Энергоэффективная модернизация инженерных систем в замке Мон-Сен-Мишель

Канализационные насосные станции (КНС) строят там, где невозможна транспортировка сточных вод самотёком или в случаях, когда необходимо искусственное увеличение скорости потока для предотвращения заиливания. Обычно КНС представляет собой большой заглублённый резервуар или ёмкость, внутри которого располагаются насосы, арматура и прочее технологическое оборудование.

Традиционно существует несколько типовых решений компоновки. Наиболее распространены КНС, представляющие собой разделённый на две секции стакан (обычно бетонный), в одной части которого располагается приёмный резервуар, а во второй – машинный зал с оборудованием. Опыт эксплуатации КНС с «сухим» машинным отделением указывает на необходимость повышения надёжности таких станций в случае затопления, которое может произойти во время большего притока в КНС, чем производительность работоспособных насосов, либо при аварии на трубопроводах или арматуре.
Повысить надёжность таких КНС можно за счёт установки в машинном зале погружных насосных агрегатов (по IP68) сухой установки, либо, используя компоновку, при которой электродвигатель находится на перекрытии, этажом выше, чем насосная часть. При монтаже двигателя и насоса на разных перекрытиях валы насоса и электродвигателя соединяются посредством длинного вала – проставки или карданного вала.
Значительного сокращения расходов на строительство КНС удаётся достичь за счёт применения погружных насосов, которые устанавливают непосредственно в «мокрой» приёмной камере, находящейся сразу после грабельного отделения.
Оба варианта компоновки КНС предусматривают наличие приёмного резервуара, что всегда сопряжено с необходимостью организации системы вентиляции и, как следствие, неизбежным наличием неприятного запаха вокруг территории КНС. В связи с возрастающей плотностью застройки жилых массивов, ограничениями пространства для расположения КНС, необходимостью организации КНС на специальных, элитных и прочих объектах особого статуса, а также стремлением городских властей минимизировать негативное влияние объектов канализационного хозяйства на экологию города, появилась острая потребность в поиске новых нестандартных инженерных решений.

История проекта

Оригинальный проект КНС без приёмного резервуара применили для известного исторического объекта во Франции, тем самым были выполнены многие технические, экологические и экономические требования.
В качестве оборудования для подъёма и транспортировки сточных вод были выбраны погружные насосы сухой установки Amarex KRT.
Мистический средневековый замок-крепость Мон-Сен-Мишель расположен на небольшом скалистом острове, на северо-западном побережье Франции.

Этот природно-исторический комплекс является одним из наиболее известных туристических объектов, который ежегодно привлекает более 2,5 млн посетителей. Уже в 1874 году он стал признанным историческим памятником, а в 1979 году ЮНЕСКО причислило его к всемирному наследию человечества. Остров находится в 285 км к западу от Парижа. Туристов со всего мира привлекают памятники истории и архитектуры старинного аббатства, живописно расположенного на скале, а также уникальные для Европы приливы и отливы.

Тем не менее, влияние природных сил и хозяйственно-бытовой деятельности человека привело к значительному заиливанию побережья и смещению береговой линии. Почти всё аббатство оказалось окружённым солончаковым болотом. Именно решению этой проблемы посвящён большой проект, в рамках которого рассматривалось строительство новой насосной станции.

Проект под названием Мон Сен-Мишель был начат ещё 10 лет назад, тогда же были обозначены основные задачи. Прежде всего, это строительство новой плотины в устье реки Куэнон, частичная ликвидация дамбы, построенной более 135 лет назад, между материком и аббатством и её замена пешеходным мостом, удаление песчаных наносов, окружающих подножье скалы, для улучшения поступления проточной воды и развитие инфраструктуры.

Одной из важнейших задач стала организация отвода сточных и дренажных вод и дальнейшая их транспортировка на очистные сооружения, расположенные вдоль побережья в 2,5 км. Все это необходимо было обеспечить максимально эффективным, безопасным и экологически приемлемым способом. Проект предусматривал строительство насосной станции, которая справилась бы с объёмом сточных вод, который сезонно изменяется в зависимости от количества посетителей. Кроме того, нужно было обеспечить полную защиту от воздействия весенних приливов и отливов. Контракт на проектирование, оснащение и строительство насосной станции подписали с компаниями Sogea North West Construction (Vinci Group) и KSB.

Одним из главных требований, предъявленных к проекту насосной станции, являлась минимизация воздействия на окружающую среду скалистого острова Мон Сен-Мишель. Среди прочих обязательных требований, которые важно было учесть в конструкции станции и обеспечить в ходе последующей эксплуатации, были следующие:
• полное исключение выбросов запахов и газов:
• работа оборудования в зоне изменяющейся нагрузки;
• готовность к потенциально возможным штормовым условиям эксплуатации;
• транспортировка сточных и дренажных вод на большое расстояние;
• высокая производительность;
• ограниченное монтажное пространство;
• простота и удобство сервисного обслуживания оборудования;
• отсутствие возможности хранения воды (конструкция без приёмной камеры);
• энергоэффективность.

Конструкция насосной станции (рис. 1) предполагала установку 4 насосов Amarex KRT (3 основных и 1 резервный), оснащённых системами частотного регулирования. Классические канализационные насосы, предназначены для транспортировки неочищенных сточных вод с длинноволокнистыми примесями и твёрдыми частицами, которые поступают из туалетов, кухонь и других объектов общего пользования. Кроме того, оборудование способно безопасно удалять дождевую воду. Конструкция гидравлики данного насоса с диагональным рабочим колесом обеспечивает свободный проход загрязнённых вод с примесями и их транспортировку непосредственно на очистные сооружения без необходимости установки сборного резервуара перед насосами.

Насосы Amarex KRT рассчитаны на эксплуатацию в полностью погружённом состоянии. Этот момент особенно важен, так как в период больших приливов есть опасность затопления здания насосной станции. Каждый насос оснащён высокоэффективным двигателем класса IE3, и способен включаться в работу по мере необходимости. Не требуется установка приёмного резервуара для сточных вод и контрольно-измерительного оборудования, что максимально экономит пространство. Ещё одно преимущество такой конструкции состоит в том, что запахи и газы остаются в сточных трубах и не задерживаются в насосной станции.

В связи нагрузкой на насосную станцию, которая изменяется в зависимости от сезона и количества посетителей, применение насосов с регулируемой частотой вращения является самым экономически выгодным решением. Расходомеры, расположенные во впускных трубах, контролируют поток поступающих сточных вод, и, когда достигается установленный уровень, система частотного регулирования активирует необходимое количество насосов, устанавливая частоту вращения, с которой они будут эксплуатироваться. Таким образом, насосные агрегаты оптимизировано работают в энергоэффективном режиме. Управление насосами осуществляется через водонепроницаемый шкаф управления.

Специальное программное обеспечение позволяет специалисту службы эксплуатации управлять всеми четырьмя насосами, отслеживать нагрузку и производительность, вести запись текущих данных и сохранять протоколы, а также сообщает о неисправностях, перегрузках и прочих аварийных режимах. В часы наибольшей нагрузки система регулирует работу насосов в соответствии с параметрами и обеспечивает равномерный отвод сточных вод. Когда нагрузка на насосы снижается, они автоматически переходят в режим работы с частичной нагрузкой. При этом постоянно ведётся мониторинг работоспособности оборудования для своевременного выявления неполадок.

Машинный зал насосной станции располагается в специально сконструированной подземной камере, куда попасть можно через люк возле стен аббатства. В связи с ограниченностью монтажного пространства и сложностью доступа установлены энергоэффективные насосы, которые идеально подходят для эксплуатации в условиях изменяющейся нагрузки и с учётом возможности её увеличения в будущем.

Каждый насос управляется системой частотного регулирования и адаптируется к фактической потребности. Насос начинает работать с меньшим количеством оборотов, когда потребность снижается, в итоге расходуется меньшее количество электроэнергии. Во время аудита системы в Мон-Сен-Мишель выявлено, что 84 % всего времени насосы работают с подачей 50 м³/ч, что составляет всего 62 % от их максимальной производительности в зоне пиковой нагрузки. Исследование показало, что применение насосов с частотным регулированием позволяет снизить энергозатраты на 30 % по сравнению с использованием нерегулируемых насосов.

Данное проектное решение вызвало заметный интерес в мировых инженерных кругах. Таким образом можно осуществить отвод сточных вод от многих исторических объектов (замки, дворцы, резиденции), которые находятся на большом удалении от общей системы канализации, а постройка КНС классического типа осложняется географическим расположением объекта, рельефом, высоким статусом объекта и др. ●