KSB Canada kończy projekt wymiany pompy wysokiego podnoszenia w jeziorze Huron

Jednak w 2017 r. Podstawowy system zaopatrzenia w wodę jeziora Huron (LHPWSS) ogłosił badanie audytu energetycznego i optymalizacji pomp, które zidentyfikowało znaczącą możliwość oszczędności energii i optymalizacji pracy pomp dla przepompowni.

Efektem tych badań była modyfikacja pierwotnej konfiguracji pięciopompowej w przepompowni i zastąpienie jej konfiguracją sześciopompową. Wiązało się to z usunięciem trzech oryginalnych 50-letnich pomp o mocy 3000 KM (2237 kW) i zastąpienie ich czterema pompami wysokiego podnoszenia firmy KSB. Dzięki nowym pompom pracującym zgodnie z ich krzywą pracy można uzyskać znaczne oszczędności energii. Jako podmiot przyłączony do przesyłu energii elektrycznej LHPWSS kwalifikował się w ramach Programu Akceleratorów Przemysłowych (IEP) przez Niezależnego Operatora Systemów Energetycznych (IESO) do zachęt finansowych dla kwalifikujących się projektów w zakresie efektywności energetycznej.

Oferty złożyło czterech międzynarodowych producentów pomp, ale oferta KSB Canada się wyróżniała. Pomimo tego, że był to najwyższy koszt nakładów inwestycyjnych o znaczną kwotę, oświadczenie KSB faktycznie oferowało najniższy ogólny przewidywany koszt cyklu życia w ciągu 25 lat. Było to możliwe dzięki imponującej wydajności energetycznej i kreatywnemu rozwiązaniu firmy KSB, polegającemu na oferowaniu jednego typu dla wszystkich czterech pomp (dużych i małych). Zmniejszyło to zapotrzebowanie na części zamienne, zmniejszając z kolei koszt cyklu życia i zapewniając elastyczność w celu łatwego zwiększenia wydajności pompy w przyszłości wraz ze wzrostem popytu. Kontrakt został przyznany firmie KSB Canada, która rozpoczęła prace projektowe i konsultacyjne w 2019 r. Produkcja pomp rozpoczęła się w 2020 r., a zaktualizowana przepompownia została w pełni uruchomiona w sierpniu 2022 r.

Główny system zaopatrzenia w wodę w jeziorze Huron
Położony w południowo-zachodnim Ontario, wzdłuż korytarza Quebec City-Winsor, Londyn jest interesującym miastem, ponieważ czerpie wodę zarówno z jeziora Huron, jak i jeziora Erie. Regionalny Wydział Zaopatrywania w Wodę miasta Londyn (RWS) jest oddelegowany do regionalnych Zarządów Wodnych i odpowiada za dwa główne systemy zaopatrzenia w wodę, tj. LHPWSS i Główny System Zaopatrywania w Wodę Obszaru Elgin (EAPWSS). LHPWSS obsługuje gminy Londyn, Lambton Shores, North Middlesex, South Huron, Bluewater, Middlesex Centre, Lucan-Biddulph i Strathroy-Caradoc z oczyszczalni ścieków położonej na północ od wioski Grand Bend w południowym Huron. Zakład ma obecną wydajność oczyszczania 340 milionów litrów dziennie (75 milionów galonów imperialnych dziennie) i obsługuje około 420 000 mieszkańców miasta w ośmiu gminach, w tym 80% City of London.

Przepompownia została pierwotnie zaprojektowana dla pojedynczego rurociągu, ale później w 1996 i 2014 roku RWS częściowo połączyła 47-kilometrowy główny rurociąg przesyłowy ze zbiornikiem końcowym, w wyniku czego pompy nie pracowały już na swojej krzywej. „Po prawie 50 latach istniejące pompy stawały się nieefektywne, a wirniki wykazywały oznaki wżerów. Utrzymanie ich w stanie sprawności wymagało wielu bieżących prac konserwacyjnych, ponieważ wychodziły poza krzywą” — informuje Billy Haklander, kierownik ds. programu kapitałowego w LH&EAPWSS.

Wybór pompy
Aby zapewnić LHPWSS największą elastyczność w doborze pomp, czterech dostawców pomp zostało zaproszonych do złożenia oddzielnych ofert na małe i duże pompy oraz do określenia kredytu, jeśli LH&EAPWSS zdecyduje się pozyskiwać zarówno małe, jak i duże pompy od tego samego dostawcy. Oferta KSB zaoferowała kreatywne rozwiązanie wykorzystujące tylko jeden typ dla wszystkich czterech pomp, przy czym tylko wirniki i silniki różnią się w zależności od wielkości pompy. Płyty podstawy dla każdej pompy miały ten sam rozmiar. Elastyczność oferowana przez KSB umożliwiła dostosowanie kosztu kapitałowego jego oferty w celu uwzględnienia mniejszej liczby części zamiennych, a tym samym stworzenia oszczędności dla klienta.

Istotną korzyścią z propozycji przedstawionej przez KSB było to, że dzięki mniejszym pompom wykorzystującym obudowy i płyty podstawy tego samego rozmiaru, co dwie większe pompy, zaprojektowano możliwość zwiększenia rozmiaru pompy poprzez zamontowanie większych wirników i silników w przyszłości. Można to zrobić na miejscu bez konieczności wykonywania prac budowlanych. Tak więc, jeśli wzrośnie zapotrzebowanie na zwiększenie zaopatrzenia w wodę, można to pokryć przy minimalnych kosztach i zakłóceniach w zakładzie.

Po przeprowadzeniu 25-letniej analizy kosztów cyklu życia, uwzględniającej koszty kapitałowe, zużycie energii i koszty utrzymania, przeprowadzone przez konsultantów LH&EAPWSS, AECOM Canada, kontrakt został przyznany firmie KSB. Biorąc pod uwagę, że pompy zaproponowane przez KSB spełniały wymagania techniczne i oferowały najniższy całkowity przewidywany koszt cyklu życia w okresie 25 lat, AECOM i RWS zaleciły przyjęcie propozycji KSB.

Wyzwania instalacyjne
„Jednym z ograniczeń, które musieliśmy wziąć pod uwagę podczas oceny projektu oferentów, była zdolność dostosowania się do dostępnej przestrzeni w istniejącej hali pomp” – wyjaśnia Marcus Henderson, kierownik ds. krajowych operacji KSB. „Ponieważ była to istniejąca instalacja, nie było zbyt wiele nieruchomości do pracy, a kluczowym ograniczeniem było to, że istniejące pompy miały konfigurację dolnego ssania. Zwykle konfiguracja instalacji dla pomp poziomych z dzielonym korpusem jest zgodna z kierunkiem ssania i tłoczenia w tym samym kierunku. Oznaczało to, że musieliśmy znaleźć rozwiązanie uwzględniające odsysanie od dołu. Musieliśmy wykonać pewne prace wzorcowe, aby włączyć istniejące rurociągi, które umożliwiły nam rozwiązanie problemu”.

„Ostateczny zakres projektu obejmował dostawę czterech dolnych poziomych pomp z dzielonym korpusem, systemu monitorowania drgań i prostownic przepływu (szpule kondycjonujące ssanie) do dystrybucji wody pitnej (zaopatrzenie w wodę)”, mówi Marcus Henderson. „Ponadto część kontraktu obejmowała dostawę dwóch silników TECO produkcji 1494 kW/2000 KM przy 1200 obr./min, 4160 V/3 fazy/60 Hz oraz dwóch silników TECO produkcji 2611 kW/3500 KM przy 1200 obr./min, 4160 V/3 fazy/60 Hz. Byliśmy również odpowiedzialni za analizę skrętną i boczną zestawów pomp, rozruch na miejscu i usługi terenowe”.

Pompy zakładu mają wydajność 1158 l/s, a każda z rur tłocznych pomp jest wyposażona w zawór zwrotny z tarczą przechylną o średnicy 500 mm, wraz z zaworem kulowym z metalowym gniazdem o średnicy 500 mm wyposażonym w siłownik elektryczny z napędem elektrycznym. Oczyszczalnia posiada dwa hydropneumatyczne zbiorniki, każdy o pojemności 580 m³, do ochrony przed przejściową transmisją 47-kilometrowego, częściowo bliźniaczego, głównego systemu dystrybucji wody o średnicy 1200 mm.

Podane pompy to:

2 x RDLO 500-835 B SC G O BS

• Przepustowość projektowa: 900 l/s (78 ml/d)
• Projektowana głowica pompy przepływowej: 125 m TDH
• Niskie obroty
• Uruchamianie pompy: łagodny rozruch

2 x RDLO 500-835 A SC G O BS

• Przepustowość projektowa: 1300 l/s (112 ml/d)
• Projektowana głowica pompy przepływowej: 150 m TDH
•  Niskie obroty
•  Rozruch pompy: łagodny rozruch

Pompy RDLO
Sprawdzone w wielu zastosowaniach wodnych na całym świecie, pompy RDLO zostały zidentyfikowane jako bardziej niż zdolne do spełnienia specyficznych wymagań klienta. Jednostopniowe pompy spiralne RDLO KSB dzielone osiowo zostały opracowane specjalnie do pompowania wody surowej, wody czystej, wody użytkowej i płynów transportowych przy minimalnych oporach przepływu. Dzięki temu obniżają koszty energii i cyklu życia systemów, w których są instalowane. Spełniają również podwójne wymagania niezawodności i wysokiej dostępności. Niezawodność wynika z uszczelnienia połówek obudowy przez solidne, dzielone kołnierze obudowy w górnej i dolnej części obudowy, a wysoka dostępność wynika z zastosowania dużych łożysk i wysokiej jakości uszczelnień wału. Płynna praca jest zapewniona przez cały czas dzięki zoptymalizowanemu pod kątem przepływu, wolnemu od zawirowań kolanu wlotowemu i sztywnemu wałkowi o krótkiej rozpiętości łożysk. Ponieważ wał jest całkowicie uszczelniony bez stopni/gwintów w mokrym obszarze, RDLO zapewnia niezawodne przenoszenie mocy.

Połączenie solidnych wsporników łożyskowych, krótkiego i sztywnego wału oraz wstępnie obciążonych łożysk gwarantuje niskie wibracje i wydłużoną żywotność łożysk, uszczelek i sprzęgła. Pompy z obudową dzieloną osiowo upraszczają procedury konserwacyjne, umożliwiając łatwy dostęp do wszystkich części w celu dokładnej kontroli. Napęd może być umieszczony zarówno po lewej, jak i po prawej stronie pompy bez konieczności stosowania dodatkowych części lub modyfikacji obudowy. „Dwie pompy są podłączone do silników o mocy do 3500 KM, a pozostałe dwie do silników o mocy 2500 KM. Są to główne pompy dostarczające wodę pitną do całego LHPWSS z wieloma klientami w odległości ponad 50 km, więc zużywają ogromne ilości energii. To marginalne ulepszenia, takie jak te, mogą poprawić wydajność o jeden lub dwa procent, ale okazują się duże, jeśli weźmie się pod uwagę całkowitą wielkość zakładu”, komentuje Marcus Henderson.

Instalacja
„Ponieważ pompy były modernizowane w pierwotnych pomieszczeniach, konieczne było uruchomienie instalacji z połową wydajności po jednej stronie przekładni podczas instalacji”, wyjaśnia Billy Haklander. „Ponieważ w zakładzie było już wolne stanowisko, można było je wykorzystać do montażu pierwszej pompy. Procedura obejmowała uruchomienie pomp 1, 2 i 3, podczas gdy pompy 5 i 6 były instalowane. Gdy te pompy zostały przetestowane i czuliśmy się komfortowo z ich wydajnością, procedura została zmieniona na uruchamianie pomp 4, 5 i 6, podczas gdy pompy 1, 2 i 3 były instalowane”.

Wprowadzenie nowych pomp umożliwiło modernizację zaworów odcinających. Historycznie brak zaworów odcinających w istniejących pompach wymagał całkowitego odizolowania połowy kolektora tłocznego (trzech pomp) w celu ułatwienia naprawy jednej pompy, skutecznie ograniczając wydajność pompy instalacji do połowy jej wydajności znamionowej . Wybór połączonego zaworu sterującego/zwrotnego w celu zastąpienia dwóch zaworów na każdym wylocie pompy oznaczał, że każda pompa miałaby dedykowany zawór odcinający dla każdego wylotu pompy. Zawory odcinające na każdym wylocie pompy umożliwią całkowitą izolację zaworu kombinowanego i pompy wysokiego podnoszenia w celach konserwacyjnych i naprawczych.

Wydajność pompy
Istotnym elementem projektu była kwestia pomp zapewniających oszczędność energii, która obejmowała testy odbiorcze fabryczne w zakładzie KSB w Halle w Niemczech. Henderson wyjaśnia: „Testowanie fabryczne polegało na dostarczeniu jednego silnika każdego rozmiaru do naszej fabryki i sprzężeniu ich z pompami w celu przetestowania ciągów i zarejestrowania ogólnej wydajności pompy. Silniki przeszły również testy typu pod pełnym obciążeniem zgodnie z normą IEEE, aby móc określić sprawność silnika.” Kontynuuje: „Pobraliśmy całkowitą moc fabryczną i dane z fabryki silników, aby określić sprawność pompy. W przypadku tego projektu obowiązywały surowe kary za gwarancje wydajności, więc jeśli nie spełnimy udzielonych gwarancji wydajności, KSB będzie musiała zapłacić LHPWSS różnicę w kosztach energii dostarczonej i tych, które były gwarantowane przez cały okres eksploatacji”.

„Warto zauważyć, że kiedy przeprowadzano testy pomp, musiały one znajdować się na gołych wnętrzach. Powłoki zostały nałożone dopiero po testach, więc był to prawdziwy test surowej wydajności pomp. Biorąc pod uwagę, że powłoka może poprawić wydajność o jeden do dwóch procent, musieliśmy stawić czoła trudnym warunkom”.

Wniosek
„Wymiana pięćdziesięcioletnich pomp wysokiego podnoszenia w stacji uzdatniania wody jeziora Huron przyniesie znaczne oszczędności energii i optymalizację pracy pomp. Złożoność tego dużego projektu infrastrukturalnego obejmuje instalację dwóch pomp o mocy 2000 KM/1494 kW i dwóch pomp o mocy 3500 KM/2611 kW wraz z powiązanymi zaworami sterującymi i odcinającymi, a także centrum sterowania silnikami średniego napięcia, przy jednoczesnym utrzymaniu dostaw do regionalnych klientów zakładu, ” mówi Billy Haklander.

„Współpraca z KSB i innymi dostawcami podczas globalnej pandemii stanowiła nieprzewidziane wyzwania, ale byłem zdumiony, jak dobrze przebiegł projekt. Pracownicy KSB w Kanadzie byli w stanie skonfigurować i przystosować program testów akceptacyjnych w wirtualnym miejscu, a ich inżynierowie w zakładzie w Halle w Niemczech znakomicie udzielali informacji, gdy o to poproszono. Firma KSB była liderem w tworzeniu udanego projektu i współpracy z kluczowymi graczami, w szczególności z Kenaidan Kontraktując generalnego wykonawcę odpowiedzialnego za instalację pomp i mechaniczne aspekty projektu oraz nadzorowanie instalacji komponentów elektrycznych przez ich podrzędną instalację elektryczną – wykonawca Selectra, został bardzo doceniony” – komentuje Billy Haklander.

Marcus Henderson wyjaśnia: „Jednym z pozytywów tego projektu było to, że byliśmy w stanie kontynuować zaplanowaną rolę stałego zespołu uruchamiającego. Ponieważ projekty stają się coraz bardziej złożone i rozciągają się na dłuższe okresy, istnieje potrzeba większej spójności, a dzięki temu nowemu rozwojowi jesteśmy w stanie dostarczyć zintegrowane zasoby stale dostępne dla naszych klientów”.