В работе рассматриваются методы повышения энергетической эффективности работы насосных агрегатов в условиях действующего производства на предприятии с полным металлургическим циклом.
Ключевые слова: насосные агрегаты, объединение коллекторов, удельное потребление электроэнергии
На производственной площадке ПАО «НЛМК» в городе Липецке на насосной станции 2 подъёма № 6 существуют группа насосных агрегатов подачи воды на технологические нужды Конвертерного цеха № 1 и группа насосных агрегатов подачи воды в производственно-противопожарную сеть Новолипецкого металлургического комбината. Эти насосные агрегаты работают в режиме со сниженным КПД в связи с тем, что их характеристики превышают требования потребителя, что ведет к повышенному удельному потреблению электроэнергии на 1 м3 перекачиваемой воды. Указанная ситуация сложилась в связи с постепенным развитием комбината и изменением требований основных металлургических агрегатов к давлению и расходу технической воды.
Описание проблемы.
На насосной станции 2 подъёма № 6 установлены насосные агрегаты, подачи в производственно-противопожарную сеть предприятия и в конвертерное отделение Конвертерного цеха № 1 (II и III группа соответственно), у каждой группы насосных агрегатов свой напорный коллектор (рис.1).
Потребление воды конвертерным отделением (III группа насосных агрегатов) составляет 5200 м3/ч, а в производственно-противопожарную сеть (II группа) — 1600 м3/ч, таким образом, суммарное потребление воды по обеим группам — до 6800 м3/ч. При этом максимально возможная производительность всех одновременно работающих насосов составляет 8900 м3/ч.
В связи с тем, что работы одного насосного агрегата на любой из групп недостаточно для обеспечения потребителей технической водой, в штатном режиме одновременно включено 2 насоса Д3200–75 на III группе агрегатов и 2 насоса Д1250–63 на II группе агрегатов.
Рис. 1. Фрагмент исходной технологической схемы насосной станции
Состав и характеристика оборудования рассматриваемых групп насосных агрегатов указаны в таблице 1.
Таблица 1
|
№ группы |
№агрегата |
Характеристика насосных агрегатов |
Напор в коллекторах, м |
|||
|
Марка насоса |
Qноминальная, м3/ч |
Н, м |
N электродвигателя, кВт |
|||
|
II |
II-1 |
Д1250–63 |
1250 |
63 |
315 |
70±3 |
|
II-2 |
Д1250–63 |
1250 |
63 |
250 |
||
|
II-3 |
Д1250–63а |
1100 |
52,5 |
250 |
||
|
II-4 |
Д1250–63 |
1250 |
63 |
250 |
||
|
II-5 |
Д1250–63 |
1250 |
63 |
250 |
||
|
III |
III-1 |
Д3200–75 |
3200 |
75 |
800 |
73±3 |
|
III-2 |
Д3200–75 |
3200 |
75 |
800 |
||
|
III-3 |
20НДС |
3400 |
71 |
800 |
||
|
III-4 |
Д1250–125 |
1250 |
125 |
500 |
||
|
III-5 |
Д3200–75 |
3200 |
75 |
800 |
||
|
III-6 |
Д3200–75 |
3200 |
75 |
800 |
||
|
III-7 |
Д3200–75 |
3200 |
75 |
1000 |
||
|
III-8 |
Д3200–75 |
3200 |
75 |
1000 |
||
Учитывая, что фактическая производительность каждого насосного агрегата III группы (Д 3200–75) составляет 5200:2=2600м3/ч, легко видеть, что в этих условиях КПД агрегатов этой группы составляет около 85 % (максимальный КПД составляет 90 % при производительности 3200м3/ч), при этом потребляемая мощность каждого агрегата составляет 620кВт (рис.2).
Рис. 2. Исходная характеристика насосного агрегата Д3200–75 (III группа)
Фактическая производительность каждого насосного агрегата II группы (Д 1250–63) составляет 1600:2=800м3/ч, с КПД агрегатов этой группы около 77 % (максимальный КПД 85 % при производительности 1250м3/ч), и потребляемой мощностью каждого агрегата 200кВт (рис.3).
Рис. 3. Исходная характеристика насосного агрегата Д1250–63 (II группа)
Таким образом, насосные агрегаты обеих групп работают в режиме с неоптимальным для них КПД, что ведет к завышенному потреблению ими электроэнергии.
Решение проблемы.
Одним из технических решений, направленных на повышение энергетической эффективности работы насосной станции 2 подъёма № 6, является установка частотных преобразователей на электродвигатели насосных агрегатов, однако подобное решение является весьма дорогостоящим в связи с высокой стоимостью оборудования.
Регулирование насосных агрегатов методом дросселирования (запорной арматурой на напорных трубопроводах насосных агрегатов) не приведёт к снижению удельного потребления электроэнергии, так как одним из недостатков этого метода является ухудшение энергетической эффективности вследствие работы агрегатов со сниженным КПД [1, с.59–60].
Регулирование методом байпасирования также является энергозатратным в связи с необходимостью перекачивать дополнительный объём жидкости с напорных трубопроводов насосных агрегатов во всасывающие или в приёмную камеру.
Однако, учитывая, что обе группы насосных агрегатов работают при практически одинаковых значениях давления в сети, было реализовано техническое решение, предусматривающее соединение коллекторов указанных групп насосных агрегатов через участок трубопровода с поворотным затвором Ду800 (рис.4).
Рис. 4. Фрагмент предложенной технологической схемы насосной станции
Это решение позволило отключить один из насосных агрегатов II группы (подачи воды в производственно-противопожарную сеть комбината) с сохранением стабильности водоснабжения потребителей. При этом произошло смещение рабочей точки насосных агрегатов III группы в сторону увеличение расхода и КПД (рис.5), что привело к снижению удельного потребления электроэнергии насосными агрегатами. Изменения рабочей точки насосного агрегата II группы не произошло.
Рис. 5. Полученная характеристика насосного агрегата Д3200–75 (III группа)
Рис. 6. Изменение удельного потребления электроэнергии насосных агрегатов II и III групп насосной станции 2 подъёма № 6 ПАО «НЛМК»
Предложенное мероприятие было реализовано на Новолипецком металлургическом комбинате 1 ноября 2016г, что привело к снижению удельного потребления электроэнергии на 0,02 кВт.ч/м3, то есть в среднем с 0,337 до 0,317 кВт.ч/м3 (рис.6).
Таким образом, учитывая объём перекачанной технической воды за первые 6 месяцев после реализации, экономия средств на закупку электроэнергии составила 1,55 миллиона рублей. Затраты на реализацию мероприятия по объединению коллекторов составили 0,54 миллиона рублей, а, следовательно, срок окупаемости проекта составил около двух месяцев.
Заключение
В условиях крупного действующего производства и изменения требований потребителей к давлению и расходу технической воды одним из методов повышения КПД групп насосных агрегатов и снижения удельного потребления электроэнергии на 1 м3 перекачиваемой жидкости может стать объединение насосных агрегатов в более крупные группы через существующие напорные коллекторы. Этот метод легко реализуем, не требует значительных капитальных затрат (как в случае с установкой частотных преобразователей на электродвигатели насосных агрегатов) и является весьма экономически эффективным.
Литература:
- Карелин В. Я., Минаев А. В. Насосы и насосные станции. — М.: Стройиздат, 1986–320 с.
