Гидравлическая оптимизация как альтератива покупке новых насосов

11.08.2023

Как известно, затраты на насосное оборудование – комплексная величина, состоящая из нескольких частей.

Стоимость жизненного цикла оборудования — это сумма всех затрат: на приобретение, монтаж, эксплуатацию, обслуживание и утилизацию.

Затраты на насосное оборудование можно описать в виде формулы следующим образом:

LCC = C_ic + C_in + C_e + C_o + C_m + C_s + C_env + C_d, где

• LCC = Стоимость жизненного цикла;
• C_ic = затраты на приобретение;
• C_in = затраты на монтаж и ввод в эксплуатацию;
• C_e = Затраты на электроэнергию;
• C_o = затраты на ФОТ;
• C_m = затраты на обслуживание и ремонт;
• C_s = потери от простоя оборудования;
• C_env = затраты на экологию;
• C_d = затраты на утилизацию;

Все составляющие в модели расчета LCC можно отнести к категориям капитальных затрат (CAPEX) и затрат на эксплуатацию (OPEX):

CAPEX = C_ic + C_in

OPEX = C_e + C_o + C_m + C_s + C_env + C_d

 

Возможные варианты оптимизации работы насосов

Для оптимизации работы насосов возможно применение следующих приемов:

• Частотное регулирование;

• Оптимизация подбора насоса;

• Оптимизация системы;

• Оптимизация гидравлики насоса;

Использование ЧРП доказало свою высокую эффективность, но не является единственно возможным решением.

При изменении частоты вращения насос уходит из зоны оптимального КПД, что приводит к существенным дополнительным потерям за счет изменения работы гидравлики насоса.

В случае существенного изменения параметров системы величина потерь еще возрастает:

Оптимизация подбора насоса и системы не может в полной мере реализоваться из-за несовершенства технологий и постоянного изменения характеристик сети.

В таком случае нам остается применить стратегию «гидравлического рерайтинга» или оптимизации гидравлики насоса.

Причин для рассмотрения возможности модернизации гидравлики центробежных насосов может быть несколько.

Одна из них - насос изначально не был выбран и спроектирован для работы в точке наилучшей эффективности (B.E.P.) или близко к ней.

Часто эксплуатация насосов «вне B.E.P» берет свое начало уже при составлении первоначального технического паспорта оборудования, как показано на графике.

Из-за эксплуатации насоса «вне B.E.P» мы сталкиваемся со следующим (на картинках подобрана точка, соответствующая B.E.P., отклонение в стороны приводит к росту/падению характеристик, выделенных цветом):

• Снижение эффективности и повышение NPSHr (риск кавитации):
  
  
• Высокие радиальные нагрузки:
  
  
• Высокие осевые нагрузки:
  
  
• Высокая вибрация:
  
  
• Рециркуляция всасывания и нагнетания:
  
  
• Повышение температуры:
  
  

Помимо разницы между фактической рабочей точкой и B.E.P., указанной в техническом паспорте, существуют и другие причины, которые могут привести к работе насоса в отрыве от B.E.P. Это может быть результатом:

• Изменения потока;

• Неправильного применения;

• Сниженных требований;

• Повышенных требований;

• Реконструкции.

Это может вызвать значительные проблемы при регулировании (контроле) расхода/напора, а также при работе насосов с переменной скоростью и параллельной работой.

Первоначально выбранный и установленный насос может работать с максимальным КПД, который намного ниже наилучшего достижимого КПД для данного применения.

Многие клиенты уже выявили следующие недостатки гидравлических характеристик насоса:

• Не работает на уровне BEP;

• Нестабильная кривая работы, слишком плоская кривая Q-H, вызывающая проблемы;

• Эксплуатация насоса со "слишком низким" КПД.
  

Что делать?

В таких случаях покупатели склонны полностью заменять насос на новый. Это нерационально и дорого. С помощью метода гидравлической оптимизации в 90% случаев можно повторно использовать данные насосы, что значительно выигрывает в стоимости по сравнению с закупкой нового оборудования.

Гидравлический рерайтинг является лучшим экономическим решением, чем покупка новых насосов потому что включает в себя:

• Инженерно-закупочную группу заказчика;

• Инженерную компанию;

• Вывоз и утилизацию загрязненного грунта;

• Фундамент (новый или модифицированный);

• Изменение трубопроводов для подключения нового насоса к существующей системе;

• Подключение приборов;

• Время на монтаж и на возможные производственные потери;

• Промывку линии и ввод в эксплуатацию.

В среднем это от 40 до 75% стоимости внедрения нового насоса, что является существенной экономией.

Оптимизацию гидравлики можно определить как "изменение гидравлики насоса для (лучшего) соответствия фактическим или будущим условиям эксплуатации".

Конечно, капитальный ремонт не потребуется, если будет приобретен полностью новый насос; однако это может существенно ударить по бюджету компании.

Как меняются гидравлические характеристики?

Изменение гидравлических характеристик позволяет повысить энергоэффективность эксплуатации насоса даже в условиях несоответствия точке B.E.P.

Осуществляется данный процесс за счет следующих конструктивных решений:

• Изменение рабочего колеса

• Изменение «улитки»

Самые частые и простые процедуры. Заменяем диаметр рабочего колеса, угол наклона лопасти, форму кромки спирали и площадь ее выходного отверстия. Данное изменение конструкции способно существенно повлиять на вид характеристики насоса. Модернизация гидравлики, выполняемая заказчиками или местными мастерскими, обычно этим и ограничивается.

• Добавление индуктора (индюсера) - осевая входная часть ротора центробежного насоса, функция которой заключается в повышении напора на входе на величину, достаточную для предотвращения значительной кавитации на следующей ступени насоса.
  
  
  
• Рабочее колесо с низким расходом.
  

  Пример на рисунке, выделенный жирными линиями, представляет собой одноступенчатый насос технологического типа с двойным всасыванием между подшипниками, модифицированный для снижения расхода на 55% при высоком напоре.
  
  

Мы устанавливаем специально разработанное рабочее колесо с низким расходом и износостойкие кольца увеличенного размера, показанные ниже.  Обратите внимание на разницу в производительности насоса с этой модификацией.

Рабочее колесо низкого расхода создает примерно такой же напор при примерно вдвое меньшей производительности

• Разрушение многоступенчатых насосов для снижения напора.

Жирными линиями показан мультиплексный насос, модифицированный для снижения напора на 17% при расчетном расходе.

Мы снимаем одно рабочее колесо с вала и установливаем разрушающуюся втулку в отверстие спирали, как показано на следующей иллюстрации.

Данное конструктивное решение позволяет регулировать напор в необходимом диапазоне.

• Кольцо сужения.

При работе насоса с высокой удельной скоростью всасывания на пониженной подаче возникают симптомы, характерные для рециркуляции на линии всасывания.

 

Оптимизация на примере «Росводоканал Воронеж»

Согласно Инвестиционной программе «РВК-Воронеж» в период с 2019 года по 2028 год, компания планирует проводить следующие мероприятия:

• Сокращение количества перерывов в подаче воды и увеличение надёжности системы водоснабжения;

• Повышение энергетической эффективности, предусматривающее подбор и замену насосных агрегатов на насосы с оптимальными рабочими характеристиками (Q-H и КПД), внедрение системы частотно-регулируемых приводов на насосных агрегатах;

• Обширное техническое перевооружение оборудования машинных залов.

Согласно заявленной политики компании, одним из важнейших направлений производственной деятельности «РВК-Воронеж» является реализация мероприятий по снижению объемов потребления электроэнергии.

Сотрудничество с «НК «Крон» направлено на достижение заявленных целей «РВК-Воронеж» при меньших затратах:

1. В ходе проведения модернизации насосного парка мы предлагаем перевести капитальные затраты на операционные и синхронизировать их с поступлением денежного потока от потребителей.

2. Решение, которое разработали наши инженеры – гидравлический рерайтинг – представляется более выгодным по сравнению с закупкой нового насосного оборудования и установкой ЧРП.

3. Так, уменьшится влияние роста стоимости электроэнергии на экономическую модель предприятия, сократятся нагрузки на электрические сети, что обеспечит более надежную работу системы водоснабжения.

Профессионализм «НК «Крон» доказан годами и выбором наших клиентов:

• Компания успешно развивает свою деятельность с 1992 года и включает штат специалистов, многие из которых обучались на базе программ МГТУ им. Баумана.

• Производственные мощности Компании позволяют производить более 300 насосных агрегатов в год.

• Клиентская база компании насчитывает более 200 конечных потребителей, среди которых ведущие вертикально-интегрированные нефтегазовые компании ПАО «Лукойл», ПАО «НК «Роснефть», ПАО «НОВАТЭК».

• Компания владеет широким ассортиментом гидравлических систем и моделей, которые имеют доказанные гидравлические характеристики.

• В случае отсутствия подходящей гидравлической системы, «НК «Крон» располагает современными инженерными возможностями для разработки оптимального решения.

• Результатом деятельности компании является большое количество отзывов о завершенных повторных гидравлических испытаниях.

• Наши специалисты могут проводить испытания как на месте, так и в цеху, до и после модификации.