Bez przepompowni nie można się obejść - powiecie niestety. Ponieważ systemy te, które przepompowują gigantyczne ilości wody przez różne etapy oczyszczania i uzdatniania, są podatne na awarie i mają bardzo wysokie zapotrzebowanie na energię. Firma Festo opracowała bezpieczne i energooszczędne rozwiązanie automatyki dla tych "problematycznych aplikacji", które sprawdziło się już setki razy na całym świecie. Wszystko kręci się wokół zaworów zwrotnych. Nie są one w ogóle potrzebne, jeśli pracuje się z Festo.
W oczyszczalni ścieków nieustannie pracujące pompy przemieszczają ogromne ilości wody. Wymaga to ogromnych maszyn - a ich zużycie energii jest równie ogromne. Nic dziwnego, że energia zużywana przez oczyszczalnie ścieków stanowi do 20% kosztów energii elektrycznej ponoszonych przez miasto. Duża część tych kosztów jest związana z utrzymaniem ciśnienia, a drugim czynnikiem kosztotwórczym są przepompownie. Dzieje się tak szczególnie w przypadku stosowania przestarzałej technologii, zwłaszcza gdy jednocześnie pracuje kilka pomp. A także wtedy, gdy ze względu na redundancję trzeba mieć w pogotowiu inne pompy.
Nie ulega wątpliwości, że procesy energooszczędne są potrzebne, a tym samym coraz bardziej pożądane. Z doświadczenia wiemy, że większość systemów oferuje ogromny potencjał oszczędności energii. Przyjrzyjmy się najpierw konwencjonalnej przepompowni. Można też przejść od razu do rozwiązania firmy Festo.
Nawet obecnie przepompownie wielu oczyszczalni ścieków i stacji uzdatniania wody są zabezpieczone w konwencjonalny sposób za pomocą mechanicznych zaworów zwrotnych. Ogólnie rzecz biorąc, zawory zwrotne mają za zadanie zapobiegać cofaniu się wody w przypadku zatrzymania się pompy. Rozwiązanie z mechanicznymi zaworami zwrotnymi ma jednak liczne wady. Przede wszystkim jest ono podatne na awarie i nieefektywne.
Głównym problemem jest to, że zawór zwrotny, ze względu na konstrukcję, stawia opór dla pompy, który musi ona najpierw pokonać. Wymaga to więcej energii, niż byłoby to rzeczywiście konieczne. Co gorsza, zawór zwrotny ma wpływ na bezpieczeństwo pracy. Gdy pompa zatrzymuje się, powstaje pęcherzyk gazu utworzony przez mikroorganizmy, który uniemożliwia jej automatyczne ponowne uruchomienie. Oznacza to, że zawór zwrotny musi być najpierw uruchomiony ręcznie, aby pęcherzyk gazu mógł się ulotnić i pompa mogła się uruchomić.
Co więcej, w dłuższej perspektywie zamykanie zaworów zwrotnych może powodować powstawanie uderzeń wodnych, które powodują drgania instalacji rurowych. Zwiększa to prawdopodobieństwo uszkodzenia rur. Jest jeszcze jeden czynnik, który skraca żywotność całego systemu: zawory zwrotne są podatne na przecieki. A takie przecieki i przepływy wsteczne są trudne do wykrycia. Gdy uszkodzenie staje się widoczne, często nie tylko zawór zwrotny wymaga wymiany, ale w najgorszym przypadku konieczna jest także wymiana całej pompy.
Zamiast mechanicznych zaworów zwrotnych Festo oferuje bezpieczne i energooszczędne rozwiązanie dla stacji pomp: automatyczne zasuwy z pneumatycznymi siłownikami liniowymi. Armatura jest podłączona poprzez centralny lub zdecentralizowany sterownik PLC.
Ważnym argumentem przemawiającym za pneumatycznie zautomatyzowanymi zasuwami nożowymi jest to, że pompa nie musi już pracować przy oporze przepływu generowanym przez zawór zwrotny. Oszczędności energii, jakie generuje to dla pompy, są znacznie większe niż energia potrzebna do zainstalowania dodatkowego sterownika i wytworzenia sprężonego powietrza.
Zawory NAMUR, sterowane za pomocą scentralizowanego lub zdecentralizowanego sterownika PLC i zamontowane bezpośrednio na siłowniku liniowym, zapewniają, że zasuwy nożowe otwierają się i zamykają w tym samym czasie co pompa. W przypadku wystąpienia niepożądanej kawitacji pęcherzyki gazu wydostają się natychmiast po otwarciu zasuwy, dzięki czemu praca pompy nie jest zakłócona. W przypadku wystąpienia niepożądanej kawitacji pęcherzyki gazu wydostają się natychmiast po otwarciu zasuwy, dzięki czemu praca pompy nie jest zakłócona. Co więcej, automatyczna zasuwa nożowa zużywa się w mniejszym stopniu, a uszczelnienie jest szczelniejsze, co znacznie wydłuża okres eksploatacji systemu.
Nawet w przypadku awarii zasilania system pozostaje niezawodny i ustawia się w bezpiecznej pozycji; w razie spadku napięcia automatycznie uruchamia się zbiornik sprężonego powietrza, który zasila sprężarkę. Siłowniki pneumatyczne posiadają trzy funkcje awaryjne: Otwórz, Zamknij, Zatrzymaj. Oznacza to, że zawory procesowe mają gwarancję prawidłowego działania w każdej sytuacji.
Zautomatyzowane zasuwy z pneumatycznymi siłownikami liniowymi Festo oferują szereg konkretnych korzyści:
Do tej pory firma Festo z powodzeniem wdrożyła opisane rozwiązanie w ponad 100 stacjach uzdatniania wody i ponad 200 oczyszczalniach ścieków. Na przykład w oczyszczalni ścieków w Sindelfingen. Oczyszcza ona ścieki wytwarzane przez około 250 000 mieszkańców południowych Niemiec. W przepompowni, która doprowadza ścieki z osadnika wstępnego do oczyszczania biologicznego, znajduje się sześć pomp odśrodkowych, każda o mocy 90 kW i wydajności do 500 l/s przy wysokości podnoszenia 8-9 m. W zależności od ilości ścieków w danym momencie pracuje maksymalnie pięć takich pomp. Jedna pompa służy do celów redundancji.
Przed modernizacją zawory zwrotne musiały być cały czas otwarte, co powodowało zmniejszenie natężenia przepływu nawet o 10%. Ponadto zmniejszeniu uległ przekrój poprzeczny swobodnego przepływu. Gdy zawór zwrotny zamykał się, w systemie rurociągów występowały uderzenia wodne.
Ponieważ całkowicie wymieniliśmy zawory zwrotne i ich funkcje, automatyzując pneumatycznie istniejące zasuwy nożowe, ten sam przepływ pompy został osiągnięty przy znacznie mniejszym zużyciu energii. Oczyszczalnia ścieków w Sindelfingen oszczędza w ten sposób prawie 90000 kWh rocznie. Odpowiada to 2% całkowitego zapotrzebowania na energię w oczyszczalni ścieków i rocznej oszczędności kosztów w wysokości ponad 11000 euro. Władze miasta zainwestowały w to rozwiązanie 25000 euro. Po podsumowaniu widać, jak szybko zwraca się koszt automatyki Festo.