Перераспределение пресных вод Крыма насосными станциями легкого монтажа
Баженов В.И., доктор техн. наук, профессор; Петров В.И., канд. техн. наук; Божьева С.М., ведущий инженер (ЗАО "Водоснабжение и водоотведение")
Аннотация. В статье представлена структура использования насосного оборудования в качестве мероприятий по перераспределению пресных вод Крымского полуострова. Рассматриваются водные ресурсы источников водоснабжения Крыма. Предлагаются варианты насосных станций на базе высокопроизводительного высоковольтного погружного насосного оборудования. Оборудование позволяет производить упрощенный монтаж и без строительства дополнительных трансформаторных подстанций.
Ключевые слова: водоснабжение Крыма, перераспределение вод, погружной насос.
Вполне очевидно, что Крым столкнулся с нехваткой пресной воды при отключении Северо-Крымского канала (СКК) с долей водозабора из него 85%. Оценка источников водоснабжения Крыма, выполненная специалистами, представлена некоторыми балансовыми соотношениями в табл. 1 (с учетом разноречивости к настоящему моменту времени). Вместе с тем, эксперты склоняются к общему мнению, что СКК за 25 лет эксплуатации серьезно заилен, потери при инфильтрации колоссальны, а реальное водопотребление из него сократилось в 4 раза по отношению к проектным величинам. Последнее относится также к существенному сокращению орошаемых сельхозугодий. В Крыму наблюдается значительная неравномерность сезонной потребности в воде для орошения сельскохозяйственных культур, имеют место кризисные ситуации, вызванные засушливой погодой.
Проблемы с питьевой водой наблюдаются далеко не на всех территориях Крыма. Так, Симферополь, Саки и Евпатория обеспечивают себя водой самостоятельно. Сложнее обстоит дело в Севастополе, Бахчисарае, Феодосии, Судаке, Керчи. В водохранилищах наблюдаются проблемы цветения воды и повышенной мутности, что иногда требует двухкратного запаса по отношению к проектной производительности очистных сооружений.
Обзор публикаций и сообщений в российских СМИ позволяет сделать оптимистичные прогнозы по улучшению водоснабжения республики Крым:
Ресурсов пресных подземных вод для питьевого водоснабжения населения Крыма вполне достаточно. Значительный запас воды находится в Присивашье (более 200 тыс. м3 /сут). Реновация действующих систем водоснабжения: Северо-Сивашского, Белогорского и Альминского артезианских бассейнов, включая углубление в пониженные (до 500 м) водоносные горизонты и строительство дополнительных систем водоочистки. Требуется отремонтировать около трети всех скважин и пробурить порядка 150 новых.
Эффективно перераспределение потребления водных ресурсов между центральной частью полуострова в безводные районы, например, Керчь и Черноморский район, или переброска воды из реки Биюк-Карасу в СевероКрымский канал (завершено с общей стоимостью работ 5,5 млн руб.).
Запасая воду периода снегопадов и дождей, можно обеспечить нужды сельского хозяйства.
Имеет смысл исключить потери воды, что сэкономит электроэнергию для ее перекачки, а также установить водосчетчики, которыми подавляющее большинство крымчан сейчас не пользуется.
Намечается монтаж экономной системы капельного орошения ирригационных систем, которая также позволит повысить эффективность производства сельского хозяйства.
Имеется возможность опреснения местных подземных вод, солоноватых, с минерализацией более 1 грамма на литр, а также морских вод
Представленные задачи невозможно решить без существенных инвестиционных затрат. По сообщению прессслужбы Кабинета министров РФ, было одобрено выделение аграриям Крыма компенсаций из бюджета в размере 273,31 млн руб. в связи с прекращением подачи воды по СКК. Помощь Крыму с поставками пресной питьевой воды из артезианских скважин оказывает Минобороны РФ. Таким образом, начали решаться краткосрочные и долговременные задачи обеспечения Крыма водой, которые, несомненно, требуют инженерных изысканий.
Среди намечаемых инженерных решений явно прослеживается комплекс мер, связанных с перераспределением или переброской пресных вод Крыма по территории полуострова, это как кратковременная, так и долгосрочная задача. Для устранения потерь воды целесообразно производить напорную перекачку вод по протяженным водоводам, в т. ч. и по дну СКК. Безусловно, обе задачи — собственно перекачки вод и строительства водоводов — достаточно серьезные и подлежат оценке. Целесообразно выделить в отдельную группу решения с использованием насосных станции. Логично было бы оценить возможность хотя бы одного такого технического решения, при этом оптимизация «насосные станции — водоводы», несомненно, задача важная с точки зрения определения минимума инвестиционных затрат. Помимо минимизации затрат, существенными требованиями к решению обозначенных задач являются короткие сроки строительства, монтажа оборудования и, при необходимости, его демонтажа и переброски на другой участок или трассу
Всем перечисленным требованиям соответствуют погружные насосы производства испанской компании Indar1 , которая специализируется на разработке и производстве погружных насосов высокой производительности: скважинных, осевых и консольных канализационных. Выпускаемые скважинные насосы могут быть «мокрой» и «сухой» установки, располагаться вертикально (с забором воды как в срединной части насосного агрегата, так и снизу), горизонтально и под наклоном. Такие возможности исполнения позволяют выйти за рамки типовых проектов насосных станций и существенно увеличивают варианты построения станций так называемой облегченной конструкции или высокой заводской готовности.
Для обеспечения водозабора и переброски вод по трассам различной протяженности и конфигурации предлагается рассмотреть несколько вариантов организации водозаборов, а также набор из трех типовых бустерных насосных станций (модулей), каждая из которых обеспечивает требуемые значения подачи и напора.
В качестве базовой компоновки примем скважинные насосы с нижней организацией всоса. Электродвигатель при такой компоновке располагается сверху, насосная часть — внизу, что позволяет эксплуатировать агрегаты при более низких уровнях воды в резервуаре. Для охлаждения двигателя перекачиваемой средой насос комплектуется рубашкой охлаждения. Ее применение позволяет обеспечить устойчивый тепловой баланс агрегата при различных вариантах размещения.
Исполнение скважинных насосов предполагает использование не «сухого», а водо- или маслозаполненного электродвигателя, который значительно меньше в диаметре, а также позволяет использовать насосы на глубинах до нескольких сотен метров. Конструкция таких агрегатов позволяет эксплуатировать насосы как в сухом (рис. 1), так и в затопленном (рис. 2) помещении. Монтаж насосов Indar значительно упрощен, т. к. насосный агрегат представляет собой моноблок, не требующий центровки валов электродвигателя и насоса.
При установке непосредственно в приемном резервуаре (рис. 2, а) в зависимости от конструкции станции насос закрепляется либо на опорном фланце (рис. 2, а; виден опорный фланец, который установлен на перекрытие, монтаж как при классической установке в скважину), либо на опорных лапах, предусмотренных на насосном агрегате (рис. 2, б).
Монтаж насоса проводится безо всяких подводных работ только при помощи стационарных грузоподъемных механизмов или при помощи автокрана. Такой тип установки позволяет существенно сократить объем строительных работ.
К примеру, водозаборная станция может представлять собой неглубокий плоский водоприемник (рис. 3), создание которого требует минимального объема СМР.
Для монтажа насосов в рабочее положение достаточно установки нескольких фундаментных блоков (при горизонтальном исполнении насоса, рис. 3) или направляющих рельсов (при наклонном исполнении, рис. 4).
При невозможности обустроить береговую насосную станцию или большом сезонном перепаде уровней в водоеме целесообразно применять плавучие или понтонные насосные платформы. Пример подобной станции изображен на рис. 5
Следует учесть, что Indar изготавливает погружные электродвигатели не только на питающее напряжение 0,38 или 0,69 кВ, но и на 6 или 10 кВ. Это является важным фактором, позволяющим реализовывать схемы электропитания насосов без понижающих трансформаторных подстанций, что, в свою очередь, приводит к сокращению капитальных затрат при строительстве насосных станций водозаборов и бустерных модулей.
В качестве примера первоначального расчета характеристик модулей для забора и переброски вод с целью обеспечения оптимальных режимов работы насосов нами были выбраны рабочие скорости в водоводах 1,4–1,6 м/с как базовые (табл. 2).
Параметры насосного агрегата приняты Q = 5000 м³/ч, Н = 80 м, Р = 1660 кВт, U = 6 кВ. Особенностью предлагаемых модулей является возможность их использования как в качестве первой ступени (водозабор), так и в качестве последующих ступеней подач (бустерных).
Выводы
Для забора и перераспределения водных ресурсов между центральной частью Крыма в безводные районы полуострова возможно применение насосных станций облегченной конструкции.
Применение технических решений завода Indar позволяет использовать скважинные погружные насосы в вертикальном, горизонтальном и наклонном положениях, что увеличивает количество вариантов организации водозаборов и бустерных модулей.
Электродвигатели насосов Indar могут выпускаться на напряжение питающей сети как 0,38 и 0,69 кВ, так и 6 и 10 кВ, что не требуют применения понижающих трансформаторных станций. Это приводит к существенному сокращению капитальных затрат при строительстве насосных станций.
Использование данных типов оборудования позволяет производить транспортировку воды с напорами до 935 м и расходами до 9000 м3 /ч, а также, при необходимости, устанавливать их на глубине до 600 м.
Погружные скважинные насосы имеют большие межремонтные интервалы, низкий уровень вибрации, шума и выделяемого тепла. Полная заводская сборка, динамическая балансировка и тестирование насосных агрегатов сокращают сроки монтажа и ввода оборудования в эксплуатацию до нескольких дней.
Практика применения подобных насосов для речной воды на водозаборах и ГЭС (Зейская, Саяно-Шушенская) подтверждает их большой технический ресурс.
Использование унифицированных бустерных модулей для транспортировки воды на различные расстояния позволяет не только быстро развернуть насосные станции, но также, при необходимости, быстро их и демонтировать для использования на других участках. Это делает возможным построение гибкой (временной/сезонной) системы подачи воды потребителям различных категорий.
Среди насосных заводов РФ наибольшей готовностью к выпуску подобной техники обладает ООО «Завод Молот-Механика» в г. Севастополе, имеющий богатый опыт производства погружных скважинных насосов большой производительности для шахтных водоотливов.
