Verwaltung von Pumpenstationsanlagen für niedrigste Gesamtbetriebskosten und maximale Effektivität
Wasser- und Abwasserbetriebe stehen unter zunehmendem Druck, ehrgeizige Ziele für die Servicebereitstellung, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die Widerstandsfähigkeit bei der Verwaltung einer großen und alternden Infrastruktur zu erreichen. Mit begrenztem Kapital müssen sie Wege finden, die Lebensdauer lebenswichtiger Anlagen zu verlängern, Renovierungen Priorität einzuräumen und Bedrohungen der Cybersicherheit abzuwehren. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, suchen viele nach Einsparungen bei den Energiewartungs- und Betriebskosten der Pumpstation, die schätzungsweise 75 % des Budgets einer typischen Pumpstation ausmachen.
Die Bewältigung solcher Probleme erfordert den zeitnahen Zugriff auf und die Bearbeitung von Leistungsdaten, die der Wasserindustrie durch die derzeit branchenweit stattfindende digitale Transformation zur Verfügung stehen. Die digitale Transformation verspricht, die im Zuge des Industriebetriebs entstehenden Informationsmengen zu nutzen und zur Verbesserung des Betriebs einzusetzen. Dies geschieht durch Hinzufügen von Intelligenz und Konnektivität zu zuvor isolierten Assets, Synchronisieren von Steuerung und Kommunikation zwischen ihnen und Teilen von Informationen mit analytischen Anwendungen. Die Basis der Architektur bilden Pumpen, Motoren, Antriebe und andere Anlagen, die immer intelligenter und vernetzter werden.
Verbesserung der Pumpstation
Für Pumpstationen bedeutet ein strukturierter Digitalisierungsansatz eine bessere Kostendämpfung. Es könnte die Energiekosten der Pumpstation senken, indem es einen Betrieb ermöglicht, der näher an den Zielkurven liegt, indem es die effizientesten Geräte und Zeiträume mit geringeren Kosten nutzt und gleichzeitig die Sollwerte anpasst, oder indem es die Belastung der Energierechnungen optimiert, um Bedarfsgebühren und Leistungsfaktorstrafen zu vermeiden.
Kosten senken
Die Digitalisierung könnte die Wartungskosten senken, indem der Pumpenbetrieb näher an den besten Effizienzpunkten (BEP) ermöglicht wird, indem:
Vermeidung von Inspektionen durch fortschrittliche Überwachung
Ergänzung der routinemäßigen Wartung durch Zustandsüberwachung, um anstehende Fehlerquellen zu identifizieren, bevor sie auftreten
Schutz von Vermögenswerten durch Eliminierung des Betriebs unter Bedingungen mit geringem Durchfluss
Die Digitalisierung könnte durch eine verbesserte Echtzeitüberwachung im Vergleich zu Zielleistungspunkten zu einer Senkung der Gesamtbetriebskosten beitragen; variierende Motordrehzahlen, um festgelegte Ziele zu erreichen; und Synchronisieren der Pumpenleistung im weiteren Kontext der Pumpinstallation. Dieser Kontext kann Hydrauliksysteme, Pumpensteuerungsstrategien oder Hilfssteuerungsfunktionen wie die Chlordosierung betreffen.
Asset-Zuverlässigkeit und -Optimierung, Plus Maintenance Excellence
Detaillierter, zeitnaher Zugriff auf Informationen ermöglicht es, neue Leistungsniveaus zu erreichen. Das beinhaltet:
kostengünstige Anwendung der zustandsorientierten Instandhaltung
Verbesserungen der allgemeinen Betriebsbedingungen
Verringerung der Häufigkeit und damit der Arbeitskosten von Inspektionen
1. Zustandsabhängige Wartung
Laufräder gehören zu den ersten Pumpenteilen, die verschleißen, und sobald Erosion und Korrosion beginnen, beschleunigen sie sich. Analysen können Einblicke in den Pumpengesundheitsindex und Kapazitätsverluste geben, die direkt mit dem von Energiezählern gemeldeten Energieverbrauch korrelieren können. Die Überwachung der Pumpenansaugung mit Drucktransmittern kann Warnungen senden, wenn die Pumpenansaugung unter ein bestimmtes Niveau fällt.
2. Verbesserung der Betriebsbedingungen
Zusätzlich zur Überwachung der Pumpenbedingungen verbessert die Verbesserung der Pumpenbetriebsbedingungen die Zeit zwischen Ausfällen (MTBF), indem die Axialkräfte reduziert werden, die zur Verkürzung der Lebensdauer von Dichtungen und Lagern beitragen.
3. Reduzierung der Inspektionshäufigkeit
Wenn die Informationen zum Pumpenbetrieb begrenzt oder unzuverlässig sind, ist eine häufige manuelle Inspektion erforderlich, um die Notwendigkeit eines Wartungseingriffs zu ermitteln. Die kontinuierliche digitale Überwachung von Anlagen und wichtigen Betriebsvariablen kann die Häufigkeit – und die Arbeitskosten – reduzieren, die mit manuellen Inspektionen verbunden sind. Mit modernen digitalen Tools können Sie elektrische Variablen, mechanische Variablen und hydraulische Variablen von Motoren und Pumpen verfolgen und Warnungen erhalten, wenn die Leistung von festgelegten Schwellenwerten abweicht.
Fallstudie
Dieses Projekt begann mit der Bereitstellung der Architektur zum Sammeln und Analysieren von Betriebsdaten. Unter Verwendung von Instrumenten, die bereits an jeder der drei Pumpen der Station installiert sind, konfigurierten Wasserindustriespezialisten Energiezähler, intelligente Antriebe an den Motoren sowie Druck- und Durchflusssensoren, um wichtige Prozesspunkte zu überwachen.
SCADA-Software und SPS auf der Edge-Steuerungsebene überwachten den Datenaustausch und die Produktionslogik und waren über PROFINET- und Modbus-TCP-Netzwerke mit einer Industrial Internet of Things (IIoT)-Edge-Box verbunden. Die IIoT-Edge-Box war im Kontrollraum der Anlage untergebracht und lieferte Daten an den in der Cloud gehosteten Pumpleistungsberater.
Kapitalrendite
Nach etwa dreimonatiger Überwachung der spanischen Einrichtung wurden die folgenden Schlussfolgerungen gezogen:
Die alten Pumpen mussten nicht ersetzt werden. Abnutzungs- und Korrosionsauswirkungen könnten durch die Abstimmung des Regelkreises gehandhabt werden. Es wurde jedoch empfohlen, dass die Anlage Laufräder und Verschleißringe überholt.
Änderungen in der Pumpendrehzahlregelung verbesserten die Leistung und senkten die Energierechnung. Die Steuerung der Geschwindigkeitsvariation mit den Antrieben war effektiver als die Ausführung des Regelkreises in der SPS.
Die Notwendigkeit, alle zwei Wochen zu kontrollieren, wurde eliminiert.
Die Automatisierung des Umschaltens des Chlorierungsventils reduzierte die Betriebskosten um etwa 5.300 $.
Die Umsetzung aller Empfehlungen mit Ausnahme der Aufarbeitung des Laufrads und des Reparaturrings sowie der automatisierten Warnungen des Ozonsystems sparte fast 22.000 USD pro Jahr ein, was 12 % der Betriebskosten entspricht.
Reduzierung der Betriebskosten durch Anlagenleistung
$8.300 pro Jahr an reduzierten Energiekosten
$ 3.500 pro Jahr an Wartungskosten durch Aussetzung der Notwendigkeit, alle zwei Wochen zu inspizieren
10.000 USD pro Jahr an Betriebseinsparungen, Apps, Erkenntnissen und Warnungen durch die Automatisierung der Chlorventiloption (Ein/Aus)
12 % Opex-Einsparungen
Obwohl sich das vorherige Beispiel auf Trinkwasser bezog, kann die gleiche grundlegende Architektur auf Pumpen in fast jeder Umgebung angewendet werden. Beispielsweise betreibt derselbe Benutzer eine Kläranlage und ein Wassersammelnetz und hat einen Energiemanagementspezialisten beauftragt, ähnliche Ziele an seiner Hebeanlage zu erreichen.
Ähnliche variable Geschwindigkeitsanpassungen wurden basierend auf Überwachung, erhöhter Pumpleistung, reduziertem Energieverbrauch, Verschleiß und Vibration vorgenommen. Die Überwachung ergab auch die Notwendigkeit, die Größe der Abwassersiebe zu verringern, um größere Objekte vor dem zunehmenden Pumpenverschleiß zu schützen. Die zusätzlichen Gesamteinsparungen beliefen sich auf mehr als 21.000 USD (was 14 % Betriebskosten entspricht).
Um solche Ergebnisse zu erzielen, sind drei grundlegende Schritte erforderlich:
Bewerten Sie den aktuellen Betrieb, um ihn zu bewerten.
die potenzielle Rendite und legen Sie Verbesserungsziele fest.
Implementieren Sie die Verbesserungen und überwachen Sie den Fortschritt im Vergleich zu den Zielen über einige Monate.
Passen Sie die Leistung entsprechend an.
Der Betrieb wird schließlich einen Punkt erreichen, an dem die Ziele konsequent erreicht werden, aber der Prozess sollte dort nicht enden. Wasser- und Abwasserbetriebe müssen immer über die ursprünglichen Ziele hinausgehen, um sich an sich ändernde wirtschaftliche Umstände und physische Realitäten anzupassen.