KSB Canada achève le projet de remplacement de la pompe à haute pression du lac Huron

Cependant, en 2017, le système d'approvisionnement en eau primaire du lac Huron (LHPWSS) a annoncé une étude d'audit énergétique et d'optimisation des pompes qui a identifié une opportunité importante d'économies d'énergie et d'optimisation des opérations de pompage pour la station de pompage.

Le résultat de cette étude a été la modification de la configuration originale à cinq pompes dans la station de pompage et son remplacement par une configuration à six pompes. Cela a impliqué le retrait de trois des pompes d'origine de 3 000 ch (2 237 kW) vieilles de 50 ans et leur remplacement par quatre pompes à grande levée de KSB. Les nouvelles pompes fonctionnant sur leur courbe de fonctionnement, des économies d'énergie substantielles peuvent être réalisées. En tant qu'entité connectée au réseau de transport d'électricité, le LHPWSS était éligible dans le cadre du programme d'accélérateur industriel (IEP) de l'opérateur indépendant de systèmes électriques (IESO) pour des incitations financières pour les projets d'efficacité énergétique éligibles.

Quatre fabricants internationaux de pompes ont soumis des offres, mais celle de KSB Canada s'est démarquée. Bien qu'il s'agisse du coût d'investissement le plus élevé d'un montant important, la soumission de KSB offrait en fait le coût global du cycle de vie prévu le plus bas sur 25 ans. Cela a été possible grâce à l'impressionnante efficacité énergétique et à la solution créative de KSB en proposant un seul type pour les quatre pompes (grandes et petites). Cela a réduit les besoins en pièces de rechange, réduisant ainsi le coût du cycle de vie et offrant la flexibilité nécessaire pour augmenter facilement la capacité de la pompe à l'avenir. alors que la demande ne cesse d'augmenter. Le contrat a été attribué à KSB Canada, qui a commencé les travaux de conception et de consultation en 2019. La fabrication de la pompe a commencé en 2020 et la station de pompage mise à jour est devenue pleinement opérationnelle en août 2022.

Système d'approvisionnement en eau primaire du lac Huron
Située dans le sud-ouest de l'Ontario, le long du corridor Québec-Winsor, London est une ville intéressante car elle tire sa source d'eau du lac Huron et du lac Érié. La division régionale de l'approvisionnement en eau de la ville de London (RWS) est détachée auprès des offices régionaux de l'eau et responsable de deux grands systèmes d'approvisionnement en eau, à savoir le LHPWSS et le système d'approvisionnement en eau primaire de la région d'Elgin (EAPWSS). Le LHPWSS dessert les municipalités de London, Lambton Shores, North Middlesex, South Huron, Bluewater, Middlesex Centre, Lucan-Biddulph et Strathroy-Caradoc à partir d'une usine de traitement d'eau située au nord du village de Grand Bend à South Huron. L'usine a une capacité de traitement actuelle de 340 millions de litres par jour (75 millions de gallons impériaux par jour) et dessert la population de la ville d'environ 420 000 personnes dans les huit municipalités, dont 80 % de la ville de London.

La station de pompage a été conçue à l'origine pour un seul pipeline, mais plus tard en 1996 et 2014, le RWS a partiellement jumelé le pipeline de transport principal de 47 km à un réservoir terminal, ce qui a empêché les pompes de fonctionner sur leur courbe. « Après presque 50 ans, les pompes existantes devenaient inefficaces, les roues montrant des signes de piqûres. Les maintenir opérationnels nécessitait beaucoup de maintenance continue car ils dépassaient les courbes », rapporte Billy Haklander, responsable du programme d'immobilisations, LH&EAPWSS.

Sélection de la pompe
Pour donner au LHPWSS la plus grande flexibilité dans la sélection des pompes, quatre fournisseurs de pompes ont été invités à soumettre des offres séparées pour les petites et les grandes pompes et à identifier un crédit si le LH&EAPWSS décidait de s'approvisionner à la fois en petites et grandes pompes auprès de le même fournisseur. L'offre de KSB proposait une solution créative utilisant un seul type pour les quatre pompes, seuls les rotors et les moteurs étant différents en fonction de la taille de la pompe. Les plaques de base de chaque pompe avaient la même taille. La flexibilité offerte par KSB a permis d'ajuster le coût en capital de son offre pour tenir compte de moins de pièces de rechange et ainsi créer des économies pour le client.

Un avantage important de la proposition faite par KSB était qu'avec les pompes plus petites utilisant des corps et des plaques de base de la même taille que les deux pompes plus grandes, ils avaient conçu la possibilité d'augmenter la taille de la pompe en installant des roues et des moteurs plus grands à une date ultérieure. Cela peut être fait sur place sans qu'aucun travail de génie civil ne soit nécessaire. Ainsi, si la demande augmente pour que l'approvisionnement en eau soit augmenté, il peut être satisfait avec le minimum de coût et de perturbation de l'usine.

Suite à une analyse du coût du cycle de vie de 25 ans, prenant en compte le coût en capital, la consommation d'énergie et les coûts de maintenance effectués par AECOM Canada, consultants pour LH&EAPWSS, le contrat a été attribué à KSB. Étant donné que les pompes proposées par KSB répondaient aux exigences techniques et offraient le coût de cycle de vie global prévu le plus bas sur 25 ans, AECOM et RWS ont recommandé que la proposition de KSB soit acceptée.

Défis d'installation
"L'une des contraintes que nous avons dû prendre en considération lors de l'évaluation du projet des soumissionnaires était la capacité à se conformer à l'espace disponible dans la salle des pompes existante" explique Marcus Henderson, directeur des opérations nationales de KSB. « Comme il s'agissait d'une installation existante, il n'y avait qu'une quantité limitée de biens immobiliers avec lesquels travailler et une contrainte clé était que les pompes existantes avaient une configuration d'aspiration par le bas. Habituellement, la configuration d'installation pour les pompes horizontales à plan de joint est en ligne avec l'aspiration et le refoulement dans la même direction. Cela signifiait que nous devions trouver une solution pour intégrer l'aspiration par le bas. Nous avons dû entreprendre un travail de modèle pour intégrer la tuyauterie existante qui nous a permis de résoudre le problème. »

"La portée éventuelle du projet impliquait la fourniture de quatre pompes horizontales à plan de joint à aspiration par le bas, d'un système de surveillance des vibrations et de redresseurs de débit (bobines de conditionnement d'aspiration) pour la distribution d'eau potable (alimentation en eau)", rapporte Marcus Henderson. « En outre, une partie du contrat consistait à fournir deux moteurs électriques TECO de 1 494 kW/2 000 ch à 1 200 tr/min, 4 160 V/3 Ph/60 Hz et deux moteurs électriques TECO de 2 611 kW/3 500 ch à 1 200 tr/min, 4 160 V/3 Ph/60 Hz. Nous étions également responsables de l'analyse de torsion et latérale des ensembles de pompes, du démarrage sur site et de la mise en service des services sur le terrain. »

Les pompes de l'usine ont un débit nominal de 1 158 L/s et chacune des tuyauteries de refoulement des pompes est équipée d'un clapet anti-retour à disque basculant de 500 mm de diamètre, ainsi que d'un clapet à bille à siège métallique de 500 mm de diamètre équipé d'un actionneur électrique motorisé. La station d'épuration dispose de deux réservoirs hydropneumatiques, chacun d'une capacité de 580 m³, pour la protection transitoire des 47 km de réseau de distribution d'eau principal partiellement jumelé de 1200 mm de diamètre.

Les pompes spécifiées étaient :

2 x RDLO 500-835 B SC G O BS

• Capacité de débit de conception : 900 L/s (78 ML/j)
• Tête de pompe à débit de conception : 125 m TDH
• Bas régime
• Démarrage de la pompe : démarreur progressif

2 x RDLO 500-835 A SC G O BS

• Capacité de débit de conception : 1 300 L/s (112 ML/j)
• Tête de pompe à débit de conception : 150 m TDH
•  Bas régime
•  Démarrage de la pompe : démarreur progressif

Pompes RDLO
Éprouvées dans de nombreuses applications d'eau à travers le monde, les pompes RDLO ont été identifiées comme étant plus que capables de répondre aux demandes spécifiques du client. Les pompes à volute monocellulaire à plan de joint axial RDLO de KSB ont été développées spécifiquement pour le traitement de l'eau brute, de l'eau propre, de l'eau de service et des fluides de transport avec un minimum de résistance à l'écoulement. En conséquence, ils réduisent les coûts énergétiques et du cycle de vie des systèmes dans lesquels ils sont installés. Ils répondent également à la double exigence de fiabilité et de haute disponibilité. La fiabilité résulte de l'étanchéité des moitiés de carter par des brides fendues de carter solides au niveau des parties supérieure et inférieure du carter, et une disponibilité élevée est attribuable à l'utilisation de roulements généreusement dimensionnés et de joints d'arbre de haute qualité. Le bon fonctionnement est assuré à tout moment grâce au coude d'aspiration sans vortex optimisé pour le débit et à l'arbre rigide avec une courte portée de palier. Parce que l'arbre est complètement scellé sans marches/filetages dans la zone mouillée, le RDLO offre une transmission de puissance fiable.

La combinaison de supports de palier solides, d'un arbre court et rigide et de roulements préchargés garantit de faibles vibrations et une durée de vie prolongée des roulements, des joints et de l'accouplement. Le fait d'être des pompes à carter divisé axialement simplifie les procédures de maintenance, permettant un accès facile à toutes les pièces pour une inspection approfondie. L'entraînement peut être positionné aussi bien à gauche qu'à droite de la pompe sans que des pièces supplémentaires ou des modifications du corps ne soient nécessaires. « Deux des pompes sont connectées à des moteurs jusqu'à 3 500 ch et les deux autres à des moteurs de 2 500 ch. Ce sont les principales pompes qui alimentent en eau potable l'ensemble du LHPWSS avec de nombreux clients à plus de 50 km, elles consomment donc une grande quantité d'énergie. Ce sont des améliorations marginales telles que celles-ci qui peuvent améliorer l'efficacité d'un ou deux pour cent, mais elles coûtent très cher si l'on considère la taille globale de l'usine », commente Marcus Henderson.

Installation
« Étant donné que les pompes étaient installées ultérieurement dans les locaux d'origine, il était nécessaire de faire fonctionner l'usine à la moitié de sa capacité d'un côté de la transmission lors de l'installation », explique Billy Haklander. « Comme il y avait déjà une baie de rechange dans l'usine, il a été possible de l'utiliser pour l'installation de la première pompe. La procédure impliquait de faire fonctionner les pompes 1, 2 et 3 pendant l'installation des pompes 5 et 6. Une fois que ces pompes ont été testées et que nous étions à l'aise avec leurs performances, la procédure est passée au fonctionnement des pompes 4, 5 et 6 pendant l'installation des pompes 1, 2 et 3. »

L'introduction des nouvelles pompes a permis de moderniser les vannes d'isolement. Historiquement, l'absence de vannes d'isolement sur les pompes existantes nécessitait l'isolement complet de la moitié du panneau collecteur de refoulement (trois pompes) afin de faciliter la réparation d'une pompe, limitant ainsi la capacité de pompage de l'usine à la moitié de sa capacité nominale. . La sélection d'une vanne de contrôle/retour combinée pour remplacer deux vannes sur chaque refoulement de pompe signifiait que chaque pompe aurait une vanne d'isolement dédiée pour chaque refoulement de pompe. Des vannes d'isolement sur chaque refoulement de pompe permettront l'isolement complet de la vanne combinée et de la pompe à haute levée à des fins de maintenance et de réparation.

Efficacité de la pompe
Un élément important du projet était la question des pompes permettant des économies d'énergie, qui impliquaient des tests d'acceptation en usine sur le site KSB de Halle en Allemagne. Henderson explique : « Les tests en usine impliquaient d'expédier un moteur de chaque taille à notre usine et de les coupler aux pompes pour tester les chaînes et enregistrer les performances globales de la pompe. Les moteurs ont également subi des essais de type à pleine charge conformément à la norme IEEE afin qu'ils puissent déterminer l'efficacité du moteur. Il poursuit : « Nous avons pris la puissance globale de l'usine et les données de l'usine de moteurs pour déterminer l'efficacité de la pompe. Il y avait des pénalités strictes sur les garanties de performance sur ce projet, donc si nous ne respections pas les garanties d'efficacité données, KSB serait tenu de payer à LHPWSS la différence entre les coûts énergétiques livrés et ceux qui étaient garantis sur la durée de vie des performances. »

« Il convient de noter que lorsque les tests de pompe ont été effectués, ils devaient être sur des composants internes nus. Les revêtements n'ont été appliqués qu'après les tests, c'était donc un véritable test de l'efficacité brute des pompes. Étant donné que le revêtement peut améliorer l'efficacité de 1 à 2 %, nous avons dû faire face à des conditions difficiles.

Conclusion
« Le remplacement des pompes à haute pression vieilles de 50 ans à l'usine de traitement de l'eau du lac Huron entraînera d'importantes économies d'énergie et une optimisation du fonctionnement des pompes. Les complexités de ce grand projet d'infrastructure comprennent l'installation de deux pompes de 2 000 ch/1 494 kW et de deux pompes de 3 500 ch/2 611 kW et des vannes de commande et d'isolement associées ainsi qu'un centre de commande de moteur moyenne tension, tout en maintenant l'approvisionnement des clients régionaux de l'utilitaire, », déclare Billy Haklander.

"Travailler avec KSB et les autres fournisseurs tout au long d'une pandémie mondiale a posé des défis imprévus, mais j'ai été étonné de voir à quel point le projet s'est bien déroulé. Les gens de KSB au Canada ont pu mettre en place et héberger le programme d'essais d'acceptation du site virtuel et leurs ingénieurs de l'usine de Halle en Allemagne ont été formidables en fournissant des informations lorsqu'elles étaient demandées. KSB a été à l'avant-garde pour en faire un projet réussi et leur collaboration avec les principaux acteurs, en particulier Kenaidan Contractant l'entrepreneur général responsable de l'installation des pompes et des aspects mécaniques du projet et supervisant l'installation des composants électriques par leur sous-traitant électrique -l'entrepreneur Selectra, a été très apprécié », commente Billy Haklander.

Marcus Henderson explique : « L'un des aspects positifs de ce projet est que nous avons pu aller de l'avant avec un rôle prévu pour une équipe de mise en service permanente. Au fur et à mesure que les projets deviennent plus complexes et s'étendent sur de plus longues périodes, une plus grande cohérence est nécessaire, et avec ce nouveau développement, nous sommes en mesure de fournir une ressource intégrée constamment disponible pour nos clients.