• config

    Systemy informatyczne wspierające efektywną pracę układu pompowego – znak czasu czy konieczność?

     

     

    Tomasz Słupik

    „ENERGOPOMIAR” Sp. z o.o., Zakład Techniki Cieplnej

     

    Postęp w dziedzinie sterowania układów pompowych najbardziej widoczny jest w pompach cyrkulacyjnych pracujących w instalacjach grzewczych. Postęp ten i idące za nim możliwości jest ważny, ponieważ ze względu na liczbę pomp zainstalowanych w energetyce i przemyśle, stanowią one znaczącą pozycję w bilansie energii, jaka jest przeznaczana na pompowanie w skali całej gospodarki.

     

    Warto zwrócić uwagę, jak wygląda element kontroli procesu pompowania w skali przemysłowej – ujmując w tym energetykę. Wydaje się, że możliwości – w skrócie nazywając je sprzętowymi – są bardzo duże. Ale czy są w należyty sposób wykorzystywane? Na to pytanie spróbujemy odpowiedzieć w niniejszym artykule, argumentując m.in. zasadność takich działań.

    Kontrola procesu pompowania jest ważna, a będzie… jeszcze ważniejsza

    Standardem w kontroli pomp stosowanym w energetyce i przemyśle jest monitoring wybranych parametrów, których utrzymanie gwarantuje pracę układu lub pompy w polu technologicznym bezpiecznej pracy. Do takich parametrów należeć mogą np. drgania maszyny bądź parametr przepływu, ciśnienia czy też np. obciążenie prądowe silnika do zasilania pompy. Stosunkowo rzadko zaś analizuje się ekonomikę pracy pompy ujętą w postaci charakterystyki sprawności bądź mocy na wale. Bazując na wielkościach podanych w [1], odwołujących się do średniej wielkości pompy, stwierdza się, że koszty pompowania w cyklu życia urządzenia stanowią największą pozycję. Wraca zatem pytanie, czy są one traktowane z należytą powagą, a uściślając – czy możliwości, jakie daje wyposażenie obiektowe, są w należyty sposób wykorzystywane?

     

    Rys. 1. Wyniki analizy LCC dla średniej wielkości pompy

    Patrząc na uwarunkowania związane z długofalowym trendem kształtowania się cen energii – pomimo aktualnych, stosunkowo niskich cen dla odbiorcy przemysłowego – w perspektywie spodziewać się można ich znaczącego wzrostu. Nowelizacje prawa unijnego implementowane w krajowym prawodawstwie w sposób jednoznaczny skłaniać będą do oszczędzania energii i lepszej dbałości o efektywność jej wykorzystania. Zatem prognozuje się, że w najbliższych latach odbiorcy w sektorze energetyki i przemysłu z większym zainteresowaniem będą przyglądać się systemom bieżącej kontroli pracy układów pompowych.

    Co mamy do dyspozycji i jak to wykorzystujemy?

    Aby prowadzić monitoring jakiegokolwiek układu technologicznego, istotnych jest kilka elementów, wśród których najważniejsze jest wyposażenie danego układu w aparaturę kontrolno-pomiarową, generującą rzetelne dane pomiarowe. Patrząc na różne gałęzie przemysłu – na podstawie audytów energetycznych zrealizowanych tam przez ENERGOPOMIAR – stwierdza się, że z najbardziej komfortową sytuacją w tym względzie mamy do czynienia w energetyce cieplnej i zawodowej, a także w przedsiębiorstwach wodno-kanalizacyjnych. W innych branżach instalacje i układy są zwykle gorzej opomiarowane.

    Bardzo dobrym przykładem zazwyczaj bogatego opomiarowania są pompy zasilające pracujące na potrzeby kotłów energetycznych. Urządzenia te należą do najbardziej energochłonnych w obszarze instalacji potrzeb własnych w energetyce, ale i w skali przemysłowej są jednymi z większych, powszechnie spotykanych, odbiorców energii. W urządzeniach tych przeważnie mamy do czynienia z kompleksowym opomiarowaniem, do którego należy:

    • pomiar ciśnień ssania i tłoczenia,

    • pomiar temperatur na ssaniu i tłoczeniu,

    • pomiar wydajności,

    • pomiar wielkości elektrycznych prądów i napięć, a często również mocy pobieranej przez silnik,

    • pomiar prędkości obrotowej pompy (ten pomiar nie zawsze występuje).

    Jednocześnie kompleksowy system monitoringu tych urządzeń, który wyznaczałby na bieżąco podstawowe parametry przepływowe pompy w czasie i wyliczał bieżącą odchyłkę w stosunku do charakterystyki producenta, a więc wykorzystywał ten element w użyteczny sposób, występuje raczej sporadycznie. Spotykane rozwiązania ograniczają się jedynie do wizualizacji bieżącego punktu pracy w bezpiecznym polu pracy pompy. Rodzi się zatem kolejne pytanie – czy parametrów tych nie warto monitorować? Na to pytanie spróbujemy odpowiedzieć wprost poprzez przedstawienie rzeczywistych danych stanowiących zestawienie pomp zasilających, jakie zostały poddane pomiarom w ostatnich latach na blokach typoszeregu 200 MW (przypomnijmy, że na tego typu blokach zainstalowane są trzy pompy, z czego do uzyskania mocy znamionowej bloku, przy należytym stanie technicznym pomp, wystarczająca jest praca dwóch).

    Na wykresie (rys. 2) przedstawiono wyniki pomiarów i wyznaczoną na ich podstawie odchyłkę zwiększonego zużycia energii od wartości z charakterystyki producenta dla wydajności znamionowej. W celu ujednolicenia porównania przyjęto koszt energii do zasilania silników pomp na poziomie 150 zł/MWh. Jeżeli przyjąć, że szacunkowy koszt remontu tego typu pompy, który przywróci jej parametry bliskie fabrycznym, kształtuje się na poziomie ok. 400 tys. zł, to patrząc na wykres, zasadne wydaje się pilne przekazanie sporej liczby pomp do remontu. Podchodząc do liczenia wskaźników ekonomicznych, należy jednak brać pod uwagę rzeczywisty czas pracy pompy w roku – do niniejszej analizy przyjęto, że jest to 7000 h/rok. Patrząc na dzisiejsze realia pracy tego typu bloków w KSE, założona wielkość wydaje się dosyć duża, jednakże jest w praktyce spotykana. Przy typowym prowadzeniu bloku pompy są zazwyczaj równo obciążane godzinowo, co trochę zmienia wynik wyliczeń i samej analizy zasadności działań remontowych. Pod rozwagę poddaje się propozycję, aby np. kontrolą zmierzającą do utrzymania wysokiej sprawności pomp objąć tylko dwa agregaty, które pracowałyby w podstawie. Trzeci, remontowany w przypadku konieczności (nie ze względu na aspekt sprawnościowy), utrzymywany byłby w stanie gotowości ruchowej i stanowił jedynie rezerwę na wypadek awarii jednej z pomp podstawowych.

     

    Rys. 2. Zestawienie wyników odchylenia zużycia energii w stosunku do wartości z charakterystyki producenta dla punktu znamionowego wyrażona w pieniądzu

     

    Jak optymalnie monitorować układy pompowe?

    Monitoring pracy układów pompowych – jak każde działanie inwestycyjne – niesie ze sobą koszty i ważne jest, aby były one odpowiednio pozycjonowane w stosunku do potencjalnych korzyści, jakie z tytułu tego monitoringu możemy osiągnąć.

    Poziom podstawowy polega na monitorowaniu bieżącego punktu pracy. Funkcjonalności takiego systemu monitoringu sprowadzają się do wyznaczenia charakterystyk przepływowych danej pompy i odnoszenia aktualnych wartości do charakterystyk fabrycznych. Tego typu rozwiązanie może się okazać wystarczające dla układów pompowych nieregulowanych, pracujących praktycznie w jednym punkcie. Wyniki analizy w postaci odchyłki sprawności czy mocy na wale łatwo odnieść do rzeczywistego pieniądza ujętego, np. w rocznym profilu obciążenia urządzenia.

    Nieco inaczej sprawa wygląda w przypadku, kiedy mamy do czynienia z układem o zmiennej charakterystyce oporów, np. w sytuacji przedstawionej na rysunku 3. Zmienna charakterystyka oporów implikuje sytuację kilku możliwych do realizacji wariantów pracy pomp jako odpowiedzi na zmieniające się zapotrzebowanie ze strony odbiorców. Tego typu zagadnienie wymaga już kompleksowego podejścia ujmującego wiele aspektów technicznych, jak np. dostępności urządzeń, specyfiki danej pompy w kwestii jej włączania i odstawiania, współpracy pomp posiadających regulację z tymi, które jej nie mają itd. Zadanie to wymaga zazwyczaj zastosowania optymalizatora, który przeważnie jest projektowany na miarę możliwości obiektowych i oczekiwań klienta. Rozbudowany optymalizator może mieć różne możliwości wyboru funkcji celu, takie jak:

    • minimalizacja zużycia energii elektrycznej,

    • minimalizacja kosztu pompowania (w obszar optymalizacji wchodzi wówczas również kwestia pracy urządzeń w ramach taryf obowiązujących na podstawie zawartych umów na dostawę energii elektrycznej),

    • ekonomicznego rozdziału obciążeń i czasu pracy pomp.

     

    Rys. 3. Przykładowa charakterystyka współpracy pomp z układem w różnych konfiguracjach charakterystyki oporów układu technologicznego

     

    Funkcją najbardziej zaawansowaną i bazującą na wyliczeniach dwóch wcześniej opisanych poziomów monitoringu jest zestawienie wyników w kontekście określania w czasie trendu zmienności zapotrzebowania mocy przez pompę. Przykład tego typu analiz został pokazany w sposób uproszczony na rysunku 4. Tego rodzaju wiedza, zestawiona z prognozą pracy urządzenia w dowolnym (ale przewidywalnym) okresie, może służyć do określania zasadności wykonywania remontów danego urządzenia. W tym miejscu należy oczywiście przypomnieć, że do podstawowych informacji służących podejmowaniu decyzji remontowych należą dane o stanie dynamicznym urządzenia i innych aspektach ruchowych dokumentowanych na podstawie codziennej obsługi urządzeń.

     

    Rys. 4. Przykładowa charakterystyka obrazująca zmienność w czasie zapotrzebowania na moc potrzebną do pompowania

     

    Projektując układ monitoringu, należy każdorazowo indywidualnie podchodzić do problemu. Finalny produkt powinien być wypadkową następujących aspektów:

    • specyficzności układu technologicznego (zmienności obciążeń itd.),

    • dostępności wyposażenia w aparaturę AKPiA,

    • dostępności infrastruktury informatycznej,

    • dostępności zasobów ludzkich zdolnych do wykorzystania możliwości zaimplementowanego optymalizatora.

    Należy również dodać, że mając możliwość zdalnego dostępu do systemu monitoringu (taką dają np. Systemy Technicznej Kontroli Eksploatacji TKE®), można projektować różne konfiguracje funkcjonalności i modeli optymalizacji pracy pomp. Zawierać mogą np. rozwiązania bazujące na wynikach pomiarów zbieranych i zapisywanych w bazie danych oraz okresowo realizowanych pomiarach wielkości, które nie są mierzone aparaturą obiektową. Wynik takich analiz, w postaci raportu okresowego, może być generowany z określoną częstotliwością.

     

     

    Podsumowanie

    Analiza audytorska wielu przypadków układów pompowych w obszarze energetyki zawodowej i przemysłu wykazuje, że zasadny jest monitoring tych urządzeń na wyższym poziomie, a aspekt kontroli sprawności ich pracy powinien stać się jednym z podstawowych elementów bieżącego nadzoru eksploatacji. Podstawą do zaprojektowania systemu informatycznego pozwalającego na kontrolę i optymalizację układów pompowych powinna być analiza zasadności biznesowej tego typu rozwiązania. Nie zawsze bowiem i nie wszędzie instalacja dodatkowej aparatury i wyszukanych aplikacji pozwalających na nadzór i optymalizację układów technologicznych będzie opłacalna, jednakże bardzo często brak tego typu systemu przyczynia się do nieoptymalnej pracy układu pompowego, a więc generowania strat. Wdrożenie informatycznego systemu monitoringu pozwoli ich uniknąć, a dodatkowo umożliwi znaczne oszczędności energii, co z kolei przekłada się na wyniki finansowe przedsiębiorstwa.

     

    Literatura

    1. Szadkowski W. Wpływ niewłaściwego doboru pomp na koszty ich eksploatacji, „Ciepłownictwo, Ogrzewanie, Wentylacja” 2011, nr 10.

     

    Oferta: automatyka magazynowa, case study, centrum logistyczne, dystrybucja, logistyka, magazyn, magazynier, operator logistyczny, palety, regały, studia przypadków, system wms, wózek widłowy, wózki widłowe

    Background Image

    Header Color

    :

    Content Color

    :