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優化泵係統效率和其生命周期性能策略

2019-11-10 23:59   评论:14 点击:365

流程泵是工廠最大的能源消耗之一,進步泵送係統的使用效率是降低工廠運行本錢的一條新捷徑。

日新月異的貿易環境正在促使各個企業 對其傳統的經營慣例作出浩繁改變。 市場全球化、需求調整和股東利益都要求工廠尋找能進一步降低生產本錢的新途徑。

近年來,固然企業愈來愈多地應用信息技術 (IT) 來進步生產力,例如企業資本規劃和供給鏈的治理。但是,就在工廠為其業務係統配備了最新的IT工具的同時,他們卻仍然在使用著過期的、低效的電機驅動泵送係統來運行生產流程。

今天,低效的電機驅動泵送係統是生產過程治理中的一個薄弱環節。更明確地說,電機驅動的泵係統的效率可以在優化生產流程中扮演首要角色。盡管它經常被忽視,但通過使用能進步其效率的相關技術,便可大幅的降低能耗、減少維修和原材料消耗。

例如 :在全部紙漿造紙管路及工藝流程中,泵送液體通常消耗了產業電性能耗的最大部分。優化泵送係統的效率可增加泵和工藝流程的穩定性,同時在節能和減少維修本錢方麵可獲得20%~50%的改進潛力。低效的泵送性能除了阻礙全部生產效率的進步,還會導致產品質量的降低、生產時間的浪費,對設備的間接損害和過高的維修本錢。

更大並不總是更好

全部工廠的生產效率往往受約於泵係統的精確選型 、安裝和維修。標準的產業慣例通常是增大泵的選型尺寸以確保滿足工藝峰值期間的需求。在過往,這類做法曾被接受,當時造紙廠有對其所有林業基礎產品的持續的訂單需要。

但是今天,情況有所不同。市場的全球化直接導致了過高的漿產品儲量和過剩的生產能力 。這類局勢變化決定了對泵的偏大的選型慣例應當被從頭審閱。

1996年,一家芬蘭技術研究中間發布的一份題為“離心泵性能診斷專家分析報告”中顯示:通過分析20個工廠1690台泵,發現泵的均勻效率小於40% ,有10%的泵的運行效率低於10%。泵選型過大和節流控製閥被認定為是消耗過多能量的兩大首要啟事。

提升泵效率的策略

一台流程泵的最初購買價格一般小於其生命周期本錢(LCC)的 15%。一台50馬力的泵,其生命周期本錢包括安裝、操縱、維修和係統的停用本錢,這些用度是最初購買本錢的幾倍。一般來說,能量消耗會占泵的生命周期本錢約30%,維修用度更是高達40%。假如使用超過20年,能耗和維修用度將超過10倍的初始購買用度,而這部分本錢可以通過效率的進步來明顯的降低。

泵係統性能受以下幾個身分影響

·泵和其係統構成部分的各自效率

· 全部係統的設計

·泵送控製的效果

·驅動部分的效率

·適當的維修周期

工廠的係統評估有助於確定和量化改進泵送係統效率的最好方案。

最具潛力的進步效率的係統改進方案如下

·通過更換和產品升級來進步電機效率

·最好匹配各部件選型和負載需求

·通過改進工藝和係統設計降低電機的負載

·用泵的轉速調整替換節流控製閥或回流裝配

並且,當進行泵係統評估時,以下特征說明該係統效率提升存在潛能:節流閥、常開的回流管線 、多泵並行係統中所有的泵一向在運行、在間歇工藝中不變的泵操縱、汽蝕噪音的存在。

表1:控製閥與轉速調節在同流量條件下對比

智能流量控製

變頻器(VFDs)的發展利用,特別是用於泵送控製的智能控製驅動器的利用 ,使以控製閥作為流量主控方式的操縱慣例發生了重大變化。而過往 ,變頻器(VFDs)利用於降低能耗或常規的控製效果不太好的場合。實際上,智能泵送係統是針對泵係統的優化方案 ,其智能軟件集成在驅動器的微處理芯片中。

智能驅動器可以讓泵的運行接近其最好效率點(BEF) ,並且當泵運行偏離了最好效率點時可以保護泵避免機械損壞,最新的研究表明,泵運行在最好效率點四周可以使泵的效率和運行可靠性獲得驚人的改善。表一中比較了不同流量需求下的控製閥的壓差、泵轉速和效率的波動情況。

智能變頻驅動器許可泵運行在最好葉輪直徑和較低的轉速下,這可以進一步增加泵的可靠性並使均勻故障間隔時間(MTBF)得到相當的改觀。在新的項目中,可節省控製閥的購買和安裝本錢 ,隨後再加上節約的能量和維修用度,泵送係統總的生命周期本錢會得到明顯的降低。

一旦投進使用,智能變頻驅動器技術可以提供下列改變

·主動調節適應工藝變化

·主動調節適應泵係統的變化

  ·係統故障時保護泵

·提供實時的狀況監控

已配置傳感器和控製軟件智能泵送係統的可以提供順利的開車和產能變化,持續生產時更加嚴格地控製,並在對產品質量或工藝操縱沒有產生消極影響時,就對係統潛伏的題目提供提更迅速的診斷 。如圖1所示。

圖1:泵係統道理圖, 比較了傳統的泵送係統與智能泵送係統的區別 。

節能

如表2 所示,在紙漿造紙行業,泵消耗了大部分的電機耗能。實際上流程泵的能量集中消耗使他們成為節能降耗的首要選擇對象 。

表2:泵送係統是集中耗能的源地。

不同的型號的流程泵的機械設計都會考慮高效運行。實際利用中,設計的目的是在正常的操縱條件下確定泵的尺寸使之運行在最好效率點。但是工藝需求和產量要求經常隨時間有較大的變化。結果,找一個常速泵使之運行在最好效率點的選型過程就似乎“射擊一個移動的靶子”。

工廠所有的旋轉設備中流程泵在節能方麵具有最大的潛能。通過智能化地實時控製電機轉速,智能泵送係統可以根據需求調節能量使用。通過電機轉速的調節滿足精確的工藝需求,並避免不必要的能量消耗。

案例研究顯示,通過優化泵的性能最大可節約50%甚至更多的能量。另外,消耗在常速泵上過多的能量並沒有效在泵送液體上,而是浪費在泵體上並導致泵係統的可靠性下降。

除了能耗降低外 ,智能泵送係統最大優點是解決和消除工廠生產、維修和工程部分碰到的複發性的操縱運行故障。一般情況下,設備中故障率最高的是離心泵,其密封泄漏是其中停產時間最長和維修用度最高的故障。泵係統的優化有助於減少計劃外停車並增加產量。

泵係統的優化有助於減少計劃外停車並增加產量 。

進步設備治理水平

一個用於電機驅動泵送係統的成功的、可預告式的維修策略應當包括對於智能泵送係統的在線監控功能的利用。相關監控信息可以傳到集成在過程控製係統的設備治理軟件中,或者發送到微機維修治理係統(CMMS)用於報警和曆史存檔。

過往,設備信息需要手工的搜集和回檔,或頻數未幾地手工錄進微機維修治理係統。經過這些年發展,主動的設備狀況監控係統已發展成熟,特別是利用在象渦輪機等大型轉動設備上,但其較少用在預告式維修上 。工廠一般還是依托既定的展看性的大修計劃和應急補救性維修。

通過發展預告式維修的能力,維修保養部分可以實時持續地檢查和更新設備狀況信息 。設備數據的實時分析提供切實可行的信息來計劃維修作業,如許比履行一份自上次停車維修後的既定時間計劃更加有效。較之既定計劃維修首要的優點是延長了連續運行時間,增加了運行機動性,更首要的是降低了維修量。圖2顯示了預告式維修方式較之既定預防維修方式或補救式維修方式,其用度明顯降低。

圖2: 展看維護可節省用度。

在預告式維修狀況下,切實的設備狀況信息替換了對設備狀況的推測,這就讓工廠可以在接到設備狀況下降預告後就開始計劃和安排作業時間。工廠不再必***搶修已損壞的設備。如許一來,過往首要依托對設備的曆史記錄、經驗、和直覺等人工技能的維修作業,現在已變為故障辨別的科學流程。

結論

過往,製造業廣泛的使用過程儀表用來丈量工藝中的物理和化學變量,盡管也使用傳感器來監控設備如泵、壓縮機和其他的旋轉設備,但僅限於一些價值非常昂貴的設備。今天,隨著智能化設備和數字通訊的發展成長,傳統的過程控製和設備治理本能性能正漸漸的融合進過程治理係統。

智能泵的出現成為過程治理的進一步發展中決定性的一步。在加進智能功能今後,在同一變頻驅動平台上不僅提供控製,而且可提供泵的保護和狀況監控。

盡管具有節能和操縱上的上風,但當對電機驅動泵送係統實行進步效率的新技術時,工廠還要麵臨很多障礙。這首要源於經理、工程師、和新技術和方案的分銷商對改進泵係統的性能方麵缺乏了解。

在對新技術了解後,由於需要改變長期建立起來的生產慣例而感到冒險,這經常會延遲決定和項目1頁

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