Европейские рекомендации по закупкам водяных насосов предлагают простую методику выбора насоса, обладающего высоким КПД в заданной рабочей точке. Описание методики доступно через Интернет по адресу:
http://re.jrc.ec.europa.eu/energyefficiency/motorchallenge/pdf/EU_pumpguide_final.pdf
3.8.3. Оптимизация трубопроводной системы
Общая характеристика и производственная информация
(Информация по «Экологическим преимуществам», «Воздействию на различные компоненты окружающей среды», «Применимости», «Экономическим аспектам», «Мотивам внедрения», «Примерам», а также «Справочной информации» для методов повышения энергоэффективности насосных систем приведена в разделе 3.8.7).
Выбор производительности насоса зависит от характеристик трубопроводной системы. Как показано на рис. 3.37, оптимальная производительность определяется соотношением характеристик насоса и трубопроводной системы.
Рисунок 3.37: Соотношение напора и расхода
Собственное энергопотребление трубопроводной системы определяется потерями на трение при движении жидкости по трубопроводам, через клапаны и другие элементы системы. Величина потерь пропорциональна квадрату расхода. Потери на трение могут быть сведены к минимуму с использованием следующих средств:
•устранение излишних клапанов;
•устранение излишних изгибов трубопроводной системы (в особенности, крутых);
•обеспечение достаточного диаметра трубопроводов.
3.8.4. Техническое обслуживание
Общая характеристика и производственная информация
(Информация по «Экологическим преимуществам», «Воздействию на различные компоненты окружающей среды», «Применимости», «Экономическим аспектам», «Мотивам внедрения», «Примерам», а также «Справочной информации» для методов повышения энергоэффективности насосных систем приведена в разделе 3.8.7).
Необходимость слишком частого технического обслуживания насосов может быть признаком:
•кавитации в насосах;
257
•значительного износа насосов;
•того, что тип используемых насосов не соответствует выполняемым ими функциям.
Необходимость дросселирования при постоянном напоре и расходе указывает на избыточную мощность насоса. Падение давления на регулирующем клапане приводит к потерям энергии, величина которых пропорциональна падению давления и расходу.
Как правило, значительный шум при работе насоса указывает на наличие процессов кавитации, являющихся следствием сильного дросселирования или чрезмерного расхода. Шум в регулирующих или перепускных клапанах является признаком существенного падения давления, приводящего к значительным потерям энергии.
Со временем производительность и КПД насоса постепенно снижаются. В частности, это является результатом увеличения зазоров между различными компонентами насоса: корпусом; рабочим колесом; сужающими втулками; кольцами; подшипниками. Испытания, проводимые в ходе мониторинга состояния системы, способны выявить подобную ситуацию. Если имеют место значительное снижение производительности, следует восстановить оптимальную величину зазоров между компонентами. По результатам мониторинга может быть также принято решение о замене рабочего колеса или уменьшении его размера с целью снижения энергопотребления насоса.
Снижению потерь на трение может способствовать и нанесение покрытия на рабочие поверхности насоса.
3.8.5. Управление насосными системами и их регулирование
Общая характеристика и производственная информация
(Информация по «Экологическим преимуществам», «Воздействию на различные компоненты окружающей среды», «Применимости», «Экономическим аспектам», «Мотивам внедрения», «Примерам», а также «Справочной информации» для методов повышения энергоэффективности насосных систем приведена в разделе 3.8.7).
Применение насоса может предусматривать несколько рабочих точек, причем номинальные характеристики насоса определяются рабочей точкой с наибольшим расходом и/или напором. Система управления и регулирования способна сыграть важную роль в эксплуатации насосной системы, позволяя оптимизировать ее рабочие характеристики (напор и расход). Использование такой системы способствует:
•более качественному управлению технологическим процессом;
•повышению надежности системы;
•энергосбережению.
Влюбых насосных системах, эксплуатационные условия которых характеризуется значительными колебаниями (например, нормальное рабочее давление или напор составляют менее 75% максимальных значений), скорее всего, имеют место существенные потери энергии, связанные с чрезмерным дросселированием, перепуском значительных потоков или эксплуатацией насосов, необходимость в работе которых отсутствует.
Могут применяться следующие методы управления работой насосной системы:
•отключение насосов, необходимость в работе которых отсутствует. Несмотря на очевидность этой меры, ее часто упускают из виду в ситуации, когда потребности производства в воде или другой нагнетаемой жидкости значительно сокращаются (это иллюстрирует важность анализа системы в целом);
•использование приводов с переменной скоростью (электродвигателей, оборудованных преобразователями частоты) способствует достижению максимальной эффективности системы, позволяя гибко регулировать производительность в зависимости от меняющихся потребностей. Однако реализация этого метода требует более значительных инвестиций, чем применение других подходов к управлению производительностью. Приводы с
258
переменной скоростью не являются оптимальным решением для любых ситуаций; например, их применение нецелесообразно в условиях, когда система работает при постоянной нагрузке (см. раздел 3.6.3);
•использование нескольких насосов представляет собой альтернативу методам управления при помощи приводов с переменной скоростью, перепуска или дросселирования. Энергосбережение при этом достигается за счет того, что в условиях низких нагрузок часть насосов останавливается, в то время как остальные насосы функционируют в режиме, обеспечивающем высокий КПД. Использование нескольких небольших насосов оправдано в условиях, когда обычная производительность системы составляет менее половины максимальной необходимой производительности. Как правило, основными источниками потерь в системе с несколькими насосами являются перепуски избыточной жидкости, работа избыточных насосов, поддержание чрезмерного давления, а также недостаточное количество градаций производительности, достигаемых посредством запуска/остановки отдельных насосов;
•управление производительностью системы с центробежным насосом посредством дросселирования (при помощи расширительного клапана) приводит к потерям энергии. Тем не менее, этот метод сопряжен с меньшими потерями, чем два других распространенных метода регулирования – отсутствие управления или управление при помощи перепусков. Поэтому дросселирование может быть средством энергосбережения, хотя и неоптимальным.
Рисунок 3.38: Сравнение энергопотребления при использовании двух систем управления производительностью динамического насоса
3.8.6. Привод и передача
См. раздел 3.6 «Подсистемы с электроприводом». Следует подчеркнуть важность подбора оптимального насоса (см. раздел 3.8.2) и соответствующей мощности привода для удовлетворения потребностей конкретной системы (см. раздел 3.6.2).
3.8.7. Экологические преимущества, воздействие на различные компоненты окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов повышения энергоэффективности насосных систем
Экологические преимущества
По данным некоторых исследований, за счет замены оборудования и совершенствования систем управления возможно снизить энергопотребление насосных систем на 30-50%.
259
Воздействие на различные компоненты окружающей среды
О воздействиях не сообщается.
Применимость
Применимость тех или иных мер и связанный с ними экономический эффект зависят от масштаба и характеристик конкретного производства и насосной системы. Поэтому оптимальные меры по повышению энергоэффективности могут быть определены только основе анализа системы и потребностей производства. Такой анализ должен выполняться квалифицированным инженернотехническим персоналом предприятия или представителями поставщика насосного оборудования.
Результаты анализа должны включать перечень мер, применимых в условиях данного предприятия, оценку связанных с ними затрат и экономического эффекта, а также предполагаемый период окупаемости.
Экономические аспекты
Срок службы насосных систем часто составляет 15–20 лет. Поэтому при приобретении насосного оборудования следует учитывать не только начальные затраты (стоимость оборудования и его установки), но и затраты на протяжении всего жизненного цикла системы.
Как правило, насосы закупаются как отдельные единицы оборудования, однако они могут выполнять полезные функции лишь в рамках системы. Поэтому при анализе экономических вопросов, связанных с закупкой насосного оборудования, необходимо принимать во внимание систему в целом.
Рисунок 3.39: Типичная структура затрат на протяжении жизненного цикла промышленного насоса средней мощности
[200, TWG]
Мотивы внедрения
Энергосбережение и сокращение затрат.
Примеры
Описанные методы оптимизации насосных систем широко применяются.
Справочная информация
[170, EC, 2003, 199, TWG, , 200, TWG]
260