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技術(shù)文章/Technical articles
漫談泵送系統(tǒng)生命周期成本LCC
2021-01-18 08:53:38謝小青
1. 生命周期成本的概念

生命周期成本（life cycle cost，簡稱LCC）：是指產(chǎn)品整個“生命周期”內(nèi)的所有成本，包括采購、安裝、運行、維護(hù)、直到報廢后處理或回收再生等所有的費用，將產(chǎn)品壽命與其性能、可靠性、可生產(chǎn)性、可維護(hù)性以及質(zhì)量和成本等綜合考慮。

2. LCC 發(fā)展歷史

根據(jù)百度百科：LCC管理源起于美國軍方，最初主要用于軍事物資的研發(fā)和采購，適用于產(chǎn)品使用周期長、材料損耗量大、維護(hù)費用高的產(chǎn)品領(lǐng)域。

據(jù)美國防部當(dāng)時預(yù)測：在一個典型的武器系統(tǒng)中，運行和維護(hù)的成本占總成本的75%，如果武器系統(tǒng)的成本按照當(dāng)時的增加趨勢，那么在2045年美國的全年國防預(yù)算只能購買1架戰(zhàn)斗機(jī)。

1999年6月，美國總統(tǒng)克林頓簽署政府命令，各州所需的裝備和工程項目，要求必須有LCC報告，沒有LCC估算、評價，一律不準(zhǔn)簽約。

LCC技術(shù)自上個世紀(jì) 80 年代初期引入我國。當(dāng)時，我國的 LCC 工作由海軍起頭，空軍、二炮都積極推廣運用，1987 年 11月中國設(shè)備管理協(xié)會成立了設(shè)備生命周期費用委員會，致力于推動 LCC 理論方法的研究和應(yīng)用。

盡管我國的生命周期費用方法的應(yīng)用和研究起步很晚，但取得的成績明顯。生命周期費用方法在不少軍用和民用單位的應(yīng)用并取得了一批成果，如國防系統(tǒng)的空軍、海軍、二炮、航天等許多單位在研究和應(yīng)用 LCC 上取得了可喜的成績。

國軍標(biāo)“裝備費用—效能分析”，軍隊使用標(biāo)準(zhǔn)“武器裝備生命周期費用估算”，已分別在 1993 年、1998 年頒布實施。

軍事裝備的論證與審核中，都把 LCC作為一項必不可少的內(nèi)容，軍委領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)的管理體制也作了相應(yīng)的調(diào)整，專門成立了總裝備部，LCC工作正在向前全面推進(jìn)。在民用企業(yè)、高校、研究院所中，也有不少單位正在積極研究和應(yīng)用 LCC方法用于設(shè)備選型、維修決策、更新改造、維修費用控制。

3. 泵送系統(tǒng)LCC分析

泵送系統(tǒng)占全球電能需求的近20 %，在某些工業(yè)工廠運行中占能源使用量的25~50%。泵送系統(tǒng)為食品加工、化工、石化、能源、制藥、農(nóng)業(yè)、市政及其它工業(yè)等提供服務(wù)。

盡管泵通常作為單個設(shè)備購買，但它們通常僅在作為系統(tǒng)的一部分運行時提供服務(wù)。系統(tǒng)使用的能耗和材料取決于泵的設(shè)計、安裝的設(shè)計以及系統(tǒng)的運行方式，這些因素是相互依存的。

2001年1月HI（美國水力學(xué)會）、Europump（歐洲泵業(yè)組織）、OIT（美國能源部工業(yè)技術(shù)辦公室）聯(lián)合出版了“Pump Life Cycle Costs: A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems”（以下簡稱指南），以指南的方式將LCC推薦到泵行業(yè)，旨在幫助工廠所有者／運營商將 LCC方法應(yīng)用于泵系統(tǒng)。

指南中詳細(xì)列出了LCC費用的組成和說明，并提供了部分費用的計算方法。對于高利用率、長壽命的泵，其最初的購買價格僅占LCC的一小部分。圖1給出了一臺中型工業(yè)泵典型的生命周期成本的大概構(gòu)成。
                                   
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圖1   一臺中型工業(yè)泵典型的LCC圖

生命周期成本 LCC分析是一種管理工具，可以幫助公司減少多種類型的系統(tǒng)（包括泵送系統(tǒng)）的浪費，并最大限度地提高能源效率。

LCC分析包括采用一種方法來確定和量化LCC計算公式中的所有組成部分。當(dāng)用作設(shè)計或檢修方案之間的比較工具時，LCC流程將在可用數(shù)據(jù)的限制內(nèi)顯示出最具成本效益的解決方案。

生命周期成本分析的組成部分通常包括初始成本、安裝和調(diào)試成本、能耗成本、運營成本、維護(hù)和維修成本、停機(jī)時間成本、環(huán)境成本以及退役和處置成本。

LCC分析，無論是針對新上設(shè)施還是老設(shè)施改造，都需要評估替代系統(tǒng)。對于大多數(shù)設(shè)施，生命周期內(nèi)的能耗和/或維護(hù)成本將主導(dǎo)LCC。因此，準(zhǔn)確地確定當(dāng)前的能源成本、估計使用壽命內(nèi)能源價格上漲以及預(yù)期的維護(hù)人工和材料成本非常重要。

其它因素，如停機(jī)時間、退役和環(huán)保的成本，通常可以根據(jù)設(shè)施的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。根據(jù)服務(wù)領(lǐng)域和/或使用工況的不同，停機(jī)時間成本可能比能耗或維護(hù)要素更重要。因此，應(yīng)仔細(xì)考慮停機(jī)時間造成的損失。

一般工業(yè)泵送系統(tǒng)的壽命通常在20年左右（對于特殊工況，如核電站關(guān)鍵用泵要求達(dá)到40~60年）。一些成本要求在一開始就產(chǎn)生，而另一些則可能在被評估的不同解決方案的整個生命周期的不同時間段產(chǎn)生。因此，為了較準(zhǔn)確地評估不同的解決方案，計算LCC的現(xiàn)值或折現(xiàn)值是可行的，而且也是必要的。

指南給出了LCC的基本計算公式，具體如下：

LCC = Cic + Cin + Ce + Co + Cm + Cs + Cenv + Cd

式中：

LCC = 生命周期成本
Cic = 初始成本，采購價格（泵、系統(tǒng)、管路及輔助設(shè)備）
Cin = 安裝和調(diào)試成本（包括培訓(xùn)）
Ce = 能耗成本（系統(tǒng)運行的預(yù)計成本，包括泵驅(qū)動設(shè)備、控制及其它輔助設(shè)備）
Co = 運營成本（人工成本）
Cm = 維護(hù)和維修成本（常規(guī)維護(hù)及預(yù)期維修）
Cs = 停機(jī)時間成本（生產(chǎn)損失）
Cenv = 環(huán)保成本（泵送液體和輔助設(shè)備的污染）
Cd = 退役/處置成本（包括恢復(fù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境）

4. 我國泵行業(yè)現(xiàn)狀

隨著國內(nèi)和全球市場競爭的日益激烈，買方和用戶必須不斷尋求節(jié)約成本的方法，以提高其運營的盈利能力。作為節(jié)約成本的一種方式，工廠設(shè)備的運行受到了特別的關(guān)注，尤其是如何最大限度地減少能耗和工廠停機(jī)時間。

另外，進(jìn)行LCC分析除了經(jīng)濟(jì)因素以外，很多用戶越來越重視其業(yè)務(wù)對環(huán)境的影響，并將能效視為減少排放和保護(hù)自然資源的一種方法。

然而，非常遺憾的是：我國制造業(yè)目前仍普遍處于拼價格階段，企業(yè)/買方/用戶往往注重的是短期效益。這不僅嚴(yán)重挫傷了企業(yè)創(chuàng)新、產(chǎn)品升級改造的積極性（導(dǎo)致競爭力低下），而且最終傷害的是整個制造業(yè)。

LCC分析在泵行業(yè)基本處于空白狀態(tài)，普通工業(yè)泵如此，重要工況關(guān)鍵泵也是如此。如果在長壽命、利用率高的離心泵項目中引進(jìn)LCC分析，將為用戶帶來非常可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5. 案例分析及計算

案例1：老項目改造

以下為指南提供的“帶有問題控制閥的泵送系統(tǒng)”的分析及計算案例，見圖2。

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圖2   帶有問題控制閥的泵送系統(tǒng)草圖

第一步：確定系統(tǒng)運行方式及控制閥發(fā)生故障的原因，然后列出可供選擇的改造方案及成本。

現(xiàn)場情況是，控制閥處于15~20 %的開度運行、并且閥門產(chǎn)生大量的汽蝕噪聲。閥門的尺寸似乎不適合該應(yīng)用。在查看原始設(shè)計計算后，發(fā)現(xiàn)泵選型過大 – 要求80 m3/h流量卻提供了110 m3/h的泵，這導(dǎo)致控制閥上的壓降比最初預(yù)期的要大。

由于工作流量下的壓差較大，且閥門定期出現(xiàn)汽蝕損壞，因此確定控制閥不適合此流程。

可供選擇的系統(tǒng)改造方案有四種：

A. 更換一只新的控制閥以適應(yīng)高的壓差。
B. 對泵的葉輪進(jìn)行切割以降低揚程，從而降低流經(jīng)控制閥的壓降。
C. 安裝變頻器、拆除流量控制閥。通過變頻器來改變泵的轉(zhuǎn)速，以滿足所需的工藝流量。
D.   按原樣保留系統(tǒng)，每年更換一次流量控制閥。

系統(tǒng)改造方案的成本比較見表1。

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表1   泵系統(tǒng)改造方案的成本比較




第二步：通過所獲得的信息和假設(shè)，列出組成LCC的各要素的成本。


  • 當(dāng)前能源價格為0.08歐元/千瓦時。

  • 該系統(tǒng)每年運行6000小時。

  • 每年對泵進(jìn)行日常維護(hù)的費用為500歐元，每兩年的維修費用為2500歐元。

  • 沒有與本系統(tǒng)相關(guān)的退役和環(huán)境處置成本。

  • 該系統(tǒng)使用壽命為8年。

  • 新資本項目的利率為8 %，預(yù)期通脹率為4%。



表2匯總了這四種選項中每個要素的具體成本。

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表2   問題控制閥系統(tǒng)LCC比較

第三步：根據(jù)LCC的大小，最終確定最佳改造方案。

從表2可以看出：切割葉輪的選項B具有最低的LCC，因此，是本案例的首選方案。

案例2：新項目設(shè)計

現(xiàn)以國和一號（1400MW）核電機(jī)組主給水泵組為例，該泵組要求設(shè)計使用壽命為60年，每套核電機(jī)組配備3臺并聯(lián)運行的主給水泵組（主給水泵+增速齒輪箱+電動機(jī)+前置泵）。

根據(jù)國內(nèi)某泵廠收集到的國外同行同種產(chǎn)品的信息（見表3），僅從能耗方面來進(jìn)行比較，估算一下SEC-KSB公司主給水泵在60年壽期內(nèi)能為用戶節(jié)約多少費用？

表3   與國外同行之間（1400MW）主給水泵組性能比較

說明：
1. 國外C公司總揚程比設(shè)計要求低50米左右，僅供參考。
2. 上表中SEC-KSB公司提供的為出廠試驗（實測）數(shù)據(jù)，且總揚程中考慮了管路損失及少量正偏差。

假設(shè)每年每臺泵組運行8000小時，泵組使用壽命為60年，則可以計算出：


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由上表可以看出：SEC-KSB公司的主給水泵與國外同行同類產(chǎn)品相比，在60年的壽期內(nèi)，至少可以節(jié)約8億度電。

如果每度工業(yè)用電的電費為1元人民幣（不考慮利率和通脹），那么在整個生命周期內(nèi)，SEC-KSB公司（三臺）主給水泵組僅從能耗方面至少就可以節(jié)約8億元人民幣（平均到每年為1330萬元人民幣）以上。效益非?？捎^！

6. 總結(jié)

LCC分析是一種管理工具，可以幫助公司減少多種類型的系統(tǒng)（包括泵送系統(tǒng)）的浪費，并最大限度地提高能源效率。

LCC分析不僅可以用于新項目設(shè)計，也可以用于老項目改造，并為你提供一種最佳的解決方案、帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。


文/謝小青  摘自：泵友圈

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