二十多年前，美国能源部工业技术办公室就发布了一份题为《美国工业电机系统市场机会评估》的报告，内容涉及电机效率技术的使用。

该报告按细分市场对能源使用和节约潜力进行了深入分析。在大多数行业中，该报告将离心泵作为一个群体确定为最大的电机能源消耗者。此外，在工厂的所有旋转（设备）资产中，流程泵具有最高整体电能节约潜力。

今天，尽管流程泵约占制造业电机系统总能量的25%，并且泵是大多数工业流程的核心（毕竟是世界上第二种常见的机器），但低效的泵系统仍然给工业带来了巨大的成本。

虽然浪费的系统肯定会对运营成本产生重大影响，但改进或优化这些系统可以带来可观的节约机会 - 这取决于你的观点。

通常，根据行业细分，连续运行的流程泵消耗电机系统总电能的10 % 至60 %。一般而言，与压缩机、风扇和鼓风机等其它运营资产相比，电机系统最大的节约机会是泵。尽管评估和监测所有资产优化机会很重要，但优化泵系统运行提供了最大的总体节约机会。

在最大的连续运行流程工厂中，当考虑到系统的所有方面时，这些成本和节约机会很容易代表数百万美元。显然，这因行业类型和工厂规模而异，但对利润率的影响可能很大，足以达到或突破底线。

当试图实现泵送系统的优化时，人们很快就发现了所谓的“能效与可靠性关系”。当工艺流体（流程液体）在管道中流动时不需要多余的机械能时，就会表现为振动、发热和噪音。这种多余的能量成为破坏力，导致泵和流程不可靠。

因此，与其它电机系统以及控制阀、仪表和其它类型的流程控制设备相比，泵系统通常具有最高的总体维护成本。此外，泵和阀门也是无组织排放的主要流程泄漏路径。

另外，由于尺寸不当问题，包括尺寸过大和过小的泵以及控制阀和相关管道，工业流程控制性能会随着时间的推移而降低。当处于自动控制模式时，大多数控制回路实际上增加了流程可变性，这并不罕见，因此，这些控制回路通常被切换到手动模式以稳定流程。

显然，泵在其扬程-流量曲线（与扬程-流量相关）上所处的不同位置运行，对能耗、可靠性和流程控制有着重大的影响。消耗的功率与泵运行点的扬程、流量和效率相关。

(5000 x 100 x 1.0) / (3960 x 0.70) = 180 HP

(5000 x 100 x 1.0) / (3960 x 0.40) = 315 HP

效率70 % 和40 % 的泵系统之间的差异是135马力（75 % 的多余能量），这实际上是“击败你的泵系统”，并导致不可靠和控制性能不佳。而且，随着时间的推移，控制性能不断下降。

在流程工厂的薄弱环节中，经常可以看到过量能量通过系统的迹象。

这些工况有很多种形式，包括高度节流的控制阀和显著的管道运动相结合，甚至是与用于支撑节流泵的基础设施连接的振动相关。泵、控制阀或管道内部的汽蚀现象，清楚地表明存在水力湍流或不稳定性。

这种类型的情况出现在纸浆漂白厂中使用的桶式稀释泵上，该厂有一台1,180 rpm、250马力的中压电机驱动的双吸泵。该泵有一条14英寸的排放管线，该管线分成三条单独的10英寸管线，向最终用户系统输送200华氏度的液体。三个分支中的每个分支都有自己的8英寸控制阀通常在20 % 至40 %的开度范围内运行。泵排放法兰和管道之间的垫圈经常失效。

从下游看去，直到漂白塔的顶部，每条支线都“摇摆不定”，结果出现了大量裂缝。管道裂缝会导致下水道中的化学损失和意外停机。

综上所述，与超大泵系统相关的每一层成本都具有每月36小时的累积效应，以修复系统的某些组件或多个组件。

在这种情况下，对底线的不利财务影响是巨大的 - 每年高达7位数。

该应用的主要解决方案是实现变速压力控制。泵系统通常消耗大约200马力，最终用户阀门高度节流（20%至40%开度），振动水平约为0.6 英寸/秒。实施变频驱动（VFD）后，泵通常消耗降至75马力。事实上，超出的泵送流体所需的125马力正在“干扰”泵并导致不可靠性。

虽然这种程度的不可靠性似乎并不常见，但研究表明，这些问题在整个流程中都存在。1996年，芬兰研究中心对离心泵性能的一项研究发现，20个不同工厂（包括所有细分市场）的1690台泵的平均泵效率低于40%。

还发现，10%的泵效率低于10%。考虑到这一相当大的效率损失，你可以预计任何连续流程装置中10%的泵都是最先优化的候选泵。很可能，实际数字更高（可能有20%至25%的泵系统对于某些类型的机械和控制修改而言是合理的）。理想情况下，每个连续的流程工厂都会识别其问题系统，并使用记录的管理流程持续实施解决方案。如果泵优化被视为一个持续的改进过程，类似于六西格玛，这将随着时间的推移对设施泵和流程可靠性产生巨大影响。

此外，泵优化活动将通过更广泛的VFD和无线振动监测以及其它数据丰富的工具来提高状态监测水平，这些工具可提供泵系统性能的实时信息。

今天，泵不被认为是过程自动化体系结构的组成部分。因此，工厂信息系统通常缺乏持续监测的趋势和诊断数据。尽管分布式控制系统（DCS）监测大多数关键流程参数，但仍有多达60%或更多的泵系统在排放管线上缺乏流量测量。出于实际目的，几乎所有的工单和资产信息都是手动输入的。包括压缩机、鼓风机、风扇和控制阀在内的基础资产很少与计算机化维护管理系统（CMMS）相连。因此，这种情况成为电子制造战略中缺失的一环，并且无法实现巨大的潜在成本节约。根据ARC咨询小组提供的数据，高达40%的制造收入用于维护，高达60%的定期维护检查和电机系统是不必要的。

泵可靠性的三个主要决定因素是转速、距性能曲线上最佳效率点（BFP）的距离和叶轮直径。

当考虑到优化多达30%的现有泵系统对全厂的影响时，关键指标（如整体工厂可用性）将增加，而泵密封和轴承故障将显著减少。将可靠性优势与节能相结合，毫无疑问，可以实现流程性能的巨大飞跃。

今天，在评估尺寸过大或过小且表现出机械能过剩症状的系统时，可以通过采取生命周期成本的方法来实现这些好处，

一旦量化了多余的能量，它将成为代表项目合理性的第一个理由。可以预测可靠性改进，并且可以使用过去的工作订单和CMMS记录来估计年度维护成本。

在许多情况下，过程控制可以从减少原材料可变性的角度来确定，并且可以根据当前成本与优化成本来估算生命周期成本节约。

仅基于长期运营成本而不是具有较大的“安全边际”来做出决策，以确保运营始终能够产生比以往任何时候都需要的更多的能力，这将为未来的工厂打开一扇窗 - 一个可用、适应性强和可持续的工厂。我认为这就是当有人说未来必须是精益和绿色时的含义。