Энергоэффективная эксплуатация насосного оборудования

Авторы:
Твердохлеб И.Б., к.т.н., директор по НИОКР УК «ГМС»,
Костюк А.В., к.ф-м.н. директор программы УК «ГМС»


Вопросы эффективной работы насосно-силового оборудования в последние годы становятся все более актуальными в связи с ростом тарифов на электрическую энергию, расходы на которую в общей структуре затрат могут быть очень значительными.

Водоснабжение и водоотведение относится к отраслям промышленности с интенсивным использованием насосного оборудования, доля электроэнергии потребляемой насосами составляет более 50% от общего энергопотребления. Поэтому вопрос снижения затрат на электроэнергию для водоснабжающих организаций заключается, прежде всего, в эффективном использовании насосного оборудования.

Большая работа в данном направлении проводится компанией ОАО «Группа ГМС» — холдингом, объединяющим ведущих производителей насосного оборудования в России и СНГ. На настоящий момент в структуру компании входят 16 предприятий с общей численностью персонала более 12 000 человек. Среди них широко известные ОАО «Ливнынасос», ОАО «Ливгидромаш», ОАО «Насосэнергомаш», ОАО «Бавленский завод «Электродвигатель», ОАО «Завод «Промбурвод» и другие предприятия.

В среднем к.п.д. насосных станций составляет 10-40 %. Несмотря на то, что к.п.д. наиболее часто применяемых на их насосов, составляет от 60% для насосов типа К и КМ и более 75% для насосов типа Д.

Главные причины неэффективного использования насосного оборудования следующие:

1. Переразмеривание насосов, т.е. установка насосов с параметрами подачи и напора большими, чем требуется для обеспечения работы насосной системы.

2. Регулирование режима работы насоса при помощи задвижек.


Основные причины, которые приводят к переразмериванию насосов следующие:

1. На стадии проектирования закладывается насосное оборудование с запасом, на случай непредвиденных пиковых нагрузок или с учетом перспективного развития микрорайона, производства и т.д. Нередки случаи, когда подобный коэффициент запаса может достигать 50%.

2. Изменение параметров сети — отступления от проектной документации при строительстве, коррозия труб во время эксплуатации, замена участков трубопроводов при ремонте и т.п. Изменение объемов водопотребления в связи с ростом или сокращениемчисленности населения, изменением количества промышленных предприятий и т. д.

Все эти факторы приводят к тому, что параметры насосов, установленных на насосных станциях, не соответствуют требованиям системы. Для обеспечения требуемых параметров насосной станции по подаче, напору в системе эксплуатирующие организации прибегают к регулированиюпотока при помощи задвижек, что приводит к значительному увеличению потребляемой мощности как из-за работы насоса в зоне низкого к.п.д., так и за счет потерь при дросселировании.

Достаточно часто потребитель низкую энергетическую эффективность системы «насос-сеть» ошибочно относит на счет низкого к.п.д. насоса, а поскольку на объектах водоснабжения эксплуатируются, в основном насосы российского производства, то формируется мнение о ненадежности и низкой эффективности отечественного насосного оборудования. Помимо низкого к.п.д., работа насосов за пределами рабочего диапазона значительно сокращает срок их службы и надежность.

При замене насосного оборудования одной из главных целей является снижение энергопотребления.

Обосновывая применение зарубежного оборудования, представители иностранных компаний в качестве исходных данных для проведения сравнительного анализа берут значения энергопотребления насосов при реальных условиях эксплуатации и сравнивают их с данными каталогов зарубежных производителей. Результатом такого анализа становится вывод о, якобы, быстрой окупаемости зарубежного оборудования, которое по стоимости превышает стоимость отечественного в несколько раз, в течение одного-двух лет. Основной причиной значительного сокращения энергопотребления при замене одних насосов на другие является не техническое превосходство вновь установленных насосов, а соответствие их параметров требованиям системы.

Это достигается правильным подбором насоса в соответствии с реальными характеристиками системы. Поэтому сведения, которые появляются в открытых источниках, рекламных материалах о том, что замена насосов российского производства на насосы зарубежного производства приводит к снижению энергопотребления на 20-30%, являются некорректными. В тех системах водоснабжения, где параметры сети меняются во времени в зависимости от изменения суточного или сезонного водопотребления подобрать насос, для которого диапазон изменения параметров сети находился бы в пределах рабочего диапазона насоса, бывает невозможно. В этом случае значительную экономию может принести применение систем управления насосной станцией в зависимости от меняющихся параметров сети. В подобных системах регулирование параметров насосов осуществляется при помощи частотного и каскадного регулирования.

По данным Гидравлического института США и Европейской ассоциации производителей насосов основные мероприятия, которые приводят к снижению энергопотребления и его размеры приведены в таблице.

Методы снижения энергопотребления в насосных системах Размер снижения энергопотребления
Замена регулирования подачи задвижкой на регулирование частотным преобразователем 10 — 60%
Снижение частоты вращения 5 — 40%
Каскадное регулирование при помощи параллельной установки насосов 10 — 30%
Подрезка рабочего колеса, замена рабочего колеса 10 — 20%
Замена электродвигателей на более эффективные 1 — 3%
Замена насосов на более эффективные 1 — 2%

Необходимообратить внимание на то, что снижение энергопотребления за счет замены насосовна аналогичные может принести максимум 2% экономии. Основной потенциал поэнергосбережению заключается в замене регулирования подачи насоса задвижкой начастотное или каскадное регулирование, т.е. применении систем способныхадаптировать параметры насоса под требования системы.

При принятии решенияо применении того или иного способа регулирования необходимо учитывать, чтокаждый из этих способов регулирования также следует применять, отталкиваясь отпараметров сети, на которую работает насос, в частности, доля статической идинамической составляющих.
Как видно изпервого графика на рис.1 при работе насоса на сеть с преимущественнойстатической составляющей снижение частоты вращения насоса до 83% от номиналаприводит к снижению к.п.д. с 60 до 35% и выходу рабочей точки за пределырабочего диапазона. Поэтому при работе насоса на сеть с преимущественнойстатической составляющей применение частотного привода нерационально и требуетболее тщательного анализа.

Рис.1.Работа насоса с частотным регулированием на сеть с преимущественной статическойсоставляющей.


Рис.2.Работа насоса с частотным регулированием на сеть с преимущественными потерямина трение.

С другойстороны, работа того же насоса при различных частотах вращения на сеть спреимущественными потерями на трение рис.2, приводит к тому, что рабочая точкасмещается вдоль линии максимального к.п.д., и насос работает в оптимальномрежиме на всех частотах. Поэтому применение частотного привода насосов всистемах с преимущественными потерями на трение является наиболее рациональными приводит к значительному сокращению энергопотребления.

Как видно изграфиков на рис.3, при каскадном регулировании режима работы насосной станциипри помощи включения и выключения необходимого количества насосов установленныхпараллельно при работе сеть с преимущественно статической составляющейсуммарная подача увеличивается примерно на одно и тоже значение.


Рис.3.Каскадное регулирование режима работы насосной станции при работе на сеть спреимущественно статической составляющей.


Рис.4.Каскадное регулирование режима работы насосной станции при работе на сеть спреимущественно динамической составляющей.

При работетой же насосной станции на сеть с преимущественными потерями на трение, рис. 4., подключениекаждого последующего насоса приводит к непропорциональному увеличению суммарнойподачи. Причем, подключение каждого последующего насоса увеличивает подачу наменьшее значение.

В связи сэтим, применение каскадного регулирования приносит эффект в системах спреимущественной статической составляющей, а применение частотного приводарекомендуется для систем с преимущественными потерями на трение.
Выводы.

В настоящеевремя существует миф о том, что экономия электроэнергии при заменеотечественных насосов на импортные может составить 20-30%. Материалы, изложенныев статье, показывают, что энергоэффективная эксплуатация насосов достигается,главным образом, за счет согласованной работы на сеть.

Параметрынасосов производства ОАО «Группа «ГМС» по к.п.д., потребляемой мощности неуступают, а иногда и превосходят насосы импортного производства. При сравнениипотребляемой мощности аналогичных насосов разных производителей необходимообращать внимание на равенство параметров подачи и напора, на которые подбирается насос.

Значительноесокращение энергопотребления насосных станций может быть достигнуто прииспользовании отечественного насосного оборудования, но при значительно меньшихзатратах.

Теги:
наверх