Анализ основных причин низкой энергоэффективности насосного оборудования на промышленных предприятияхС. Соколов, заместитель директора программы по насосному оборудованию для водоснабжения, филиал АО «ГМС Ливгидромаш» в г.Москва На основе практического опыта изложены главные причины низкой энергоэффективности насосных агрегатов, их преждевременного выхода из строя и даны рекомендации по повышению эффективности насосного оборудования. Рассматривая работу насосного оборудования на отечественных предприятиях, иногда приходится видеть ошибки при его эксплуатации. Но, говоря о них, мы, как правило, имеем в виду недостаточно эффективные действия специалистов (они отвечают за эксплуатацию), допущенные по незнанию и из-за недостатка информации. Однако часто, несмотря на знания и опыт, персонал вынужден использовать то оборудование и работать в тех условиях, которые имеются на предприятии в настоящее время и в силу различного рода причин остаются без изменений. Поэтому с учетом вышеизложенного правильнее говорить не об ошибках, а об особенностях эксплуатации насосов. Практически на любом объекте, где используется насосное оборудование, введенное в эксплуатацию 20 лет назад и более, обследование насосных агрегатов способно выявить потенциал энергосбережения. Это cправедливо для самых разных отраслей экономики, будь то водоснабжение, мелиорация, промышленное производство, нефтедобыча или энергетика. Значительная часть насосных станций укомплектована старыми насосами, выработавшими свой ресурс, и необходимость модернизации под сомнение не ставится. Вопрос заключается в правильном выборе того или иного технического решения с учетом сроков окупаемости. Например, можно заменить старый насос на новый аналогичного типоразмера электродвигатель, модернизировать систему управления или подобрать насосы других типоразмеров и изменить технологическую схему водоснабжения. В любом случае решение должно приниматься на основе достоверных данных о работе насосов и требуемых параметрах насосной станции, получить которые позволяет обследование насосного оборудования. Оно включает комплекс мероприятий: сбор и обработку информации о состоянии, рабочих характеристиках, объеме потребляемых энергоресурсов и условиях работы насосного оборудования, направленных на повышение надежности, снижение энергопотребления и затрат при его эксплуатации. После принятия в 2009 г. ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» большинство предприятий, эксплуатирующих насосное оборудование, провели предписанные данным законом энергетические обследования. Однако не всегда они отражают реальный уровень энергопотребления насосного оборудования в общем объеме энергопотребления предприятий. Часто приходилось видеть отчеты по обследованию предприятий водного хозяйства, где насосам уделялось всего две страницы, а размер возможной экономии определялся как разность номинальных мощностей электродвигателей до и после модернизации. Особенности режимов работы и их изменение во времени не учитывались вовсе. В реальности подобные факторы играют важную, если не решающую роль для повышения эффективности оборудования и объекта в целом. При проведении обследования вне зависимости от специфики объекта необходимо последовательно выполнить следующие действия:
Основными параметрами сети являются ее расход и напор, которые должна обеспечить насосная станция. Данные величины определяются по показаниям стационарных и портативных расходомеров и манометров как в текущем режиме на момент проведения обследования, так и с применением электронных баз данных автоматизированной системы управления (АСУ) объекта. Сопоставление поля рабочих режимов насосных станций и напорных характеристик установленных насосов позволяет сделать вывод о соответствии имеющегося оборудования параметрам сети и при необходимости запланировать его модернизацию или установку новых насосов. Примером модернизации может служить подрезка наружного диаметра рабочего колеса, изменение количества работающих насосов, применение частотно-регулируемого привода (ЧРП). Сравнение энергопотребления установленного насосного оборудования (так называемого базового энергопотребления) и энергопотребления после модернизации позволит оценить величину экономии и сделать вывод о целесообразности проведения работ. При этом величину базового энергопотребления также можно определить по текущим показаниям счетчика электроэнергии либо по данным (АСУ). Энергопотребление после модернизации находится расчетным путем. Если режимы работы насосных станций имеют переменный характер, корректным будет сравнение энергопотребления в нескольких характерных режимах или применение в расчетах математической модели, описывающей изменение режимов эксплуатации с заданным интервалом времени.
В качестве примера на рис.1 приведено поле рабочих режимов насосной станции и напорные характеристики (кривые 1, 2, 3 и 4) при работе одного, двух, трех и четырех установленных насосов, соответственно. Как следует из рис.1, напор установленных насосов значительно превышает требуемый напор сети. Указанная разница напоров теряется на задвижках при регулировании подачи насосов. Оптимальным для данной сети является применение насосов с меньшим напором (характеристики 1’–4’). Практический опыт проведения обследований насосного оборудования позволяет выделить следующие причины низкой эффективности при его эксплуатации:
1. На более чем 70% объектов выявлено значительное превышение напора установленных насосов – так называемый переразмер по напору. Основной причиной уменьшения требуемых напоров сети является снижение в течение последних 20-ти лет водопотребления промышленных предприятий и населения, связанное с этим сокращение объемов перекачки насосных станций и уменьшение потерь напора в трубопроводах. Чтобы обеспечить необходимые значения подачи и давления на выходе насосной станции, прибегают к регулированию насосов с помощью дросселирования. Как следствие – потери напора на задвижке составляют от 15 до 60%. Справка. При регулировании насоса двухстороннего входа серии Д 3200-75 путем дросселирования 40% напора на задвижке, в условиях постоянной эксплуатации годовые потери электроэнергии составляют 2,72 млн кВт·ч, что при стоимости электроэнергии 3,00 рубля за 1 кВт·ч составляет около 8,2 млн рублей. На 60% объектов (в том числе 70% предприятий водоснабжения) выявлена эксплуатация насосов в режиме перегруза, т. е. работа со значительным превышением по подаче правой границы рабочей области, как правило, составляющей 120% номинальной подачи насоса.
Режим перегруза приводит к увеличению нагрузки на вал и подшипниковые узлы, возникновению кавитации и повышенному уровню вибрации, вызывает снижение ресурса подшипников и уплотнений, служит причиной поломки вала ротора и преждевременного выхода насоса из строя. Эксплуатация агрегатов в режиме перегруза может носить постоянный характер, так как при отсутствии ярко выраженных признаков (шум, вибрация, частые поломки) не всегда фиксируется обслуживающим персоналом. Отсутствие или неисправность приборов для измерения подачи насоса и тока обмоток статора также не позволяют отследить данный режим. В результате при регулировании режимов работы насосов часто руководствуются только показаниями манометров.
Поскольку при комплектации агрегата электродвигатель, как правило, подбирается с запасом мощности 10% и более, режим перегруза насоса часто является штатным для электродвигателя. Это позволяет длительно эксплуатировать насос на повышенных подачах, а частые выходы оборудования из строя списывать на плохое качество отдельных узлов и насоса в целом.
2. Частым явлением, характерным для половины обследованных объектов, являются падение напорных характеристик и снижение КПД насосов. Ухудшение данных характеристик, как правило, происходит по причине увеличения зазора в щелевых уплотнениях рабочего колеса вследствие их износа. В результате возрастают перетечки перекачиваемой жидкости из напорной полости во всасывающую полость, а подача и напор насоса уменьшаются. Износ щелевых уплотнений характерен для насосов, находящихся в эксплуатации длительное время и не ремонтировавшихся, а также для случаев перекачивания жидкости с повышенным содержанием твердых частиц. Снижение КПД может составлять 10% и более.
Справка. Для рассмотренного ранее насоса Д 3200-75 уменьшение КПД на 10% может привести к увеличению затрат на электроэнергию на 2,2 млн рублей, что сопоставимо со стоимостью нового насоса и работ по его замене. Кроме того, при длительном периоде эксплуатации, а также при перемотке электродвигателя его КПД зачастую снижается.
На некоторых объектах отсутствует достоверная информация об установленном насосном оборудовании, документация (паспорт и руководство по эксплуатации) на насосы с указанием их характеристик. Не ведутся записи в журналах о выполняемых на предприятии ремонтах и модернизациях насосов. Отсутствуют, закрашены или не соответствуют форме завода-изготовителя маркировочные таблички насосов и электродвигателей. Встречается так называемый «недогруз», т.е. превышение номинальной мощности электродвигателя, максимальной на валу агрегата более чем в два раза. КПД электродвигателя в данном режиме значительно ниже номинального значения.
Для некоторых объектов характерен так называемый «недогруз насоса», т. е. его эксплуатация с подачей за пределами левой границы рабочей области, составляющей, как правило, величину 0,5–0,7 его номинальной подачи. Работа в данных режимах может привести к рециркуляции перекачиваемой жидкости на входе и выходе рабочего колеса, возникновению низкорасходной кавитации и вызвать снижение ресурса рабочего колеса, подшипников и уплотнений. На ряде насосных станций имеет место работа насосов в режиме кавитации, вызванной изменением параметров на входе. Причиной этому служат снижение уровня подающего резервуара, обусловленное технологическими особенностями, засорение водозаборных решеток, уменьшение отметки уровня водоема на водозаборе (табл.1). 
Кроме того, встречаются явления, напрямую не связанные с насосным оборудованием, – обратные перетоки внутри станции, неисправность запорнорегулирующей арматуры, которые также влияют на эффективность эксплуатации насосов.
Из описанных причин низкой эффективности следуют и способы ее повышения (табл.2). Это, прежде всего, применение энергоэффективного насосного оборудования, а также ЧРП, позволяющее обеспечить эксплуатацию насоса в режимах высокого КПД во всем диапазоне подач насосной станции. Здесь необходимо отметить, что применение ЧРП в отличие от эффективного насосного оборудования подходит не для всех объектов. Если большую часть напора сети составляет статический напор, например, при подъеме воды на большую высоту, то применение частотного регулирования при определенных условиях окажется менее эффективным по сравнению с другими способами. На половине рассмотренных объектов снижения энергопотребления удалось достичь путем установки насосов с пониженным (относительно установленных ранее) напором и/или увеличенным значением номинальной подачи. Например, на рис. 2 показаны энергоэффективные насосы двустороннего входа Delium (АО «Группа ГМС») – внешний вид и поле напорных характеристик. Иногда в качестве основного способа либо в дополнение к указанным способам необходимо изменить регламент работы насосов на объекте. В зависимости от специфики объекта и объема запланированной модернизации экономия электроэнергии составит от 10 до 60%, а срок окупаемости данных мероприятий, как правило, не превышает двух–пяти лет. При планировании мероприятий по повышению энергоэффективности насосного оборудования необходимо учитывать не только его начальную стоимость, но и затраты на обслуживание, а так же планы по изменению объемов перекачки насосной станции на несколько лет вперед. Это позволит подобрать оборудование нужного типоразмера и избежать необоснованных затрат. Журнал «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ», №2, 2017
Назад в раздел |
- Проекты
