Водопользование на промышленных предприятиях: как сократить потребление воды?

Как это сделать и какие показатели используют для оценки эффективности водопользования, объясняет спикер Руслан Галанов, технический директор SFA.

Мероприятия по сокращению водопотребления

Многие предприятия теряют до 10-20% воды из-за утечек, негерметичных соединений и устаревшего оборудования, поэтому в первую очередь нужно провести водный аудит предприятия. Как показывает практика, ощутимый результат дает выявление и устранение технических потерь в системах водоснабжения и водоотведения. 

Так лесопромышленная компания «Свеза» в 1,5 раза сократила водоотведение в Санкт-Петербурге за счет модернизации системы противопожарного водоснабжения и устранения технических потерь. А на Белозерном газоперерабатывающем заводе компании «СибурТюменьГаз» оптимизация орошения технологического оборудования позволила снизить водопотребление на 36%.

Еще до 10–15% экономии дают комплексные организационные меры: интеграция системы нормирования водопотребления, регулярный мониторинг фактического потребления, материальное стимулирование персонала за экономию воды.

Как оборотные системы водоснабжения экономят воду

Еще в начале 2000-ых годов на предприятиях применяют прямоточную схему использования воды, когда её забирали из реки или подземного водоносного слоя, использовали для технологических процессов и бытовых нужд, а потом сбрасывали в канализацию или природный водоем. При таком способе водопотребления расходы на забор, и очистку был довольно высоким, при этом забор большого объёма воды приводило к обмелению источников и дефициту ресурса.

Сейчас предприятия планируют снижать водопотребления и массово переходят на оборотную систему водоснабжения. Теперь воду не забирают из водоёма в бесконечном объёме и не сбрасывают обратно в виде стоков, после использования она очищается, охлаждается и возвращается обратно в производство. То есть вода циркулирует по замкнутому циклу, многократно выполняя свою функцию.

Лучшие показатели использования оборотных систем демонстрируют предприятия:

• газовой отрасли - 97%

• нефтеперерабатывающей - 95%

• черной металлургии - 94%

• химической и нефтехимической промышленности - 91%

• машиностроения - 85%

За счет новых технологий компании в разы снизили затраты на водоснабжение, уменьшили плату за сброс сточных вод и сократили риски экологических штрафов. Доля свежей воды, забираемой из природных источников, составляет всего 3–15% от общего объема водопотребления. Остальное - это многократно используемая оборотная вода.

Показатели эффективности водопользования

Без системного контроля и расчетов водопотребления сложно выявить нерациональное использование ресурса, которое ведет к значительным финансовым потерям и усложняет отчетность перед контролирующими органами.  Нужно фиксировать текущее состояние, выявлять скрытые потери и ставить измеримые цели.

Оценивать водопользование на промышленных предприятиях помогают 3 показателя.

1. Показатель технического совершенства оборотной системы отражает, насколько эффективно оборудование используется для охлаждения и очистки воды.

2. Показатель рациональности использования воды характеризует долю полезно используемой воды в общем объеме водопотребления.

3. Коэффициент потерь показывает долю воды, теряемой при транспортировке и в технологических процессах.

4. Эффективность водопользования - объем добавленной стоимости на кубометр использованной воды.

Регулярный мониторинг дает прозрачность для руководства, делая управление более осознанным. В том числе удаётся оперативно выявлять аномальные расходы и утечки, корректировать режимы работы оборудования, рационально перераспределять водопотоки и вносить изменения в технологические регламенты.

Требования к оборудованию 

Эффективность системы водоснабжения зависит от технических характеристик насосного оборудования. Главный показатель – это КПД: чем он выше, тем меньше неизбежных гидравлических и механических потерь. Поскольку больше всего энергии тратится на режимы с высокими напором и расходом, то при недостаточной мощности насос работает с форсированием, то есть с завышением оборотов, что приводит к его перезагрузке и быстрому износу.

В водоотведении в приоритете не проценты КПД, а безотказность, долговечность, ремонтопригодность, так как насосы качают грязную воду.  

Чтобы минимизировать потери воды и электроэнергии, промышленные насосы должны соответствовать 4 критериям.

• Энергоэффективность и снижение избыточного потребления. Например, при использовании двигателей классов IE3/IE4 и насосов с оптимизированной проточной частью не возникает избыточного потребления электроэнергии.

• Прецизионное регулирование. С помощью ПИД-регулятора и датчиков обратной связи удается поддерживать давление в пределах десятых долей бара с допустимым отклонением не более 1–2% от уставки.

• Надежность и ремонтопригодность. Расчётный срок службы корпуса и станины должен быть не менее 15–20 лет. Ресурс быстроизнашиваемых элементов, таких как подшипники, торцевые уплотнения или щелевых колец нормируется отдельно, их меняют в рамках планового техобслуживания без демонтажа трубопроводов.

• Полная автоматизация. Для передачи телеметрии и дистанционного управления насосное оборудование интегрируют в АСУ ТП по промышленным протоколам, таким как Modbus, Profibus, Ethernet/IP. Также устанавливают автоматическую защиту от сухого хода, перегрузки по току и пропадания фаз.

На предприятиях устанавливают частотно-регулируемые насосные станции, в которых преобразователь частоты адаптирует скорость вращения двигателя под текущую нагрузку, исключая дросселирование на напорной задвижке. В результате потребление электроэнергии в системах с переменным расходом сокращается на 20–50%. Насосы с функцией автоматического поддержания давления поддерживают неизменный напор, предотвращая потери воды, которые могут возникать при прорывах или неплотности.  Поэтому одно из самых эффективных мер по сокращению водопотребления - это замена устаревшей системы или её элементов.

Кейсы российских предприятий по оптимизации водопользования

На фармацевтическом заводе в Зеленограде нужно было обеспечить отвод стоков из производственных и санитарно-бытовых зон на 50 м через трубу малого диаметра 50 мм. Сложность заключалась в отсутствии доступа к гравитационной канализации. Решением стала установка двух станций с режущими механизмами, работающих в автоматическом режиме с системой чередования и резервирования. Они обеспечили эффективный и беспроблемный отвод стоков без масштабных строительных работ, и главный инженер предприятия отметил стабильную работу системы, которая не требует постоянного обслуживания.

До сих пор распространённой проблемой промышленных предприятий остается сброс в реки. Поскольку законодательство в сфере экологии ужесточается, многие компании планируют сократить поступления контролируемых веществ в водные объекты к 2030 году. Крупному металлургическому комбинату благодаря системе замкнутого водооборотного цикла с частотно-регулируемыми насосными станциями удалось полностью прекратить негативное воздействие на водную экосистему уже в 2025 году. В замкнутом цикле комбината постоянно циркулирует 2 миллиарда кубометров воды - это больше объёма Плещеева озера в Ярославской области.

На одном из нефтеперерабатывающих заводов запущен комплекс биологической очистки, который позволяет перерабатывать весь объем промышленных стоков и возвращать воду в производственный цикл. Забор воды из реки сократился в 3 раза.

Эти кейсы показывают, что инвестиции в системы водоснабжения, водоотведения и очистки окупаются за счет снижения эксплуатационных расходов. Предприятия соблюдают экологические нормы и повышают свою автономность.

Инженерные решения для модернизации системы водопользования на предприятиях

Поскольку промышленное оборудование должно справляться с большими объемами стоков воды и работать в нестандартных условиях, для предприятий разрабатывают специализированные решения.

Например, насосные станции, такие как Sanicubic 2 GR или Sanicubic 2 VX рассчитаны на перекачивание различных жидкостей, в том числе жирных стоков, поэтому оснащены двумя моторами, которые обеспечивают надежность и долговечность оборудования за счёт чередования или подмены, а также бесперебойность работы, так как оборудование продолжает функционировать, даже в случае аварии одного из моторов.

Погружные насосы, например модели Sanipump ZPG 71 или Sanipump ZFS 71, подходят для откачки больших объёмов серых и дождевых вод и рассчитаны на эксплуатацию на промышленных или общественных объектах. А модели серии Sanipump VX 65/80 с вихревым колесом предназначены для перекачки стоков с крупными включениями.

Чек-лист: как повысить эффективность системы водоиспользования на предприятии

Воду и энергию часто рассматривают как отдельные ресурсы. На самом деле они тесно связаны, так как для нагрева, охлаждения и перекачки воды нужно много электроэнергии. Поэтому большую эффективность в управлении ресурсами показывает интегрированный подход - по данным IEA, благодаря ему удаётся снизить совокупные затраты на 10-50%. 

1. Проведите водный аудит, чтобы выявить все точки водопотребления и потери. Без этого любые решения будут приниматься вслепую.

2. Устраните очевидные потери: отремонтируйте трубопроводы, замените негерметичные соединения, установите счетчики на всех ключевых узлах.

3. Внедрить нормирование - установите лимиты водопотребления по каждому цеху и участку.

4. Рассмотрите возможность внедрения оборотных систем, начните с участков с наибольшим водопотреблением.

5. Замените устаревшее насосное оборудование. Современные насосы с частотным регулированием экономят до 30% воды и энергии.

6. Обучите персонал, так как экономия воды начинается с культуры производства.

Рост тарифов, ужесточение требований и необходимость снижения себестоимости делают рациональное водопользование одним из ключевых факторов конкурентоспособности, поэтому сокращение водопотребления на промышленных предприятиях - это не дань экологической моде, а экономическая необходимость. Современные технологии позволяют сократить водопотребление на 30–50% без ущерба для производства и становятся инструментами реального снижения затрат и повышения эффективности бизнеса.