja obciążenia UZAS [V] -7,5V R[ ] =W 0,0225A Rezystancja niezbędna do komunikacji ³240 Ω Stopień ochrony obudowy Materiał króćca i membrany Materiał obudowy Konstrukcja IP-66 00H17N14M2 (316Lss) 0H18N9 (304ss) Warunki pracy Zakres temperatur pracy (temp.otoczenia) C Zakres temperatur mierzonego medium C UWAGA: nie wolno dopuścić do zamarznięcia medium w rurce impulsowej lub w pobliżu króćca przetwornika Schemat połączeń elektrycznych Sposób zamawiania ma R ł 240 W PC-21 / 0 2,5 MPa ABS / / M Zakres nastawiony Miliamperomierz 4 20 ma Zasilacz Komunikator lub konwerter Hart/USB/Bluetooth 1 APLISENS S.A., Warszawa, ul. Morelowa 7, tel fax , aplisens@aplisens.pl

54 2016/2017 Przep³ywomierz elektromagnetyczny PEM-1000 Zakres œrednic czujnika pomiarowego: DN (ANSI ) Maksymalne ciœnienie statyczne: 1,6 (2,5; 4) MPa B³¹d podstawowy: 0,5% Sygna³ wyjœciowy: 4 20 ma, (0 20 ma, 0 5 ma) Programowane wyjœcia przekaÿnikowe: 1PK (4PK) Wyjœcie komunikacyjne: RS 485 (Modbus RTU / RS485, RS 232C) Rejestrator parametrów procesowych Podœwietlany wyœwietlacz PEM-1000ALW Przeznaczenie, budowa Przep³ywomierz elektromagnetyczny PEM-1000 przeznaczony jest do dwukierunkowego, objêtoœciowego pomiaru natê enia przep³ywu cieczy posiadaj¹cych w³aœciwoœci przewodnictwa elektrycznego. Do prawid³owego pomiaru wymagane jest ca³kowite wype³nienie rury czujnika przez medium. Przep³ywomierz PEM-1000 produkowany jest w dwóch wersjach wykonania: kompaktowej i rozdzielnej. Przep³ywomierz w wersji kompaktowej - ALW - z przetwornikiem umieszczonym na czujniku pomiarowym umo liwia lokalne wskazanie wartoœci przep³ywu medium. Przep³ywomierz w wersji rozdzielnej - NW - z przetwornikiem po³¹czonym kablem i umieszczonym w odleg³oœci do 50m od czujnika pomiarowego umo liwia zdalne wskazanie wartoœci przep³ywu medium. PEM-1000NW Dla wykonania rozdzielnego NW - standardowa d³ugoœæ kabla ³¹cz¹cego przetwornik z czujnikiem pomiarowym wynosi 8 m. Inne d³ugoœci kabla na zamówienie. Przep³ywomierz PEM-1000 w wykonaniu standardowym posiada funkcje: - detekcji pustej rury czujnika pomiarowego - programowanego komparatora wartoœci przep³ywu z wartoœciami wzorcowymi, z wyjœciem przekaÿnikowym - programowanego impulsatora - rejestratora parametrów procesowych za ostatnie trzy miesi¹ce. Obszary zastosowañ to: gospodarka wodnoœciekowa (stacje uzdatniania wody, przepompownie i oczyszczalnie œcieków); przemys³ chemiczny; spo ywczy; farmaceutyczny; górnictwo; hutnictwo. VII. 2 APLISENS S.A., Warszawa, ul. Morelowa 7, tel fax , aplisens@aplisens.pl

55 2016/2017 Przetwornik Dane techniczne Czujnik Minimalna przewodnoœæ medium 5ìS/cm Œrednice nominalne DN , (ANSI ) Rezystancja wejœciowa Ciœnienie max. Standard 1,6 MPa (2,5 MPa, 4 MPa) B³¹d podstawowy 0,5% dla % Qmax Przy³¹cza procesowe Ko³nierze DIN (ANSI, BS) Poziom odciêcia ma³ych przep³ywów co 0,1% Wyk³adzina izolacyjna Twarda (miêkka) guma DN Przep³yw chwilowy 2-kierunkowy (l/s, m3/h, %, m3/s) Teflon DN Przep³yw zsumowany 2-kierunkowy (m3) Temperatura otoczenia C Brak przep³ywu Zerowanie automatyczne Zakres temperatur dla wyk³adziny Guma: C Sterowanie 4 przyciski Teflon: C Funkcje Detekcja pustej rury Kabel po³¹czeniowy 8 m (16, 24, 32, 40, 48 m) Wyjœcia analogowe (aktywne) 4 20mA / 500 Elektrody Stal (316Ti) (0 20mA / 500, 0 5mA / 2k ) (stal (316L), Hastelloy, Tantal, Tytan, Platyna) Wyœcie impulsowe Programowane Rura czujnika stal (321) Wyjœcie binarne Programowane Obudowa zew. i ko³nierze Stal wêglowa 1(4) przekaÿniki 3A/50V AC/DC (stal (304), stal (321)) Wyjœcie czêstotliwoœciowe (pasywne) 0 1 khz/0 100% Qmax OC UCE 24 V DC Akcesoria Pierœcienie uziemiaj¹ce ze stali nierdzewnej dla rur DN10 DN40 z tworzyw sztucznych Wyjœcie komunikacyjne RS 485 (Modbus RTU / RS 485, RS 232C) Zasilanie cewki wzbudzaj¹cej Z przetwornika Zasilanie V AC/ 50Hz/ 10VA lub 9 36V DC/ 10W Klasa izolacji cewki wzbudzaj¹cej E Stopieñ ochrony IP67 Stopieñ ochrony Standard IP67 (IP68) Temperatura otoczenia C Zasada pomiaru Elektromagnetyczna Wymiary 180 x 115 mm Zabezpieczenie antykorozyjne Lakier Acrymetal Waga 2,5 kg Waga wg. tabeli Dane mechaniczne czujnika Dane mechaniczne czujnika Wymiary [mm] Waga DN PN A B D1 D2 d n kg ,5 20 lub ,5 Tolerancje wymiarów monta owych DN 10 DN 150 A ± 5 mm DN 200 DN 1000 A ± 10 mm Dane mechaniczne czujników w wykonaniach PN25 i PN40 dostêpne s¹ w instrukcji obs³ugi przep³ywomierza , APLISENS S.A., Warszawa, ul. Morelowa 7, tel fax , aplisens@aplisens.pl VII. 3

56 2016/2017 Opis wyprowadzeñ elektrycznych Rozmieszczenie zacisków Pod³¹czenie czujnika przep³ywu Komunikacja Wyjœcie analogowe Wyjœcie czêstotliwoœciowe Zasilanie Wyjœcia przekaÿnikowe Nr. zacisku Opis 1 ó³ty 2 zielony 3 ekran 4 br¹zowy 5 ekran 6 bia³y 7 RS 232 RxD RS 485 A 8 RS 232 TxD RS 485 B 9 RS232 GND 10 ( + ) 11 ( - ) aktywne 14 ( + ) C 15 ( - ) E pasywne OC 16 nieu ywane 17 nieu ywane L V AC V DC N neutralny 0V PE uziemienie - 21, 22 PrzekaŸnik 1 NO 31, 32 PrzekaŸnik 2 NO 41, 42 PrzekaŸnik 3 NO 51, 52 PrzekaŸnik 4 NO A B Pod³¹czenie czujnika przep³ywu Komunikacja Wyjœcie Wyjœcie Bezpiecznik analogowe czêstotliwoœciowe R1 R2 R3 R Wyjœcia przekaÿnikowe L N PE Zasilanie PE Uziemienie przep³ywomierza W celu ochrony przed zak³óceniami elektrycznymi czujnik i przetwornik przep³ywomierza (w wersji rozdzielnej i kompaktowej) wymagaj¹ skutecznego wyrównania potencja³ów do poziomu potencja³u uziemienia. Po³¹czenia wykonaæ zgodnie DTR przep³ywomierza. Kod zamówieniowy Czujnik RS485 - RS485+ Ekran V AC N PE PEM-1000 Schemat pod³¹czeñ elektrycznych Przetwornik Wyjœcie SENSOR ó³ty 1 analogowe + 10 zielony 2 ekran 3 brazowy 4 ekran 5-11 bia³y 6 Wyjœcie czêstotliwoœciowe 14 7 MODBUS RTU 15 RS485 - A Wyjœcia 8 przekaÿnikowe + B 9 21 Ekran 22 L Zasilanie N PE ma Przep³ywomierze o rozmiarach DN10 40 w przypadku instalowania na ruroci¹gach z tworzyw sztucznych wymagaj¹ zastosowania w przestrzeni miêdzy ko³nierzowej pierœcieni uziemiaj¹cych i ich pod³¹czenia do uziemienia. Wykonania specjalne IP68 czujnik w obudowie o stopniu ochrony IP68 SS obudowa czujnika ze stali nierdzewnej (po³ysk) PK4 cztery wyjœcia przekaÿnikowe Qmax niestandardowa wartoœæ przep³ywu Qmax. Ra Rf +Uz<=24V Uf 0V Imp(Q) PEM-1000ALW / - / / / / / PEM-1000NW / - / / / / / / L = m Œrednica nominalna:dn Maks. ciœnienie: PN16, PN25, PN40 Materia³ elektrod:316ti, 316L,Hastelloy,Tantal,Tytan,Platyna Materia³ wyk³adziny: miêkka lub twarda guma, teflon D³ugoœæ kabla (standardowo L=8m) Wykonanie specjalne: IP68, SS, PK4, Qmax Zasilanie: V AC, V DC Wyjœcie komunikacyjne: Modbus RTU/RS 485, RS 232C, RS 485 VII. 4 APLISENS S.A., Warszawa, ul. Morelowa 7, tel fax , aplisens@aplisens.pl

57 2016/2017 Zalecane sposoby monta u Zalecana lokalizacja na rurze wznosz¹cej Zalecana lokalizacja? 5 DN* 3 DN* Proste odcinki ruroci¹gu o d³ugoœci 5 i 3 œrednic przed i za czujnikiem W przypadku spadku poziomu >5m stosowaæ rurê odpowietrzaj¹c¹ Syfon zapewnia ca³kowite wype³nienie rury Brak cieczy Powietrze w czujniku 5m Standardowe zakresy pomiarowe przep³ywomierza PEM-1000 DN Przep³yw Przep³yw Prêdkoœæ Qmax [m3/h] Qmax [l/sek] Vmax [m/s] ,278 3, ,556 3, ,111 3, ,389 2, ,778 3, ,167 3, ,556 2, ,333 2, ,889 2, ,778 3, ,667 3, ,556 3, ,000 3, ,889 2, ,111 2, ,778 2, ,111 2, ,556 2, ,333 2, ,889 2, ,222 2,83 Przep³yw objêtoœciowy w funkcji prêdkoœci liniowej medium Prêdkoœæ przep³ywu V [m/s] 0,300 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 DN 10 0,085 0,283 0,565 0,848 1,131 1,414 1, ,191 0,636 1,272 1,909 2,545 3,181 3, ,339 1,131 2,262 3,393 4,524 5,655 6, ,530 1,767 3,534 5,301 7,069 8,836 10, ,869 2,895 5,791 8,686 11,581 14,476 17, ,357 4,524 9,048 13,572 18,096 22,619 27, ,121 7,069 14,137 21,206 28,274 35,343 42, ,584 11,946 23,892 35,838 47,784 59,729 71, ,429 18,096 36,191 54,287 72,382 90, , ,482 28,274 56,549 84, , , ,646 Przep³yw ,254 44,179 88, , , , ,072 [m3/h] ,085 63, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,586 APLISENS S.A., Warszawa, ul. Morelowa 7, tel fax , aplisens@aplisens.pl VII. 5

58 2015/2016 STEROWNIK MONITORINGU SZ-21 Sygnały wejściowe prądowe 4 20 ma Zasilanie podstawowe 24 VDC Zasilanie pomocnicze 3,7 V (akumulatorowe) Wbudowany modem GSM Wyjście komunikacyjne GSM-sms Współpraca z oprogramowaniem SoftSPM Przeznaczenie, funkcja Modem SZ-21 przeznaczony jest do zdalnego nadzorowania (załączania i wyłączania) silnika pompy oraz do wykonywania okresowych pomiarów parametrów pracy układu pompowego studni: ź wydajności pompy głębinowej, ź ciśnienia przed i za zasuwą dławiącą, ź ciśnienia wewnątrz rurociągu tłocznego pompy, pod wodą w pobliżu króćca zaworu zwrotnego, ź ciśnienia hydrostatycznego wynikającego z głębokości zanurzenia sondy przetwornika, ź poboru prądu silnika, ź napięcia zasilania, ź poboru mocy czynnej, ź współczynnika mocy- cos Φ. Pomiary wykonywane są przyrządami ze standardowymi wyjściami prądowymi 4 20 ma. Urządzenie posiada również dwa wejścia stykowe NO, dwa wyjścia stykowe półprzewodnikowe 24V DC oraz wyjście komunikacyjne RS-485. Modem SZ-21 zasilany jest napięciem 24 V DC oraz posiada własne, rezydentne zasilanie akumulatorowe, które umożliwia wykonywanie pomiarów i służy do okresowego zasilania modemu sieci GSM. Pomiary mogą być przeprowadzane w programowalnych odstępach czasu, od 1 godziny do tygodnia, a ich wyniki przekazywane przez modem drogą radiową do stacji bazowej i oprogramowania komputerowego SoftSMP. Istnieje też możliwość wysłania wyniku, w postaci wiadomości SMS, na telefon komórkowy o zaprogramowanym wcześniej numerze. Urządzenia SZ-21 przenaczone jest do montażu na standardowej szynie DIN 35mm. 1

59 2015/2016 Dane techniczne Sygnały wejściowe analogowe Wejście stykowe Wejście antysabotażowe Wejście cyfrowe Sygnał wyjściowy binarny Sygnały wyjściowe przekaźnikowe prądowe 4 20 ma NO NO RS-485 dwustanowy (0 / 3.3 VDC) półprzewodnikowe 24 VDC (130mA) Napięcie zasilania przetwornika analogowego 13,5 V Błąd podstawowy przetwarzania 0,2% zakresu Rezystancja wewnętrzna toru analogowego 151 Ω (maks.) Programowalny okres akwizycji godz.; 1-2-7dni Zasilanie podstawowe 24 V DC Zasilanie pomocnicze 3,7 V, akumulator Li-ion Minimalne napięcie zasilania pomocniczego 2,7 V Sposób zdalnej transmisji danych CSD, SMS, tryb PDU Typ modemu Telit GL865-QUAD Zakres częstotliwości 850/900/1800/1900 MHz Wilgotność względna 30-80% Temperatura pracy C Ciśnienie atmosferyczne kpa Stopień ochrony obudowy IP 20 Oprogramowanie współpracujące SoftSPM Kod zamówieniowy: SZ bez barometru SZ z barometrem Widok urządzenia z wymiarami APLISENS S.A., Warszawa, ul. Morelowa 7, tel fax , aplisens@aplisens.pl 2

60 2013/2014 Sterownik monitoringu studni SP-21 Sygna³y wejœciowe pr¹dowe 4 20 ma Zasilanie podstawowe 24 V DC Zasilanie pomocnicze 3,7 V (bateryjne) Wbudowany modem GSM Motorola G-30 Wyjœcie komunikacyjne GSM-sms Wspó³praca z oprogramowaniem SOFT-SPM Przeznaczenie, funkcja Sterownik monitoringu studni SP-21 przeznaczony jest do zdalnego nadzorowania (za³¹czania i wy³¹czania) silnika pompy oraz do wykonywania okresowych pomiarów parametrów pracy uk³adu pompowego studni: wydajnoœci pompy g³êbinowej, ciœnienia przed i za zasuw¹ d³awi¹c¹, ciœnienia wewn¹trz ruroci¹gu t³ocznego pompy, pod wod¹ w pobli u króæca zaworu zwrotnego, ciœnienia hydrostatycznego wynikaj¹cego z g³êbokoœci zanurzenia sondy przetwornika. Pomiary wykonywane s¹ przyrz¹dami ze standardowymi wyjœciami pr¹dowymi 4 20 ma. Sterownik SP-21 zasilany jest napiêciem 24 V DC oraz posiada w³asne, rezydentne zasilanie bateryjne, które umo liwia wykonywanie pomiarów i s³u y do okresowego zasilania modemu sieci GSM. Pomiary mog¹ byæ przeprowadzane w programowalnych odstêpach czasu, od 1 godziny do tygodnia, a ich wyniki przekazywane przez modem drog¹ radiow¹ do stacji bazowej i oprogramowania komputerowego SOFT-SPM. Istnieje te mo liwoœæ wys³ania wyniku, w postaci wiadomoœci SMS, na telefon komórkowy o zaprogramowanym wczeœniej numerze. Urz¹dzenia SP-21 dostarczane s¹ w postaci po³¹czonych ze sob¹ przewodami 2 szczelnych modu- ³ów, z których zasadniczy montowany jest pod pokryw¹ studni, a drugi na zewn¹trz. Zewnêtrzny zawiera gniazda do pod³¹czenia wtyczek: zasilania i pomiaru wydajnoœci pompy g³êbinowej, sterowania za³¹cz / wy³¹cz silnik pompy, pomiary ciœnieñ przed i za zasuw¹ d³awi¹c¹. 1 APLISENS S.A., Warszawa, ul. Morelowa 7, tel fax , aplisens@aplisens.pl

61 R Warszawa, ul. Morelowa 7 tel.(022) , fax APLISENS S.A. - PRODUKCJA PRZEMYS OWEJ APARATURY POMIAROWEJ I ELEMENTÓW AUTOMATYKI 2013/2014 Dane techniczne Sygna³y wejœciowe pr¹dowe, 4 20 ma Napiêcie zasilania przetwornika pomiarowego 13,5 V B³¹d podstawowy przetwarzania 0,2% zakresu Rezystancja wewnêtrzna toru pomiarowego 151 (maks.) Programowalny okres akwizycji godz.; 1-2-7dni Zasilanie podstawowe 24 V DC Zasilanie pomocnicze 3,7 V, bateria LI-SOCl 2 Minimalne napiêcie zasilania pomocniczego 2,7 V Sposób zdalnej transmisji danych CSD, SMS, tryb PDU Typ modemu Motorola/Telic G30 Zakres czêstotliwoœci 850/900/1800/1900 MHz Wilgotnoœæ wzglêdna % z kondensacj¹ Temperatura pracy C Ciœnienie atmosferyczne kpa Stopieñ ochrony obudowy IP 66 Oprogramowanie wspó³pracuj¹ce SOFT-SPM STEROWNIK MONITORINGU STUDNI TYPU SP Numer fabryczny... Zasilanie:... Stopieñ ochrony obudowy: IP66 Temperatura pracy: Widok urz¹dzenia z wymiarami Kod zamówieniowy: SP-21 APLISENS S.A., Warszawa, ul. Morelowa 7, tel fax , aplisens@aplisens.pl 2

62

63

64 książki KONFERENCJE WYDAWNICTWO SEIDEL-PRZYWECKI SP. Z O.O. WARSZAWA 2016 WYDANIE PIERWSZE 2 Bohdan Łyp PLANOWANIE MIEJSKIEJ INFRASTRUKTURY WODNEJ i ŚCIEKOWEJ Wydanie pierwsze Wydawnictwo Seidel-Przywecki Sp. z o.o. Warszawa 2016 Adam Masłoń, Janusz A. Tomaszek Sekwencyjne reaktory porcjowe Podstawy technologii, zasady projektowania i przykłady zastosowań 1 INNOWACYJNE TECHNOLOGIE W INŻYNIERII ŚRODOWISKA pod patronatem prof. dr. hab. inż. ZBIGNIEWA HEIDRICHA Podatność wybranej infrastruktury podziemnej na zagrożenia terrorystyczne i dywersyjne / str.10 Rola technologii deamonifikacji... / str. 50 WYDAWNICTWO SEIDEL-PRZYWECKI SP. Z O.O. WARSZAWA 2016 WYDANIE PIERWSZE Ziemowit Suligowski Sylwia Fudala-KsiążekK SIECI WYKONANIE I ODBIÓR KANALIZACYJNYCH INNOWACYJNE TECHNOLOGIE W INŻYNIERII ŚRODOWISKA pod patronatem prof. dr. hab. inż. ZBIGNIEWA IEWA HEIDRICHA Tlenowy granulowany osad czynny Paula Augustyniak, Jolanta Podedworna Koncepcje mechanizmów formowania, właściwości i wymagania technologiczne Kim jesteśmy? Specjalistycznym wydawnictwem w dziedzinie wod-kan, ścieków i osadów, działającym nieprzerwanie od 1998 roku Nasz cel Propagowanie aktualnej i praktycznej wiedzy fachowej Oferta Technologia Wody Forum Eksploatatora Podręczniki i monografie Organizowanie konferencji i seminarów Odbiorcy Przedsiębiorstwa wod-kan i Komunalne Biura projektowo-konsultingowe Firmy produkcyjno-handlowe Szkoły i wyższe uczelnie Studenci Urzędy administracji publicznej Eksploatatorzy obiektów wod-kan Współpracownicy Wybitni specjaliści krajowi i zagraniczni Projektanci Eksploatatorzy Wyższe uczelnie 3/2016 (47) 37,56 zł (w tym 5% VAT) lip 4/2016 (85) lipiec/sierpień ,18 zł (w tym 5% VAT) Nakład 3000 egz. ISSN Full Service in Place KOMPLETNA OBSŁUGA NA MIEJSCU Ułatwiony serwis: Swobodny dostęp do wszystkich części wymiennych OCENA I ANALIZA RADIOLOGICZNEJ JAKOŚCI WÓD METODY OZNACZANIA WYBRANYCH RADIONUKLIDÓW Od tej chwili pompy NEMO można serwisować bez ich demontażu z rurociągu, co pozwala zaoszczędzić czas. W przypadku przebudowy, remontu istniejącej pompy NEMO lub zainteresowania zakupem nowej w wersji FSIP prosimy o kontakt z naszą firmą. Najważniejsze zalety: Brak konieczności demontażu pompy z rurociągu Łatwy dostęp do wszystkich części obrotowych Skrócony czas serwisu dzięki kartridżowej konstrukcji uszczelnienia oraz drążka przegubowego Skrócony czas przestoju i redukcja kosztów Nie wymagane dodatkowe miejsce do demontażu statora Jakość wody pitnej ze względu na jej znaczenie dla życia i zdrowia człowieka powinna być kontrolowana nadzwyczaj starannie. W ocenie jej jakości uwzględniany jest również problem zagrożenia radiacyjnego, które mogą powodować zawarte w niej substancje promieniotwórcze... [str. 42] Pompa NEMO w wykonaniu FSIP ISSN OGÓLNOPOLSKI DWUMIESIĘCZNIK DLA PROFESJONALISTÓW Netzsch Pumpen & Systeme GmbH Sp. z o.o. Przedstawicielstwo w Polsce Ul. Pileckiego 104/ Warszawa info.nps-polska@netzsch.com