Wymiana kluczowych urządzeń w infrastrukturze energetycznej to operacja na otwartym sercu zakładu. Wymaga nie tylko precyzyjnego doboru maszyn, ale przede wszystkim bezbłędnej integracji systemów zasilania i sterowania. Z naszego doświadczenia w branży automatyki przemysłowej, AKPiA (aparatury kontrolno-pomiarowej) oraz systemów sterowania i modernizacji układów, wiemy, że awaria kluczowego urządzenia może sparaliżować całą instalację. W tym studium przypadku opisujemy naszą realizację modernizacji układu pompowego PWZ-07, którą wykonaliśmy jako podwykonawca firmy SIGMA.
Zadanie było jasne: dostarczyć kompletne rozwiązanie w branży elektrycznej oraz AKPiA, zapewniając pełną funkcjonalność nowej pompy wody zasilającej. Poniżej przedstawiamy, jak krok po kroku zrealizowaliśmy to wyzwanie. W niniejszym studium przypadku opisujemy, jak przebiegła ta modernizacja z perspektywy pierwszej osoby – od diagnozy przyczyny awarii, poprzez przygotowanie nowej jednostki, aż po wdrożenie unowocześnionego układu i osiągnięte rezultaty.
Co spowodowało awarię pompy PWZ-07 i jaki miało to wpływ na instalację?
Awaria pompy PWZ-07 nastąpiła wskutek wielu lat intensywnej eksploatacji. Zaobserwowaliśmy narastające wibracje i spadek wydajności pompy, co wskazywało na zużycie mechaniczne wewnętrznych podzespołów (łożysk, uszczelnień, wirników). Ostatecznie doszło do poważnej usterki – pompa utraciła zdolność tłoczenia wody zasilającej pod wymaganym ciśnieniem. W efekcie instalacja kotłowa została zmuszona do awaryjnego wyłączenia tego układu pompowego, co zagroziło ciągłości pracy bloku energetycznego. Z perspektywy obsługi oznaczało to ryzyko przedłużonego postoju i utraconej produkcji. Z naszego doświadczenia wynika, że w takiej sytuacji kluczowe jest szybkie zdiagnozowanie przyczyny awarii oraz równie szybkie wdrożenie planu działania – tak, aby przywrócić pełną sprawność instalacji i zapobiec podobnym awariom w przyszłości.
Porada eksperta: W przypadku awarii urządzenia krytycznego, takiego jak pompa zasilająca, sama wymiana komponentu to nie wszystko. Zalecamy przeprowadzić jednocześnie analizę przyczyn usterki i kompleksową modernizację układu sterowania. Dzięki temu nowy sprzęt będzie pracować w bezpiecznych warunkach i z maksymalną efektywnością, a ryzyko powtórnej awarii znacznie się obniży.
Wyzwanie: Integracja nowoczesnej pompy z istniejącą infrastrukturą
Projekt realizowaliśmy w formule „pod klucz”. Oznaczało to, że jako PiA-ZAP wzięliśmy pełną odpowiedzialność za projekt, dostawy, prefabrykację, montaż oraz uruchomienie systemów zasilania i sterowania. Naszym celem było nie tylko „podłączenie kabli”, ale stworzenie inteligentnego środowiska pracy dla nowej pompy SIGMA CND4-10.1-150-11-500-FE – potężnej jednostki o mocy napędu 1450 kW.
Głównym wyzwaniem technicznym była adaptacja istniejących rozdzielni (6 kV i 0,4 kV) oraz zastąpienie przestarzałego sterowania tablicowego nowoczesnym systemem opartym o PLC i HMI.
Jak przebiegała diagnoza i przygotowanie nowej pompy?
Diagnozę awarii przeprowadziliśmy we współpracy z działem utrzymania ruchu klienta. Po demontażu starej pompy okazało się, że jej elementy obrotowe uległy znacznemu zużyciu, a układ smarowania i chłodzenia nie funkcjonował prawidłowo. Na podstawie tych ustaleń oceniliśmy, że naprawa byłaby nieopłacalna, a najrozsądniejszym rozwiązaniem jest wymiana całego agregatu pompowego na nowoczesną jednostkę.
Rozpoczęliśmy więc planowanie wymiany w formule „pod klucz” – od projektu po rozruch. W porozumieniu z generalnym wykonawcą (firmą SIGMA) dobraliśmy nową pompę o odpowiednich parametrach, spełniającą wymagania technologiczne obiektu. Na etapie przygotowania do modernizacji wykonaliśmy też szczegółową wizję lokalną i inwentaryzację obiektu, aby opracować kompletną dokumentację projektową dostosowaną do istniejącej infrastruktury. Pozwoliło nam to przewidzieć wszelkie modyfikacje niezbędne do podłączenia nowej pompy, zarówno w zakresie mechanicznym (po stronie SIGMA), jak i elektrycznym oraz automatyki (w naszym zakresie).
Nowa jednostka pompowo-napędowa została dostarczona przez firmę SIGMA GROUP a.s. i przystosowana do warunków pracy w energetyce zawodowej. Dysponuje ona znacznie lepszymi parametrami technicznymi oraz nowoczesnym osprzętem diagnostycznym. Poniżej przedstawiamy kluczowe dane techniczne nowej pompy PWZ-07 typu CND4-10.1-150-11-500-FE:
|
Parametr |
Wartość |
|
Typ / model |
CND4-10.1-150-11-500-FE |
|
Konstrukcja |
Wielostopniowa, beczkowa (API 610) |
|
Medium |
Woda zasilająca (bez zanieczyszczeń) |
|
Ciśnienie robocze |
do 30 MPa |
|
Prędkość obrotowa |
ok. 1450 obr./min |
|
Moc napędu |
1450 kW |
|
Masa agregatu |
ok. 5670 kg |
|
Wyposażenie diagnostyczne |
Czujniki temperatur, ciśnień, drgań itp. |
|
Układ uszczelnienia i olejowy |
Zgodny z wymaganiami energetyki |
|
Przystosowanie do pracy ciągłej |
Tak (24/7 w warunkach przemysłowych) |
Przed dostawą nowej pompy wykonaliśmy również testy fabryczne (FAT) oraz uzgodniliśmy zakres oprzyrządowania, które producent pompy zintegrował z agregatem. Dzięki temu nowe czujniki (temperatury łożysk i uzwojeń, drgania, ciśnienia, przepływy) zostały od razu włączone w nasz projekt układu sterowania. Na bazie dokumentacji od producenta pompy przygotowaliśmy aktualizację programów sterowników i konfiguracji systemu SCADA, aby nowa pompa mogła być monitorowana i sterowana równie sprawnie, jak pozostałe urządzenia w instalacji.
Jak zrealizowaliśmy modernizację układu pompowego?
Po fazie przygotowawczej przystąpiliśmy do kompleksowej modernizacji układu pompy PWZ-07. Nasz zespół PiA-ZAP przeprowadził jednocześnie prace w dwóch obszarach: elektrycznym (zasilanie) oraz automatyki i sterowania. Modernizacja objęła zarówno wymianę fizycznego sprzętu, jak i głębokie zmiany w systemie sterowania, tak aby nowa pompa została w pełni zintegrowana z istniejącą infrastrukturą.
Jakie modyfikacje wprowadziliśmy w zasilaniu i aparaturze elektrycznej?
W zakresie elektrycznym musieliśmy dostosować układ zasilania wysokiego i niskiego napięcia do nowego silnika napędowego pompy (silnik 6 kV, 1450 kW). Zakres prac obejmował m.in.:
- Adaptację pola 6 kV – przebudowaliśmy pole nr 5 rozdzielni 6 kV (typ D12P), modernizując obwody pierwotne i wtórne oraz montując nowy wyłącznik zasilający silnik pompy. Po modyfikacjach pole zostało przetestowane i ponownie uruchomione.
- Modernizację rozdzielnicy 0,4 kV – dostosowaliśmy istniejącą rozdzielnicę nn (0,4 kV) w zakresie zasilania układów pomocniczych pompy. Zmiany w schemacie obwodów zabezpieczyły prawidłowe zasilanie m.in. układu olejowego, pomp pomocniczych i grzałek.
- Wymianę okablowania zasilającego – zdemontowaliśmy stare kable zasilające SN 6 kV do silnika głównego i zastąpiliśmy je nowymi przewodami o odpowiedniej obciążalności. Podobnie wymieniliśmy okablowanie zasilające napędy pomocnicze (np. napędy zasuw oraz pompy olejowej).
- Instalację nowych szaf lokalnych – stare skrzynki lokalnego sterowania napędów pomocniczych zostały zastąpione nowymi, dostosowanymi do układu sterowania PLC. Zapewniają one lokalne sterowanie i awaryjne wyłączenie pomocniczych urządzeń (np. zamknięcie zasuw awaryjnych).
- Okablowanie sterownicze i pomiary – ułożyliśmy na nowo trasy kablowe dla sygnałów sterujących i pomiarowych pomiędzy rozdzielnią 6 kV, szafami lokalnymi a nastawnią. Wymiana kabli sterowniczych była konieczna, by dostosować się do standardów komunikacji nowego systemu. Po zakończeniu prac wykonaliśmy pełen komplet pomiarów elektrycznych (m.in. izolacji, uziemień) i sporządziliśmy protokoły potwierdzające poprawność wykonania.
Dzięki powyższym pracom układ zasilania został dostosowany do nowej pompy i spełnia aktualne normy bezpieczeństwa oraz efektywności energetycznej. Warto dodać, że na etapie projektowania wprowadziliśmy rozwiązania zgodne z normą PN-EN ISO 50001:2018 dotyczące monitorowania zużycia energii przez napęd pompowy – co umożliwi użytkownikowi analizę efektywności energetycznej pracy pompy w przyszłości.
Jak unowocześniliśmy system automatyki i sterowania (PLC/SCADA)?
Modernizacja systemu sterowania była równie istotna jak zmiany sprzętowe. Stary układ opierał się na sterowaniu tablicowym i przekaźnikowym, co utrudniało diagnozowanie awarii oraz integrację z systemami nadrzędnymi. W ramach projektu zastąpiliśmy te przestarzałe rozwiązania nowoczesnym sterownikiem PLC z panelem operatorskim HMI, w pełni zintegrowanym z istniejącą siecią SCADA zakładu. Zakres prac w obszarze automatyki obejmował m.in.:
- Nowa szafa sterownicza z PLC – zaprojektowaliśmy i wykonaliśmy prefabrykację nowej szafy automatyki, wyposażonej w sterownik PLC dostosowany do potrzeb układu pompowego. W szafie zainstalowano także moduły We/Wy, zasilacze UPS, przetworniki sygnałów oraz przemysłowy switch Ethernet do komunikacji.
- Instalacja panelu HMI i stacji operatorskiej – na nastawni zamontowaliśmy dotykowy panel operatorski HMI przy pompie oraz wymieniliśmy stację operatorską SCADA (komputer inżynierski) na nowszy model. Zakupiliśmy i wdrożyliśmy niezbędne licencje oprogramowania SCADA, aby zapewnić pełną kompatybilność systemu.
- Integracja z SCADA i DCS – skonfigurowaliśmy komunikację nowego sterownika PLC z nadrzędnym systemem DCS oraz SCADA ELEKTRYK użytkownika. Wykorzystaliśmy protokół Modbus TCP do wymiany danych procesowych. Przygotowaliśmy też pliki wymiany danych, aby wszystkie sygnały z nowej pompy (pomiarowe i alarmowe) były widoczne w centralnej dyspozytorni.
- Oprogramowanie i wizualizacje – stworzyliśmy od podstaw oprogramowanie PLC sterujące pracą pompy i układów pomocniczych, uwzględniając logikę zabezpieczeń i blokad wymaganych w energetyce. Zmodernizowaliśmy ekrany synoptyczne w systemie SCADA – dodaliśmy nowe schematy pompy, alarmy, trendy oraz raporty dobowego zużycia energii. Dzięki temu obsługa ma czytelną wizualizację procesu oraz pełną diagnostykę stanów pracy i awarii.
- Testy funkcjonalne i rozruch – przed podłączeniem nowej pompy wykonaliśmy kompleksowe próby funkcjonalne wszystkich sygnałów i logiki (tzw. FAT – Factory Acceptance Test, a następnie SAT – Site Acceptance Test już na obiekcie). Sprawdziliśmy poprawność działania zabezpieczeń, blokad oraz reakcji systemu na stany awaryjne (np. zanik zasilania pomp pomocniczych, zadziałanie czujników drgań itp.). Po pozytywnych wynikach testów przystąpiliśmy do uruchomienia instalacji. Nasi inżynierowie asystowali przy rozruchu na obiekcie oraz przeprowadzili szkolenia dla operatorów (przy uwzględnieniu pracy zmianowej w systemie pięciobrygadowym).
Przetestowaliśmy to w naszej firmie
Stosowanie prób funkcjonalnych i blokadowych jeszcze przed finalnym rozruchem to standard, którego się trzymamy. Dzięki symulacji stanów awaryjnych na etapie testów, mamy 100% pewności, że system automatyki zadziała poprawnie w krytycznym momencie, chroniąc drogą maszynę (w tym wypadku pompę 1450 kW) przed uszkodzeniem.
Modernizacja układu automatyki znacząco zwiększyła niezawodność i przejrzystość sterowania. Nowy system PLC/HMI jest skalowalny i pozwala na ewentualną dalszą rozbudowę funkcjonalności w przyszłości. Co ważne, dzięki pełnej integracji z SCADA, obsługa zyskała bieżący podgląd wszystkich parametrów pompy oraz automatyczne alarmowanie w razie odstępstw, co przekłada się na szybszą reakcję na ewentualne nieprawidłowości.
Jakie są efekty końcowe i potwierdzenie działania?
Po zakończeniu modernizacji przeprowadziliśmy testowy ruch próbny pompy PWZ-07 już w normalnych warunkach pracy zakładu. Efekty były w pełni zgodne z oczekiwaniami – zarówno naszymi, jak i klienta. Dzięki realizacji projektu klient zyskał wymierne korzyści:
- Kompletny, zmodernizowany układ pompowo-napędowy PWZ-07, w pełni dostosowany do aktualnych standardów technicznych. Nowy agregat pompowy zapewnia odpowiednią wydajność i ciśnienie, a jednocześnie cechuje się cichszą i bardziej stabilną pracą niż poprzednik.
- Bezpieczne i energoefektywne zasilanie oraz sterowanie – zastosowane zabezpieczenia elektryczne i automatyka gwarantują, że pompa pracuje w optymalnym zakresie, bez przeciążeń. Monitoring zużycia energii (wdrożony zgodnie z ISO 50001) umożliwia operatorom analizę efektywności i optymalizację pracy pompy.
- Pełną integrację z systemami DCS i SCADA zakładu – obsługa nadzoru ma wszystkie informacje o pracy pompy dostępne na swoich ekranach w dyspozytorni w czasie rzeczywistym. Alarmy i stany awaryjne są automatycznie raportowane, co skraca czas reakcji służb utrzymania ruchu.
- Aktualną dokumentację techniczną i dozorową – przekazaliśmy klientowi kompletną dokumentację powykonawczą obejmującą schematy elektryczne, AKPiA, listy kablowe, instrukcje obsługi oraz wymagane uzgodnienia dozorowe. Dzięki temu utrzymanie ruchu dysponuje rzetelną bazą danych o nowym układzie (co jest istotne np. dla UDT).
- Przygotowanie do długotrwałej, bezawaryjnej eksploatacji – cały układ został zaprojektowany i wykonany z myślą o wieloletniej pracy ciągłej. Nowa pompa ma zapas wydajności, a jej producent zapewnia dostęp do części zamiennych. Modernizacja sterowania z kolei minimalizuje ryzyko błędu ludzkiego oraz umożliwia predykcyjne utrzymanie ruchu (dzięki danym diagnostycznym, jak drgania i temperatury, można przewidywać ewentualne zużycie komponentów).
Modernizacja pompy PWZ-07 zakończyła się pełnym sukcesem – potwierdziły to zarówno testy odbiorowe, jak i bezawaryjna praca urządzenia w miesiącach następujących po wdrożeniu. Dla naszego zespołu PiA-ZAP była to kolejna cenna realizacja, która umocniła naszą pozycję specjalistów od trudnych projektów w sektorze energetycznym. Projekt ten potwierdził nasze doświadczenie w kompleksowej modernizacji infrastruktury przemysłowej, obejmującej zagadnienia elektryki SN/nn, automatyki, AKPiA oraz integracji z systemami nadrzędnymi. Z satysfakcją obserwujemy, że zmodernizowany układ pompowy spełnia oczekiwania inwestora – zwiększył się zarówno poziom bezpieczeństwa i niezawodności, jak i świadomość eksploatacyjna dzięki lepszemu monitoringowi.
Podsumowując, wymiana pompy PWZ-07 wykonana przez nasz zespół „pod klucz” przełożyła się na realne korzyści techniczne i ekonomiczne dla użytkownika. To case study pokazuje, że połączenie nowoczesnego sprzętu z modernizacją układów sterowania daje synergiczny efekt – instalacja staje się wydajniejsza, bezpieczniejsza i gotowa na wyzwania przyszłości.
