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社论:影响真实资产成本的选择

23.07.2020

随着泵系统的总拥有成本越来越受到关注，苏尔泽化肥、金属、采矿和化学加工工业部门负责人Harvinder Bhabra研究了计算成本的典型方法，并提出了评估和管理准确数字时应考虑的其他因素。

从早期埃及的影子和希腊的阿基米德螺杆开始，到我们现在使用的高度工程化的设计，泵已经用于流体的输送已有几个世纪的历史。目前使用的泵有多种类型，主要分为旋转动力泵、正排量泵和其他特殊设计泵。随着时间的推移，随着工业流程变得越来越复杂，各种泵类型的规格要求创新的泵制造技术和先进的功能来跟上步伐。其中包括液压剖面、CAD/CAM、计算流体动力学、有限元分析和3D打印。最近的发展是随着物联网(loT)的出现以及泵运行数据和状态监测的收集而来的。泵性能的即时可见性降低了故障导致的计划外停机风险。

本文主要是基于旋转动力离心泵，但一些要素也可能适用于其他类型的泵。

每个部门或过程都制定了一般行业以及特定于过程或客户的规范，以适应其需求。不管是什么行业，泵送设备的交易购买和销售主要是基于设备的资本成本，可用性是次要因素，前提是符合相关规范。

然而，随着流程对吞吐量的要求越来越高，泵的尺寸也越来越大，运行它们所需的能源成本也变得非常明显。例如，电力工业中用于吸收器回收应用的泵的尺寸随着工艺流量从20世纪70年代中期的2000立方米/小时增加到21世纪头十年的超过15000立方米/小时，电机功率从~250千瓦增加到1000千瓦及以上。

随着工业过程对环境的影响在全球范围内受到高度关注，在京都气候峰会之后，一些欧洲国家政府提出了立法，以惩罚能源使用和强制使用节能设备。此外，一些关键国家正在引入强制性的能源效率法规，包括欧洲的MEI指数，以及中国、加拿大和美国的其他一些指标。

尽管如此，到2050年，全球能源消耗预计将比2018年增加50%。泵系统占全球电力能源需求的20%以上，在某些工业工厂的运营中，泵系统可占现场总能源使用量的25%至50%。

泵的设计进一步发展到输送的流体中含有固体颗粒，泵部件的磨损率增加，另一个因素开始突出——备件的成本和可用性。采矿业特别注重这方面，因为泵被用于越来越艰苦的应用。因此，材料技术和液压设计变得至关重要。

能源消耗和备件消耗(包括仓储、库存处理和劳动力)成本的显著增加导致泵送设备被视为资产，并根据特定时期(如1年、3年或5年)的总拥有成本(TCO)进行评估。在评估TCO时，确定了三个主要因素:

初始资本成本
运营成本
劳动力成本

当然，这些成本在TCO中所占的比例取决于泵所用于的应用。图1和图2显示了基于清洁流体的示例和基于研磨液的示例之间的区别。

虽然这种分析被广泛使用，并且涵盖了泵运行成本的大多数主要因素，但其他几个因素也不应被忽视。

正确选择泵

离心泵的性能特征包括最佳效率范围，其中可靠性和水力效率是最高的(图3)。现代泵设计可以实现非常高的效率(图4)，在最佳效率范围内选择工作点应该是优先考虑的问题。如果偏离这一范围，不仅会导致效率下降，还会降低轴承部件的性能和液压部件的磨损寿命，这在泥浆泵应用中尤为关键。这既影响能源消耗，也影响有用组件的寿命。泵运行偏离最佳效率范围的最常见原因是对现场和运行条件的错误计算，导致泵的性能和系统曲线不能满足所需的工作点。

正确选择电机

电动机以最佳效率运行，这取决于它们所运行的负载。制造商在额定表上提供电动机的性能数据，其中包括50%、75%和满载时的效率。虽然尺寸过小的电机不能提供最佳性能，但尺寸过大也是不可取的，因为它会影响泵组的整体效率。

驱动组件

泵通常不单独考虑，而是作为一个完整的组合，包括驱动器和驱动组件，如联轴器，齿轮箱和皮带和滑轮系统。变速箱，特别是皮带传动系统存在固有的低效率。不正确地安装和维护皮带会非常低效。电子变速驱动器(VSDs)现在已经被开发得非常高效，应该一直考虑使用，因为它们允许直接驱动泵以最小的损失使用。此外，变频器可用于控制泵速，使工作点尽可能接近最佳效率范围。

建筑材料

如果选择不当，与泵送流体接触的部件的使用寿命将因腐蚀或磨损而受到影响。其后果可能是部件过早失效，导致计划外停机，以及更换部件和相关人工的成本增加。

及时更换部件

由于部件开始因腐蚀或侵蚀而恶化，其性能也会受到影响。基于新效率选择的泵最终将开始消耗更多的能量(图5)。在某种程度上，需要决定更换部件的正确时间，因为不断上升的能耗成本必须抵消更换部件的成本;记住每次故障都会导致备件更换、人工、仓储和库存处理成本。