Аудит насосного оборудования как способ повышения энергоэффективности

В последнее время вопросу энергоэффективности насосного оборудования уделяется все большее внимание. Особенно данный аспект актуален для компаний, эксплуатирующих оборудование большой мощности. В отрасли водного хозяйства это, прежде всего, предприятия, осуществляющие поставку, транспорт воды и водостоков.

Нередко, при выборе оборудования для модернизации насосных станций, основное внимание обращают на его коэффициент полезного действия (КПД), как главный показатель энергоэффективности. Но этот, безусловно, важный параметр, не является единственным.

Значения КПД насосов основных производителей оборудования для водного хозяйства составляют 76..91%, зависят от типоразмера насоса и отличаются друг от друга незначительно. С учётом КПД применяемых в настоящее время электродвигателей, эффективность насосных агрегатов равна 72..87%. Для оборудования большой мощности при длительном сроке эксплуатации это играет немаловажную роль. Но от простой замены «плохого» насоса на «хороший» с теми же рабочими характеристиками значительной отдачи здесь ожидать не приходится. В то же время, гораздо большего эффекта можно добиться, если рассмотреть работу насосной станции в целом.

КПД насосной станции, определяемый как отношение полезной мощности, переданной потоку жидкости, к потребляемой из сети мощности, для самого простого режима параллельной работы нескольких насосных агрегатов на сеть, определяется формулой:

где:

• Q_нс, p_нс- суммарная подача насосной станции и создаваемое ей давление
• Q_i, p_i- подача работающего насосного агрегата и создаваемое им давление
• η_i- КПД работающего насосного агрегата
• n- количество работающих насосных агрегатов

Очень часто КПД насосной станции, определяемый таким образом, составляет 25…30%, а величина в 50..55% считается приемлемой.

Принимая во внимание неизбежные потери потребляемой мощности в 3..8%, связанные с применением систем регулирования, таких как привод частотного регулирования, а так же особенностями конструкции запорно-регулирующей арматуры, можно с уверенностью утверждать, что основной потенциал энергосбережения кроется в правильном подборе насосного оборудования и выборе алгоритмов управления, учитывающих особенности конкретной сети водоснабжения.

За последнее десятилетие наряду с увеличением водопотребления, обусловленным вводом новых объектов промышленного и гражданского строительства, наблюдается общая тенденция к его снижению. Это связано с ростом тарифов на энергоносители, повсеместной установкой приборов учёта, использованием их показаний в расчётных операциях, а так же применением на вновь возводимых объектах современной водоразборной арматуры. Необходимость пересмотра нормативных документов, лежащих в основе расчётов мощностей водопроводных станций, неоднократно поднималась экспертами в области водоснабжения. Общим направлением на пути к энергоэффективной эксплуатации оборудования насосных станций является снижение напора используемых насосов и применение гибких систем регулирования, исключающих лишние энергозатраты.

Приведём простой пример работы насосной станции (НС) 2-го подъёма (рис.1). На НС установлены три насосных агрегата с номинальными параметрами Q=2000м³/ч, H=100м.

Рис. 1. Схема насосной станции 2-го подъема

Суточный график водопотребления, представленный на рис.2, позволяет одним насосом обеспечивать весь диапазон подач при помощи его регулирования задвижкой с механическим приводом от максимальной подачи - положение 1, до минимальной - положение 2 (рис.3).

Рис.2. Суточный график водопотребления

Вода подаётся в насосы из резервуара, в котором поддерживается постоянный уровень, обеспечивающий давление во всасывающем коллекторе p_вк = 0,4 кгс/см². Давление в напорном коллекторе р_нк зависит от подачи насосной станции и изменяется в течение суток в диапазоне 3,9..6,1 кгс/см². При достаточном диаметре всасывающего и напорного трубопроводов насосов потери в них пренебрежимо малы и давление в напорном коллекторе, выраженное в м.вод.ст, составляет сумму подпора во всасывающем коллекторе и напора насоса при определённой подаче. Графические характеристики насоса и сети приведены на рис.3.

Рис.3. Регулирование подачи НС

Как видно из графиков, значительная доля создаваемого насосом напора (разность значений напора в точках 2 и 1, 4 и 3 соответственно) при таком способе регулирования теряется на задвижке. Кроме того, при определённых подачах, насос работает на границах своей рабочей области, что отрицательно сказывается на стоимости его эксплуатации.

При проведении модернизации НС необходимо решить две основные задачи:

• Сокращение потерь мощности оборудования в процессе регулирования
• Обеспечение эксплуатации оборудования с максимальным КПД во всём диапазоне регулирования.

Для данного случая эффективным решением является замена насосных агрегатов на агрегаты Д2500-62-2 с меньшим напором и применение частотно-регулируемого привода (ЧРП).

Сравнение режимов работы насосной станции (НС) в течение суток до и после модернизации приведено в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение режимов работы НС до и после модернизации

Т.о. вышеописанная модернизация НС путем замены установленных насосных агрегатов на агрегаты Д2500-62-2 с применением ЧРП позволяет добиться:

• Снижения суточного энергопотребления на 58%
• Снижения номинальной мощности электродвигателей
• Работы насоса в области максимального КПД во всём диапазоне регулирования подачи

Проведённая модернизация при сохранении указанного режима подачи НС позволит добиться экономии электроэнергии до 3 492 тыс.кВт·ч в год, что при средней её стоимости в 3,00 руб. за 1кВт·ч составит 10 476 тыс.руб.

Для правильной эксплуатации насосного оборудования в первую очередь необходимо контролировать его рабочие параметры. Такой контроль невозможен без наличия установленных контрольно-измерительных приборов и аппаратуры: манометров и датчиков уровня, расходомеров, приборов измерения параметров электрической сети, а так же регулярного анализа полученной информации. Например, несоответствие измеренной подачи насоса его напору или потребляемой мощности может свидетельствовать о значительном износе рабочих органов, либо об утечках в магистралях водоснабжения.

Отсутствие информации о режиме работы насоса часто приводит к его эксплуатации вне рабочей области, с низким КПД и перегрузом электродвигателя. Кроме того, при увеличении подачи возрастают потери напора по длине трубопровода, находящиеся от расхода в квадратичной зависимости. Увеличение подачи насоса на 25% по отношению к требуемой ведёт к росту сопротивления трубопровода более чем в полтора раза. Поэтому контроль рабочих характеристик насоса в изменяющихся технологических процессах должен быть организован на постоянной основе.

При планировании и проведении любых мероприятий по модернизации насосных систем необходимо понимать, что эффект от этих работ в сильной степени зависит от точности данных о параметрах системы, режимах работы, действительных характеристиках насосов. Поэтому аудит насосного оборудования – это первый шаг к значительной экономии энергоресурсов. Целью аудита является выявление потенциала энергосбережения. В комплекс мероприятий по аудиту входит инструментальный контроль режимов эксплуатации оборудования, анализ полученной информации и выдача необходимых рекомендаций применительно к конкретной сети водоснабжения.

Группа ГМС располагает полным комплексом инструментов, необходимых для обеспечения максимальной эффективности работы насосных систем: производство и поставка технологичного насосного оборудования, станций управления насосами, а также проведение комплексного аудита насосных систем. Научно-технические ресурсы и производственный потенциал позволяют нам разрабатывать и реализовывать решения – наиболее оптимальные с точки зрения задач клиента.