日新月異的商業(yè)環(huán)境正在促使各個企業(yè) 對其傳統(tǒng)的經(jīng)營慣例作出眾多改變。 市場全球化、需求調(diào)整以及股東利益都要求工廠尋找能進一步降低生產(chǎn)成本的新途徑。

    近年來，雖然企業(yè)越來越多地運用信息技術(shù) (IT) 來提高生產(chǎn)力，例如企業(yè)資源規(guī)劃和供應(yīng)鏈的管理。但是，就在工廠為其業(yè)務(wù)系統(tǒng)配備了最新的IT工具的同時，他們卻仍舊在使用著過時的、低效的電機驅(qū)動泵送系統(tǒng)來運行生產(chǎn)流程。

    今天，低效的電機驅(qū)動泵送系統(tǒng)是生產(chǎn)過程管理中的一個薄弱環(huán)節(jié)。更明確地說，電機驅(qū)動的泵系統(tǒng)的效率可以在優(yōu)化生產(chǎn)流程中扮演重要角色。盡管它經(jīng)常被忽視，但通過使用能提高其效率的相關(guān)技術(shù)，便可大幅的降低能耗、減少維修和原材料消耗。

    例如：在整個紙漿造紙管路及工藝流程中，泵送液體通常消耗了工業(yè)電機能耗的最大部分。優(yōu)化泵送系統(tǒng)的效率可增加泵和工藝流程的穩(wěn)定性，同時在節(jié)能和減少維修成本方面可獲得20%～50%的改進潛力。低效的泵送性能除了阻礙整個生產(chǎn)效率的提高，還會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的降低、生產(chǎn)時間的浪費，對設(shè)備的間接損害和過高的維修成本。

    更大并不總是更好

    整個工廠的生產(chǎn)效率往往受約于泵系統(tǒng)的正確選型、安裝和維修。標準的工業(yè)慣例通常是增大泵的選型尺寸以確保滿足工藝峰值期間的需求。在過去，這種做法曾被接受，當(dāng)時造紙廠有對其所有林業(yè)基礎(chǔ)產(chǎn)品的持續(xù)的訂單需要。

    但是今天，情況有所不同。市場的全球化直接導(dǎo)致了過高的漿產(chǎn)品儲量和過剩的生產(chǎn)能力。這種局勢變化決定了對泵的偏大的選型慣例應(yīng)該被重新審視。

    1996年，一家芬蘭技術(shù)研究中心發(fā)布的一份題為離心泵性能診斷專家分析報告中顯示：通過分析20個工廠1690臺泵，發(fā)現(xiàn)泵的平均效率小于40%，有10%的泵的運行效率低于10%。泵選型過大和節(jié)流控制閥被認定為是消耗過多能量的兩大主要原因。

    提升泵效率的策略

    一臺流程泵的最初購買價格一般小于其生命周期成本（LCC）的 15%。一臺50馬力的泵，其生命周期成本包括安裝、操作、維修和系統(tǒng)的停用成本，這些費用是最初購買成本的幾倍。一般來說，能量消耗會占泵的生命周期成本約30%，維修費用更是高達40%。如果使用超過20年，能耗和維修費用將超過10倍的初始購買費用，而這部分成本可以通過效率的提高來顯著的降低。

    泵系統(tǒng)性能受以下幾個因素影響

    ·泵和其系統(tǒng)組成部分的各自效率

    · 整個系統(tǒng)的設(shè)計

    ·泵送控制的效果

    ·驅(qū)動部分的效率

    ·適當(dāng)?shù)木S修周期

    工廠的系統(tǒng)評估有助于確定和量化改進泵送系統(tǒng)效率的最佳方案。

    最具潛力的提高效率的系統(tǒng)改進方案如下

    ·通過更換和產(chǎn)品升級來提高電機效率

    ·最佳匹配各部件選型和負載需求

    ·通過改進工藝和系統(tǒng)設(shè)計降低電機的負載

    ·用泵的轉(zhuǎn)速調(diào)整替代節(jié)流控制閥或回流裝置

    并且，當(dāng)進行泵系統(tǒng)評估時，以下特征說明該系統(tǒng)效率提升存在潛能：節(jié)流閥、常開的回流管線、多泵并行系統(tǒng)中所有的泵一直在運行、在間歇工藝中不變的泵操作、汽蝕噪音的存在。 
表1：控制閥與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在同流量條件下對比

    智能流量控制

    變頻器（VFDs）的發(fā)展應(yīng)用，特別是用于泵送控制的智能控制驅(qū)動器的應(yīng)用，使以控制閥作為流量主控方式的操作慣例發(fā)生了重大變化。而過去，變頻器（VFDs）應(yīng)用于降低能耗或常規(guī)的控制效果不太好的場合。實際上，智能泵送系統(tǒng)是針對泵系統(tǒng)的優(yōu)化方案，其智能軟件集成在驅(qū)動器的微處理芯片中。

    智能驅(qū)動器可以讓泵的運行接近其最佳效率點（BEF），并且當(dāng)泵運行偏離了最佳效率點時可以保護泵避免機械損壞，最新的研究表明，泵運行在最佳效率點附近可以使泵的效率和運行可靠性獲得驚人的改善。表一中比較了不同流量需求下的控制閥的壓差、泵轉(zhuǎn)速和效率的波動情況。

    智能變頻驅(qū)動器允許泵運行在最佳葉輪直徑和較低的轉(zhuǎn)速下，這可以進一步增加泵的可靠性并使平均故障間隔時間(MTBF)得到相當(dāng)?shù)母挠^。在新的項目中，可節(jié)省控制閥的購買和安裝成本，隨后再加上節(jié)約的能量和維修費用，泵送系統(tǒng)總的生命周期成本會得到顯著的降低。

    一旦投入使用，智能變頻驅(qū)動器技術(shù)可以提供下列改變

    ·自動調(diào)節(jié)適應(yīng)工藝變化

    ·自動調(diào)節(jié)適應(yīng)泵系統(tǒng)的變化

　 ·系統(tǒng)故障時保護泵

    ·提供實時的狀態(tài)監(jiān)控

    已配置傳感器和控制軟件智能泵送系統(tǒng)的可以提供順利的開車和產(chǎn)能變化，持續(xù)生產(chǎn)時更加嚴格地控制，并在對產(chǎn)品質(zhì)量或工藝操作沒有產(chǎn)生消極影響時，就對系統(tǒng)潛在的問題提供提更迅速的診斷。如圖1所示。 
圖1：泵系統(tǒng)原理圖， 比較了傳統(tǒng)的泵送系統(tǒng)與智能泵送系統(tǒng)的區(qū)別。

    節(jié)能

    如表2 所示，在紙漿造紙行業(yè)，泵消耗了大部分的電機耗能。實際上流程泵的能量集中消耗使他們成為節(jié)能降耗的主要選擇對象。 
表2：泵送系統(tǒng)是集中耗能的源地。

    不同的型號的流程泵的機械設(shè)計都會考慮高效運行。實際應(yīng)用中，設(shè)計的目的是在正常的操作條件下確定泵的尺寸使之運行在最佳效率點。但是工藝需求和產(chǎn)量要求經(jīng)常隨時間有較大的變化。結(jié)果，找一個常速泵使之運行在最佳效率點的選型過程就好像射擊一個移動的靶子。

    工廠所有的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中流程泵在節(jié)能方面具有最大的潛能。通過智能化地實時控制電機轉(zhuǎn)速，智能泵送系統(tǒng)可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)能量使用。通過電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)滿足精確的工藝需求，并避免不必要的能量消耗。

    案例研究顯示，通過優(yōu)化泵的性能最大可節(jié)約50%甚至更多的能量。另外，消耗在常速泵上過多的能量并沒有用在泵送液體上，而是浪費在泵體上并導(dǎo)致泵系統(tǒng)的可靠性下降。

    除了能耗降低外，智能泵送系統(tǒng)最大優(yōu)點是解決和消除工廠生產(chǎn)、維修和工程部門遇到的復(fù)發(fā)性的操作運行故障。一般情況下，設(shè)備中故障率最高的是離心泵，其密封泄漏是其中停產(chǎn)時間最長和維修費用最高的故障。泵系統(tǒng)的優(yōu)化有助于減少計劃外停車并增加產(chǎn)量。

    泵系統(tǒng)的優(yōu)化有助于減少計劃外停車并增加產(chǎn)量。

    提高設(shè)備管理水平

    一個用于電機驅(qū)動泵送系統(tǒng)的成功的、可預(yù)報式的維修策略應(yīng)該包括對于智能泵送系統(tǒng)的在線監(jiān)控功能的應(yīng)用。相關(guān)監(jiān)控信息可以傳到集成在過程控制系統(tǒng)的設(shè)備管理軟件中，或者發(fā)送到微機維修管理系統(tǒng)（CMMS）用于報警和歷史存檔。

    過去，設(shè)備信息需要手工的搜集和歸檔，或頻數(shù)不多地手工錄入微機維修管理系統(tǒng)。經(jīng)過這些年發(fā)展，自動的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成熟，特別是應(yīng)用在象渦輪機等大型轉(zhuǎn)動設(shè)備上，但其較少用在預(yù)報式維修上。工廠一般仍是依靠既定的預(yù)測性的大修計劃和應(yīng)急補救性維修。

    通過發(fā)展預(yù)報式維修的能力，維修保養(yǎng)部門可以實時持續(xù)地檢查和更新設(shè)備狀態(tài)信息。設(shè)備數(shù)據(jù)的實時分析提供切實可行的信息來計劃維修作業(yè)，這樣比執(zhí)行一份自上次停車維修后的既定時間計劃更加有效。較之既定計劃維修主要的優(yōu)點是延長了連續(xù)運行時間，增加了運行機動性，更重要的是降低了維修量。圖2顯示了預(yù)報式維修方式較之既定預(yù)防維修方式或補救式維修方式，其費用顯著降低。
圖2： 預(yù)測維護可節(jié)省費用。

    在預(yù)報式維修狀況下，切實的設(shè)備狀態(tài)信息替代了對設(shè)備狀態(tài)的推測，這就讓工廠可以在接到設(shè)備狀態(tài)下降預(yù)報后就開始計劃和安排作業(yè)時間。工廠再也不必被迫搶修已經(jīng)損壞的設(shè)備。這樣一來，過去主要依靠對設(shè)備的歷史記錄、經(jīng)驗、和直覺等人工技能的維修作業(yè)，現(xiàn)在已經(jīng)變?yōu)楣收媳鎰e的科學(xué)流程。

    結(jié)論

    過去，制造業(yè)廣泛的使用過程儀表用來測量工藝中的物理和化學(xué)變量，盡管也使用傳感器來監(jiān)控設(shè)備如泵、壓縮機和其他的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，但僅限于一些價值非常昂貴的設(shè)備。今天，隨著智能化設(shè)備和數(shù)字通訊的發(fā)展成長，傳統(tǒng)的過程控制和設(shè)備管理職能正漸漸的融合進過程管理系統(tǒng)。

    智能泵的出現(xiàn)成為過程管理的進一步發(fā)展中決定性的一步。在加入智能功能以后，在同一變頻驅(qū)動平臺上不僅提供控制，而且可提供泵的保護和狀態(tài)監(jiān)控。

    盡管具有節(jié)能和操作上的優(yōu)勢，但當(dāng)對電機驅(qū)動泵送系統(tǒng)實行提高效率的新技術(shù)時，工廠還要面臨許多障礙。這主要源于經(jīng)理、工程師、以及新技術(shù)和方案的分銷商對改進泵系統(tǒng)的性能方面缺乏了解。

    在對新技術(shù)了解后，由于需要改變長期建立起來的生產(chǎn)慣例而感到冒險，這經(jīng)常會延遲決定和項目執(zhí)行。另外，在維修、生產(chǎn)和工程部門，低效的人員配置也限制了新技術(shù)的評測和應(yīng)用。鑒于這些約束條件，在工廠部門中普遍存在一種態(tài)度：設(shè)備沒壞就別改。

    另一方面，還有供貨商這邊的因素，在改進系統(tǒng)效率和實施中有與之相矛盾的動機。例如，泵的分銷商更愿意賣更多的泵來滿足客戶生產(chǎn)需要的增長，而不會建議客戶怎樣通過更有效的泵操作來滿足生產(chǎn)量的增長。有趣的是，甚至當(dāng)分銷商發(fā)現(xiàn)機會并說明潛在的優(yōu)勢后，很多最終用戶還愿意在原始投資的基礎(chǔ)上繼續(xù)作出購買決定，而不是為了實現(xiàn)長期的節(jié)能而增加投資。

    為了能獲得泵系統(tǒng)優(yōu)化后的眾多效益，最終用戶，制造商以及分銷商，還有設(shè)計工程師，必須共同奮斗。廠級的綜合評估可為項目合理性提供一種有效的方法來鑒別發(fā)現(xiàn)最好的改進機會。一個實施后，就會有下一個更好的應(yīng)用被發(fā)現(xiàn)，這為重大項目提供了穩(wěn)定的發(fā)展渠道來實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。

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