Параметры надежности эксплуатации насосных станций и мероприятия по их повышению

Бесперебойность подачи и обеспечение необходимых уровней давления на всех участках системы водоснабжения в значительной мере определяются надежностью работы насосной станции. Нарушение нормальной работы станции обуславливается различными случайными событиями, в результате которых выходят из работы отдельные элементы ее схемы (сооружения, насосы, приводные двигатели, участки трубопроводов и др.). Анализ и изучение вероятностных характеристик таких событий, а также оценка надежности действия технических систем относительно теории надежности. Обычно под надежностью понимается способность изделия (элемента, сооружения, системы) выполнять в определенных условиях эксплуатации все заданные функции, сохраняя рабочие параметры в пределах установленных допусков, в течение требуемого интервала времени. Применительно к таким сложным гидротехническим объектам, как насосная станция, надежность является показателем качества в самом широком смысле этого понятия. Она определяется качеством проектирования, строительства и эксплуатации.

В процессе эксплуатации выявляются ошибки и просчеты, допущенные при разработке проекта станции, а также качество изготовления строительных конструкций и монтажа оборудования. Поэтому на персонале насосной станции лежит большая ответственность, заключающаяся не только в правильной эксплуатации сооружений, механизмов и машин, но и в своевременном выявлении и устранении возможных строительных, заводских и монтажных дефектов.

При вводе насосной станции в эксплуатацию необходимо количественно оценить ее надежность, определить продолжительность работы оборудования до вывода в ремонт, продолжительность сохранения оптимальных параметров и др. Особенно острой является проблема обеспечения надежности всех элементов системы после ремонтных работ, проводимых, как правило, в трудных условиях на месте.

Следует также иметь в виду что отказы, вызывающие нарушение работоспособности насосной станции, могут наблюдаться не только в результате различных повреждений и аварий отдельных элементов самой станции (внутренние отказы), но и в результате внешних причин (внешние отказы), как например, прекращение подачи электроэнергии в энергосистеме, непредвиденное повышение или снижение уровней воды и расходов водоисточника, резкое ухудшение качества воды, ледовые помехи и т. п.

Используя некоторые положения математической статистики и теории вероятностей, каждое определение можно выразить количественными показателями. Основными показателями надежности для насосных станций систем водоснабжения и канализации являются: вероятность безотказной работы, частота и интенсивность отказов, средняя наработка на отказ и коэффициент готовности.

Вероятность безотказной работы P (t_p) есть вероятность того, что при эксплуатации насосной станции за определенный заданный промежуток времени t_p не произойдет ни одного отказа. При практических расчетах вероятность безотказной работы может быть определена по формуле надежность насосный водоснабжение канализация.

(1).

где N₀ — число узлов (агрегатов) насосной станции в начале эксплуатации; n (t_p) — число узлов (агрегатов), отказавших в течение времени t_p.

Функция P (t_p) является убывающей функцией (рис.1). При t_p = 0 P (0)=1, а при времени работы t=? P (?)=0. Таким образом, P (t_p) изменяется в пределах 0? P (t_p)?1.

рис. 1.

По ГОСТ 27.002−89 надежность — это свойство устройств, сооружений, систем и объектов в целом, а также изделий (продуктов) выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения нормируемых (расчетных) эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Для оценки надежности технических систем применяют также комплексные показатели надежности, в число которых входят: коэффициент готовности, коэффициент оперативной готовности, коэффициент технического использования, коэффициент планируемого применения, коэффициент сохранения эффективности.

Система водоотведения и ее каждый иерархически подчиненный элемент, в т. ч. и очистные сооружения сточных вод, также характеризуются рядом показателей надежности. При этом надежность ее достаточно полно может быть охарактеризована каким-то одним показателем, например, — модифицированным коэффициентом готовности.

Одной из важнейших задач на этапе проектирования является правильный выбор номенклатуры нормируемых показателей надежности. Необоснованный выбор этих показателей может привести к неправильным решениям при проектировании системы. Поэтому при выборе показателей надежности необходимо учитывать назначение системы, условия и режимы ее работы, а также ее ремонтопригодность. Количественные значения этих показателей являются исходными данными для расчета надежности элементов, узлов и всей системы в целом. Все показатели надежности проектируемой системы должны обеспечивать нормальное ее функционирование в течение заданного срока эксплуатации. Надежность всей системы равна произведению надежностей элементов и узлов, из которых она состоит.

Для очистных установок систем водоотведения в любой момент времени при длительной эксплуатации требуется оценка состояния, в котором она будет находиться по истечении времени t с учетом ее ремонтопригодности и восстанавливаемости, а также вывода на рабочий режим, что может быть описано комплексными показателями надежности (таблица 1).

Таблица 1 Комплексные показатели надежности очистной установки (ОУ).

Название показателя.	Расчетная формула.	Характеристика.
Коэффициент технологической готовности.	Ктг = То /(То + Тп)	Вероятность того, что ОУ окажется работоспособной в произвольный момент времени, включая период Тп, в течение которого ведется пуск ОУ при поступлении сточных вод.
Коэффициент технического использования.	Кти = То / (То + Тп + Тр).	Отношение математического ожидания времени обеспечения нормативной очистки сточных вод ОУ за некоторый период эксплуатации То к сумме математических ожиданий То, времени пуска Тп и времени ремонтов Тр за тот же период эксплуатации.
Коэффициент сохранения эффективности очистки.		Характеризует степень влияния отказов элементов ОУ на эффективность очистки сточных вод. Определяется отношением объема нормативно очищенных сточных вод к общему объему обработанных сточных вод.
Коэффициент полезной работы.	КПР = (Трб — Тв)/ Трб	Отношение разности времени работы Трб и вывода на режим Тв ОУ ко времени очистки сточных вод Тр за один и тот же период.
Коэффициент экологической эффективности ОУ.	КЭЛ = ПН/ (ПН + ПД).	Отношение платы за сброс нормативно очищенной сточной воды ПН (1 тариф) к сумме ПН и дополнительной платы за сверхнормативный сброс недостаточно очищенных сточных вод ПД (5 тарифов).

Наименьшую продолжительность пуско-наладочных работ имеют физико-химические технологии и для условий периодического сброса сточных вод они становятся предпочтительными. Тогда, учитывая случайный характер образования сточных вод и неравномерность водоотведения, выбор технологий очистки следует вести по модифицированному коэффициенту готовности, учитывающему вероятностные технические, экономические и экологические составляющие:

(2).

Значения составляющих модифицированного коэффициента готовности могут быть получены экспериментально-теоретическими исследованиями.

Предлагается для уточнения вероятности безотказной работы насосных станций в формулу 1 ввести модификационный коэффициент готовности.

Тогда формула 1 примет вид:

• 1. Strategic Planning for Energy and the Environment of the Association of Energy Engineers. Vol.16, № 4, 1997. Atlanta, Georgia, USA.
• 2. Насосы и насосные станции. В. Я. Карелин., А. В. Минаев. М. Стройиздат, 1986.
• 3. Сизов, А. А. Надежность очистки периодических сбросов сточных вод [Текст] / А. А. Сизов, Н. С. Серпокрылов // Вестн. Волгогр. гос. арх.-строит. ун-та. Сер.: Строительство и архитектура.? 2010. № 17. — С. 123 -127.