14 فرصت ویژه بهبود بازدهی انرژی در سیستمهای تلمبه زنی و پمپ ها

ارزیابی تفصیلی انرژی سیستمهای تلمبه زنی

سیستم های پمپاژ یا تلمبه زنی متشکل از پمپ ها، درایو، تاسیسات لوله و کنترلها از قبیل اینورتر هایی با سرعت قابل تنظیم یا شیرهای کنترلی می باشد که بخشی از کل سیستم موتور به شمار می رود.

در زیر برخی از فرصت های بهبود بازدهی انرژی برای سیستم تلمبه زنی ارائه می شود.

فرصت های کاهش مصرف انرژی در پمپ ها و سیستمهای تلمبه زنی

همچنین، انجمن امریکایی مهندسین مکانیک (ASME) استانداردی منتشر کرده است که ارزیابی سیستم های تلمبه زنی را پوشش می دهد که به صورت یک یا چند پمپ و سایر عناصری که در تعامل با هم هستند و در مجموع کار مورد نظر انتقال سیال را انجام می دهند تعریف شده است.

در این مقاله (استاندارد)، رویه اجرای چهارده مورد از ارزیابی انرژی سیستم تلمبه زنی به همراه فرصت های بهبود بازدهی انرژی توصیف می گردد.

1- نگهداری سیستمهای تلمبه زنی

عدم نگهدای و نگهداری ناکافی و بی برنامه بازدهی سیستم پمپو متعلقات پمپاژ را کاهش می دهد

و باعث می شود که پمپ ها سریعتر فرسوده شده و هزینه ها افزایش یابند.

نگهداری بهتر این مسائل را کاهش داده و مهم تر از آن باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود.

نگهداری صحیح سیستمهای تلمبه زنی شامل موارد زیر می باشد:

• تعویض پروانه های فرسوده، بخصوص در کاربردهایی با سرعت بالا یا نیمه تند
• بازرسی و تعمیر یاطاقان های سیستم
• تعویض روغن یاطاقان سالی یک یا دو بار
• بازرسی و تعویض آب بندی های بسته بندی
• بازرسی و تعویض آب بندی های مکانیکی
• تعویض حلقه های سایشی و پروانه
• چک کردن هم محوری پمپ/ موتور
•  بزرگترین شانس معمولا اجتناب از تلفات شیرهای کنترلی است.

برای صنعت ایالات متحده، صرفه جویی های نوعی انرژی مربوط به بهره برداری و نگهداری بین 2 تا 7 درصد مصرف برق تلمبه زنی تخمین زده می شود.

بازگشت سرمایه معمولا کمتر از یک سال است.

2- پایش سیستمهای تلمبه زنی و پمپاژ

می توان از پایش به همراه بهره برداری و نگهداری برای تشخیص مسائل و تعیین راه حلهایی برای ایجاد سیستمی با بازدهی بالاتر استفاده کرد.

پایش می تواند فواصل خالی که نیاز به تنظیم دارند را تعیین کرده، انسداد، صدمه به پروانه، مکش ناکافی، عملکرد خارج از محدوده مطلوب، پمپ ها یا لوله های مسدودشده یا پمپ های فرسوده را نشان دهد.

پایش باید شامل موارد زیر باشد:

• پایش فرسودگی
• تحلیلهای ارتعاشات
• پایش فشار و جریان
• پایش جریان یا توان
• افزایش تفاضلی هد و دما در سطح پمپ (به عنوان پایش ترمودینامیکی هم شناخته می شود)
• بازرسی سیستم توزیع به منظور مقیاس دهی یا تعیین افزایش آلاینده ها

یکی از بهترین شاخص هایی که می توان در پایش از آن پیروی کرد عبارت است از:

انرژی ویژه یا توان مصرفی به عنوان تابعی از نرخ جریان.

هدف هر راهبرد کنترلی (همان سیستم کنترلی) این است که پمپ های غیرضروری را خاموش کرده یا بار تک تک پمپ ها را کاهش دهند.

کنترل های از راه دور سیستم های تلمبه زنی را قادر می سازد تا نسبتا سریع و دقیق روشن و خاموش شده و نسبت به سیستم های کنترل سنتی نیاز به نیروی انسانی کمتری داشته باشد.

4- کاهش تقاضا

از تانکهای نگهدارنده می توان به منظور تثبیت جریان در طول چرخه تولید استفاده کرد و به این ترتیب بازدهی انرژی را افزایش داده و نیاز بالقوه به افزایش ظرفیت پمپ را کاهش داد.

بعلاوه،حلقه های کنارگذر و سایر جریان های غیرضروری را باید حذف کرد.

صرفه جویی های انرژی در هر یک از این مراحل می تواند به حد 5 تا 10 درصد برسد.

کل الزامات هد را نیز می توان با کاهش فشار استاتیکی فرایند کاهش داد

و افزایش تراز را از تانک مکش به تانک تخلیه به حداقل رساند

و با استفاده از شتر گلوها و کاهش سرعتهای نازل اسپری تغییر تراز استاتیک را کاهش داد.

5- پمپهای با بازدهی بالاتر در سیستمهای تلمبه زنی

بازدهی پمپ در طول عمر مفید می تواند بین 10 تا 25 درصد کاهش یابد.

البته متخصصان صنعت اشاره داند که این عملکرد رو به زوال الزاما نتیجه سن پمپ نبوده و می تواند در اثر تغییرات در فرایندی باشد که در اثر عدم تطابق بین ظرفیت پمپ و بهره برداری آن ایجاد شده است.

با این وجود، برخی مواقع ممکن است بهینه تر باشد که یک پمپ مورد نیاز خریداری شود زیرا مدلهای جدیدتر کاراتر هستند.

پمپهایی وجود دارند که مختص الزامات مربوط به هد فشاری و ظرفیت نرخ جریان خاص می باشند.

انتخاب پمپ درست اغلب هم باعث صرفه جویی در هزینه های بهره برداری و هم کاهش هزینه های سرمایه گذاری می شود (از نظر خرید یک پمپ دیگر).

برای یک دوره کاری مفروض، پمپی که در بالاترین سرعت مناسب برای کاربرد خاص کار می کند عموما مؤثرترین گزینه با حداقل هزینه اولیه به شمار می رود.

استثنائات شامل پمپهای رسیدگی به دوغاب، پمپهای خاص سرعت بالا یا کاربردهایی که در آنها پمپ به یک حداقل پایین هد مکش مثبت خالص در ورودی پمپ دارد می باشد.

تعویض یک پمپ با یک پمپ جدید راندمان بالا مصرف انرژی را بین 2 تا 10 درصد کاهش می دهد. نشان داده شده است که موتورهای با راندمان بالاتر راندمان سیستمهای تلمبه زنی را به میزان 2 تا 5 درصد افزایش می دهد.

6- تعیین اندازه مناسب پمپ

اگر یک پمپ تحت شرایط شیرهای کنترلی کار کند، دارای نرخ جریانی کنارگذر بالا باشد یا دارای نرخ جریانی با تغییرات بیش از 30% نسبت به بهترین نقطه بازدهی نرخ جریان باشد، ممکن است برای نیازهای فعلی به صورت نادرست سایز شود (اداره انرژی ایالات متحده، OIT، 2005).

جاهایی که بتوان بارهای حداکثری را کاهش داد می توان اندازه پمپ را هم کاهش داد. البته یک موتور کوچکتر همیشه منجر به صرفه جویی انرژی نمی شود، زیرا این مساله به بار موتور بستگی دارد.

تنها زمانی تعویض منجر به صرفه جویی انرژی می شود که موتور بزرگتر در بازدهی پایینی کار کند.

با استفاده از پیکربندیهای پمپ جایگزین و شیوه های بهبود بهره برداری و مدیریت می توان بارهای پمپ را کاهش داد.

زمانی که پمپها بیش از حد از اندازه بزرگ انتخاب شده باشند، می توان به کمک چرخ دنده یا درایوهای تسمه ای یا یک موتور با سرعت پایین تر سرعت را کاهش داد. البته این شیوه خیلی رایج نیست.

بازگشت سرمایه در مورد اجرای این راه حلها کمتر از یک سال می باشد.

پمپهای بیش از اندازه بزرگ یا دارای شیرهای کنترلی که فشار بیش از حد ایجاد می کنند گزینه های ایده آلی برای تعویض یا مرتب سازی پروانه بوده تا در انرژی صرفه جویی شده و هزینه ها کاهش یابند.

اصلاح اندازه پمپ در کاربردهای تلمبه زنی می تواند به صرفه جویی در مصرف برق تا حد 15 تا 25 درصد بیانجامد (به طور متوسط برای صنعت ایران)

7- پمپهای چندگانه برای بارهای متغیر

استفاده از پمپهای چندگانه اغلب مؤثرتین راه حل از نظر هزینه و بازدهی انرژی برای بارهای متغیر به شمار می رود، بخصوص در یک سیستم با هد استاتیک غالب. یا می توان از درایوهای با سرعت قابل تنظیم برای سیستمهای دینامیکی استفاده نمود. پمپهای موازی افزونگی ایجاد کرده و قابلیت اطمینان را افزایش می دهند.

نصب سیستمهای موازی برای بارهای بسیار متغیر به طور متوسط به میزان 10 تا 50 درصد صرفه جویی در مصرف برق تلمبه زنی برای صنعت ایالات متحده به همراه دارد.

8- پیرایش پروانه (یا اصلاح قرقره)

مرتب کردن سرعت نوک پروانه را کاهش می دهد که به نوبه خود میزان انرژی سهم سیال پمپ شده را کاهش می دهد و در نتیجه نرخ جریان پمپ و فشار هر دو کاهش می یابند.

بنابراین از یک پروانه کوچکتر یا پیرایش شده می توان به طور مؤثر در کاربردهایی که در آنها پروانه فعلی حرارت زیادی تولید می کند استفاده کرد.

در فرایندهای غذاسازی و صنایع کاغذ و پتروشیمی، تخمین زده می شود که اصلاح پروانه ها یا پایین آوردن نسبت چرخ دنده به میزان 75% مصرف برق را در کاربردهای خاص تلمبه زنی کاهش دهد.

9- درایوهای با سرعت قابل تنظیم (VFD)

درایوهای با سرعت قابل تنظیم بهتر می توانند سرعت را با الزامات بار پمپها تطبیق دهند.

در خصوص موتورها، مصرف انرژی پمپها تقریبا متناسب با توان سوم نرخ جریان می باشد

و کاهشهای به نسبت کوچک در جریان می تواند منجر به صرفه جوییهای قابل توجه در مصرف انرژی شود.

تاسیسات جدید می توانند منجر به دوره های بازگشت سرمایه کوتاه شوند.

علاوه بر آن، نصب درایوهای با سرعت قابل تنظیم بهره وری کلی و کیفیت محصول را بهبود بخشیده و فرسودگی تجهیزات را کاهش می دهد و بدین ترتیب هزینه های آتی نگهداری را کاهش می دهد.

مشابه توانایی تنظیم بار در سیستمهای موتوری، تخمین زده می شود

که افزودن ویژگیهای سوارسازی با پمپها بین 20 تا 50 درصد در مصرف انرژی پمپ صرفه جویی داشته باشد.

این موضوع بسته به کاربرد، اندازه پمپ، بار و تغییرات بار با دوره کوتاه بازگشت سرمایه همراه میباشد.

به عنوان یک قاعده سرانگشتی کلی، به جز در مورد منحنیهای پمپی که کاملا مسطح هستند،

یک تنظیم 10% در جریان باید صرفه جویی پمپ 20% به همراه داشته باشد

و 20% تنظیم باید صرفه جویی 40% به بار آورد.

10- اجتناب از شیرهای کنترلی

درایوهای سرعت متغیر یا سیستمهای تنظیم روشن- خاموش همیشه در مقایسه با شیرهای کنترلی صرفه جویی کننده انرژی هستند. بنابراین باید از استفاده از این شیرها اجتناب نمود. استفاده گسترده از شیرهای کنترلی یا حلقه های کنارگذر(By-pass) می توان نشانه ای از پمپهای بیش از اندازه بزرگ باشد.

11- تعیین اندازه مناسب لوله

با کاهش تلفات ناشی از اصطکاک از طریق بهینه سازی قطر لوله ها می توان در مصرف انرژی صرفه جویی نمود. توان اصطکاکی مورد نیاز به جریان، اندازه لوله (قطر)، کل طول لوله، مشخصه های لوله (زبری سطح، جنس ماده و غیره) و ویژگیهای سیالی که دارد پمپ می شود بستگی دارد.

تعیین اندازه درست لوله ها وانتخاب اینورتر برای کنترل فشار باید در مراحل طراحی سیستم که در آن هزینه ها محدودکننده نیست انجام شود.

12- تعویض راه اندازهای تسمه ای

بیشتر پمپها به صورت مستقیم راه اندازی می شوند.

البته برخی پمپها از تسمه های استاندارد V استفاده می کنند که ممکن است کش بیایند، لغزنده شوند،خم شده یا منقبض گردند

که منجر به کاهش بازدهی می شود.

تعویض تسمه های استاندارد V با تسمه های دندانه دار (تایم) می توان باعث صرفه جویی در انرژی و پول شود، هر چند به عنوان افزودنی باشد.

حتی بهتر است که پمپ را با یک سیستم راه انداز مستقیم جایگزین کرد

که منجر به افزایش صرفه جویی تا میزان 8% مصرف انرژی سیستمهای تلمبه زنی با دوره بازگشت سرمایه تا حد شش ماه می شود.

13- ریخته گری، پوشش دهی سطح یا پرداخت دقیق

استفاده از ریخته گریها، پوشش دهیها یا پرداخت زبری سطح را کاهش می دهد

که به نوبه خود بازدهی انرژی را بالا می برد.

این کار می تواند باعث حفظ راندمان در طول زمان نیز بشود. این تمهید در مورد پمپهای کوچکتر مؤثرتر است.

14- بهبود آب بندی

خرابی آب بندی نمایانگر تا 70% خرابیهای پمپ در بسیاری از کاربردها می باشد.

چیدمان آب بندی پمپها منجر به جذب توان می شود.

اغلب استفاده از آب بندیهای حائل گازی، آب بندیهای متوازن و آب بندیهای مارپیچی غیرقابل انقباض می توان به بهینه سازی راندمان پمپ کمک کند.

مرجع: کتابچه راهنمای ممیزی انرژی صنعتی: راهکارهایی برای انجام ممیزی انرژی در تاسیسات صنعتی- علی حسن بیگی، Lynn Price

گروه مهندسی الکترومارکت درخدمت شما است.

نظرات شما دوستان عزیز باعث رشد روز افزون ما است.