Santrifüj Pompalar İçin Daha Fazla Şeffaflık

14 Kasım 2011 | TEKNİK MAKALE
190. Sayı (EKİM 2011)

2.918 kez okundu

Bu bildiride, sisteminizde çalışan santrifüj pompaların bazı parametrelerinin izlenerek daha görünür hale gelmelerinin sağlanması ve bu sayede bakım ve enerji maliyetlerinin, dolayısıyla ömür boyu maliyetlerinin düşürülmesi yönündeki temel kavramlar ve öneriler konu edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Santrifüj pompa, en verimli çalışma noktası (EVN), enerji verimliliği, ömür boyu maliyet.

1. Giriş

Yapılan çalışmalar, santrifüj pompaların işletme noktaları ile enerji ve bakım maliyetleri arasında direk bir ilişki olduğunu göstermektedir. Mevcut sistem incelemelerinde çalışan pompaların büyük bir kısmının gereğinden büyük seçildiği saptanmıştır. Bu da tüm pompa sisteminin verimsiz çalışmasına ve hem enerji, hem de bakım maliyetlerinin ciddi oranda artmasına sebep olmaktadır.

Pompalar tek başlarına satın alınan ekipmanlar olmasına rağmen dahil oldukları sistemin parçaları olabildikleri ölçüde verimli ve faydalı olabilirler. Enerji ve bakım maliyetleri pompanın dizaynı, montaj şekli ve işletme şartları ile direkt ilgilidir. Tüm bu unsurlar birbirleri ile ilişkide ve etkileşimdedir. Uzun süreli çalışan santrifüj pompaların ilk alım maliyetleri enerji ve bakım maliyetlerinin yanında çok küçük kalır. Toplam maliyeti oluşturan tüm bileşenlerin detaylı analizi ve takibi, enerji, işletme ve bakım maliyetlerinin ciddi oranda düşürülmesi imkanı sağlar.

2. Ömür Boyu Maliyet-ÖBM (LIFE CYCLE COST-LCC)

Ömür Boyu Maliyet (ÖBM) analizi firmaların atıklarının azaltılması ve enerji verimliliğinin artırılmasına yardımcı olan bir yönetim aracıdır.

Cic = İlk yatırım maliyeti, satınalma maliyeti (pompa, boru, v.s)

Cin = Montaj ve devreye alma maliyeti

Ce = Enerji maliyeti

Co = İşletme maliyetleri

Cm = Bakım ve tamir maliyetleri

Cs = Arıza nedeniyle duruş maliyeti

Cd = Yerinden sökme ve uzaklaştırma maliyeti

Cenv = Çevresel maliyetler

Bir proses pompasının ilk alım maliyeti genellikle pompanın toplam maliyetinin %15’inden daha azdır. Genelde toplam ömür boyu maliyet (LCC) bedelinin %30’unu enerji, %40’ını bakım maliyetleri oluşturur. 20 yıllık bir ömür boyunca enerji ve bakım maliyetlerinin toplamı ilk alım maliyetinin 10 katından fazla olacaktır. Verimlilik ve optimizasyon çalışmalarıyla pompa sistemlerinin işletme maliyetleri ciddi biçimde düşürülebilir.

Gereğinden büyük / kısık vana ile çalışan pompalar;

Daha verimsiz çalışır
Daha fazla radyal yük oluştururlar ve kısa sürede aşınırlar
Enerji maliyetleri artar
Bakım maliyetleri artar
Faydalı ömürleri azalır
Daha gürültülü çalışırlar.

Doğru boyutlandırılmış pompa ve sistemler;

Bakım maliyetleri azalır
Salmastra, rulman gibi sık değiştirilen yedek parça ömürleri artar
Arızalar arası ortalama süre (MTBF- Mean Time Between Failure) artar
Bakım işçilik maliyetleri düşer
Üretim maliyetleri düşer.

3. Pompa Sistem Optimizasyonu

Ömür Boyu Maliyet kavramı sistemle entegredir. Verimi %75 olan bir pompayı %80 olanla değiştirmek yaklaşık %6 enerji tasarrufu sağlar. Fakat pompa sistemi yanlış boyutlandırılmışsa verimli pompalar verimsiz olarak işletilirler. Pompaların sistem ihtiyaçlarına göre seçilmemiş olması daha sık devreye girip çıkmalarına ve kısık vanalara sebep olur. Sistemdeki kısık vanalar ilave direnç yarattıklarından birim akışkan transferi için harcanacak enerji maliyetini arttıracaktır. Bunun yanında kısık vana ile çalışmak zorunda olan gereğinden büyük pompalar en verimli çalışma noktalarından (EVN) uzakta çalışırlar.

Pompa sisteminin toplam verim kavramı kaynaktan hedefe kadar hat üzerindeki tüm bileşenlerin ayrı ayrı verimlerinin toplamı olarak açıklanabilir. Bileşenlerden birinin veya ikisinin verimlerinin iyileştirilmesi, toplam sistem verimini arttırabilir veya azaltabilir. Çünkü bu iyileştirme bileşenlerden bazılarının daha verimsiz çalışmasına sebep olabilir. Bu nedenledir ki pompa sistemini; pompa, tesisat ve kontrol sistemiyle birlikte bir bütün olarak değerlendirmek tavsiye edilir.

Pompa sistem performansını aşağıdaki faktörler etkilemektedir:

Pompa ve sistem bileşenlerinin bireysel verimleri
Tüm sistem dizaynı
Uygun pompa kontrolü
Yüksek verimli motor kullanımı
Uygun bakım periyodları.

Verimlilikten başka kavramlarda var hiç kuşkusuz; mesela güvenilirlik. Birçok endüstriyel tesiste güvenilirlik verimlilikten daha önemlidir. Pompalar her şartta prosesin devamlılığını sağlamalıdırlar. Ancak unutmamak gerekir ki; verimlilik ve güvenilirlik direkt ilişkilidir.

Aşağıdaki sistem iyileştirilmeleri yüksek verimlilik potansiyeline sahiptir:

Motor verimliliklerinin artırılması
Yük profiline uygun pompa boyutlandırması
Proses ve sistem dizaynının iyileştirilmesi ile yüklerin azaltılması
Kısma vanası veya by-pass yerine hız kontrolu kullanılması.

Pompa sistemleri değerlendirilirken aşağıdakiler iyi birer göstergedir;

Kısık vanalar
Normalde sürekli açık by-pass vanalar
Zamanın çoğunda aynı sayıda pompanın çalıştığı çoklu paralel pompa sistemler
Değişken bir proses için sabit pompa çalışması
Kavitasyon problemi yaşayan pompalar
Zaman içerisinde proses değişikliği yapılan sistemler
Çok bakım gerektiren pompalar.

4. Santrifüj Pompalarda Çalışma Noktasının Önemi

En Verimli Çalışma Noktası (EVN) (Best Efficiency Point - BEP) santrifüj pompaların dizaynlarına ve boyutlarına bağlı olarak ulaşabilecekleri en yüksek verimlilik değerini işaret eder. En verimli noktanın denk geldiği debi değeri de optimum debi olarak adlandırılır. Pompalar ne oranda optimum debiye yakın bölgelerde çalışıyorlar ise o oranda verimli ve düzgün çalışırlar. Bu hem enerji hem de bakım maliyetlerini büyük oranda etkileyen bir faktördür

Optimum debi dışında çalışan pompalar; örneğin en verimli çalışma noktasının sağında (optimum debiden daha büyük debilerde) ve daha düşük basma yüksekliklerinde (A noktasında) titreşim artışından dolayı rulman ve salmastra hasarlarına maruz kalacaklardır. Ayrıca artan kavitasyon riski ile yüz yüze kalınacaktır.

Düşük debi, yüksek basma yüksekliği değerlerinde (B noktasında) ise sabit çark kanat açıları çark içerisinde, gövdede ve aşınma halkalarında türbülanslı akışa sebep olacaktır. Rotor üzerindeki radyal yükler artacak, daha yüksek mil gerilimlerine, mil salgısının artmasına ve potansiyel rulman ve mekanik salmastra problemlerine sebep olacaktır. Aynı zamanda radyal vibrasyon ve milin aksiyel hareketi de artacaktır. Bu kapasitede sürekli çalışma durumunda mekanik ve hidrolik performansın artarak bozulmasına ve sonunda pompanın arızalanmasına sebep olacaktır.

Enerji verimliliği enerji maliyetlerinin azaltılmasından çok endüstriyel sistemlerin güvenilirliğinin artırılmasıyla ilgilidir. Çünkü yüksek verimlilik, ısınma ve titreşimden dolayı olası oluşacak yıpranma ve aşınmayı azaltacak, dolayısıyla ekipmanın ömrünü uzatarak, bakım-onarım için gerekecek duruşları minimize edecektir.

Şekil 4’teki grafikte de anlaşıldığı gibi, santrifüj pompaların bakım maliyetleri çalışma noktasının en verimli noktaya olan mesafesine göre ciddi oranda değişmektedir. Peki sisteminizdeki pompaların hangi noktada çalıştığını biliyor musunuz? Maalesef çoğu işletmede bunu tespit etmek ve takip etmek pek mümkün olmuyor. Bunu yapmak için çalışan her pompanın performans eğrisine sahip olmamız, pompanın emme ve basma taraflarına yerleştirilecek manometreler ile sürekli fark basıncını takip etmemiz ve tüm bu kayıtları analiz etmek için tecrübeli bir mühendise ihtiyacımız olacak.

5. Çalışma Noktasının Takibi İçin Bir Öneri - PumpMeter

Aracınızın ön panelindeki göstergeler ne yapıyorsa, PumpMeter da pompanız için aynısını yapar. PumpMeter, mevcut çalışma noktasını gösterir ve sorularınızın cevaplarını kolaylıkla bulmanızı sağlar: Pompamın bu işletme noktasında çalışması ondan yararlanmamızı olumsuz yönde etkiler mi? Pompam verimli ve tasarruflu bir işletme sağlayabilir mi?

PumpMeter gün boyunca pompanın giriş-çıkış basınçlarını ölçerek fark basıncını hesaplar ve işletme noktasını belirler. Ölçülen ve hesaplanan değerler, dönüşümlü olarak kullanıcı dostu ekranda gösterilir. Tipik bir pompa eğrisi gerçekte pompanızın nerede çalıştığını gösterir.

Pompanın çalışma süresi boyunca toplanan bilgiler ile yük profili oluşturulur ve gerçek işletme modu hakkında bilgi edinilir. Böylece optimizasyon önlemlerini alma şansına sahip olur ve tasarruf edebilirsiniz.

Ekran üzerinde gösterilen pompa eğrisi 4 bölgeye ayrılmıştır. ksb

1. Çok düşük akış bölgesi ; negatif işletme aralığı < 0,3 x EVN

2. Kısmi yük ; elverişsiz işletme aralığı < 0,7 x EVN

3. En uygun ; doğru işletme aralığı 0,7 – 1,2 x EVN

4. Aşırı yük ; sınırda işletme aralığı > 1,2 x EVN

5.1. Pompa İşletme Verilerinin Değerlendirilmesi, Hesaplanması ve Ölçümü

Pompa işletme noktasının belirlenmesinde iki temel yöntem kullanılır;

Ölçülen değerler

*** Emme basıncı, ‘bar’ cinsinden pompa giriş basıncı (1M.2)

*** Çıkış basıncı, ‘bar’ cinsinden pompa çıkış basıncı (1M.1)

Tahmin edilen ve hesaplanan ekran değerleri

*** ‘bar’ cinsinden pompanın giriş ve çıkışı arasındaki fark basıncı

*** ‘m’ cinsinden pompa basma yüksekliği

*** Nitelikli çalışma noktası

Tüm ölçülen ve hesaplanan değerler bilgisayara aktarılarılarak analiz edilir ve bir arayüz vasıtasıyla pompa ile ilgili, yük profili, şalt sayısı gibi performans bilgileri kulanıcıya iletilir.

PumpMeter, düzenli olarak pompanın işletme verilerini analiz eder; böylelikle enerji tasarruf potansiyelini tespit eder. Enerji verimliliği sembolü (EFF) görüntülendiğinde, pompa enerji tasarrufu önlemlerinden yüksek oranda faydalanabilir.

Örneğin; PumpDrive değişken hız sistemi uygulaması iyi bir opsiyon olabilir. Verilen yük profili kullanılarak değişken hız sistemi için yapılacak yatırımın amorti süresi de kolaylıkla hesaplanabilir.

Sonuç

Santrifüj pompalar sadece en verimli çalışma bölgesinde işletilmeleri durumunda maximum faydalı ömürlerine ulaşabilirler ve optimum verimlilikte çalışabilirler. Bu hem bakım, hem de enerji maliyetlerini düşüren bir çalışma şekli olacaktır. Ancak bunu sağlayabilmek için pompaların çalışma değerlerinin mümkün olduğunca izlenebilmesi gerekmektedir. İzleme için farklı pahallı yöntemler kullanılacağı gibi PumpMeter ekonomik bir çözüm alternatifi sunuyor.

Kaynaklar

[1] FRENNING, L., HOVSTADIUS, G., ALFREDSSON, K., BEEKMAN, B., “Pump Life Cycle Costs: A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems”, Hydraulic Institute, 2001.

[2] HODGSON, J., “Predicting Maintenance Costs Accurately”, Pumpd&Systems, Nisan 2004.

[3] KULİL, A., “Enerji Verimliliği eğitim notları”, KSB A.Ş.

Arzu KULİL

KSB A.Ş.