KSB Canada dokončila projekt výměny vysokozdvižného čerpadla jezera Huron

V roce 2017 však systém primárního zásobování vodou Lake Huron (LHPWSS) oznámil studii energetického auditu a optimalizace čerpadel, která identifikovala významnou příležitost pro úspory energie a optimalizaci provozu čerpadel pro čerpací stanici.

Výsledkem této studie byla úprava původní konfigurace pěti čerpadel v čerpací stanici a její nahrazení konfigurací šesti čerpadel. To zahrnovalo odstranění tří původních 50 let starých čerpadel o výkonu 3000 k (2237 kW) a jejich nahrazení čtyřmi vysokozdvižnými čerpadly od KSB. S novými čerpadly běžícími na jejich provozní křivce lze dosáhnout značných úspor energie. Jako subjekt připojený k elektrickému přenosu byl LHPWSS způsobilý v rámci programu průmyslového akcelerátoru (IEP) nezávislého provozovatele elektrických systémů (IESO) pro finanční pobídky pro způsobilé projekty energetické účinnosti.

Nabídky předložili čtyři mezinárodní výrobci čerpadel, ale podání KSB Canada vyniklo. Navzdory tomu, že se jedná o nejvyšší investiční náklady o významnou částku, předložení KSB ve skutečnosti nabídlo nejnižší celkové očekávané náklady životního cyklu za 25 let. Bylo to možné díky působivé energetické účinnosti a kreativnímu řešení společnosti KSB v nabídce jediného typu pro všechna čtyři čerpadla (velká a malá). To snížilo požadavky na náhradní díly, následně snížilo náklady životního cyklu a poskytlo flexibilitu pro snadné zvýšení kapacity čerpadla v budoucnu. protože poptávka stále roste. Zakázka byla zadána společnosti KSB Canada, která zahájila projekční a konzultační práce v roce 2019. Výroba čerpadel byla zahájena v roce 2020 a aktualizovaná čerpací stanice byla plně zprovozněna v srpnu 2022.

Primární systém zásobování vodou jezera Huron
Londýn, který se nachází v jihozápadním Ontariu, podél koridoru Quebec City-Winsor Corridor, je zajímavým městem, protože získává svůj zdroj vody z Huronského a Erijského jezera. Regionální divize zásobování vodou v City of London (RWS) je přidělena k regionálním vodárenským úřadům a odpovídá za dva hlavní systémy zásobování vodou, kterými jsou LHPWSS a primární systém zásobování vodou oblasti Elgin (EAPWSS). LHPWSS obsluhuje obce Londýn, Lambton Shores, North Middlesex, South Huron, Bluewater, Middlesex Centre, Lucan-Biddulph a Strathroy-Caradoc z úpravny vody nacházející se severně od vesnice Grand Bend v Jižním Huronu. Závod má současnou kapacitu čištění 340 milionů litrů denně (75 milionů imperiálních galonů denně) a slouží obyvatelům města přibližně 420 000 lidí v osmi obcích, včetně 80 % londýnské City.

Čerpací stanice byla původně navržena pro jedno potrubí, ale později v letech 1996 a 2014 RWS částečně spojila 47 km hlavní přepravní potrubí s koncovým rezervoárem, což vedlo k tomu, že čerpadla již neběží na své křivce. „Po téměř 50 letech začala být stávající čerpadla neúčinná a oběžná kola vykazovala známky důlkové koroze. Udržování jejich provozuschopnosti vyžadovalo mnoho průběžné údržby, protože sjížděly z křivky,“ uvádí Billy Haklander, manažer kapitálového programu, LH&EAPWSS.

Výběr čerpadla
Aby LHPWSS poskytla co největší flexibilitu při výběru čerpadel, byli čtyři dodavatelé čerpadel vyzváni, aby předložili samostatné nabídky na malá a velká čerpadla a určili kredit, pokud by se LH&EAPWSS rozhodlo odebírat malá i velká čerpadla od stejného dodavatele. Nabídka KSB nabídla kreativní řešení s použitím jediného typu pro všechna čtyři čerpadla, přičemž pouze oběžná kola a motory se liší podle velikosti čerpadla. Základní desky pro každé čerpadlo byly stejné velikosti. Flexibilita nabízená KSB umožnila upravit kapitálové náklady její nabídky tak, aby zohledňovala méně náhradních dílů, a tím vedla k úsporám pro zákazníka.

Významnou výhodou návrhu předloženého společností KSB bylo, že u menších čerpadel používajících tělesa a základní desky stejné velikosti jako dvě větší čerpadla byla navržena možnost zvětšit velikost čerpadla montáží větších oběžných kol a motorů v budoucnu. To lze provést na místě, aniž by bylo nutné provádět stavební práce. Pokud tedy roste poptávka po zvýšení dodávky vody, lze ji uspokojit s minimálními náklady a narušení provozu závodu.

Po 25leté analýze nákladů životního cyklu, která vzala v úvahu kapitálové náklady, spotřebu energie a náklady na údržbu, kterou provedla AECOM Canada, konzultanti LH&EAPWSS, byla zakázka udělena společnosti KSB. Vzhledem k tomu, že čerpadla navržená KSB splňovala technické požadavky a nabízela nejnižší celkové předpokládané náklady životního cyklu za 25 let, AECOM a RWS doporučily návrh KSB přijmout.

Výzvy při instalaci
„Jedním z omezení, které jsme museli vzít v úvahu při hodnocení projektu uchazečů, byla schopnost přizpůsobit se dostupnému prostoru ve stávající čerpací hale,“ vysvětluje Marcus Henderson, národní provozní manažer KSB. „Vzhledem k tomu, že se jedná o stávající instalaci, bylo možné pracovat jen s tolika nemovitostmi a klíčovým omezením bylo, že stávající čerpadla měla konfiguraci se spodním sáním. Instalační konfigurace pro horizontální čerpadla s dělenou skříní je obvykle v souladu se sáním a výtlakem ve stejném směru. To znamenalo, že jsme museli najít řešení, jak začlenit spodní sání. Museli jsme provést určité modelové práce, abychom začlenili stávající potrubí, což nám umožnilo problém vyřešit.“

„Případný rozsah projektu zahrnoval dodávku čtyř horizontálních dělených čerpadel se spodním sáním, systému sledování vibrací a usměrňovačů toku (sací cívky pro úpravu vody) pro rozvod pitné vody (zásobování vodou),“ uvádí Marcus Henderson. „Součástí kontraktu byla také dodávka dvou elektromotorů TECO 1494 kW/2 000 k při 1 200 ot./min, 4 160 V / 3 Ph/60 Hz a dvou elektromotorů TECO 2 611 Kw/ 3 500 k při 1 200 ot./min. Byli jsme také zodpovědní za torzní a boční analýzu čerpacích soustrojí, spouštění na místě a zprovoznění terénních služeb.“

Čerpadla závodu jsou dimenzována na 1 158 l/s a každé výtlačné potrubí čerpadel je vybaveno zpětným ventilem s naklápěcím kotoučem o průměru 500 mm spolu s kulovým ventilem s kovovým sedlem o průměru 500 mm vybaveným motorizovaným elektrickým pohonem. ČOV má dvě hydropneumatické nádrže, každou o objemu 580 m³, pro přechodnou ochranu 47 km částečně zdvojeného vodovodního rozvodu o průměru 1200 mm.

Zadaná čerpadla byla:

2 x RDLO 500-835 B SC G O BS

• Konstrukční průtoková kapacita: 900 l/s (78 ML/D)
• Konstrukční výška průtokového čerpadla: 125 m TDH
• Nízké otáčky za minutu
• Spouštění čerpadla: Softstartér

2 x RDLO 500-835 A SC G O BS

• Konstrukční průtoková kapacita: 1 300 l/s (112 ML/D)
• Konstrukční výška průtokového čerpadla: 150 m TDH
•  Nízké RPM
•  Spouštění čerpadla: Softstartér

Čerpadla RDLO
Čerpadla RDLO se osvědčila v mnoha vodních aplikacích po celém světě a byla identifikována jako více než schopná splnit specifické požadavky zákazníka. Axiálně dělená, jednostupňová spirálová čerpadla KSB RDLO byla vyvinuta speciálně pro čerpání surové vody, čisté vody, užitkové vody a dopravních kapalin s minimálním průtokovým odporem. V důsledku toho snižují náklady na energii a životní cyklus systémů, ve kterých jsou instalovány. Splňují také dvojité požadavky na spolehlivost a vysokou dostupnost. Spolehlivost vyplývá z utěsnění polovin skříně pevnými dělenými přírubami skříně v horní a spodní části skříně a vysoká dostupnost je dána použitím velkoryse dimenzovaných ložisek a vysoce kvalitních hřídelových ucpávek. Hladký chod je vždy zajištěn díky sacímu kolenu bez víru s optimalizovaným průtokem a tuhé hřídeli s krátkým rozpětím ložisek. Vzhledem k tomu, že hřídel je zcela utěsněna bez schodů/závitů ve smáčené oblasti, nabízí RDLO spolehlivý přenos síly.

Kombinace pevných držáků ložisek, krátké a tuhé hřídele a předepjatých ložisek zaručuje nízké vibrace a prodlouženou životnost ložisek, těsnění a spojky. Čerpadla s axiálně dělenou skříní zjednodušují postupy údržby a umožňují snadný přístup ke všem dílům pro důkladnou kontrolu. Pohon může být umístěn na levé i pravé straně čerpadla, aniž by byly nutné další díly nebo úpravy pláště. „Dvě z čerpadel jsou připojeny motory o výkonu až 3500 hp a další dvě motory o výkonu 2500 hp. Jedná se o hlavní čerpadla zásobující pitnou vodou celý LHPWSS s mnoha zákazníky vzdálenými přes 50 km, takže spotřebovávají velké množství energie. Právě okrajová vylepšení, jako jsou tato, mohou zlepšit efektivitu o jedno nebo dvě procenta, ale když vezmete v úvahu celkovou velikost závodu, vyjdou na velké dolary,“ komentuje Marcus Henderson.

Instalace
„Vzhledem k tomu, že došlo k přestavbě čerpadel do původních prostor, bylo nutné během instalace provozovat elektrárnu na poloviční výkon na jedné přenosové straně,“ vysvětluje Billy Haklander. „Vzhledem k tomu, že v závodě již byla náhradní šachta, bylo možné ji využít pro instalaci prvního čerpadla. Postup zahrnoval provoz čerpadel 1, 2 a 3, zatímco byla čerpadla 5 a 6 instalována. Jakmile byla tato čerpadla otestována a my jsme byli spokojeni s jejich výkonem, postup přešel na provoz čerpadel 4, 5 a 6, zatímco byla čerpadla 1, 2 a 3 instalována.“

Uvedení nových čerpadel poskytlo příležitost k dodatečné montáži izolačních ventilů. Historicky nedostatek izolačních ventilů na stávajících čerpadlech vyžadoval úplnou izolaci poloviny desky výtlačného potrubí (tři čerpadla), aby se usnadnila oprava jednoho čerpadla, což účinně omezilo kapacitu čerpadla na polovinu jeho jmenovité kapacity. . Výběr kombinovaného regulačního/zpětného ventilu, který nahradí dva ventily na každém výtlaku čerpadla, znamenal, že každé čerpadlo bude mít vyhrazený izolační ventil pro každý výtlak čerpadla. Izolační ventily na každém výtlaku čerpadla umožní úplné odpojení kombinovaného ventilu a vysokozdvižného čerpadla pro účely údržby a oprav.

Účinnost čerpadla
Významným prvkem projektu byla otázka úspor energie čerpadel, která zahrnovala přejímací zkoušky v závodě KSB v Halle v Německu. Henderson vysvětluje: „Testování v továrně zahrnovalo odeslání jednoho motoru každé velikosti do naší továrny a jejich připojení k čerpadlům pro testování řetězce a záznam celkového výkonu čerpadla. Motory také prošly typovým testováním při plném zatížení v souladu se standardem IEEE, aby bylo možné určit účinnost motoru.“ Pokračuje: „K určení účinnosti čerpadla jsme převzali celkový výkon továrny a data z továrny na motory. U tohoto projektu byly přísné sankce za záruky výkonu, takže pokud bychom nesplnili dané záruky účinnosti, KSB by byla povinna uhradit LHPWSS rozdíl v dodaných nákladech na energii a těch, které byly garantovány po dobu životnosti výkonu.“

„Stojí za zmínku, že když se prováděly testy čerpadel, musely být na holých vnitřních částech. Nátěry byly aplikovány až po testování, takže to byl skutečný test hrubé účinnosti čerpadel. Vzhledem k tomu, že povlak může zlepšit účinnost o jedno až dvě procenta, čelili jsme těžkým podmínkám."

Závěr
„Výměnou padesát let starých vysokozdvižných čerpadel v úpravně vody jezera Huron dojde k výrazné úspoře energie a optimalizaci provozu čerpadel. Složitost tohoto velkého infrastrukturního projektu zahrnuje instalaci dvou čerpadel o výkonu 2 000 k/1 494 kW a dvou čerpadel 3 500 k/2 611 kW a přidružených kombinovaných řídicích a izolačních ventilů, jakož i střediska řízení vysokonapěťových motorů, to vše při zachování dodávek pro regionální zákazníky energetické společnosti, “ říká Billy Haklander.

„Spolupráce s KSB a dalšími dodavateli během globální pandemie přinesla nepředvídatelné výzvy, ale byl jsem ohromen tím, jak dobře projekt probíhal. Lidé z KSB v Kanadě byli schopni nastavit a přizpůsobit program testování akceptace virtuálních stránek a jejich inženýři v závodě Halle v Německu byli skvělí v poskytování informací, když o ně bylo požádáno. Společnost KSB stála v čele úspěšného projektu a její spolupráce s klíčovými hráči, zejména Kenaidan Contracting generálního dodavatele odpovědného za instalaci čerpadel a mechanických aspektů projektu a dohlížení na instalaci elektrických komponent jejich elektrickým subsystémem. -dodavatel Selectra, byl velmi oceněn,“ komentuje Billy Haklander.

Marcus Henderson vysvětluje: „Jedním z pozitiv tohoto projektu bylo, že jsme mohli pokračovat v plánované roli stálého týmu pro uvádění do provozu. S tím, jak se projekty stávají složitějšími a rozšiřují se na delší období, je potřeba větší konzistence a díky tomuto novému vývoji jsme schopni dodávat integrovaný zdroj, který je neustále dostupný našim zákazníkům.“