Správa aktiv čerpacích stanic pro nejnižší TCO a maximální efektivitu
Provozy v oblasti vodního hospodářství a odpadních vod jsou pod rostoucím tlakem, aby dosáhly ambiciózních cílů v oblasti poskytování služeb, dodržování předpisů a odolnosti při řízení velké a stárnoucí infrastruktury. S omezeným kapitálem musí najít způsoby, jak prodloužit životnost životně důležitých aktiv, upřednostnit renovaci a odrazit hrozby kybernetické bezpečnosti. Aby se vyhovělo těmto výzvám, mnozí hledají úspory energie na údržbu a provozní náklady čerpací stanice, které spotřebují odhadem 75 % typického rozpočtu čerpací stanice.
Řešení takových problémů vyžaduje včasný přístup k datům o výkonu a manipulaci s nimi, které má vodárenský průmysl k dispozici prostřednictvím digitální transformace, která nyní probíhá v celém odvětví. Digitální transformace slibuje využít objemy informací vznikajících v důsledku průmyslových operací a aplikovat je na zlepšování operací. Činí tak přidáním inteligence a konektivity k dříve izolovaným aktivům, synchronizací řízení a komunikace mezi nimi a sdílením informací s analytickými aplikacemi. Základem architektury jsou čerpadla, motory, pohony a další aktiva, která jsou stále inteligentnější a propojenější.
Zlepšení čerpací stanice
Pro čerpací stanice znamená strukturovaný přístup k digitalizaci větší schopnost udržet náklady. Mohlo by to snížit náklady na energii čerpacích stanic tím, že umožní provoz blíže k cílovým křivkám využitím nejúčinnějšího zařízení a nižších nákladových období při dodržení nastavených hodnot nebo optimalizací poplatků za energie, aby se zabránilo poplatkům za spotřebu a penalizacím za účiník.
Snížení nákladů
Digitalizace by mohla snížit náklady na údržbu tím, že umožní provoz čerpadla blíže k bodům nejlepší účinnosti (BEP) pomocí:
odstranění inspekce prostřednictvím pokročilého monitorování
rozšíření rutinní údržby o monitorování stavu, aby bylo možné identifikovat nevyřešené body selhání dříve, než k nim dojde
ochrana majetku vyloučením provozu v podmínkách nízkého průtoku
Digitalizace by mohla přispět k celkovému snížení provozních nákladů prostřednictvím vylepšeného monitorování v reálném čase s cílovými výkonnostními body; změna rychlosti motoru pro dosažení stanovených cílů; a synchronizaci výkonu čerpadla v širším kontextu čerpací instalace. Tento kontext může zahrnovat hydraulické systémy, strategie řízení čerpadel nebo pomocné řídicí funkce, jako je dávkování chlorace.
Spolehlivost a optimalizace aktiv, navíc špičková údržba
Podrobný a včasný přístup k informacím umožňuje výkon dosáhnout nových úrovní. To zahrnuje:
nákladově efektivní aplikace údržby založené na stavu
zlepšení celkových provozních podmínek
snížení četnosti kontrol, a tím i mzdových nákladů
1. Údržba podle stavu
Oběžná kola jsou mezi prvními součástmi čerpadla, a jakmile začne eroze a koroze, zrychlí se. Analytika může poskytnout pohled na index stavu pumpy a ztráty kapacity, které mohou přímo korelovat se spotřebou energie vykazovanou elektroměry. Monitorování sání čerpadla pomocí tlakových vysílačů může vysílat výstrahy, když sání čerpadla poklesne pod určitou úroveň.
2. Zlepšení provozních podmínek
Kromě monitorování podmínek čerpadel zlepšuje zlepšení provozních podmínek čerpadla dobu mezi poruchami (MTBF) snížením axiálních sil, které přispívají ke zkrácení životnosti těsnění a ložisek.
3. Snížení frekvence kontrol
Pokud jsou informace o provozu čerpadla omezené nebo nespolehlivé, je nutná častá manuální kontrola, aby se zjistila potřeba zásahu údržby. Nepřetržité digitální monitorování majetku a klíčových provozních proměnných může snížit frekvenci – a náklady na pracovní sílu – spojené s manuálními kontrolami. S moderními digitálními nástroji můžete sledovat elektrické proměnné, mechanické proměnné a hydraulické proměnné motorů a čerpadel a přijímat upozornění, když se výkon posune od stanovených prahových hodnot.
Případová studie
Tento projekt začal nasazením architektury pro sběr a analýzu provozních dat. Pomocí přístrojového vybavení již nainstalovaného na každém ze tří čerpadel stanice konfigurovali specialisté na vodárenství měřiče energie, inteligentní pohony motorů a také snímače tlaku a průtoku pro monitorování klíčových bodů procesu.
SCADA software a PLC na vrstvě edge control dohlížely na výměnu dat a produkční logiku a byly propojeny s průmyslovým internetem věcí (IIoT) edge boxem v sítích PROFINET a Modbus TCP. Okrajový box IIoT byl umístěn v řídicí místnosti závodu a doručoval data poradci výkonu čerpání hostovanému v cloudu.
Návratnost investic
Po zhruba třech měsících sledování španělského zařízení bylo dosaženo následujících závěrů:
Nebyla potřeba vyměňovat stará čerpadla. Vliv opotřebení a koroze by mohl být řízen laděním regulační smyčky. Bylo však doporučeno, aby zařízení renovovala oběžná kola a nosné kroužky.
Změny v ovládání rychlosti čerpadla zlepšily výkon a snížily účet za energii. Řízení kolísání rychlosti pomocí pohonů bylo efektivnější než spuštění regulační smyčky v PLC.
Odpadla nutnost kontroly každé dva týdny.
Automatizované přepínání v chloračním ventilu snížilo provozní náklady přibližně o 5 300 USD.
Implementace všech doporučení kromě renovace oběžného kola a opravného kroužku a automatických varování ozonového systému ušetřila téměř 22 000 USD ročně, což představuje 12 % provozních nákladů.
Snížení OPex prostřednictvím výkonu aktiv
8 300 USD ročně ve snížených poplatcích za energii
3 500 USD ročně v nákladech na údržbu pozastavením nutnosti kontroly každé dva týdny
10 000 USD ročně na provozních úsporách, aplikacích, přehledech a upozorněních díky automatizaci možnosti chloračního ventilu (zapnuto/vypnuto)
12% úspora při provozu
Přestože se předchozí příklad týkal pitné vody, stejnou základní architekturu lze aplikovat na čerpadla v téměř jakémkoli nastavení. Stejný uživatel například provozuje čistírnu odpadních vod a sběrnou síť vody a najal specialistu na hospodaření s energií, aby dosáhl podobných cílů na své čerpací stanici.
Podobné úpravy proměnných otáček byly provedeny na základě monitorování, zvýšeného výkonu čerpání, snížení spotřeby energie, opotřebení a vibrací. Monitorování také odhalilo potřebu zmenšit velikost sít odpadních vod, aby se větší předměty nedostaly do zvýšeného opotřebení čerpadla. Celkové dodatečné úspory byly více než 21 000 USD (představující 14 % provozních nákladů).
Dosažení takových výsledků zahrnuje tři základní kroky:
Vyhodnoťte aktuální operace k posouzení.
potenciální výnos a stanovit cíle zlepšení.
Implementujte vylepšení a sledujte pokrok oproti cílům během několika měsíců.
Podle toho upravte výkon.
Operace nakonec dosáhnou bodu důsledného plnění cílů, ale tím by proces neměl skončit. Vodní a odpadní vody budou vždy muset jít nad rámec původních cílů, aby se přizpůsobily měnícím se ekonomickým okolnostem a fyzikální realitě.