KSB Kanada schließt Austauschprojekt für Hochauftriebspumpe am Lake Huron ab

10.10.2022
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Seit einem halben Jahrhundert beziehen Einwohner und Gewerbetreibende in acht Gemeinden des Großraums London im Südwesten Ontarios ihre Trinkwasserversorgung aus der Lake Huron Water Treatment Plant (WTP) in der Nähe von Grand Bend, und während dieser Zeit wurde die Gemeinde gut versorgt.
KSB Kanada schließt Austauschprojekt für Hochauftriebspumpe am Lake Huron ab

Die RDLO-Pumpen sind für 1.300 l/s oder 900 l/s ausgelegt, und jede der Pumpenauslassleitungen ist mit einem Rückschlag- und Drosselventil mit 600 mm Durchmesser und einem Absperrkugelventil mit jeweils einem motorisierten Stellantrieb ausgestattet. (Bildquelle: KSB SE & Co. KGaA)

Im Jahr 2017 kündigte das Lake Huron Primary Water Supply System (LHPWSS) jedoch eine Energieaudit- und Pumpenoptimierungsstudie an, die eine erhebliche Möglichkeit für Energieeinsparungen und die Optimierung des Pumpenbetriebs für die Pumpstation identifizierte.

Das Ergebnis dieser Studie war die Modifikation der ursprünglichen Konfiguration mit fünf Pumpen in der Pumpstation und ihr Ersatz durch eine Konfiguration mit sechs Pumpen. Dazu wurden drei der ursprünglich 50 Jahre alten Pumpen mit 3000 PS (2237 kW) ausgebaut und durch vier Hochhubpumpen von KSB ersetzt. Wenn die neuen Pumpen auf ihrer Betriebskurve laufen, können erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden. Als an die Stromübertragung angeschlossenes Unternehmen war das LHPWSS im Rahmen des Industrial Accelerator Program (IEP) des Independent Electricity Systems Operator’s (IESO) für finanzielle Anreize für förderfähige Energieeffizienzprojekte berechtigt.

Vier internationale Pumpenhersteller reichten Angebote ein, aber das Angebot von KSB Canada stach hervor. Obwohl es sich um die mit Abstand höchsten Investitionskosten handelte, bot der Antrag von KSB tatsächlich die niedrigsten erwarteten Gesamtlebenszykluskosten über 25 Jahre. Möglich wurde dies durch die beeindruckende Energieeffizienz und die kreative Lösung von KSB, einen einzigen Typ für alle vier Pumpen (groß und klein) anzubieten. Dies reduzierte den Ersatzteilbedarf, was wiederum die Lebenszykluskosten senkte und Flexibilität bot, um die Pumpenleistung in der Zukunft problemlos zu erhöhen da die Nachfrage weiter steigt. Der Auftrag wurde an KSB Kanada vergeben, das 2019 mit den Planungs- und Beratungsarbeiten begann. Die Pumpenherstellung begann 2020 und die modernisierte Pumpstation wurde im August 2022 voll in Betrieb genommen.

Primäres Wasserversorgungssystem des Lake Huron
London liegt im Südwesten von Ontario am Quebec City-Winsor Corridor und ist eine interessante Stadt, da sie ihr Wasser sowohl aus dem Huronsee als auch aus dem Eriesee bezieht. Die regionale Wasserversorgungsabteilung der City of London (RWS) ist den regionalen Wasserbehörden unterstellt und für zwei große Wasserversorgungssysteme verantwortlich, nämlich das LHPWSS und das Elgin Area Primary Water Supply System (EAPWSS). Das LHPWSS versorgt die Gemeinden London, Lambton Shores, North Middlesex, South Huron, Bluewater, Middlesex Centre, Lucan-Biddulph und Strathroy-Caradoc von einer Wasseraufbereitungsanlage nördlich des Dorfes Grand Bend in South Huron aus. Die Anlage verfügt über eine derzeitige Behandlungskapazität von 340 Millionen Litern pro Tag (75 Millionen imperiale Gallonen pro Tag) und versorgt die Stadtbevölkerung von etwa 420.000 Menschen in den acht Gemeinden, darunter 80 % der City of London.

Die Pumpstation war ursprünglich für eine einzelne Pipeline ausgelegt, aber später, in den Jahren 1996 und 2014, verband die RWS die 47 km lange Haupttransportleitung teilweise mit einem Endreservoir, was dazu führte, dass die Pumpen nicht mehr auf ihrer Kurve liefen. „Nach fast 50 Jahren wurden die vorhandenen Pumpen ineffizient, und die Laufräder zeigten Anzeichen von Lochfraß. Um sie betriebsbereit zu halten, war eine Menge laufender Wartung erforderlich, da sie außerhalb der Kurve liefen“, berichtet Billy Haklander, Capital Program Manager, LH&EAPWSS.

Pumpenauswahl
Um dem LHPWSS die größtmögliche Flexibilität bei der Auswahl der Pumpen zu geben, wurden vier Pumpenlieferanten aufgefordert, getrennte Angebote für die kleinen und großen Pumpen einzureichen und einen Kredit zu ermitteln, falls sich das LH&EAPWSS entscheidet, sowohl die kleinen als auch die großen Pumpen zu beziehen derselbe Lieferant. Das Angebot von KSB bot eine kreative Lösung mit nur einem einzigen Typ für alle vier Pumpen, nur die Laufräder und Motoren waren je nach Pumpengröße unterschiedlich. Die Grundplatten für jede Pumpe waren gleich groß. Die von KSB angebotene Flexibilität ermöglichte es, die Kapitalkosten seines Angebots anzupassen, um weniger Ersatzteile zu berücksichtigen und dadurch Einsparungen für den Kunden zu erzielen.

Ein wesentlicher Vorteil des von KSB unterbreiteten Vorschlags bestand darin, dass bei den kleineren Pumpen mit den gleichen Gehäusegrößen und Grundplatten wie die beiden größeren Pumpen die Möglichkeit geschaffen wurde, die Pumpengröße durch den Einbau größerer Laufräder und Motoren zu einem späteren Zeitpunkt zu erhöhen. Dies kann vor Ort erfolgen, ohne dass Bauarbeiten durchgeführt werden müssen. Wenn daher die Nachfrage nach einer Erhöhung der Wasserversorgung wächst, kann dies mit einem Minimum an Kosten und Unterbrechung der Anlage bewältigt werden.

Nach einer 25-jährigen Lebenszykluskostenanalyse unter Berücksichtigung der Kapitalkosten, des Energieverbrauchs und der Wartungskosten durch AECOM Canada, Berater für LH&EAPWSS, wurde der Auftrag an KSB vergeben. Da die von KSB vorgeschlagenen Pumpen die technischen Anforderungen erfüllten und die niedrigsten erwarteten Gesamtlebenszykluskosten über 25 Jahre boten, empfahlen AECOM und RWS, das Angebot von KSB anzunehmen.

Installationsherausforderungen
„Eine der Einschränkungen, die wir bei der Bewertung des Bieterprojekts berücksichtigen mussten, war die Fähigkeit, sich an den verfügbaren Platz in der bestehenden Pumpenhalle anzupassen“, erklärt Marcus Henderson, KSB National Operations Manager. „Da es sich um eine bestehende Installation handelte, gab es nur begrenzt Platz zum Arbeiten, und eine wesentliche Einschränkung bestand darin, dass die vorhandenen Pumpen eine Bodenansaugkonfiguration hatten. Normalerweise ist die Installationskonfiguration für horizontale Pumpen mit geteiltem Gehäuse in einer Linie mit Saug- und Druckseite in der gleichen Richtung. Das bedeutete, dass wir eine Lösung finden mussten, um eine Bodenabsaugung zu integrieren. Wir mussten einige Musterarbeiten durchführen, um die vorhandenen Rohrleitungen zu integrieren, wodurch wir das Problem lösen konnten.“

„Der letztendliche Umfang des Projekts umfasste die Lieferung von vier horizontalen Split-Case-Pumpen mit Bodenansaugung, einem Schwingungsüberwachungssystem und Strömungsgleichrichtern (Saugkonditionierungsspulen) für die Trinkwasserverteilung (Wasserversorgung)“, berichtet Marcus Henderson. „Teil des Vertrags war auch die Lieferung von zwei TECO-Elektromotoren mit 1494 kW/2000 PS bei 1200 U/min, 4160 V/3 Ph/60 Hz und zwei TECO-Elektromotoren mit 2611 kW/3500 PS bei 1200 U/min, 4160 V/3 Ph/60 Hz. Wir waren auch für die Torsions- und Lateralanalyse der Pumpenaggregate, die Inbetriebnahme vor Ort und die Inbetriebnahme des Außendienstes verantwortlich.“

Die Pumpen der Anlage sind für 1.158 l/s ausgelegt, und jede der Pumpenauslassleitungen ist mit einem Kippscheiben-Rückschlagventil mit einem Durchmesser von 500 mm sowie einem Kugelhahn mit Metallsitz und einem Durchmesser von 500 mm ausgestattet, der mit einem motorisierten elektrischen Stellantrieb ausgestattet ist. Die WTP verfügt über zwei hydropneumatische Tanks mit einem Fassungsvermögen von jeweils 580 m³ zum vorübergehenden Schutz des 47 km langen, teilweise verzwillingten Wasserhauptverteilungssystems mit einem Durchmesser von 1200 mm.

Die angegebenen Pumpen waren:

2 x RDLO 500-835 B SC G O BS

  • Ausgelegte Durchflusskapazität: 900 l/s (78 ml/d)
  • Entwurfsförderhöhe der Pumpe: 125 m TDH
  • Niedrige Drehzahl
  • Starten der Pumpe: Softstarter

2 x RDLO 500-835 A SC G O BS

  • Ausgelegte Durchflusskapazität: 1.300 l/s (112 ml/d)
  • Entwurfsförderhöhe der Pumpe: 150 m TDH
  •  Niedrige Drehzahl
  •  Pumpenstart: Softstarter

RDLO-Pumpen
Die RDLO-Pumpen haben sich in vielen Wasseranwendungen auf der ganzen Welt bewährt und sind mehr als in der Lage, die spezifischen Anforderungen des Kunden zu erfüllen. Die axial geteilten, einstufigen Spiralgehäusepumpen RDLO von KSB wurden speziell für die Förderung von Rohwasser, Reinwasser, Brauchwasser und Transportflüssigkeiten mit minimalem Strömungswiderstand entwickelt. Dadurch senken sie die Energie- und Lebenszykluskosten der Anlagen, in denen sie verbaut sind. Sie erfüllen auch die doppelte Forderung nach Zuverlässigkeit und hoher Verfügbarkeit. Die Zuverlässigkeit ergibt sich aus der Abdichtung der Gehäusehälften durch massive Gehäuseteilflansche am oberen und unteren Gehäuseteil und eine hohe Verfügbarkeit durch den Einsatz großzügig dimensionierter Lager und hochwertiger Wellendichtungen. Durch den strömungsoptimierten, wirbelfreien Ansaugkrümmer und die starre Welle mit kurzem Lagerabstand ist jederzeit ein ruhiger Lauf gewährleistet. Da die Welle im benetzten Bereich ohne Stufen/Gewinde vollständig abgedichtet ist, bietet der RDLO eine zuverlässige Kraftübertragung.

Die Kombination aus massiven Lagerträgern, einer kurzen und starren Welle und vorgespannten Lagern garantiert geringe Vibrationen und eine lange Lebensdauer von Lagern, Dichtungen und Kupplung. Pumpen mit axial geteiltem Gehäuse vereinfachen die Wartungsverfahren und ermöglichen einen einfachen Zugang zu allen Teilen für eine gründliche Inspektion. Der Antrieb kann sowohl links als auch rechts von der Pumpe positioniert werden, ohne dass zusätzliche Teile oder Änderungen am Gehäuse erforderlich sind. „Zwei der Pumpen sind mit bis zu 3500-PS-Motoren und die anderen beiden mit bis zu 2500-PS-Motoren verbunden. Dies sind die Hauptpumpen, die das gesamte LHPWSS mit Trinkwasser versorgen, wobei viele Kunden über 50 km entfernt sind, sodass sie viel Energie verbrauchen. Es sind marginale Verbesserungen wie diese, die die Effizienz um ein oder zwei Prozent verbessern können, aber sie machen viel Geld, wenn man die Gesamtgröße der Anlage betrachtet“, kommentiert Marcus Henderson.

Installation
„Weil die Pumpen in den ursprünglichen Räumlichkeiten nachgerüstet wurden, war es notwendig, die Anlage während der Installation auf einer Getriebeseite mit halber Kapazität zu betreiben“, erklärt Billy Haklander. „Da im Werk bereits ein Reserveplatz vorhanden war, konnte dieser für die Installation der ersten Pumpe genutzt werden. Das Verfahren umfasste den Betrieb der Pumpen 1, 2 und 3, während die Pumpen 5 und 6 installiert wurden. Nachdem diese Pumpen getestet waren und wir mit ihrer Leistung zufrieden waren, wechselte das Verfahren zum Betrieb der Pumpen 4, 5 und 6, während die Pumpen 1, 2 und 3 installiert wurden.“

Die Einführung der neuen Pumpen bot die Möglichkeit, Absperrventile nachzurüsten. In der Vergangenheit erforderte das Fehlen der Absperrventile an den vorhandenen Pumpen die vollständige Absperrung der Hälfte der Auslassverteilerplatte (drei Pumpen), um die Reparatur an einer Pumpe zu erleichtern, wodurch die Pumpenleistung der Anlage effektiv auf die Hälfte ihrer Nennleistung begrenzt wurde . Die Auswahl eines kombinierten Steuer-/Rückschlagventils, um zwei Ventile an jedem Pumpenauslass zu ersetzen, bedeutete, dass jede Pumpe ein eigenes Absperrventil für jeden Pumpenauslass haben würde. Absperrventile an jedem Pumpenauslass ermöglichen die vollständige Absperrung des Kombinationsventils und der Hochhubpumpe für Wartungs- und Reparaturzwecke.

Pumpeneffizienz
Ein wesentliches Element des Projekts war die Frage der Energieeinsparung der Pumpen, die eine Werksabnahmeprüfung am KSB-Standort Halle in Deutschland umfasste. Henderson erklärt: „Zu den Werkstests gehörte der Versand eines Motors jeder Größe an unser Werk und der Anschluss an die Pumpen für Strangtests und die Aufzeichnung der Gesamtleistung der Pumpe. Die Motoren wurden außerdem einer Typprüfung unter Volllast gemäß IEEE-Standard unterzogen, um den Motorwirkungsgrad zu bestimmen.“ Er fährt fort: „Wir haben die Gesamtleistung der Fabrik und die Daten der Motorfabrik genommen, um den Pumpenwirkungsgrad zu bestimmen. Bei diesem Projekt gab es strenge Strafen für Leistungsgarantien. Wenn wir also die gegebenen Effizienzgarantien nicht einhalten würden, müsste KSB LHPWSS die Differenz zwischen den gelieferten und den über die Leistungslebensdauer garantierten Energiekosten zahlen.“

„Es ist erwähnenswert, dass bei der Durchführung der Pumpentests nackte Innenteile verwendet werden mussten. Die Beschichtungen wurden erst nach dem Test aufgetragen, also war es ein echter Test für die rohe Effizienz der Pumpen. Angesichts der Tatsache, dass Beschichtungen die Effizienz um ein bis zwei Prozent verbessern können, waren wir mit schwierigen Bedingungen konfrontiert.“

Schlussfolgerung
„Der Austausch von fünfzig Jahre alten Hochhubpumpen in der Wasseraufbereitungsanlage Lake Huron wird zu erheblichen Energieeinsparungen und einer Optimierung des Pumpenbetriebs führen. Die Komplexität dieses großen Infrastrukturprojekts umfasst die Installation von zwei 2.000 PS/1494 kW und zwei 3.500 PS/2611 kW Pumpen und zugehörigen kombinierten Steuer- und Absperrventilen sowie einer Mittelspannungs-Motorsteuerzentrale, während die Versorgung der regionalen Kunden des Versorgungsunternehmens aufrechterhalten wird. “, sagt Billy Haklander.

„Die Zusammenarbeit mit KSB und den anderen Anbietern während einer globalen Pandemie brachte unvorhergesehene Herausforderungen mit sich, aber ich war erstaunt, wie gut das Projekt verlief. Die Mitarbeiter von KSB in Kanada waren in der Lage, das virtuelle Standortabnahmetestprogramm einzurichten und umzusetzen, und ihre Ingenieure im Werk Halle in Deutschland haben auf Anfrage großartige Informationen zur Verfügung gestellt. KSB war an vorderster Front dabei, es zu einem erfolgreichen Projekt und der Zusammenarbeit mit den Hauptakteuren zu machen, insbesondere Kenaidan Contracting, dem Generalunternehmer, der für die Installation der Pumpen und der mechanischen Aspekte des Projekts verantwortlich war und die Installation der elektrischen Komponenten durch seine Elektroabteilung überwachte -Auftragnehmer Selectra, wurde sehr geschätzt“, kommentiert Billy Haklander.

Marcus Henderson erklärt: „Einer der positiven Aspekte dieses Projekts war, dass wir mit einer geplanten Rolle für ein festes Inbetriebnahmeteam fortfahren konnten. Da Projekte immer komplexer werden und sich über längere Zeiträume erstrecken, ist eine größere Konsistenz erforderlich, und mit dieser neuen Entwicklung sind wir in der Lage, unseren Kunden eine integrierte Ressource bereitzustellen, die ständig verfügbar ist.“

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