close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МАКСИМАЛЬНОЕ СНИЖЕНИЕ
ЭНЕРГОЗАТРАТ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ
НАСОСНЫХ СИСТЕМ
А.Р. Бадрис, онс льтант, Дженива, шт. Нью-Йор
Предла аемый автором поход позволяет сэ ономить 2 млн долл. в од за счет снижения расхода
энер ии на насосн ю систем
В статье подробно описаны проверенные на пра ти е метод и соображения, дающие вн шительн ю
э ономию энер озатрат при э спл атации насосных
систем. Этот подход был применен на р пном инд стриальном предприятии. В рез льтате а дита 110
р пных насосов за дв хлетний период э спл атации
была выявлена еже одная э ономия энер озатрат в
размере более 2 млн долл., что составляет 31 % от
исходных прое тных энер озатрат.
Идентифи ация э ономии энер озатрат. В словиях стремительно о роста цен на энер ию инд стриальные предприятия мира стремятся со ращению э спл атационных затрат п тем снижения энероем ости обор дования. Одной из областей потенциальной э ономии энер ии являются инд стриальные насосы и их системы. На долю насосных систем
приходится о оло 20 % мирово о потребления эле троэнер ии и 25–50 % энер озатрат в не оторых процессах на р пных промышленных предприятиях. Кроме то о, мно ие насосные а ре аты э спл атир ются
не с оптимальным КПД. И эта область является объе том приложения предла аемых автором мер, направленных на ощ тим ю э ономию энер ии.
Кр пное промышленное предприятие на северовосто е США инициировало проведение энер етичесо о а дита в масштабе все о завода для апитализации на этом потенциале. Компания была отова
проведению э сперимента, потом что ранее проведенный общезаводс ой а дит вс рыл серьезные энеретичес ие потери в системах насосов и вспомо ательных стройств. На заводе насчитывается более
6000 насосов, (в лючая насосные системы стройств
ондиционирования возд ха, водоснабжения, енерирования эле троэнер ии), среди оторых 110 насосов со средней приводной мощностью 282 Вт. В рез льтате а дита была выявлена возможность сэ ономить более 2 млн долл/ од, что на 31 % снижает общие энер озатраты, причем на не оторых менее эффе тивных системах э ономия дости ает 60 %. Ниже
описаны основные особенности это о очень спешно о энер етичес о о а дита.
Про рамма а дита. Эта амбициозная про рамма энер осбережения на насосных системах была рассчитана на два ода. В значительной степени она была
спешной бла одаря том , что оценивали не толь о
те щее состояние насосов, но и состояние всей системы, ее омпонентов, в лючая разные варианты
приводных механизмов, в том числе приводы с ре лир емой частотой вращения (variable speed drive –
VSD). Основные элементы про раммы за лючались в
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
№ 9 • сентябрь 2006
определении целей прое та/объема работ, в сборе
данных, в проведении испытаний/измерений непосредственно на объе тах, анализе рез льтатов, выдаче о ончательных ре омендаций, внедрении этих реомендаций и о ончательной повер е дости н тых
рез льтатов. Неожиданным рез льтатом исследования явилась тр дность э ономичес о о обоснования
модернизации приводов с ре лир емой частотой
вращения, высо оэффе тивных дви ателей и насосов
после первоначальной станов и насосов и системы.
Эти переналад и были э ономичес и оправданы, о да системы же были смонтированы и находились в
э спл атации. В этом сл чае приходится оправдывать
толь о дополнительные затраты.
Эффе тивность всей системы. Правильно с онстр ированная насосная система является самым
важным единичным элементом минимизации энер озатрат и затрат в расчете на весь сро сл жбы системы (LCC). Гарантийная или прое тная мощность насоса является лишь одним из мно их омпонентов КПД
насоса, причем, а правило, не самым важным. Значительная часть э ономии энер ии, дости н той в
рез льтате небольшо о л чшения (и повышения напора) после ремонта насоса, часто теряется на ре лир ющем лапане, если для системы не треб ется
более высо ий напор.
Есть и др ие, часто более значительные источни и э ономии энер ии, оторые мо т быть реализованы, если рассмотреть всю насосн ю систем в
омпле се, в лючая тр бопроводн ю обвяз , армат р и лапаны перед насосом и после не о, а та же
дви атели и приводные механизмы. С ществ ет множество различных типов насосов, эле тродви ателей
и приводных механизмов, оторые мо т быть размещены и э спл атироваться параллельно или последовательно. Насосные системы мо т быть со статичес им напором (под давлением) или цир лир ющим (толь о фри ционными системами). Параллельные насосы мо т э спл атироваться в различных омбинациях и с разной производительностью.
Режим э спл атации насосов может о азывать ощ тимое влияние на общие энер озатраты. В режим
э спл атации входит выбор насоса для параллельно о в лючения (предпола ается выбор самых энеросбере ающих насосов) и э спл атация насосов с
самыми л чшими энер осбере ающими хара теристи ами.
Энер етичес ая эффе тивность насоса определяется а потребляемая входная мощность, необходимая для подачи заданно о пото а за единиц време-
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
74
373 Вт
745 Вт
Годовые энер озатраты,
тыс. долл.
ни ( аллон в мин т на один иловатт). Чем выше расход про ачиваемой среды на единиц входной мощности приводно о механизма, тем л чше энер осбере ающие хара теристи и системы. Это означает, что
при данной производительности системы, чем ниже
напор насоса и/или чем выше эффе тивность насоса
и/или приводно о механизма, тем выше энер етичесая эффе тивность в данном он ретном сл чае применения. Система может заставить насос работать в
режиме, дале ом от эффе тивно о использования
энер ии, особенно, если станавливают насосы чрезмерной мощности. В отличие от приводов с ре лир емой с оростью вращения ре лирование системы
может дости аться п тем сильно о перепада давления на ре лир ющем лапане (с р пными энер етичес ими потерями).
Теперь рассмотрим цепоч элементов, вовлеченных в общий пото энер опотребления в насосной
системе. Каждый элемент и/или взаимодействие межд ними таят в себе не ю частиц неэффе тивности.
Цель должна за лючаться в ма симально возможном
повышении общей эффе тивности, оторая является
произведением эффе тивности аждо о энер опередающе о или энер опотребляюще о стройства. Обратите внимание на то, что насос является лишь одним из этих элементов:
• фидеры энер осистемы обще о пользования (высо ие напряжения и оэффициенты мощности
снижают эти потери);
• трансформатор;
• вы лючатель/стартер дви ателя;
• привод с ре лир емой с оростью вращения
может л чшить оэффициент мощности дви ателя;
• дви атели (имеются дви атели с разными номинальными мощностями);
• м фты сцепления;
• насосы;
• идросистемы (в лючающие ре лир ющие лапаны и тр бопроводн ю обвяз , оторые об словливают потери на трение);
• онечная цель (повышение производительности
при заданном величении идростатичес о о напора).
Потенциал э ономии на энер озатратах. Большинство ор анизаций, занимающихся ремонтом и
техничес им обсл живанием, вын ждены работать с
минимальной численностью обсл живающе о персонала. Эффе тивным способом повышения э ономии
энер ии при этих о раниченных рес рсах является
применение старо о правила 80:20. Это означает, что
80 % потенциальной э ономии энер ии на аждом
насосе мо т быть дости н ты на 20 % насосных систем. Хорошим способом идентифи ации 20 % насосов/насосных систем, таящих самый большой потенциал, является составление таблицы, в лючающей все
насосы мощностью 19 Вт и выше на предприятии с
азанием времени (в процентах) работы аждо о
насоса. Затем по рис. 1 определить приблизительные одовые энер озатраты для аждо о насоса.
Например, одовые энер озатраты насоса мощностью 186 Вт и находящихся в э спл атации 70 % времени, составляют 60 тыс. долл. Опыт на р пном старом промышленном предприятии на северо-восто е
страны по азывает, что э ономия энер ии может дости ать 60 % (и выше) от те щих затрат со средней
186 Вт
559 Вт
74 Вт
37 Вт
18 Вт
Время э спл атации, %
Рис. 1. Графи для определения приблизительных одовых энерозатрат на аждый насос (исходя из стоимости 0,5 долл/ Вт · ч)
э ономией те щих затрат на 30 %. В энер озатраты
н жно в лючать поправ и на фа тичес ю стоимость
энер ии, потом что рис. 1 основан на стоимости энерии 0,5 долл/ Вт⋅ч. И, на онец, насосы должны быть
размещены в таблице в бывающем поряд е с четом одовых энер озатрат. Верхние 20 % насосов в
этом перечне мо т представлять приблизительно
80 % обще о потенциала снижения энер озатрат на
насосы. Это насосы, оторые должны быть подвер н ты дополнительном анализ возможности э ономии энер ии.
Обычно треб ются э спл атационные испытания
для определения истинных энер озатрат насоса и
фа тичес о о потенциала э ономии энер ии для различных вариантов. Перед проведением подобных испытаний необходимо пол чить ответы на ряд вопросов, оторые помо т точнить перечень насосов и
потенциальн ю э ономию на энер озатратах в процентах те щим затратам.
• Имеет ли насос в настоящее время привод с релир емой частотой вращения VSD? Если насос же
снабжен VSD, то потенциал э ономии энер ии, а
правило, невели .
• Построена ли э спл атационная ривая лавным
образом с силием статичес о о напора с небольшими потерями напора на трение? В та ой системе тр дно оправдать затраты на VSD, пос оль снижение
с орости о раничено.
• Уменьшилось ли, потребление энер ии системой
со времени первоначальной станов и насоса? Если
ответ положительный, то это, возможно, рез льтаты
чрезмерно о дросселирования ре лир юще о лапана, и, следовательно, потеря энер ии.
• Отре лирован ли ре лир ющий лапан насоса
в положении «от рыто» менее чем на 80 %? Это значит, что энер ию можно сберечь п тем балансиров и
рабоче о олеса насоса.
• Э спл атир ются ли мно очисленные насосы параллельно? Параллельные насосы часто э спл атир ются дале о не в оптимальных режимах и омбинациях, и правильный подбор насосов может сэ ономить энер озатраты.
• Ре лир ются ли специальные высо ооборотные
насосы с помощью ре лир ющих лапанов? Расход
потребляемой энер ии и напор насоса быстро нарастают, если производительность высо ооборотных
насосов снижается. Это приводит дальнейшим потерям энер ии, если эти насосы дросселир ют на
№ 9 • сентябрь 2006
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
Расход
Средний расход
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Календарный месяц
Время с то
Рис. 3. Пример одовых олебаний
меньшие мощности. Для этих насосов часто бывает
вы однее байпасное ре лирование.
• Упала ли производительность насоса или давно
был произведен последний осмотр? Если производительность снижена из-за появления вн тренних идравличес их зазоров, оторые мо т величить расход энер ии при определенной нетто-производительности, то переналад а этих зазоров может снизить
расход энер ии.
• Снабжен ли насос «энер оэ ономичным» или «премиально-э ономичным» дви ателем? Обычно бывает
тр дно оправдать затраты на эти высо оэффе тивные
дви атели, работающие на более высо их оборотах,
чем дви атели со стандартной эффе тивностью. Повышенная частота вращения величивает напор насоса, что предпола ает обратное дросселирование релир юще о лапана при одной и той же производительности. Это меньшает эффе т энер осбережения.
• Находятся ли дви атели с низ им КПД (особенно
ниже 60–70 %) и/или слиш ом мощные дви атели в
э спл атации? Конденсаторы ре лирования оэффициента мощности мо т повысить оэффициент мощности до 95 %, что позволит снизить расход инд тивно о то а через абели и стартеры моторов.
Эффе тивность системы. Эффе тивность насосной системы с ладывается из статичес о о напора,
а основной цели, и трения в тр бах, а потери эффе тивности.
Например, система со статичес им напором 60 м
и потерями напора из-за трения в тр бопроводной
обвяз е при подаче на высот 60 м б дет иметь тольо 50%-н ю эффе тивность, несмотря на то, что небольшие изменения в тр бопроводной обвяз е в с ществ ющей системе мо т быть э ономичес и оправданы (за ис лючением возможной замены ре лир ющих лапанов), на эффе тивность системы след ет обращать большое внимание еще на стадии ее
исходно о прое тирования.
Изменения треб емой производительности.
Для вычисления потенциальной э ономии энер ии и
обеспечения треб емой производительности необходимо точное определение расхода, оторый может
олебаться на почасовой, с точной, еженедельной и
месячной основе (рис. 2 и 3). Для правильной оцен и
потенциально о энер осбережения насосной системы необходимо оценить б д щей расход.
Затем можно определить средний, минимальный
и ма симальный расход. Средний расход может быть
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
№ 9 • сентябрь 2006
Напор, ф т (1 ф т = 0,305 м)
Рис. 2. Пример с точных от лонений в расходе сырья
Кривая напора насоса
Номинальная
мощность
Кривая напора
системы
Пересечение
ривых насоса и
системы
(рабочая точ а)
Расход, алл/мин
Рис. 4. Влияние системы на э спл атационные хара теристи и насоса
использован для определения те щих энер озатрат
и потенциальной э ономии энер ии, а описано
выше. Минимальный и ма симальный расходы использ ются для определения размера насоса, диаметра рабоче о олеса и потенциально для VSD.
Влияние системы на э спл атационные хара теристи и насоса. Точ а, в оторой насос работает
в соответствии с е о мощностными хара теристи ами, зависит от пресечения ривой напора насоса и
ривой системы (рис. 4). Поэтом при планировании
энер осбережения, система должна быть спрое тирована или насосы подобраны та им образом, чтобы
насосы работали в режиме, близ ом оптимальном . Избе айте потерь энер ии из-за выбора насоса
чрезмерной мощности.
Одна из самых серьезных потерь связана с традиционной пра ти ой использования слиш ом р пных
насосов из-за выбора словий с чрезмерно « онсервативными» (с ромными) целями а по мощности,
та и по напор насоса. Эта пра ти а может привести
странной сит ации, в оторой большое внимание
деляется небольшом (0,5–1 %) выи рыш в эффе тивности насоса, и норир я потенциальн ю э ономию
энер ии в размере 15 % при правильном выборе треб емых рабочих словий.
Не оторый доп с все да должен быть в лючен
лавным образом для омпенсации вн тренних зазоров, оторые снижают фа тичес ю мощность. Традиционно прое тировщи и системы делают пор на
мерах, обеспечивающих безопасность, действ я по
принцип «безопасность, во что бы то ни стало», причем не оторые из этих мер определенно можно было
бы ис лючить.
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Напор
Напор – мощность с частотой
вращения при полной на р з е, N2
Напор – мощность с
частотой вращения при
полной на р з е, N3
Напор – мощность с частотой вращения
при полной на р з е, N1
Кривая система –
напор
(точ и пересечения
Н1, Н2, Н3)
Потери
на трение
Кривая
система – напор
(Н1, Н2, Н3)
Напор
Напор – мощность с частотой вращения
при полной на р з е, N1
Потери
на
трение
Статичесое
давление
или напор
Мощность
Статичесое
давление
или напор
Мощность
Рис. 5. Влияние переменной частоты вращения на э спл тационные хара теристи и насоса
Рис. 6. Влияние дросселирования лапана на э спл атационные хара теристи и насоса
Центральный насос, работающий в данной системе, развивает мощность, соответств ющ ю точ е пересечения е о ривой зависимости «напор – мощность» с ривой «система – напор», о да фа тичесая производительность насоса (NPSH) превышает
треб ем ю мощность (см. рис. 4). Для изменения рабочей точ и треб ется изменение либо ривой «напор – мощность», либо ривой «система – напор»,
либо той и др ой. Первый вариант может быть выполнен п тем изменения с орости работы насоса (или
диаметра рабоче о олеса, рис. 5), то да а для второ о варианта треб ется изменение потерь на трение посредством дросселирования лапана на стороне на нетания насоса (рис. 6).
В словиях применения насоса мо т потребоваться нес оль о рабочих точе , из оторых самый большой расход и/или напор б д т соответствовать расчетной производительности насоса. Пользователь
насоса должен стро о читывать продолжительность
работы е о на аждой индивид альной рабочей точ е
для правильно о выбора числа насосов в системе и
онтроля производительности.
Далее автор предла ает нес оль о методов онтроля насосных систем, аждый из оторых влияет на
сро сл жбы насосов и энер озатраты, подробно описывает преим щества и недостат и приводов с ре лир емой частотой вращения, позволяющих снижать
расход энер ии.
В за лючительном разделе статьи автор дает реомендации по изменению э спл атационных хара теристи насосов на действ ющих станов ах с целью снижения энер озатрат. В том сл чае, если на
с ществ ющей станов е применяются насосы с избыточной мощностью, с перерасходом энер ии, автор предла ает построить истинн ю рив ю зависимости «система – напор» по рез льтатам испытаний
насоса, находяще ося в э спл атации. На сновании
этой ривой автор предла ает четыре возможных варианта.
1. С ществ ющее рабочее олесо может быть
меньшено для довлетворения словий, треб емых
для данной станов и.
2. Замена рабоче о олеса на олесо меньше о
диаметра может быть за азана через производителя
насосов, а исходное рабочее олеса может хранить-
ся для использования в б д щем, если потери на трение со временем дости н т предельных значений или
если о да-ниб дь потреб ются большие мощности.
3. Если для одно о и то о же насоса имеются рабочие олеса дв х разных онстр ций, одно из оторых меньше о диаметра, что ино да бывает, то производителя насосов след ет за азать олесо меньше о диаметра. Та ое рабочее олесо обеспечивает
сам ю высо ю эффе тивность при более низ ой
мощности, чем рабочее олесо с нормальным диаметром, в зависимости от исходной избыточной мощности. Опять-та и, исходное рабочее олесо след ет
сохранить для возможно о использования в б д щем.
4. Заменить ре лир ющий лапан на VFD.
В дополнение насосам больших размеров с чрезмерно высо ой мощностью в разных отраслях промышленности с мно очисленными техноло ичес ими
процессами один и то же насос может использоваться при разных онфи рациях ривой «напор – мощность». Для идеально о довлетворения этих требований автор ре оменд ет иметь насос с ре лир емой частотой вращения и с ре лир емыми лопастями в рабочем олесе. Но пос оль большинство приводов, применяемых в обрабатывающих отраслях
промышленности, э спл атир ются с постоянной частотой вращения, а ре лир емые лопасти невозможно произвести по э ономичес и оправданным затратам, то желаемые переменные э спл атационные хара теристи и мо т быть дости н ты механичес ими
средствами или ре лированием частоты вращения.
Для обеспечения иб ости ценой минимальных
затрат э спл атационные хара теристи и насоса мот быть изменены без изменения ож ха насоса. Это
можно сделать, изменив онстр цию рабоче о олеса, модифицир я е о диаметр, изменив частот вращения, модифицир я онцы лопастей рабоче о олеса, наполнив спиральный ож х ( лит ) центробежно о насоса водой или становив ре лир емое сопло на подаче насоса.
76
Перевел Г. Лип ин
№ 9 • сентябрь 2006
НЕФТЕГАЗОВЫЕ
Т
Е
Х
Н
О
Л
О
Г
И
И
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
804 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа