اولویت استفاده از الکتروپمپ عمودی توربینی با موتور هوا خنک در مقایسه با الکتروپمپ مستغرق

بر اساس تجربه طراحی، ساخت، تأمین و بهره برداری از تجهیزات دوار و پمپهای عمودی در پروژه های مختلف، این شرکت پیشنهاد می نماید در شرایطی که از نظر فرآیندی و هیدرولیکی امکان استفاده از هر دو گزینه وجود دارد، الکتروپمپ عمودی توربینی با موتور خشک ) Vertical Turbine Pump – Dry Motor ( به عنوان گزینه اول مورد بررسی و انتخاب قرار گیرد.

دلایل اصلی این پیشنهاد به شرح زیر است:

• اولویت استفاده از الکتروپمپ عمودی توربینی با موتور هوا خنک در مقایسه با الکتروپمپ مستغرق

•  

• قابلیت اطمینان بالاتر در شرایط Start/Stop و تحمل نیروهای محوری:

در پمپ های عمودی توربینی، مجموعه روتور و یاتاقانهای محوری بر اساس نیروهای Up Thrust و Down Thrus و شرایط گذرای راه اندازی و توقف پمپ طراحی می شوند. این ساختار امکان کنترل مناسب بارهای محوری و شرایط گذرا را فراهم نموده و در صورت طراحی صحیح، پمپ می تواند برای Continuous Operation و تعداد قابل توجه سیکلهای Start/Stop ، قابلیت اطمینان بالایی داشته باشد. این موضوع در سیستم های آبرسانی که پایداری عملکرد پمپ اهمیت ویژه ای دارد، یک مزیت اساسی محسوب می شود.

• مزیت راندمان و قابلیت اطمینان موتور خشک

در یک سیستم پمپاژ، راندمان نهایی تابع راندمان هیدرولیکی پمپ، راندمان مکانیکی و راندمان موتور است. در موتورهای خشک، موتور در محیط آب غوطه ور نبوده و امکان استفاده از موتورهای استاندارد صنعتی با راندمان بالا، سیستم خنک کاری مناسب، عایق بندی استاندارد و تجهیزات پایش وضعیت فراهم است. در مقابل، موتورهای مستغرق به دلیل محدودیت های مربوط به طراحی حرارتی، آب بندی، کابل ورودی، عایق بندی و شرایط محیطی، به خصوص در پروژههای بزرگ و آبهای دارای شوری یا کلراید، با چالش های بیشتری مواجه هستند.

بنابراین در ارزیابی انرژی، لازم است Total Pumping System Efficiency در شرایط واقعی بهره برداری، نه صرفا راندمان نامی اولیه، مورد مقایسه قرار گیرد .

• اثر تعمیرات موتور مستغرق بر عملکرد و راندمان

یکی از مهمترین ریسک های الکتروپمپ های مستغرق، امکان آسیب یا سوختگی موتور و نیاز به خارج نمودن موتور از سرویس و انجام تعمیرات اساسی است.

در صورت باز و بسته شدن موتور، تعمیر سیم پیچی، تعویض بوش یا یاتاقان و تغییر شرایط مونتاژ، حفظ دقیق هندسه اولیه موتور از جمله Air Gap ، Concentricity  و Rotor Alignment بسیار مهم است. افزایش Air Gap می تواند موجب افزایش جریان مغناطیس کننده، کاهش ضریب توان و افزایش تلفات شود. همچنین بی نظمی در هسته، سیم پیچی، روتور و مونتاژ می تواند باعث افزایش Stray Load Losses و تلفات ناشی از Rotor Eccentricity  گردد. از اینرو، حتی در صورت تعمیر اصولی، تضمین بازگشت موتور به تمامی مشخصات الکتریکی و حرارتی اولیه، مستلزم تجهیزات، مواد، فرآیندهای تخصصی و کنترل کیفیت دقیق است.

در نتیجه، هزینه واقعی چرخه عمر ) Life Cycle Cost ( یک موتور مستغرق نباید صرفا بر اساس قیمت خرید اولیه محاسبه گردد.

• چالش خوردگی شفت و اجزای موتور در آبهای دارای کلراید و شوری

یکی از محدودیتهای مهم موتورهای مستغرق، شرایط متریال و طراحی اجزای داخلی موتور در تماس با آب است.

در محیط هایی مانند آب لب شور و آب رودخانه هایی با میزان قابل توجه کلراید، انتخاب متریال مناسب برای شفت، بوش، اجزای آب بندی و سایر قطعات در تماس با سیال اهمیت ویژهای دارد . در طراح ی های موتور مستغرق، محدودیت های الکترومغناطیسی و طراحی موتور بر انتخاب مواد شفت تأثیرگذار است و اجازه نمی دهد که از فولادهای زنگ نزن آستنیتی مانند SS316/316L برای کاربرد در سیال لب شور استفاده گردد و در پی آن خوردگی شفت و آسیب سطوح آب بندی نیز میتواند در تعمیرات بعدی مشکلات بیشتری ایجاد نموده و قابلیت اطمینان سیستم آب بندی را کاهش دهد و از این منظر، استفاده از موتور خشک در اولویت است .

• ایمنی الکتریکی

در موتورهای مستغرق، موتور، کابل و نقاط اتصال الکتریکی در مجاورت مستقیم آب قرار دارند. بنابراین کیفیت عایق بندی، Cable Entry ، Sealing System  و Integrity سیستم الکتریکی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.

هرگونه نقص در عایق بندی یا نفوذ آب میتواند علاوه بر آسیب به موتور، ریسک جدی برای ایمنی کارکنان و بهره برداران ایجاد نماید. در موتورهای خشک، موتور در محیط قابل دسترس و خارج از آب قرار داشته و امکان کنترل، تست عایقی، پایش وضعیت و انجام تعمیرات پیشگیرانه با سهولت بسیار بیشتری وجود دارد .

• چالش کابل و Cable Entry در موتورهای مستغرق

در الکتروپمپ های مستغرق با توان های بالا، خصوصا در ولتاژهای پایین مانند 400v ، افزایش جریان موجب افزایش سطح مقطع کابل و در نتیجه افزایش قطر کابل میشود.

این موضوع طراحی و اجرای مطمئن Cable Entry و Sealing System را دشوارتر می نماید.

به همین دلیل، در برخی پروژه های بزرگ از ولتاژهای بالاتر مانند 3.3 kV و 6.6 kV برای کاهش جریان و ابعاد کابل استفاده می شود. با این حال، قابلیت اطمینان Cable Entry ، مواد آببندی و فرآیند ساخت و تعمیر همچنان از عوامل مهم تعیین کننده عمر موتور مستغرق هستند.

• کاهش قابلیت اطمینان پس از تعمیرات

در پروژه های آبرسانی، مسئله اصلی صرفا عملکرد اولیه تجهیز نیست؛ بلکه حفظ عملکرد در طول چندین سال بهره برداری اهمیت اساسی دارد. در صورتی که موتور مستغرق پس از سوختگی یا خرابی نیازمند تعمیر شود، کیفیت سیم پیچی مجدد، مواد عایقی، مواد آب بندی، مونتاژ، هم محوری و کنترل Air Gap مستقیما بر عملکرد و عمر مجدد موتور تأثیرگذار خواهد بود .کاهش راندمان موتور پس از تعمیر میتواند باعث افزایش مصرف انرژی، افزایش حرارت، کاهش توان قابل تحویل به شفت و در شرایط نامناسب، تکرار خرابی موتور شود. بنابراین، Maintainability  و Post-Repair Reliability باید از معیارهای اصلی انتخاب تجهیز باشد.

• امکان پایش وضعیت در موتورهای خشک

در پروژه های انتقال و تأمین آب، توقف پمپ می تواند مستقیما بر استمرار تأمین آب شرب یا تولید صنعتی اثرگذار باشد. از این رو، Condition Monitoring و Preventive/Predictive Maintenance باید بخش جدایی ناپذیر سیستم بهره برداری باشد.

در موتور خشک، دسترسی مناسب به موتور امکان پایش پارامترهایی همچون موارد ذیل را فراهم می کند:

Vibration

Bearing Temperature

 Winding Temperature

 Insulation Resistance

 Current & Power Factor

 Axial/Radial Condition

در حالی که در موتور مستغرق، دسترسی مستقیم به موتور برای بازرسی و پایش دورهای بسیار محدودتر بوده و بسیاری از مشکلات تنها پس از بروز علائم جدی یا خرابی مشخص می شوند.

• تجربه موفق استفاده از پمپهای عمودی توربینی در پروژه های صنعتی

پمپ های عمودی توربینی در پروژه های مختلف صنعتی و زیرساختی کشور، از جمله صنایع فولاد، پتروشیمی، نیروگاهها و پروژه های نفت و گاز توسط شرکت ممتاز پمپ تولید و مورد استفاده قرار گرفته اند.

از جمله می توان به پروژه های فولاد مبارکه، پتروشیمی مبین، فولاد کاوه کیش، نیروگاه های زرند، دوکوهه، تربت حیدریه و اردکان و پروژه های نفت فلات قاره اشاره نمود.

در برخی از این پروژه ها، با طراحی مناسب سیستم روانکاری و آب بندی و استفاده از API Plan های مناسب نظیر Plan 11 ، 13 ، 14 و 32 و همچنین حذف روانکاری گریس، امکان استفاده از آب پمپاژ شده برای خنک کاری و روان کاری بوش های میانی فراهم گردیده است.

نتیجه این رویکرد، کاهش قابل توجه نیاز به تعمیرات و افزایش فاصله زمانی بین تعمیرات اساسی بوده و در برخی کاربردها، فواصل تعمیراتی در محدوده 10 سال و حتی بیشتر نیز قابل دستیابی بوده است؛ البته این موضوع کاملاً تابع طراحی، شرایط سیال، کیفیت ساخت، متریال، سرعت، بارگذاری و شرایط بهره برداری است.

• هزینه اولیه بالاتر؛ سرمایه گذاری مطمئن تر در چرخه عمر

بدیهی است که قیمت اولیه یک الکتروپمپ عمودی توربینی معمولاً بالاتر از یک الکتروپمپ مستغرق خواهد بود.

وزن بیشتر تجهیز، مصرف مواد اولیه بالاتر، ماشین کاری قطعات سنگین، تلرانس های دقیق، تعداد بیشتر اجزای مکانیکی و فرآیند ساخت پیچیده تر از عوامل اصلی این اختلاف قیمت هستند. با این حال، تصمیم گیری فنی نباید صرفا بر اساس CAPEX انجام شود .در پروژه های حیاتی آبرسانی، معیار صحیح انتخاب باید بر مبنای Life Cycle Cost (LCC) شامل: Initial Cost + Energy Cost + Maintenance Cost + Spare Parts + Downtime Cost + Reliability Risk باشد.

از این دیدگاه، هزینه اولیه بالاتر پمپ عمودی توربینی میتواند به عنوان یک سرمایه گذاری برای افزایش قابلیت اطمینان، کاهش ریسک توقف و تضمین استمرار بهره برداری تلقی گردد .

جمع بندی:

با توجه به موارد فوق، پیشنهاد می گردد در پروژه های آبرسانی، به خصوص در کاربردهای حساس و Continuous Duty ، در صورت مناسب بودن شرایط هیدرولیکی و نصب، الکتروپمپ عمودی توربینی با موتور خشک به عنوان گزینه ارجح در مقایسه با الکتروپمپ مستغرق مورد ارزیابی قرار گیرد.

مزیت اصلی این انتخاب صرفا در راندمان اولیه خلاصه نمی شود؛ بلکه مجموعه ای از عوامل شامل:

High Reliability – Maintainability – Condition Monitoring – Electrical Safety – Long-Term Efficiency – Reduced Downtime – Better Serviceability – Life Cycle Cost  است که در نهایت می تواند منجر به پایداری بیشتر سیستم آبرسانی و کاهش هزینه های بلندمدت بهره برداری گردد.

دکتر حسین محمدنیا

متخصص توربو ماشین ها

منابع :

1- Peerless Pump – Technical Information Bulletin No. 19Submersible Motor Pumps vs. Lineshaft Turbines for Deep-Well Service 2- WaterWorld – Allan R. Budris, P.E.Submersible vs. Lineshaft Vertical Turbine Pumps: Advantages and Limitations 3- Irrigation Australia – Journa2023 4- Kinetiflo GroupVertical Turbine vs. Submersible Turbine – Municipal Systems__