Повышение эффективности системы. С чего начать оптимизацию?
Этой статьей мы начинаем цикл, посвященный комплексному анализу и оптимизации гидравлических систем и полезному инструментарию для этих целей. Дело в том, что привычные эмпирические методы подбора и эксплуатации насосного оборудования часто приводят к тому, что техника работает не на требуемых параметрах с наивысшим КПД, а в условиях, далеких от оптимальных. Можно ли с этим бороться? Опыт специалистов KSB дает однозначный ответ: да!
Почему важна комплексная оптимизация гидравлической системы?
Центробежный насос представляет собой сложный механизм, но является лишь элементом более сложной системы. Повышение энергоэффективности зависит от многих факторов и отдельных элементов, но в конечном итоге всегда приходится анализировать всю систему полностью. Тщательное изучение профиля нагрузки оборудования также необходимо для оптимизации как существующих, так и проектируемых систем. Целью является выявление потенциала экономии и разработка мероприятий для его реализации. Так, в рамках проекта ReMain проведены исследования технического состояния более 80 центробежных насосов на крупном немецком химическом заводе. Оказалось, что только небольшая часть из них работает в оптимальном режиме (рис. 1). Часть из них была переразмерена и работала с недогрузками, а некоторые, напротив, в перегруженномрежиме. Это приводило к повышению издержек и снижению общей эффективности производственных процессов.
рис. 1. Данные по загрузке центробежных насосов (проект ReMain)
Очевидно, что режим работы влияет не только на потери энергии, но и на надежность насоса. Исследования фирмы DuPont показали, что механические уплотнения и подшипники при работе в недогруженном или перегруженном режиме изнашиваются быстрее, чем в рабочей точке (рис. 2). При недогруженном режиме возникают рециркуляция перекачиваемой жидкости в рабочем колесе, кавитация, перегрев. В перегрузках также возможно возникновение кавитации, снижается КПД насоса и значительное увеличение потребляемой насосом мощности.
Рис. 2. Влияние режима работы на стоимость жизненного цикла насосов.
Задача оптимизации осложняется тем, что основные цели развития могут противоречить друг другу, так как решения конкретной проблемы могут давать отрицательный эффект для другой. Так, например, для достижения максимального КПД требуется иное конструктивное решение, нежели для достижения максимальной надежности. Одним из способов примирить эти противоречия становится многофакторный анализ, требующий соответствующего инструментария.
Оптимизации гидравлических систем с KSB
Поскольку KSB является одним из ведущих мировых разработчиков и производителей как насосного оборудования, так и запорной арматуры, здесь хорошо знакомы с проблематикой оптимизации гидравлических систем. Поэтому компания разработала и постоянно совершенствует систему анализа — Fluid Future, которая позволяет не только сбалансировать работу сетей и их составляющих, но и повысить общую эффективность предприятия.

В целом алгоритм анализа работы систем основан на сборе данных о поломках насосов, количестве и качестве восстановительных и аварийных ремонтов, энергетических затратах, о расходах на профилактические ремонты, анализе неисправностей и проведении энергетического аудита (рис. 3). Все это образует четыре этапа, составляющих концепцию энергоэффективности с названием FluidFuture.
Рис. 3. Принципиальная схема анализа затрат.
Аудит системы

Комплексный аудит имеющейся гидравлической системы включает ответы на следующие и ряд других вопросов:

✅ Как работают насосы?

✅ Каков профиль нагрузки?

✅ Каковы суточные и сезонные колебания?

✅ Частота включений/выключений?

Основная задача этапа — понять, как именно работает система. В качестве основного инструмента для аудита был создан SES — устройство оперативной регистрации данных. Для реализации всех его возможностей используется PumpMeter — интеллектуальный прибор контроля параметров, который обеспечивает прозрачность работы насоса, измеряя и отслеживая все его важные характеристики. Это позволяет получить полную картину характеристик не одного устройства, а сети в целом.

Расчет параметров

Важно понимать, что стоимость современного оборудования редко превышает 10% от общей стоимости жизненного цикла, большую часть которого составляют эксплуатационные затраты. Поэтому на следующем этапе для обеспечения энергоэкономичной работы вашей системы особую важность представляет расчет параметров. С этой целью отдельные компоненты гидравлической системы адаптируются к конкретным требованиям и идеально согласовываться друг с другом. Оптимальное решение для каждого применения мы разрабатываем в рамках консультаций с заказчиком.

На этом этапе одним из основных инструментом становится автоматизированная программа подбора EasySelect. Первым шагом для оптимального расчета параметров насосов, арматуры и трубопроводов является определение структуры системы (рис. 4). На основе профиля нагрузки и геодезического напора мы определяем количество и режим эксплуатации задействованных насосов. За счет адаптации напора к потребности с помощью системы частотного регулирования при переменном профиле нагрузки достигается энергосбережение до 60% по сравнению с работой нерегулируемых насосов.
Рис. 4. Определение структуры системы
Далее приступаем непосредственно к расчету параметров насосов, арматуры и трубопроводов:

Насосы
На втором этапе выбора насоса компоненты подстраиваются под структуру системы. Для этого мы предлагаем ряд подходящих типоразмеров насосов и подрезаем рабочее колесо под рабочую точку.

Арматура
При подборе арматуры важно обращать внимание на оптимальные значения расхода и правильные трубопровода. Арматура KSB обеспечивает значительную экономию затрат за счет оптимальных значений Zeta и прочих преимуществ продукции.

Трубопровод
В расчете энергоэффективной насосной системы особое место отводится параметризации трубопровода. При этом следует отметить учет скорости потока, расширение трубопровода на выходе из насоса и правильный выбор материалов. Для оптимального определения размеров трубопровода необходимо найти экономический компромисс между потерями на трение в трубе и применяемыми материалами.

Выбор двигателей и средств автоматизации
Для правильного подбора насоса большую роль играет подбор привода и средств автоматизации. Благодаря концепции двигателей KSB для каждой установки поставляется оптимальный привод. В зависимости от профиля нагрузки возможен выбор оптимального сочетания двигателя и средств автоматизации из широкой производственной линейки KSB. Наряду с Вашими пожеланиями мы учитываем аспекты экономичности и ресурсоэффективности. Кроме того, наше оборудование соответствует требованиям директивы ErP.
Энергоэффективные двигатели

Большинство насосов KSB комплектуются двигателями класса эффективности IE4 и IE5, фактические характеристики которых превосходят требования предыдущего стандарта, обеспечивая дополнительную экономию 15% электроэнергии.

Адаптация производительности к потребности

Традиционно при проектировании и подборе оборудования принято ориентироваться на пиковые нагрузки, которые редко превышают 20% времени работы техники. Следствием такого подхода является снижение КПД и снижение энергоэффективности системы. Поэтому использование систем регулирования частоты вращения, таких как PumpDrive, позволяет адаптировать производительность насоса к фактической потребности и решить проблему переразмеривания.

Комплексный подход к анализу гидравлических систем позволяет кардинально снизить издержки эксплуатации за счет правильного подбора оборудования и режимов его работы. В KSB на сегодняшний момент разработан полный набор инструментов, которые позволяют оптимизировать сети практически любой сложности. В дальнейших статьях предлагаемого цикла мы более подробно познакомим вас с ними, а также расскажем о современном подходе к оценке жизненного цикла насосов и запорной арматуры. Если у вас возникли вопросы по этой теме, наш специалист с удовольствием подключится к обсуждению!
Задайте вопрос!
У вас появился вопрос? Просто задайте его здесь и мы ответим на него по электронной почте или телефону.
Задайте вопрос