Η KSB Canada ολοκληρώνει το έργο αντικατάστασης αντλίας υψηλής ανύψωσης της λίμνης Huron

Ωστόσο, το 2017 το Πρωτογενές Σύστημα Παροχής Νερού Lake Huron (LHPWSS) ανακοίνωσε μια μελέτη Ενεργειακής Επιθεώρησης και Βελτιστοποίησης Αντλίας που εντόπισε μια σημαντική ευκαιρία για εξοικονόμηση ενέργειας και βελτιστοποίηση των λειτουργιών της αντλίας για το αντλιοστάσιο.

Το αποτέλεσμα αυτής της μελέτης ήταν η τροποποίηση της αρχικής διάταξης των πέντε αντλιών στο αντλιοστάσιο και η αντικατάστασή της με μια διάταξη έξι αντλιών. Αυτό περιλάμβανε την αφαίρεση τριών από τις αρχικές αντλίες 3000 ίππων (2237 kW) ηλικίας 50 ετών και την αντικατάστασή τους με τέσσερις αντλίες υψηλής ανύψωσης από την KSB. Με τις νέες αντλίες που λειτουργούν στην καμπύλη λειτουργίας τους, μπορεί να επιτευχθεί σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας. Ως οντότητα συνδεδεμένη με ηλεκτρική μεταφορά, το LHPWSS ήταν επιλέξιμο στο πλαίσιο του Προγράμματος Βιομηχανικού Επιταχυντή (IEP) του Ανεξάρτητου Διαχειριστή Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (IESO) για οικονομικά κίνητρα για επιλέξιμα έργα ενεργειακής απόδοσης.

Τέσσερις διεθνείς κατασκευαστές αντλιών υπέβαλαν προσφορές, αλλά η υποβολή της KSB Canada ξεχώρισε. Παρά το γεγονός ότι ήταν το υψηλότερο κόστος κεφαλαιουχικής δαπάνης κατά ένα σημαντικό ποσό, η υποβολή της KSB προσέφερε στην πραγματικότητα το χαμηλότερο συνολικό αναμενόμενο κόστος κύκλου ζωής σε διάστημα 25 ετών. Αυτό κατέστη δυνατό λόγω της εντυπωσιακής ενεργειακής απόδοσης και της δημιουργικής λύσης της KSB στην προσφορά ενός μόνο τύπου και για τις τέσσερις αντλίες (μεγάλες και μικρές). Αυτό μείωσε την απαίτηση ανταλλακτικών, μειώνοντας με τη σειρά του το κόστος του κύκλου ζωής και παρέχοντας ευελιξία για εύκολη αύξηση της χωρητικότητας της αντλίας στο μέλλον καθώς η ζήτηση συνεχίζει να αυξάνεται. Η σύμβαση ανατέθηκε στην KSB Canada, η οποία ξεκίνησε τις εργασίες σχεδιασμού και διαβούλευσης το 2019. Η κατασκευή της αντλίας ξεκίνησε το 2020 και το ενημερωμένο αντλιοστάσιο τέθηκε σε πλήρη λειτουργία τον Αύγουστο του 2022.

Πρωτεύον Σύστημα Παροχής Νερού Lake Huron
Βρίσκεται στο νοτιοδυτικό Οντάριο, κατά μήκος του διαδρόμου Quebec City-Winsor, το Λονδίνο είναι μια ενδιαφέρουσα πόλη καθώς αντλεί την πηγή νερού του τόσο από τη λίμνη Huron όσο και από τη λίμνη Erie. Το Περιφερειακό Τμήμα Ύδρευσης του Σίτι του Λονδίνου (RWS) είναι αποσπασμένο στα περιφερειακά συμβούλια ύδρευσης και είναι υπεύθυνο για δύο μεγάλα συστήματα ύδρευσης, αυτά είναι το LHPWSS και το Πρωτεύον Σύστημα Ύδρευσης Περιοχής Έλγιν (EAPWSS). Το LHPWSS εξυπηρετεί τους δήμους του Λονδίνου, Lambton Shores, North Middlesex, South Huron, Bluewater, Middlesex Centre, Lucan-Biddulph και Strathroy-Caradoc από μια μονάδα επεξεργασίας νερού που βρίσκεται βόρεια του χωριού Grand Bend στο South Huron. Το εργοστάσιο έχει τρέχουσα ικανότητα επεξεργασίας 340 εκατομμυρίων λίτρων την ημέρα (75 εκατομμύρια αυτοκρατορικά γαλόνια την ημέρα) και εξυπηρετεί τον πληθυσμό της πόλης των περίπου 420.000 ανθρώπων στους οκτώ δήμους, συμπεριλαμβανομένου του 80% του City του Λονδίνου.

Το αντλιοστάσιο σχεδιάστηκε αρχικά για έναν μόνο αγωγό, αλλά αργότερα, το 1996 και το 2014, το RWS αδελφοποίησε μερικώς τον κύριο αγωγό μεταφοράς μήκους 47 χιλιομέτρων σε μια τερματική δεξαμενή, με αποτέλεσμα οι αντλίες να μην λειτουργούν πλέον στην καμπύλη τους. «Μετά από σχεδόν 50 χρόνια, οι υπάρχουσες αντλίες γίνονταν αναποτελεσματικές, με τις φτερωτές να παρουσιάζουν σημάδια διάτρησης. Η διατήρησή τους σε λειτουργία απαιτούσε πολλή συνεχή συντήρηση, επειδή ήταν εκτός καμπύλης», αναφέρει ο Billy Haklander, Capital Program Manager, LH&EAPWSS.

Επιλογή αντλίας
Για να δοθεί στο LHPWSS η μεγαλύτερη ευελιξία στην επιλογή αντλιών, τέσσερις προμηθευτές αντλιών κλήθηκαν να υποβάλουν ξεχωριστές προσφορές για τις μικρές και μεγάλες αντλίες και να προσδιορίσουν μια πίστωση σε περίπτωση που η LH&EAPWSS αποφασίσει να προμηθευτεί τόσο τις μικρές όσο και τις μεγάλες αντλίες από τον ίδιο προμηθευτή. Η προσφορά της KSB προσέφερε μια δημιουργική λύση χρησιμοποιώντας έναν μόνο τύπο και για τις τέσσερις αντλίες, με μόνο τις πτερωτές και τους κινητήρες να διαφέρουν ανάλογα με το μέγεθος της αντλίας. Οι πλάκες βάσης για κάθε αντλία είχαν το ίδιο μέγεθος. Η ευελιξία που προσέφερε η KSB επέτρεψε την προσαρμογή του κεφαλαιουχικού κόστους της προσφοράς της ώστε να ληφθούν υπόψη λιγότερα ανταλλακτικά και έτσι να δημιουργηθούν οικονομίες για τον πελάτη.

Ένα σημαντικό πλεονέκτημα της πρότασης της KSB ήταν ότι με τις μικρότερες αντλίες που χρησιμοποιούν περιβλήματα και πλάκες βάσης ίδιου μεγέθους με τις δύο μεγαλύτερες αντλίες, είχαν δημιουργήσει την ευκαιρία να αυξήσουν το μέγεθος της αντλίας τοποθετώντας μεγαλύτερες πτερωτές και κινητήρες σε μελλοντική ημερομηνία. Αυτό μπορεί να γίνει επί τόπου χωρίς να χρειάζεται να εκτελεστούν πολιτικά έργα. Έτσι, εάν αυξηθεί η ζήτηση για αύξηση της παροχής νερού, μπορεί να αντιμετωπιστεί με το ελάχιστο κόστος και διακοπή της εγκατάστασης.

Μετά από ανάλυση κόστους κύκλου ζωής 25 ετών, λαμβάνοντας υπόψη το κόστος κεφαλαίου, την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος συντήρησης που πραγματοποίησε η AECOM Canada, σύμβουλοι της LH&EAPWSS, η σύμβαση ανατέθηκε στην KSB. Δεδομένου ότι οι αντλίες που πρότεινε η KSB πληρούσαν τις τεχνικές απαιτήσεις και πρόσφεραν το χαμηλότερο συνολικό αναμενόμενο κόστος κύκλου ζωής σε διάστημα 25 ετών, η AECOM και η RWS συνέστησαν να γίνει αποδεκτή η πρόταση της KSB.

Προκλήσεις εγκατάστασης
«Ένας από τους περιορισμούς που έπρεπε να λάβουμε υπόψη κατά την αξιολόγηση του έργου των προσφερόντων ήταν η ικανότητα προσαρμογής στον διαθέσιμο χώρο στην υπάρχουσα αίθουσα αντλιών», εξηγεί ο Marcus Henderson, Διευθυντής Εθνικών Επιχειρήσεων της KSB. «Δεδομένου ότι αυτή ήταν μια υπάρχουσα εγκατάσταση, υπήρχαν μόνο τόσα πολλά ακίνητα για να εργαστείτε και ένας βασικός περιορισμός ήταν ότι οι υπάρχουσες αντλίες είχαν διάταξη αναρρόφησης κάτω. Συνήθως, η διαμόρφωση εγκατάστασης για οριζόντιες αντλίες σπαστού κιβωτίου είναι εναρμονισμένη με την αναρρόφηση και την εκκένωση προς την ίδια κατεύθυνση. Αυτό σήμαινε ότι έπρεπε να βρούμε μια λύση για την ενσωμάτωση της αναρρόφησης πυθμένα. Έπρεπε να αναλάβουμε κάποιες εργασίες σχεδίασης για να ενσωματώσουμε τις υπάρχουσες σωληνώσεις που μας επέτρεψαν να λύσουμε το πρόβλημα».

«Το τελικό αντικείμενο του έργου περιελάμβανε την προμήθεια τεσσάρων αντλιών οριζόντιας σπαστής αναρρόφησης πυθμένα, συστήματος παρακολούθησης κραδασμών και ισιωτήρες ροής (αναρρόφησης κλιματισμού καρούλια) για διανομή πόσιμου νερού (παροχή νερού)», αναφέρει ο Marcus Henderson. «Επίσης, μέρος της σύμβασης ήταν η προμήθεια δύο TECO κατασκευής 1494 kW/2000 ίππων @ 1200 rpm, 4160V / 3Ph/60Hz και δύο TECO απόδοσης 2611Kw/3500hp @ 1200rpm, 4160V / 3Hz ηλεκτρικών κινητήρων. Ήμασταν επίσης υπεύθυνοι για τη στρεπτική και πλευρική ανάλυση για τα σετ αντλιών, την επιτόπια εκκίνηση και τη θέση σε λειτουργία υπηρεσιών πεδίου».

Οι αντλίες του εργοστασίου έχουν ονομαστική ισχύ 1.158 L/s και καθεμία από τις σωληνώσεις εκκένωσης των αντλιών είναι εξοπλισμένη με βαλβίδα αντεπιστροφής ανακλινόμενου δίσκου διαμέτρου 500 mm, μαζί με μεταλλική σφαιρική βαλβίδα με έδραση διαμέτρου 500 mm εξοπλισμένη με μηχανοκίνητο ηλεκτρικό ενεργοποιητή. Το WTP διαθέτει δύο υδροπνευματικές δεξαμενές, η καθεμία με χωρητικότητα 580 m³, για μεταβατική προστασία του 47km μερικώς αδελφοποιημένου συστήματος κύριας διανομής νερού διαμέτρου 1200mm.

Οι αντλίες που προσδιορίστηκαν ήταν:

2 x RDLO 500-835 B SC G O BS

• Χωρητικότητα ροής σχεδιασμού: 900 L/s (78 ML/D)
• Κεφαλή αντλίας ροής σχεδιασμού: 125 m TDH
• Χαμηλές στροφές/λεπτό
• Εκκίνηση αντλίας: Soft Starter

2 x RDLO 500-835 A SC G O BS

• Χωρητικότητα ροής σχεδιασμού: 1.300 L/s (112 ML/D)
• Κεφαλή αντλίας ροής σχεδιασμού: 150 m TDH
•  Χαμηλές στροφές/λεπτό
•  Εκκίνηση αντλίας: Soft Starter

Αντλίες RDLO
Αποδεδειγμένα σε πολλές εφαρμογές νερού σε όλο τον κόσμο, οι αντλίες RDLO αναγνωρίστηκαν ως κάτι παραπάνω από ικανές να ανταποκριθούν στις συγκεκριμένες απαιτήσεις του πελάτη. Οι αξονικά διαιρούμενες, μονοβάθμιες σπειροειδείς αντλίες RDLO της KSB έχουν αναπτυχθεί ειδικά για το χειρισμό ακατέργαστου νερού, καθαρού νερού, νερού υπηρεσίας και υγρών μεταφοράς με ελάχιστη αντίσταση ροής. Ως αποτέλεσμα, μειώνουν το κόστος ενέργειας και κύκλου ζωής των συστημάτων στα οποία είναι εγκατεστημένα. Καλύπτουν επίσης τις δίδυμες απαιτήσεις της αξιοπιστίας και της υψηλής διαθεσιμότητας. Η αξιοπιστία προκύπτει από τη σφράγιση των μισών του περιβλήματος με διαχωρισμένες φλάντζες συμπαγούς περιβλήματος στο άνω και κάτω μέρος του περιβλήματος και η υψηλή διαθεσιμότητα αποδίδεται στη χρήση ρουλεμάν γενναιόδωρων διαστάσεων και στεγανοποιήσεων άξονα υψηλής ποιότητας. Η ομαλή λειτουργία διασφαλίζεται ανά πάσα στιγμή χάρη στον βελτιστοποιημένο για ροή, χωρίς στροβιλοειδή γωνία εισαγωγής και τον άκαμπτο άξονα με μικρό άνοιγμα ρουλεμάν. Επειδή ο άξονας είναι πλήρως στεγανοποιημένος χωρίς σκαλοπάτια/κλωστές στην βρεγμένη περιοχή, το RDLO προσφέρει αξιόπιστη μετάδοση ισχύος.

Ο συνδυασμός συμπαγών βραχιόνων ρουλεμάν, ενός κοντού και άκαμπτου άξονα και των προφορτωμένων ρουλεμάν εγγυάται χαμηλούς κραδασμούς και εκτεταμένη διάρκεια ζωής για τα ρουλεμάν, τις τσιμούχες και τη ζεύξη. Η ύπαρξη αξονικά διαιρεμένων αντλιών θήκης απλοποιεί τις διαδικασίες συντήρησης, επιτρέποντας την εύκολη πρόσβαση σε όλα τα μέρη για ενδελεχή επιθεώρηση. Ο ηλεκτροκινητήρας μπορεί να τοποθετηθεί τόσο στα αριστερά όσο και στα δεξιά της αντλίας χωρίς να απαιτούνται πρόσθετα εξαρτήματα ή τροποποιήσεις στο περίβλημα. «Δύο από τις αντλίες συνδέονται με κινητήρες έως 3500 ίππων και οι άλλες δύο με κινητήρες 2500 ίππων. Αυτές είναι οι κύριες αντλίες που παρέχουν πόσιμο νερό σε ολόκληρο το LHPWSS με πολλούς πελάτες σε απόσταση άνω των 50 χιλιομέτρων, επομένως καταναλώνουν μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Είναι οριακές βελτιώσεις όπως αυτές που μπορούν να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα κατά ένα ή δύο τοις εκατό, αλλά αποδίδουν σε μεγάλα δολάρια αν λάβετε υπόψη το συνολικό μέγεθος της μονάδας», σχολιάζει ο Marcus Henderson.

Εγκατάσταση
«Επειδή οι αντλίες τοποθετούνταν εκ των υστέρων στις αρχικές εγκαταστάσεις, ήταν απαραίτητο να λειτουργήσει η μονάδα με τη μισή χωρητικότητα στη μία πλευρά μετάδοσης κατά την εγκατάσταση», εξηγεί ο Billy Haklander. «Καθώς υπήρχε ήδη ένας εφεδρικός χώρος στο εργοστάσιο, ήταν δυνατό να χρησιμοποιηθεί για την εγκατάσταση της πρώτης αντλίας. Η διαδικασία περιλάμβανε τη λειτουργία των αντλιών 1, 2 και 3 κατά την εγκατάσταση των αντλιών 5 και 6. Μόλις δοκιμάστηκαν αυτές οι αντλίες και ήμασταν άνετοι με την απόδοσή τους, η διαδικασία μετατράπηκε στις αντλίες λειτουργίας 4, 5 και 6 ενώ οι αντλίες 1, 2 και 3 ήταν εγκατεστημένες».

Η εισαγωγή των νέων αντλιών έδωσε την ευκαιρία να τοποθετηθούν εκ των υστέρων οι βαλβίδες απομόνωσης. Ιστορικά, η έλλειψη των βαλβίδων απομόνωσης στις υπάρχουσες αντλίες απαιτούσε την πλήρη απομόνωση του μισού της πλακέτας κεφαλής εκκένωσης (τρεις αντλίες) προκειμένου να διευκολυνθεί η επισκευή σε μία αντλία, περιορίζοντας ουσιαστικά τη χωρητικότητα της αντλίας στο μισό της ονομαστικής χωρητικότητάς της. . Η επιλογή μιας συνδυασμένης βαλβίδας ελέγχου/ελέγχου για την αντικατάσταση δύο βαλβίδων σε κάθε εκκένωση αντλίας σήμαινε ότι κάθε αντλία θα είχε μια ειδική βαλβίδα απομόνωσης για κάθε εκκένωση αντλίας. Οι βαλβίδες απομόνωσης σε κάθε κατάθλιψη της αντλίας θα επιτρέψουν την πλήρη απομόνωση της βαλβίδας συνδυασμού και της αντλίας υψηλής ανύψωσης για λόγους συντήρησης και επισκευής.

Απόδοση αντλίας
Σημαντικό στοιχείο του έργου ήταν το ζήτημα των αντλιών που παρείχαν εξοικονόμηση ενέργειας, το οποίο περιελάμβανε δοκιμές αποδοχής από το εργοστάσιο στις εγκαταστάσεις Halle της KSB στη Γερμανία. Ο Henderson εξηγεί: «Οι δοκιμές στο εργοστάσιο περιλάμβαναν την αποστολή ενός κινητήρα κάθε μεγέθους στο εργοστάσιό μας και τη σύζευξή τους με τις αντλίες για δοκιμή στοιχειοσειράς και καταγραφή της συνολικής απόδοσης της αντλίας. Οι κινητήρες υποβλήθηκαν επίσης σε δοκιμή τύπου υπό πλήρες φορτίο σύμφωνα με το Πρότυπο IEEE, ώστε να μπορούν να προσδιορίσουν την απόδοση του κινητήρα.» Και συνεχίζει: «Πήραμε τη συνολική εργοστασιακή ισχύ και τα δεδομένα από το εργοστάσιο κινητήρων για να προσδιορίσουμε την απόδοση της αντλίας. Υπήρχαν αυστηρές κυρώσεις για τις εγγυήσεις απόδοσης σε αυτό το έργο, επομένως, εάν δεν τηρούσαμε τις εγγυήσεις απόδοσης που δίνονται, η KSB θα έπρεπε να πληρώσει στο LHPWSS τη διαφορά στο ενεργειακό κόστος που παραδόθηκε και σε αυτά που ήταν εγγυημένα κατά τη διάρκεια ζωής της απόδοσης.

«Αξίζει να σημειωθεί ότι όταν πραγματοποιήθηκαν οι δοκιμές της αντλίας, έπρεπε να είναι σε γυμνά εσωτερικά. Οι επικαλύψεις εφαρμόστηκαν μόνο μετά από δοκιμή, επομένως ήταν μια πραγματική δοκιμή της ακατέργαστης απόδοσης των αντλιών. Δεδομένου ότι η επίστρωση μπορεί να βελτιώσει την απόδοση κατά ένα έως δύο τοις εκατό, αντιμετωπίσαμε κάποιες δύσκολες συνθήκες.»

Συμπέρασμα
«Η αντικατάσταση των αντλιών υψηλής ανύψωσης πενήντα ετών στη μονάδα επεξεργασίας νερού της λίμνης Huron θα έχει ως αποτέλεσμα σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας και βελτιστοποίηση των λειτουργιών της αντλίας. Η πολυπλοκότητα αυτού του μεγάλου έργου υποδομής περιλαμβάνει την εγκατάσταση δύο αντλιών 2.000hp/1494kW και δύο αντλιών 3.500hp/2611kW και των σχετικών συνδυαστικών βαλβίδων ελέγχου και απομόνωσης καθώς και ενός κέντρου ελέγχου κινητήρα μέσης τάσης, όλα αυτά διατηρώντας την τροφοδοσία των περιφερειακών πελατών της εταιρείας κοινής ωφέλειας. », λέει ο Billy Haklander.

«Η συνεργασία με την KSB και τους άλλους προμηθευτές σε μια παγκόσμια πανδημία προκάλεσε απρόβλεπτες προκλήσεις, αλλά έμεινα έκπληκτος με το πόσο καλά πήγε το έργο. Οι άνθρωποι της KSB στον Καναδά μπόρεσαν να δημιουργήσουν και να φιλοξενήσουν το πρόγραμμα δοκιμών αποδοχής εικονικού ιστότοπου και οι μηχανικοί τους στο εργοστάσιο του Halle στη Γερμανία ήταν εξαιρετικοί στην παροχή πληροφοριών όταν τους ζητήθηκε. Η KSB ήταν στην πρώτη γραμμή καθιστώντας το ένα επιτυχημένο έργο και τη συνεργασία τους με τους βασικούς παράγοντες, ιδίως την Kenaidan Συμβόλαια με τον γενικό εργολάβο που είναι υπεύθυνος για την εγκατάσταση των αντλιών και τις μηχανικές πτυχές του έργου και την επίβλεψη της εγκατάστασης των ηλεκτρικών εξαρτημάτων από το ηλεκτρικό τους τμήμα -η ανάδοχος Selectra εκτιμήθηκε πολύ», σχολιάζει ο Billy Haklander.

Ο Marcus Henderson εξηγεί: «Ένα από τα θετικά που προέκυψαν από αυτό το έργο ήταν ότι μπορέσαμε να προχωρήσουμε με έναν προγραμματισμένο ρόλο για μια μόνιμη ομάδα ανάθεσης. Καθώς τα έργα γίνονται πιο πολύπλοκα και επεκτείνονται σε μεγαλύτερες περιόδους, υπάρχει ανάγκη για μεγαλύτερη συνέπεια και με αυτή τη νέα εξέλιξη είμαστε σε θέση να παρέχουμε έναν ολοκληρωμένο πόρο συνεχώς διαθέσιμο στους πελάτες μας».