Optimera pumpar

För att optimera pumpar krävs det att man känner till pumpens driftsförutsättningar (driftskrav och systemkurva) samt har tillgång till pumpens tekniska data inklusive pumpkurva. PIPE-FLO Professional (PIPE-FLO) är ett verktyg som med fördel kan användas i detta sammanhang. Med hjälp av PIPE-FLO kan användaren skapa en modell av sitt befintliga system och mata in eller importera pumpkurvan i sin modell för att simulera det eller de driftsfall som pumpen normalt arbetar under. Med några knapptryckningar kan olika driftsfall i kombination med optimeringsåtgärder utvärderas för pumpen för att finna den optimala lösningen, dvs. den lösning som ger bäst totalekonomi (kostnader för drift, underhåll, och inköp).

Minska pumpens driftskostnader genom att beräkna rätt driftförutsättningar

Vi visar hur viktigt det är att göra nya beräkningar på ett pumpsystem där det gjorts en driftsförändring och undersöka vilken optimeringslösning som passar bäst i ett givet system. Driftsförändringar kan vara ökning eller minskning av kapacitet, förändringar av pumpat media, byte av komponenter, instrument eller andra fysiska förändringar i pumpen eller någon annan del av systemet.

Minimera kostnader för pumpdrifter

Innan man väljer en pump för en given applikation, måste man utföra ett antal beräkningar för att bestämma systemets statiska uppfordringshöjd och rörledningsförluster vid systemets tänkta flödeshastighet. Med PIPE-FLO kan man snabbt och enkelt konstruera och bestämma ett pumpsystems totala uppfordringshöjd inklusive alla tänkbara komponenter.

En förändring i pumpsystemet eller förändring av driftsförutsättningarna påverkar pumpens driftspunkt:

1. Verkningsgraden sjunker
2. Driftskostnaderna ökar
3. Underhållskostnader för pumpen och övriga komponenter i systemet ökar

Exemplet nedan visar och ökar förståelsen för hur viktigt det är att vid varje förändring av ett tryck- och flödessystem, utföra en analys om hur detta påverkar pumpar, ventiler och andra komponenter i pumpsystemet för att optimera drifts- och underhållskostnader.

Pumpsystemet i drift

Ett pumpsystem pumpar ett media likt vatten från en lagringstank till en trycksatt bufferttank. Pumpsystemet var ursprungligen dimensionerat för att leverera 150 m³/h från lagringstanken till den trycksatta bufferttanken, en reglerventil installerades i systemet för att styra flödet exakt. Systemet dimensionerades med PIPE-FLO Professional och pumpen valdes med modulen för Pumpurval.

För systemet valdes en centrifugalpump med en standard 4-pols motor (1450 rpm) med ett pumphjul på 290mm och verkningsgrad 76,8% vid 161 m³/h. Vi kikar på hur pumpen fungerar vid det beräknade flödet 150 m³/h. Notera att reglerventilen RV i vårt exempel är nästan öppen och tryckfallet lågt 0,03 bar eller ca. 0,3mvp. I pumpkurvan för 150m3/h nedan ser vi att den valda pumpen har en optimal verkningsgrad (BEP) på drygt 80% men för vår driftspunkt en verkningsgrad på 76,4%.

 

Ändrade driftsförutsättningar

När väl systemet driftsattes, framkom det att flödesbehovet i verkligheten var betydligt lägre än de 150 m³/h som ursprungligen förutsattes och flödesbehovet bedömdes till snarare kring 120 m³/h under de närmsta tre åren. Eftersom det är en markant skillnad av driftförutsättningarna bestämde man sig för att undersöka hur det kommer att påverka driftskostnad för pumpen och andra komponenter i systemet.

Om vi stryper flödet genom reglering av RV till 120 m³/h så kan man notera att differenstrycket över ventilen ökar från 0,03 bar till drygt 0,65 bar eller 6,7 mvp.

 

I tillägg ser vi att pumpens driftpunkt har flyttat över mot vänster sida på pumpkurvan med lägre verkningsgrad 73,1% (från 76,4%) som följd.

Reglerventilen RV måste nu absorbera hela den överskottsenergi som uppstår när pumpen vill pumpa ut mer vätska än reglerventilen tillåter. Överskottsenergin motsvarar skillnaden mellan pumpens totala uppfordringshöjd vid önskad driftspunkt och pumpens uppfordringshöjd vid det (nya) verkliga flödet (minus förlustförändringarna till följd av ändrad flödeshastighet). I vårt fall motsvarar den helt onödiga förlusten över RV ungefär 6,5mvp, eller ca. 25% av pumpens totala uppfordringshöjd.

Eftersom pumpens nya driftsvillkor verkar vara de som kommer gälla de kommande tre åren är det lämpligt att undersöka hur det kommer att påverka pumpens driftskostnad.

Pumpens årliga driftskostnader

Vi använder Pumpvals programmet för att utvärdera alternativa driftskonfigurationer. Till att börja med behöver vi specificera uppgifterna kring driftstid, kapacitet och energikostnad. Pumpsystemet uppges vara i drift under 6000h/år, flödet vet vi ju sedan tidigare är 120 m³/h och man uppskattar energikostnaderna till ca. 1 kr/kwh.

 

En analys ger att det kostar ca. 75.000kr/år att driva pumpen med de förutsättningar vi gett och systemet tillåter. Vi vet att pumpen inte är optimal för pumpsystemet under rådande driftförutsättningar, ägaren har dock gjort klart att de inte vill göra några större förändringar i systemet just nu men har samtidigt bett oss kika på alternativa förbättringsåtgärder.

Alternativa förbättringsåtgärder

Vi vet att om vi reducerar pumphjulsdiametern eller minskar pumpvarvtalet så kommer pumpen ge ett lägre tryck, det i sin tur leder till mindre förslitning av reglerventilen och lägre energiförbrukning. Frågan är hur mycket vi kan spara? För att göra en beräkning av driftskostnaderna lägger vi in systemkurvan i pumpvalsprogrammet i PIPE-FLO. Sedan kan vi alternera med olika pumphjulsdiameter eller pumpvarvtal för att se hur det slår mot driftskostnaderna vid önskat flöde 120 m³/h.

Den svarta kurvan är pumpkurvan och den blå är systemkurvan. Det framgår att skärningspunkten ligger kring 150m³/h vilket vad det pumpen var specificerad för från början samt att vid 120 m³/h är skillnaden mellan kurvorna drygt 6mvp.

Pumpdrift med frekvensomriktare

Vi lägger in systemkurvan i vår originalkurva i pumpurvalsprogrammet, då får vi med oss alla detaljer när vi ska ändra pumpens driftsförutsättningar och göra en kostnadsanalys för frekvensdrift eller trimning av pumphjul.

Den blå linjen som korsar pumpkurvan är systemkurvan, för att ta reda på hur mycket det kommer kosta att köra pumpen med en frekvensomriktare återgår vi till verktyget för kostnadsanalys igen och klickar i önskat flöde 120 m³/h samt variabelt varvtal.

Vi noterar att kostnaden för ett års (eller 6000h) drift av pumpen med frekvensdrift är ca. 55.000kr vilket skulle innebära en besparing med ungefär 20.000kwh eller 20.000kr / år.

Byta / justera pumphjul

Om vi istället vill undersöka alternativet att byta ut pumphjulet till en mindre storlek, går vi tillbaka till pumpurvalet igen. Väljer ett mindre pumphjul, i vårt fall 258mm, där vi möter önskat flöde och uppfordringshöjd.

Pumpen ger nu önskat flöde och uppfordringshöjd utan reglering och en kostnadsanalys för driften genomförs med en enkel knapptryckning.

Med ett något mindre pumphjul är kostnaderna för driften knappt 60.000kr/år, alltså innebär det en besparing med ca. 15.000kr/år jämfört med att reglera flödet med reglerventilen.

Slutsats

Det är naturligtvis inte alltid en reglerventil som är sämsta alternativet, tvärt om är de ofta nödvändiga för att kontrollera och reglera produktionsprocessen, men det är enkelt att påvisa i detta exempel på pumpoptimering. Det viktiga är att man genom att använda alternativa metoder kan optimera driften av pumpar och exemplet visar att man kan spara både energi och pengar. Vi bortser från besparingen som minskad förslitning av pumpen och övriga komponenter samt minskat underhåll men det kan man naturligtvis tillgodoräkna sig i verkligheten.

Pumpen i exemplet är förhållandevis liten och tumregeln är att ju större pump man har ju mer finns det att spara. Samtidigt har vi ofta förhållandevis många småpumpar som tillsammans bidrar till en stor optimeringspotential. Självklart måste besparingen över tid vägas mot investeringskostnaden för ny utrustning (som frekvensomriktare eller nytt pumphjul) men det viktigaste är man alltid gör

1) en omvärdering av sina pumpsystem vid planerade förändringar
2) en utredning om man misstänker att det inte är optimerat från början
3) undersöker om problem uppstår med komponenter i systemet eller
4) när behov föreligger av annan anledning.

Det finns stora besparingar att göra i både stora och små system och både plånboken och miljön är vinnare, välkomna att kontakta oss om ni vill veta mer!