بهینه‌سازی سیستم‌های پمپ موازی برای مدیریت کارآمد جریان

تصور کنید این سناریو را: کارخانه ای که سال ها در حال فعالیت است، متوجه می شود که تجهیزاتش برای همگامی با تقاضای فزاینده تولید، در تلاش هستند. مهندسان تصمیم می گیرند یک پمپ پشتیبان را فعال کنند و انتظار دارند که نرخ جریان را دو برابر کنند. در عوض، بهبود جریان ناچیز است و هر دو پمپ شروع به تجربه خرابی های مکرر می کنند و خطر از کار افتادن کامل را به همراه دارند. چه چیزی اشتباه رخ داد؟

افزایش نرخ جریان به سادگی روشن کردن یک پمپ دوم نیست. عملکرد موازی بدون در نظر گرفتن مناسب می تواند عملکرد سیستم را کاهش داده و باعث آسیب غیرقابل برگشت به تجهیزات شود. ما به عنوان تحلیلگران داده، باید فراتر از معیارهای جریان سطحی نگاه کنیم تا طراحی سیستم، منطق عملیاتی و خطرات اساسی را بررسی کنیم. این مقاله، چالش های رایج در عملکرد پمپ موازی را از طریق یک لنز تجزیه و تحلیل داده ها بررسی می کند و استراتژی های بهینه سازی را برای دستیابی به بهبود جریان و ایمنی تجهیزات ارائه می دهد.

قبل از بحث در مورد پیکربندی پمپ های موازی، باید یک مفهوم اساسی را روشن کنیم: طراحی سیستم. همه سیستم های پمپ دوگانه برای عملکرد موازی طراحی نشده اند. دو رویکرد طراحی اصلی وجود دارد:

1. سیستم های عملکرد موازی: اینها به پمپ ها اجازه می دهند تا به طور همزمان یا مستقل برای پاسخگویی به تقاضای جریان متغیر کار کنند. هم سیستم های لوله کشی و هم سیستم های کنترل برای تغییرات هیدرولیکی ناشی از عملکرد موازی بهینه شده اند.
2. سیستم های پمپ آماده به کار: در اینجا، یک پمپ به عنوان اسب کار اصلی عمل می کند در حالی که دیگری در زمان تعمیر و نگهداری یا خرابی به عنوان پشتیبان بیکار می ماند. این سیستم ها، تداوم را بر بهبود جریان اولویت می دهند.

سوء استفاده از یک سیستم آماده به کار برای عملکرد موازی، یک علت مکرر مشکلات جریان و خرابی تجهیزات است. اسناد طراحی اصلی، قابل اطمینان ترین راه برای تعیین نوع سیستم را ارائه می دهند. در صورت عدم دسترسی، بازرسی های میدانی و تجزیه و تحلیل داده ها برای استنباط هدف طراحی ضروری می شود.

یک منحنی سیستم، رابطه بین مقاومت خط لوله و نرخ جریان را نشان می دهد و هد مورد نیاز برای حرکت سیال را از طریق سیستم با نرخ های خاص نشان می دهد. شکل و موقعیت این منحنی مستقیماً بر عملکرد و خروجی پمپ تأثیر می گذارد. درک عملکرد موازی مستلزم تسلط بر مفاهیم منحنی سیستم است.

در حالی که محاسبات نظری می توانند منحنی های سیستم را مدل کنند، عوامل دنیای واقعی مانند پیری لوله، فرسودگی شیر و تغییر خواص سیال اغلب باعث ایجاد اختلافاتی می شوند. منحنی های دقیق نیاز به جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده های میدانی از طریق:

1. جمع آوری داده ها: اندازه گیری افت هد در نرخ های جریان مختلف با استفاده از سنسورهای فشار و جریان سنج
2. پردازش داده ها: تمیز کردن، تصحیح و میانگین گیری اندازه گیری ها برای حذف نویز
3. برازش منحنی: مدل سازی رابطه هد-جریان به صورت ریاضی (به عنوان مثال، معادلات درجه دوم)
4. اعتبارسنجی: مقایسه منحنی های برازش شده با داده های عملیاتی برای تنظیمات

همپوشانی منحنی سیستم با منحنی های عملکرد پمپ، نقاط عملیاتی را نشان می دهد که در آن منحنی ها با هم تلاقی می کنند و شرایط جریان و هد واقعی را تعیین می کنند.

در سیستم های موازی ایده آل با پمپ های منطبق و منحنی های سیستم ملایم، جریان با حداقل تغییر هد به طور قابل توجهی افزایش می یابد. شرایط دنیای واقعی اغلب به دلیل موارد زیر متفاوت است:

• لوله کشی با اندازه نامناسب که منحنی های سیستم شیب دار ایجاد می کند
• عدم تطابق عملکرد پمپ
• عملکرد خارج از محدوده های راندمان بهینه

اینها می توانند باعث موارد زیر شوند:

• توزیع جریان ناهموار: خروجی های پمپ متفاوت که منجر به اضافه بار یا شرایط بیکاری می شود
• کاویتاسیون: فشار ورودی کم که به پروانه ها آسیب می رساند زمانی که مقاومت سیستم بیش از حد باشد
• اضافه بار موتور: عملکرد ناکارآمد که اجزای الکتریکی را تحت فشار قرار می دهد
• لرزش/نویز: استرس مکانیکی ناشی از عملکرد نامناسب

هنگامی که عملکرد موازی ضعیف عمل می کند، تحلیلگران از چندین روش تشخیصی استفاده می کنند:

1. تجزیه و تحلیل منحنی عملکرد: بررسی منحنی های پمپ سازنده یا آزمایش شده در میدان
2. تجزیه و تحلیل منحنی سیستم: ارزیابی ویژگی های مقاومت خط لوله
3. بررسی داده های عملیاتی: تجزیه و تحلیل معیارهای جریان، هد، الکتریکی و دما از سیستم های SCADA/PLC
4. تجزیه و تحلیل ارتعاشات: تشخیص کاویتاسیون، فرسودگی یاتاقان یا مشکلات عدم تعادل
5. تجزیه و تحلیل مصرف انرژی: ارزیابی راندمان و شناسایی پتانسیل صرفه جویی

راه حل ها بسته به نوع مشکل متفاوت هستند:

بهبود طراحی سیستم:

• افزایش اندازه لوله ها برای کاهش مقاومت
• بهینه سازی طرح ها برای به حداقل رساندن اتصالات
• نصب درایوهای فرکانس متغیر (VFD) برای کنترل دقیق جریان

بهبود انتخاب پمپ:

• انتخاب واحدهای منطبق با عملکرد
• اولویت بندی مدل های با راندمان بالا
• اطمینان از حاشیه های NPSH کافی

ارتقاء کنترل عملیاتی:

• پیاده سازی سیستم های کنترل هوشمند
• حفظ بازرسی های منظم تجهیزات
• نظارت بر داده های عملکرد در زمان واقعی

سیستم خنک کننده یک کارخانه مواد شیمیایی از دو پمپ گریز از مرکز موازی برای رسیدگی به افزایش بار استفاده می کرد. به جای بهبود جریان، پمپ ها دچار لرزش، نویز و گرم شدن بیش از حد موتور شدند. تجزیه و تحلیل نشان داد:

• عدم تطابق عملکرد بین پمپ ها
• یک منحنی سیستم شیب دار از لوله کشی با اندازه نامناسب
• توزیع جریان ناهموار از طریق داده های SCADA
• کاویتاسیون اولیه از طریق تجزیه و تحلیل ارتعاشات

راه حل شامل موارد زیر بود:

1. جایگزینی یک پمپ برای تطبیق عملکرد بهتر
2. طراحی مجدد طرح های لوله برای به حداقل رساندن مقاومت
3. نصب VFD برای کنترل سرعت بهینه شده

پس از پیاده سازی، سیستم به عملکرد پایدار با نرخ جریان مناسب و کاهش مصرف انرژی دست یافت.

1. تعداد پمپ های موازی باید با الزامات سیستم از طریق تجزیه و تحلیل هزینه-فایده مطابقت داشته باشد
2. هرگز سیستم های غیر موازی را به طور همزمان به جز در طول گذرهای کوتاه راه اندازی نکنید
3. سیستم های موازی که به درستی طراحی شده اند، مزایای انعطاف پذیری و قابلیت اطمینان را ارائه می دهند
4. پیکربندی های موازی اغلب برای تقاضای متغیر، عملکرد بهتری نسبت به پمپ های بزرگ منفرد دارند
5. پمپ های نامتناسب می توانند به صورت موازی کار کنند اگر هد خاموش شدن همسو باشد و سرعت های خاص مشابه باشد
6. پمپ های ضعیف تر را ابتدا بر اساس داده های عملکرد راه اندازی کنید
7. VFD ها به متعادل کردن بارها و غلبه بر عدم تطابق سیستم-پمپ کمک می کنند
8. با اجتناب از عملکرد منحنی شدید قبل از درگیر کردن پمپ های دوم، از کاویتاسیون جلوگیری کنید
9. ساعات کارکرد را با تایمرها به دقت پیگیری کنید تا تصمیمات مربوط به تعمیر و نگهداری را اطلاع دهید
10. پمپ های اولیه باید بار کامل سیستم را بدون اضافه بار تحمل کنند