KSB Canada completa il progetto di sostituzione della pompa ad alto sollevamento del Lago Huron

10.10.2022
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Per mezzo secolo i residenti e il commercio in otto comuni della Great London Area dell'Ontario sudoccidentale hanno ricevuto la fornitura di acqua potabile dall'impianto di trattamento delle acque del lago Huron (WTP) vicino a Grand Bend e durante questo periodo la comunità è stata ben servita.
KSB Canada completa il progetto di sostituzione della pompa ad alto sollevamento del Lago Huron

Le pompe RDLO sono classificate per 1.300 L/s o 900 L/sec e ciascuna delle tubazioni di mandata delle pompe è dotata di un disco inclinabile di 600 mm di diametro e valvola di strozzatura e valvola a sfera di isolamento, ciascuna con un attuatore motorizzato. (Fonte immagine: KSB SE & Co. KGaA)

Tuttavia, nel 2017 il Lake Huron Primary Water Supply System (LHPWSS) ha annunciato uno studio di audit energetico e ottimizzazione delle pompe che ha identificato un'opportunità significativa per il risparmio energetico e l'ottimizzazione del funzionamento delle pompe per la stazione di pompaggio.

Il risultato di questo studio è stata la modifica della configurazione originale a cinque pompe nella stazione di pompaggio e la sua sostituzione con una configurazione a sei pompe. Ciò ha comportato la rimozione di tre delle pompe originali da 3000 CV (2237 kW) vecchie di 50 anni e la loro sostituzione con quattro pompe ad alto sollevamento di KSB. Con le nuove pompe che funzionano sulla loro curva di funzionamento, è possibile ottenere notevoli risparmi energetici. In quanto entità connessa alla trasmissione elettrica, l'LHPWSS era ammissibile nell'ambito del programma di accelerazione industriale (IEP) dell'operatore di sistemi elettrici indipendenti (IESO) per incentivi finanziari per progetti di efficienza energetica ammissibili.

Quattro produttori internazionali di pompe hanno presentato offerte, ma la presentazione di KSB Canada si è distinta. Nonostante fosse il più alto costo di spesa in conto capitale di un importo significativo, la proposta di KSB offriva in realtà il costo del ciclo di vita complessivo più basso previsto in 25 anni. Ciò è stato possibile grazie all'impressionante efficienza energetica e alla soluzione creativa di KSB nell'offrire un unico tipo per tutte e quattro le pompe (grande e piccola). Ciò ha ridotto il fabbisogno di ricambi, riducendo a sua volta il costo del ciclo di vita e fornendo flessibilità per aumentare facilmente la capacità della pompa in futuro poiché la domanda continua ad aumentare. Il contratto è stato assegnato a KSB Canada, che ha iniziato i lavori di progettazione e consulenza nel 2019. La produzione di pompe è iniziata nel 2020 e la stazione di pompaggio aggiornata è diventata pienamente operativa nell'agosto 2022.

Sistema di approvvigionamento idrico primario del lago Huron
Situata nell'Ontario sudoccidentale, lungo il corridoio Quebec City-Winsor, Londra è una città interessante poiché trae la sua fonte d'acqua sia dal lago Huron che dal lago Erie. La Regional Water Supply Division della City di Londra (RWS) è distaccata presso i Water Boards regionali e responsabile di due principali sistemi di approvvigionamento idrico, questi sono l'LHPWSS e l'Elgin Area Primary Water Supply System (EAPWSS). LHPWSS serve i comuni di Londra, Lambton Shores, North Middlesex, South Huron, Bluewater, Middlesex Centre, Lucan-Biddulph e Strathroy-Caradoc da un impianto di trattamento delle acque situato a nord del villaggio di Grand Bend a South Huron. L'impianto ha una capacità di trattamento attuale di 340 milioni di litri al giorno (75 milioni di galloni imperiali al giorno) e serve la popolazione della città di circa 420.000 persone negli otto comuni, compreso l'80% della City di Londra.

La stazione di pompaggio era stata originariamente progettata per un unico gasdotto, ma successivamente, nel 1996 e nel 2014, l'RWS ha parzialmente gemellato la condotta di trasmissione principale di 47 km a un serbatoio terminale, con il risultato che le pompe non funzionavano più lungo la loro curva. “Dopo quasi 50 anni, le pompe esistenti stavano diventando inefficienti, con le giranti che mostravano segni di vaiolatura. Mantenerli operativi richiedeva molta manutenzione continua perché stavano andando fuori curva", riferisce Billy Haklander, Capital Program Manager, LH&EAPWSS.

Selezione della pompa
Per offrire all'LHPWSS la massima flessibilità nella selezione delle pompe, quattro fornitori di pompe sono stati invitati a presentare offerte separate per le pompe piccole e grandi e a identificare un credito nel caso in cui LH&EAPWSS decidessero di acquistare sia le pompe piccole che grandi da lo stesso fornitore. L'offerta di KSB ha offerto una soluzione creativa utilizzando un solo tipo per tutte e quattro le pompe, con solo le giranti e i motori diversi in base alle dimensioni della pompa. Le piastre di base per ciascuna pompa avevano le stesse dimensioni. La flessibilità offerta da KSB ha consentito di adeguare il costo del capitale della sua offerta per tenere conto di un minor numero di pezzi di ricambio e creare così risparmi per il cliente.

Un vantaggio significativo della proposta avanzata da KSB era che con le pompe più piccole che utilizzavano involucri e piastre di base delle stesse dimensioni delle due pompe più grandi, avevano progettato l'opportunità di aumentare le dimensioni della pompa montando giranti e motori più grandi in una data futura. Questo può essere fatto in loco senza che sia necessario eseguire opere civili. Pertanto, se la domanda aumenta per l'approvvigionamento idrico, può essere soddisfatta con il minimo di costi e interruzioni dell'impianto.

A seguito di un'analisi dei costi del ciclo di vita di 25 anni, tenendo conto del costo del capitale, del consumo di energia e dei costi di manutenzione effettuati da AECOM Canada, consulenti per LH&EAPWSS, il contratto è stato aggiudicato a KSB. Dato che le pompe proposte da KSB soddisfacevano i requisiti tecnici e offrivano il costo del ciclo di vita previsto complessivo più basso in 25 anni, AECOM e RWS hanno raccomandato di accettare la proposta di KSB.

Sfide di installazione
"Uno dei vincoli che abbiamo dovuto prendere in considerazione durante la valutazione del progetto degli offerenti era la capacità di conformarsi allo spazio disponibile nella sala pompe esistente", spiega Marcus Henderson, National Operations Manager di KSB. “Trattandosi di un'installazione esistente, c'era solo così tanto spazio su cui lavorare e un vincolo chiave era che le pompe esistenti avevano una configurazione di aspirazione dal basso. Solitamente, la configurazione di installazione per le pompe orizzontali a cassa divisa è in linea con l'aspirazione e lo scarico nella stessa direzione. Ciò significava che dovevamo trovare una soluzione per incorporare l'aspirazione dal basso. Abbiamo dovuto intraprendere alcuni lavori di modellazione per incorporare le tubazioni esistenti che ci hanno permesso di risolvere il problema".

"L'obiettivo finale del progetto prevedeva la fornitura di quattro pompe orizzontali a cassa divisa ad aspirazione dal basso, un sistema di monitoraggio delle vibrazioni e raddrizzatori di flusso (bobine di condizionamento dell'aspirazione) per la distribuzione di acqua potabile (approvvigionamento idrico)", riferisce Marcus Henderson. “Inoltre, parte del contratto prevedeva la fornitura di due motori elettrici TECO da 1494kW/2000cv @ 1200rpm, 4160V / 3Ph/60Hz e due motori elettrici TECO da 2611Kw/3500hp @ 1200rpm, 4160V / 3Ph/60Hz. Eravamo anche responsabili dell'analisi torsionale e laterale per i gruppi di pompe, dell'avviamento in loco e dei servizi sul campo per la messa in servizio".

Le pompe dell'impianto hanno una portata nominale di 1.158 L/s e ciascuna delle tubazioni di scarico delle pompe è dotata di una valvola di ritegno a disco inclinabile di 500 mm di diametro, insieme a una valvola a sfera con sede metallica di 500 mm di diametro dotata di un attuatore elettrico motorizzato. Il WTP dispone di due serbatoi idro-pneumatici, ciascuno con una capacità di 580 m³, per la protezione transitoria del sistema di distribuzione dell'acqua principale parzialmente gemellato di 47 km con un diametro di 1200 mm.

Le pompe specificate erano:

2 x RDLO 500-835 B SC G O BS

  • Capacità di flusso di progetto: 900 L/s (78 ML/D)
  • Prevalenza della pompa di flusso di design: 125 m TDH
  • Basso numero di giri
  • Avviamento pompa: avviatore graduale

2 x RDLO 500-835 A SC G O BS

  • Capacità di flusso di progetto: 1.300 l/s (112 ML/D)
  • Prevalenza della pompa di flusso di design: 150 m TDH
  •  Basso numero di giri
  •  Avviamento pompa: avviatore graduale

Pompe RDLO
Provate in molte applicazioni idriche in tutto il mondo, le pompe RDLO sono state identificate come più che in grado di soddisfare le esigenze specifiche del cliente. Le pompe a spirale monostadio a divisione assiale RDLO di KSB sono state sviluppate specificamente per la gestione di acqua grezza, acqua pulita, acqua di servizio e fluidi di trasporto con una resistenza minima del flusso. Di conseguenza, riducono i costi energetici e del ciclo di vita dei sistemi in cui sono installati. Soddisfano inoltre le doppie esigenze di affidabilità ed elevata disponibilità. L'affidabilità deriva dal fatto che le metà dell'involucro sono sigillate da solide flange divise dell'involucro nella parte superiore e inferiore dell'involucro e l'elevata disponibilità è attribuibile all'uso di cuscinetti di dimensioni generose e tenute dell'albero di alta qualità. Il funzionamento regolare è garantito in ogni momento grazie al gomito di aspirazione ottimizzato per il flusso e privo di vortici e all'albero rigido con corsa del cuscinetto ridotta. Poiché l'albero è completamente sigillato senza gradini/fili nell'area bagnata, l'RDLO offre una trasmissione di potenza affidabile.

La combinazione di solide staffe di supporto, un albero corto e rigido e cuscinetti precaricati garantisce basse vibrazioni e una maggiore durata operativa di cuscinetti, tenute e giunto. Le pompe a cassa divisa assialmente semplificano le procedure di manutenzione, consentendo un rapido accesso a tutte le parti per un'ispezione approfondita. L'azionamento può essere posizionato sia a sinistra che a destra della pompa senza che siano necessarie parti aggiuntive o modifiche al corpo. ”Due delle pompe sono collegate a motori fino a 3500 CV e le altre due a motori fino a 2500 CV. Queste sono le pompe principali che forniscono acqua potabile all'intero LHPWSS con molti clienti a oltre 50 km di distanza, quindi consumano una grande quantità di energia. Sono miglioramenti marginali come questi che possono migliorare l'efficienza dell'uno o del due percento, ma producono un sacco di soldi se si considera la dimensione complessiva dell'impianto", commenta Marcus Henderson.

Installazione
"Poiché le pompe sono state installate a posteriori nei locali originali, è stato necessario far funzionare l'impianto a metà della capacità su un lato della trasmissione durante l'installazione", spiega Billy Haklander. “Poiché nell'impianto era già presente un vano di riserva, è stato possibile utilizzarlo per l'installazione della prima pompa. La procedura prevedeva il funzionamento delle pompe 1, 2 e 3 durante l'installazione delle pompe 5 e 6. Una volta che queste pompe sono state testate e ci siamo sentiti a nostro agio con le loro prestazioni, la procedura è passata alle pompe 4, 5 e 6 in funzione mentre venivano installate le pompe 1, 2 e 3. "

L'introduzione delle nuove pompe ha offerto l'opportunità di adattare le valvole di isolamento. Storicamente la mancanza delle valvole di intercettazione sulle pompe esistenti ha richiesto il completo isolamento di metà della scheda collettore di mandata (tre pompe) per facilitare la riparazione di una pompa, limitando di fatto la portata della pompa dell'impianto a metà della sua portata nominale . La scelta di una valvola di controllo/ritegno combinata per sostituire due valvole su ciascuna mandata della pompa significava che ciascuna pompa avrebbe una valvola di isolamento dedicata per ciascuna mandata della pompa. Le valvole di isolamento su ciascuna mandata della pompa consentiranno il completo isolamento della valvola combinata e della pompa ad alta portata per scopi di manutenzione e riparazione.

Efficienza della pompa
Un elemento significativo del progetto è stata la questione delle pompe per il risparmio energetico, che ha comportato i test di accettazione in fabbrica presso lo stabilimento KSB di Halle in Germania. Henderson spiega: “I test in fabbrica hanno comportato la spedizione di un motore di ogni dimensione alla nostra fabbrica e l'accoppiamento alle pompe per il test delle stringhe e la registrazione delle prestazioni complessive della pompa. I motori sono stati inoltre sottoposti a prove di tipo a pieno carico in conformità con lo standard IEEE in modo da poter determinare l'efficienza del motore. Continua: “Abbiamo preso la potenza complessiva della fabbrica ei dati dalla fabbrica di motori per determinare l'efficienza della pompa. C'erano sanzioni severe sulle garanzie di prestazione su questo progetto, quindi se non avessimo soddisfatto le garanzie di efficienza fornite, KSB sarebbe stata tenuta a pagare a LHPWSS la differenza dei costi energetici forniti e quelli garantiti per tutta la durata delle prestazioni".

“Vale la pena notare che quando sono stati eseguiti i test della pompa, dovevano essere interni nudi. I rivestimenti sono stati applicati solo dopo i test, quindi è stato un vero test dell'efficienza grezza delle pompe. Dato che il rivestimento può migliorare l'efficienza dall'uno al due percento, abbiamo affrontato alcune condizioni difficili".

Conclusione
“La sostituzione delle pompe ad alta portata vecchie di cinquant'anni presso l'impianto di trattamento delle acque del Lago Huron si tradurrà in un notevole risparmio energetico e nell'ottimizzazione del funzionamento delle pompe. Le complessità di questo grande progetto infrastrutturale includono l'installazione di due pompe da 2.000 CV/1494 kW e due da 3.500 CV/2611 kW e relative valvole di isolamento e controllo combinate, nonché un centro di controllo del motore a media tensione, il tutto mantenendo l'alimentazione ai clienti regionali dell'utilità, " dice Billy Haklander.

“Lavorare con KSB e gli altri fornitori durante una pandemia globale ha comportato sfide impreviste, ma sono rimasto stupito da quanto bene sia andato il progetto. Le persone di KSB in Canada sono state in grado di impostare e accogliere il programma di test di accettazione del sito virtuale ei loro ingegneri presso lo stabilimento di Halle in Germania sono stati bravissimi nel fornire informazioni quando è stato richiesto. KSB è stata in prima linea nel renderlo un progetto di successo e la loro collaborazione con i principali attori, in particolare Kenaidan, contraente generale responsabile dell'installazione delle pompe e degli aspetti meccanici del progetto e della supervisione dell'installazione dei componenti elettrici dal loro sub elettrico -l'appaltatore Selectra, è stato molto apprezzato”, commenta Billy Haklander.

Marcus Henderson spiega: “Uno degli aspetti positivi di questo progetto è stato che siamo stati in grado di portare avanti un ruolo pianificato per un team di commissioning permanente. Man mano che i progetti diventano più complessi e si estendono su periodi più lunghi, è necessaria una maggiore coerenza e con questo nuovo sviluppo siamo in grado di fornire una risorsa integrata costantemente disponibile ai nostri clienti".

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