بخشی از مقاله
بهینه سازی سیستم پمپاژ در شبکه های آبرسانی (مطالعه موردی ایستگاه پمپاژ جنوب تهران )
چکیده
ایستگاه پمپاژ آب، قلب یک سیستم آبیاری تحت فشار است . با توجه به منطبق نبودن میـزان مصـرف آب در مزرعـه بـر نقطـه بهینه کارکرد پمپ ها، عموما سیستم از مشکلاتی نظیر فشار بیش از حد یا ناکافی رنج خواهد برد که از نتـایج آن کـاهش رانـدمان آبیاری می باشد . پدیده ضربه آبی نیز که منشا بسیاری صدمات مکانیکی است از جمله مشکلات سیستم های پمپاژ رایج می باشـد. باید در نظر داشت هزینه انرژی، تعمیر و نگهداری یک سیستم پمپاژ در طول عمر مفید آن تـا چنـدین برابـر سـرمایه گـذاری اولیـه است اما عموما به آن توجه نمی شود حال با بررسی و مطالعه مراحل طراحی ، ساخت و بهـره بـرداری چنـدین ایسـتگاه پمپـاژ ، نسبت به طراحی و ساخت ایستگاه پمپاژی فارغ از مشکلات مذکور اقدام شده است که با انجام آزمایشات متعدد در چندین مرحله نهایتا پکیج ایستگاه پمپاژ به صنعت آب کشور معرفی گردید.در معرفی پکیج ایستگاه پمپاژ بایستی بـه ایـن نکتـه اشـاره نمـود کـه پکیج ایستگاه پمپاژ جایگزین ایستگاههای پمپاژ متداول بوده ونسبت به این ایستگاهها از مزیت های فنی واقتصـادی بـر جسـته ای برخودار می باشد.که بطور خلاصه عبارتند از : صـرفه جـویی درهزینـه سـاخت ونصـب ،صـرفه جـویی در هزینـه بهـر ه بـرداری و نگهداری، صرفه جویی در فضا مورد نیاز،صرفه جویی در هزینه جابجایی ، امکان جابجایی در حداقل زمان ممکن ، امکان اسـتفاده در مناطق کوهستانی و صعب العبور، امکان تولید فشار تا 100بار، امکان نصب به صورت سیار، امکان کنترل از راه دور، عدم نیاز به سرویس های روزانه و هفتگی و ماهانه، به صفر رسیدن میزان نشت و تبخیز آب، امکان استفاده بصـورت زیـر زمینـی در خیابانهـا و معابرشهری
واژههای کلیدی: بهینه سازی مصرف، پکیج ایستگاه پمپاژ، درایو کنترل دور،کاهش انرژی
-1 مقدمه:
در قرن حاضر هزاره سوم ، جهان خواسته یا ناخواسته با نوآوری های در همه صنایع روبرو است که به دنبال آن نیاز مبرمـی بـه
تغییر در روش انجام کار بوجود می آید. بطور کلی در طراحی بسیاری از پروژه هـا وخصوصـا" سیسـتم هـای انـرژی بـر، در زمـان
طراحی ، خریدوتامین تجهیزات و اجرا و بهره برداری از روش هایی علمی نظیر اصول مهندسی ارزش ، پایش وکنترل می گردنـد. که این امر در راستای مدیریت وبهره برداری بهینه درراستای کاهش هزینه های اجرا ؛ بهره برداری ، از جمله بهینه سـازی مصـرف مواد - زمان و انرژی و در کل صرفه جویی اقتصادی در طرحها می باشد. در این تحقیق با بهره گیری از تجربـه عملـی و علمـی در جهت حل مشکلات مراحل طراحـی ، اجـرا و بهـره بـرداری ایسـتگاههای پمپـاژ از پکـیج ایسـتگاه پمپـاژ بـه عنـوان جـایگز یـن ایستگاههای متداول با قابلیتهای فنی واقتصادی استفاده شده است.
-2 مواد و روش ها
-1-2 معرفی پکیج ایستگاه پمپاژ
پکیج ایستگاه پمپاژ جایگزین ایستگاههای پمپاژ متداول بوده که طی شماره 54129 مورخه 1387/8/7 در اداره کل ثبت اختراعات به ثبت رسیده است مطالعات ساخت این پکیج توسط شرکت اتصال مکانیک از اوایل دهه 1370 آغاز گردیدو با بررسی و مطالعه مراحل طراحی ، ساخت وبهره برداری چندین ایستگاه پمپاژ ، نسبت به طراحی و ساخت ایستگاه پمپاژی فارغ از مشکلات موجود اقدام نمود که با انجام آزمایشات متعدد در چندین مرحله نهایتا در سال 1387 پکیج ایستگاه پمپاژ به صنعت آب کشور معرفی گردید.در این پکیج کلیه تجهیزات الکترومکانیکال و ابزار دقیق ایستگاه پمپاژ هوشمند در جهت اهداف بهینه سازی سیستم بکار گرفته شده است.
مشخصات کلی پکیج های ایستگاه پمپاژ ( مشخصات فیزیکی و مشخصات هیدرولیکی ) در جداول 1 و 2 آمده است.
جدول :1 مشخصات فیزیکی پکیج ها
جدول :0 مشخصات هیدرولیکی پکیج ها
-2-2 مزیت های پکیج ایستگاه پمپاژ
نصب پمپ شناور خارج از مخزن و به صورت افقی:
یکی از بهترین مزیتهای این پکیج استفاده از الکتروپمپ های شناور (Submersible)بجای پمپهای فشار قوی و یا سانتریفیوژ میباشد که بهمراه پوشش محافظ و غلاف فلزی در خارج از مخزن نصب میگردد از قابلیت های این الکتروپمپ ها می توان به شرح ذیل نام برد:
· برخوردار بودن از راندمان بالا
· عدم نیاز به روانکاری یاتاقانهای الکتروپمپ توسط اپراتور
· بر خوردار بودن از کمترین حجم و وزن
· عملکرد ایده آل در برابر ضربه قوچ
در پکیج ایستگاه پمپاژ بر روی این الکتروپمپ ها اقدامات تکمیلی انجام می گیرد که نتیجه ی این اقدامات ارتفاع مثبت خالص مکش((NPSH این الکتروپمپ ها را به حداقل، یعنی 1/5 متر می رساند و امکان بکارگیری در حالت افقی برای این دستگاهها را به وجود می آورد. همچنین جهت تامین فشارهای بالا میتوان از این الکتروپمپ ها به صورت سری نیز استفاده نمود.
در این روش الکتروپمپ ها بر روی بالشتک ها قرار گرفته و در داخل غلاف مخصوصی نصب می گردند. برای ورودی و خروجی هر غلاف (مکش و رانش الکتروپمپ ) شیر فلکه ای جهت ایزوله کردن هرخط پمپ نصب می گردد. برای رانش هر پمپ شیر یکطرفه جهت جلوگیری از برگشت سیال و قطعه قابل پیاده کردن برای سوار و پیاده نمودن غلاف و اتصالات نصب می گردد. (در حالت نصب بصورت شناور با توجه عدم نیاز به ایزوله بودن خط مکش، نیازی به کلکتور و شیرآلات مکش نمی باشد.) جهت تامین دبی بیشتر می توان از الکتروپمپ ها بصورت موازی استفاده کرد. در این حالت کلکتوری در ورودی و خروجی جهت تقسیم سیال بین خطوط وجمع آوری آن نصب می شود. این کلکتورها نیز از شیر فلکه جهت ایزوله کردن پکیج و قطعه
قابل پیاده کردن، جهت پیاده و سوار نمودن پکیج برخوردار می باشند.
کلیه این تجهیزات در داخل باکس فلزی در کارگاه مونتاژ شده و کلیه اجزای این باکس بصورت مکانیکی ( اتصال پیچ مهره ) به هم متصل می شوند و به غیر از کف، از پنج وجه (ضلع طولی , عرضی , سقف ) می توان به تجهیزات داخل آن دسترسی پیدا نمود.
استفاده از کنترل کننده های دور موتور:
سیستم حاضربرپایه تکنولوژی درایوفرکانس متغیرطراحی شده که بهترین راه حل جهت برطرف نمود نمشکلات
موجود در ایستگاههای پمپاژ میباشد که در ادامه به ذکرتعدادی از آنها اشاره میگردد؟نتیجه بکارگیری این سیستم بهره وری کارآمدیوصرفه جویی بیشتردرآبوانرژی مورداستفاده است باتوجه به منطبق نبودن میزان مصرفآبدر
سیستم برنقطه بهینه کارکرد پمپهاعموماسیستم ازمشکلاتی نظیرفشاربیش ازحدیا ناکافی رنج خواهدبردکه از نتایج آن کاهش راندمان آبیاری می باشد؟پدیده ضرب هآبینیزکه منشا بسیاری صدمات مکانیکی است ازجمله مشکلات سیستمهای پمپاژ رایج می باشد؟بایددرنظرداشته زینه انرژی،تعمیرونگهداری یک سیستم پمپاژدر طول عمرمفیدآنتا20برابرسرمایه گذاری اولی هاستاماعمومابه آن توجه نمیشود؟از دیگر مزیت های این سیستم میتوان به موارد ذیل اشاره نمود.
· هزینه تعمیر ونگهداری کمتر از سیستم های سنتی و رایج پمپاژ
· تامین فشار ثابت
· حذف فاکتور انسانی اپراتور و کنترل کاملا هوشمند عملیات پمپاژ
· مونیتور و کنترل سیستم پمپاژ از راه دور
· حذف عامل مخرب ضربه آبی با منشا پمپ و کاهش صدمات مکانیکی
· افزایش طول عمر الکتروموتور و پمپ و به حداقل رسیدن هزینه تعمیرات و نگهداری
· کاهش فوق العاده مصرف برق تا 40 درصد
· مجهز به الگوریتم های حفاظت، کنترل، مونیتور
· گزارش کارکرد اجزا و نوع خطای رخ داده در سیستم
سیستم راه اندازی پکیج:
در پکــیج کلیــه الکتــرو پمپهــای بصــورت مســتقل ویــا فرمــان پــذیر ازمجموعــه عمــل میکننــد یعنــی میتــوان یــک دســتگاه را بــه صــورت مســتقل بــه مــدار وارد ویــا از مــدار خــارج کــرد و بــا خــارج شــدن یــک دســتگاه از مــدار بقیــه الکتروپمپهــا بــه عملکــرد خود ادامه می دهـد و بـا توجـه بـه پـیش بینـی الکتـرو پمـپ رزروار کـه مـی توانـد بـه صـورت خـود کـار و دسـتی بـه مـدار وارد
شود هیچگونه اختلالی در تامین هد و دبی نهایی ماکزیمم طرح بوجود نخواهد آمد.
✓ عدم نیاز به اپراتور مقیم و کنترل از راه دور پکیج:
سیســتم کنتــرل پکــیج از طریــق PLC انجــام خواهــد گرفــت کــه بــه یکــی از روشــهای معمــول انتقــال از طریــق امــواج رادیویی با طول موجهای تعریف شده یا روشهایی ماهواره ای قابل انجام می باشد.
اطلاعات ارسالی از پکیج ها پس از دریافت در ایستگاه کنترل مرکزی، توسط نرمافزارهای ویژه، مورد تجزیه و تحلیـل قرار گرفته و میتوان وضعیت پارامترهای مختلف را مشاهده نمود. به کمک ایـن سیسـتم مـی تـوان عملیـات مانیتورینـگ و کنترل از راه دور را به سادگی انجام داد و با آموزش های کوتاه مدت به اپراتورها آموزش داد که امکان استفاده صد در صـد سیستم بهره مند شوند.
با استفاده از سیستم کنترل از راه دور پکیج و قابلیت مانیتور کردن عملکرد پکیج در طول ساعات شبانه روز، امکان کنترل و فرمان دهی به پکیج توسط مرکزکنترل وجود دارد و بنابراین نیازی به اپراتور مقیم در محل برای انجام بازدید و کنترل نمی باشد. همچنین با توجه به کنترل عملکرد پکیج در مرکز کنترل، هر گونه تغییرات در مشخصه های پکیج قابل تشخیص است و اقدامات لازم جهت جلوگیری از مشکلات احتمالی انجام خواهد گرفت. لازم به ذکر است که در صورت خرابی احتمالی پکیج، با توجه به نصب دوربین ها و امکان برقراری ارتبـــــاط با مرکز کنترل، کارشناسان مرکز کنترل، می توانند با راهنمایی های لازم به اپراتور های آموزش دیده شده، اشکالات ایجاد شده را رفع نمایند.
