2010年12月17日 星期五

泵浦運轉效率分析

離心式泵浦的三個主要要素是流量,揚程,馬力.另外一個很重要的參數是NPSHR.

在選一顆泵浦的時候,會先看設備所需的流量要多少,接下來要計算泵浦的揚程,這個部分最困難,如果管路不長,計算不會那麼困難,如果管路很長,中間又會經過一大堆的閥,彎頭,設備,有些設備商會提供在額定流量下的壓降,有些元件則根本沒有資料,所以只能用經驗值去設計.泵浦的馬力通常通會留個幾%做後備,例如一顆50hp的泵浦,在流量跟揚程條件選定後,葉輪的大小就會固定下來,在固定的葉輪大小下,要保證馬達不會因為過載而燒毀,所以實際泵浦在運轉時,如果馬達是50hp,額定37.5kw,為了安全起見,真正的運轉電流可能是35.25kw,保留6%的容量以策安全.

一個安裝在現場的泵浦不會剛好等於額定流量跟揚程,所以會有效率上的偏差,泵浦的效率是水功率除以電功率做計算,如果水功率為35kw,輸入電功率為50kw,兩者相除就是0.7,則這顆泵浦的效率就是70%.計算水功率的公式可以在很多教科書上找到.

在現今的工程環境中,很多空調工程業主都是要求最低價得標,工程公司為了拿到案子,只好在一些比較不重要的設備上選擇較低價的替代品,泵浦就是常常會被忽略的一個.一些便宜泵浦的效率可能只有50~60%,但在工程標單上並沒有特別的標明,在低價就是好的原則下就買進來用了,反正到時候有水就好,真正的主角是冰水主機這個空調系統最重要的元件,泵浦以能用為原則就好.

讓我們來看搭配在500RT主機的冷卻水泵浦,一台效率60%跟一台效率80%的泵浦跑一年下來電費差多少?按照主機設計的水量,水量要求是1500GPM,通常冷卻水側的揚程是抓20~25m,我們就抓20m揚程好了,則水功率需求套入公式後約為18.62kw,若一台效率只有60%的泵浦,則所需的功率為31.0kw,換算成馬力超過常見的40hp,在現場常見的通常會配40hp,因為很多冷卻水的系統實際揚程都不到20m,因此40hp都夠用.再不然就是配50hp的泵浦.

另外一台效率超過80%的泵浦,水功率需求一樣是18.62kw,則所需的功率為23.275kw,換算成馬力要31hp,跟前面一樣的理由,抓20m的揚程通常都太多,因此應該30hp就夠了.

同樣的水量揚程差10hp,換算成消耗功率為7.5kw,如果這台主機剛好是基載,全年都要跑,這看似不多的差異一年跑下來差的電費為 7.5kw*2.3*8760=151110.
若以高效率泵浦1馬 7000塊,普通泵浦1馬3000塊計算,不含安裝施工原始的購置成本分別為40hp*3000=120000,跟7000*30=210000,兩者的價差9萬,但是兩者運轉一年下來的電費差15萬.扣掉第一年的購置成本價差9萬,所以第一年只能賺6萬,之後其餘的每一年都可以賺15萬,如果電費又升高,那就可以賺更多了.

但中國人有一個壞處,寧可粉飾太平,不願面對現實,如果泵浦測出來效率真的很差,是不是代表當初的決策者專業有問題,還是當初工程師沒有注意,再加上效率這麼高的泵浦就這麼幾家,如果一開始就堅持要使用,老闆本身不見得懂這個原理,會不會認為底下的人有問題,便宜的東西不買硬要買貴的,弄得不好連自己的工作都難保.幫公司省錢老闆不見得看得到,工程師堅持自己的專業引火上身倒是很快.還是偏安就好,更何況自己是領薪水的,萬一廠商的專業也不夠,算錯或量錯,那事情就大條了,不做不錯比較穩當.有肚量容忍屬下犯錯的老闆不多.

另一個常見的問題是泵浦吸入口負壓運轉的問題,任何一家泵浦廠商都會註明泵浦禁止負壓運轉,但在廠房興建的時候,為了節省一層樓的空間,通常會將廠務設備放在頂樓,包含水塔及泵浦等.,因為泵浦吸入口的位置跟水塔水面本來的位差就很小,水頭不夠,若再加上管路配的不好,壓降太大,泵浦根本就吸不到水,打開泵浦吸入口都是負壓,原本效率就不好的泵浦性能變得更差,嚴重的話還會拖累主機的運轉效率.這在很多的現場都是很常看到的事情,應該算是一種常態吧.