Оптимизиране на помпените системи при третирането на води

08.05.2018, брой 3/2018 / Технически статии / Води

  • Оптимизиране на помпените системи при третирането на води
  • Оптимизиране на помпените системи при третирането на води
  • Оптимизиране на помпените системи при третирането на води
  • Оптимизиране на помпените системи при третирането на води

Технически статии

 

Центробежните помпи се използват като първичен двигател в пречиствателните станции за отпадъчни води, електроцентралите, електрическите и газовите компании, общинските и търговски сгради. Тези помпени системи консумират най-голямо количество електроенергия в сравнение с всякакъв друг вид ротационно оборудване, използвано в промишлените и търговски обекти. Например помпените системи отговарят за 20 до 30% от потреблението на електроенергия в съоръженията за пречистване на отпадъчни води и до 46% в общинските водни системи. За сравнение, химическата и свързаните с нея промишлености обикновено използват толкова електрическа енергия за помпените системи, колкото е консумацията на един малък град.

В повечето случаи помпените системи са проектирани така, че да работят в диапазона от 65 до 85% от точката на оптималната им ефективност (best efficiency point, BEP). Поради преоразмеряване или понякога поради недостатъчни размери помпените системи обикновено работят доста под тази точка, а излишната енергия се преобразува във вибрации, топлина и шум, като всички те увеличават разходите за поддръжка и електроенергия.

Когато не са оптимизирани за постигане на максимална ефективност, помпените системи увеличават бюджета за поддръжка, като намаляват средната продължителност на периодите между ремонтите. Оптимизацията на тези системи представлява един от най-добрите начини за намаляване на общите оперативни разходи на промишлените предприятия.

Причини за неефективност на помпените системи
Една от причините, поради които толкова много помпени системи работят значително под точката на оптимална ефективност е, че организациите се концентрират по-скоро върху покупната цена, отколкото върху общите разходи за целия жизнен цикъл на системата (life-cycle cost, LCC). Например ако се разгледат LCC на стандартна помпена система от 75 конски сили с експлоатационен живот от над 20 години, първоначалната покупна цена и разходите за монтаж представляват 17% от стойността на LCC, 55% от разходите са свързани с експлоатацията й, и оставащите 28% са разходи за поддръжка. При силно преоразмерените системи първоначалната цена на помпата може да спадне до 10% или дори по-малко. Затова вместо да базират решението си за закупуване на помпа само на цената проектантите на пречиствателни станции за отпадъчни води трябва да преценят общите разходи за целия жизнения цикъл на системата и да направят такъв избор, който ще осигури свеждане до минимум на разходите за енергия и поддръжка.


› Реклама



Друг важен фактор, влияещ върху ефективността на помпите, е липсата на системни стандарти, които да ръководят проектирането на ефективни системи. В резултат на това фирмите доставчици на услуги по инженеринг, снабдяване и строителство (EPC) продължават да използват едни и същи конструктивни подходи – "ако не е счупено – не поправяй". Тези рутинни конфигурации обикновено включват система от регулиращи вентили с фиксирана скорост. През годините този подход на проектиране остава почти неоспорван, като проектантите често посочват наличните време и бюджет като причини за пренебрегването на решения като използването на честотни регулатори или свързването на няколко помпи в паралел в полза на преоразмерена система от регулиращи вентили.

Ако на процеса на проектиране се отделя по-голямо внимание, инженеринговите фирми лесно ще могат да преодолеят пречките за постигане на възможно най-ниските общи разходи за целия жизнения цикъл на системата. Освен това, без наличието на стандарт за конфигурацията на тези системи, крайните потребители не разполагат с необходимата информация, за да оспорят избора на проектантите и да докажат, че дадена система е неефективна или неправилно проектирана. Дори днес индустрията продължава да проектира и инсталира преоразмерени помпени системи поради липсата на такъв стандарт. Няма добра причина да не се използват инструменти и техники за проектиране, които оптимизират избора на най-добрата комбинация от помпи, тръби и регулиращи вентили, за да се постигне най-ниското ниво на LCC.

Следствия от неефективността на помпите
За максимална ефективност помпите трябва да работят при или близо до своята BEP, като отклоненията могат да бъдат в интервал не повече от 10 до 15% извън оптималната стойност. Експлоатацията при свръхкапацитет или по-голяма стойност от BEP може да доведе до претоварване на помпите и поява на вибрации, създаващи потенциални проблеми с лагерите и уплътненията на валовете поради прекомерна мощност. Може да настъпи и кавитация, която също може да повреди на компонентите на помпата.

Когато помпите работят при намален капацитет, или при стойности по-ниски от BEP, фиксираните ъгли на лопатките могат да доведат до възникване на вихрови токове в работното колело, вътре в корпуса и между износващите се пръстени. Радиалната сила върху ротора се увеличава, което може да доведе до по-големи натоварвания на вала, да причини деформацията му, както и да доведе до проблеми с лагерите и механичните уплътнения. Също така се повишават и радиалните вибрации и аксиалното движение на вала.


› Реклама


Необходимост от оптимизиране на помпените системи
Оптимизацията е процес на оценка на помпените системи с цел идентифициране на възможностите за подобрения, които ще намалят потреблението на енергия и ще повишат надеждността. Промяната само на един компонент, например инсталирането на по-ефективен двигател, няма да допринесе в съществена степен за подобряването на цялостната ефективност на системата. За осъществяването на системна оптимизация трябва да се оцени функционирането на всички компоненти на помпата заедно и да се определят необходимите изменения, които да доведат до подобряване на цялостната ефективност.

По-високата ефективност на помпената система, постигната чрез оптимизация, подобрява надеждността и редуцира оперативните разходи чрез намаляване на износването. Това, от своя страна, ограничава времето за престой и разходите, свързани със загубите на производителност, поддръжката и ремонтите, като същевременно се удължава животът на оборудването. Разходите, свързани с престоя, често надвишават сумата от разходите за енергия и осигуряване на надеждност.

Подходи за оптимизиране на системите
Както при всеки инженерен проект, процесът на оптимизация на помпените системи започва с организирането на оценяващ екип. Избраните лица трябва да са запознати с една или повече критични области. Следващите стъпки са от жизненоважно значение за създаването на успешната програма за оптимизиране на помпените системи.

Предварителен преглед. Първоначално помпите се преглеждат, за да се идентифицират тези с най-голям потенциал за реализиране на спестявания. Помпените системи трябва да се проверят за всяка от следните предпоставки за проблеми: силно натоварени вентили за регулиране на дебита; наличие на байпас линия (рециркулация) за регулиране на дебита; серийни процеси, включващи една или повече непрекъснато работещи помпи; голяма честота на цикъла включване/изключване на помпата; кавитационен шум в помпата или в системата; паралелна помпена система със същия брой помпи, които винаги работят; помпа, която е претърпяла промяна на функцията без модификация; помпена система, която не може да измерва дебита, налягането или мощността. Помпените системи с една или повече от тези предпоставки обикновено са идеални за по-нататъшна оценка. Големите системи, изискващи честа поддръжка, които са важни за процеса или експлоатацията на съоръженията, също често са основен приоритет.

Оценяване. След това избраните помпени системи трябва да бъдат внимателно оценени. В зависимост от изискванията на пречиствателната станция за отпадъчни води изборът на правилно ниво на оценка на помпената система е важен за постигането на целите на проекта. Оценката на помпата се извършва на следните нива: ниво 1 е качествен преглед, който определя потенциалните подобрения в енергоспестяването и надеждността, за да се идентифицират помпите, които заслужават допълнително внимание; ниво 2 е количествено преразглеждане, което определя подобренията в енергопотреблението и надеждността въз основа на измервания, направени при стабилни работни условия, като се използва единичен набор от измервания; ниво 3 е количествено преразглеждане за измерване на изискванията на системата чрез проследяване и наблюдение за по-дълги периоди от време, за да се отчетат различни условия на експлоатация.


 

Събиране на данни. Следващата стъпка в процеса на оптимизиране на системите включва събиране на данни. Събраните данни могат да се използват например за сравняване на измерените дебит и напор с изискваните. Анализът може да разкрие разлика между реалните и изискваните условия, което е доказателство за неефективност на системата. Сравняването на съществуващите условия на експлоатация с проектните може да покаже също дали помпата е неправилно оразмерена.

Теоретичната крива на ефективността на помпата може да бъде полезна за съставянето на крива за работните точки на съществуващата система. Сравняването на една тестова точка с първоначалната крива може да помогне да се определи дали първата стъпка към оптимизирането на системите ще бъде основен ремонт на износена помпа или системата трябва да бъде допълнително изследвана. Кривата също така ще помогне да се определи дали помпата работи в границите на оптималната точка на ефективност. Онези, които работят извън обхвата на BEP, ще са неефективни и ще консумират повече енергия.

Трябва да бъдат оценени и други компоненти на съществуващата система, включително клапаните, байпас линиите, конфигурациите на тръбопроводи и смукателни тръби, които също могат да осигурят възможности за оптимизация.

Изчисляване на разходите за жизнения цикъл. Тъй като шансовете за получаване на одобрение на проектите за оптимизация са значително по-високи, когато може да се докаже, че изпълнението им ще подобри рентабилността на системата и намали оперативните разходи, LCC анализът може да оправдае оптимизирането, като покаже по-ниска обща стойност на собствеността. В LCC анализа се разглеждат следните елементи: първоначална цена на покупка; разходи за монтаж и пускане в експлоатация; електрически или други разходи за енергия; оперативни разходи; разходи за поддръжка и ремонт; разходи за престой; екологични разходи и разходи за извеждане от експлоатация/обезвреждане.

LCC анализът изисква оценка и на алтернативни системи. Тъй като разходите за енергия и поддръжка през целия жизнен цикъл доминират, крайните потребители трябва да знаят текущата цена на енергията, за да изчислят годишното покачване на разходите за нея и за поддръжка.

Предимствата на оптимизирането на помпените системи, които не могат да бъдат количествено определени чрез LCC анализ, включват повишена производителност, намалени експлоатационни разходи, подобрено качество на пречистените води, оползотворяване на капацитета, надеждност и безопасност на персонала.

 

ОЩЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМАТА

IoT технологии в третирането на водиТехнически статии

IoT технологии в третирането на води

Внедряването на иновативни технологии като интернет на нещата, облак-базирана виртуализация и моделиране на данните в областта на пречистването както на питейни, така и на отпадъчни води, се превръща във все по-голяма необходимост. Какви са ползите за ВиК операторите от прилагането на тези решения и как те могат да променят сектора изцяло, може да разберете от статията.

Системи за дифузна аерацияТехнически статии

Системи за дифузна аерация

Обикновено с формата на диск, тръба или пластина, въздушният (мембранният) дифузор е безценен при преноса на въздух, а с това и на кислород, в битови или производствени отпадъчни води. Днес системите за дифузна аерация се класифицират въз основа на физическите характеристики на оборудването. Те могат да бъдат групирани в три категории: порьозни (за фини мехурчета), непорьозни (за едри мехурчета) и други дифузорни устройства.

 

Развитие на нанотехнологиите в третирането на питейни и отпадъчни водиТехнически статии

Развитие на нанотехнологиите в третирането на питейни и отпадъчни води

Потенциалните области на приложение на нанотехнологиите в третирането на води могат да бъдат подразделени условно в три категории: пречистване и ремедиация за подобряване качеството на водите и достъпността на водните ресурси; мониторинг и превенция на замърсяването.

Дозиращи помпи за пречиствателни станции

Като продължение на темата от брой 1/2017, сп. Екология & Инфраструктура представя коментарите на фирмите Адара Инженеринг и Хенлих, в които те разказват за характеристиките на своите най-актуални и интересни продукти в областта.

Дозиращи помпи за пречиствателни станцииТехнически статии

Дозиращи помпи за пречиствателни станции

Към избора и инсталирането на дозиращи помпи трябва да се подходи след цялостно проучване на всички променливи на работната среда. За тази цел операторът на пречиствателната станция трябва да се обърне към опитен и доказан доставчик на дозиращи помпи, който разбира от протичащите процеси.

Помпи и помпени системи за битови и индустриални отпадъчни води

Списание Екология & Инфраструктура представя технологичен преглед, посветен на помпи и помпени системи за битови и производствени отпадъчни води. За целта поканихме водещи доставчици на решения в областта, които да разкажат за своите най-актуални и иновативни предложения.

Енергийна ефективност на водоснабдителни помпиТехнически статии

Енергийна ефективност на водоснабдителни помпи

Според различни анализи близо 20% от потреблението на електрическа енергия в световен мащаб се дължи на консумацията на помпени системи. Именно по тази причина и поради нарастващото значение на повишаването на енергийната ефективност в областта на водоснабдяването се обсъждат и внедряват различни възможности, имащи за цел редуциране консумацията на електрическа енергия от помпените системи.

Регулатори за защита от воден удар в помпени системи от Dorot Control VavesФирмени статии

Регулатори за защита от воден удар в помпени системи от Dorot Control Vaves

HTI България е партньор на глобалния производител на решения за водния сектор Dorot Control Valves. Компанията предлага иновативно решение за защита от воден удар в помпени системи - защитни регулатори с марка Dorot.

› Реклама

 

Уеб дизайн от Ей Ем Дизайн. Списание Екология & Инфраструктура. TLL Media © 2018 Всички права запазени. Карта на сайта.

Top