冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中流體輸送節(jié)能技術(shù)的有效應(yīng)用

任永勝

摘 要：傳統(tǒng)的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)效率低、能耗大，已不能滿足現(xiàn)代企業(yè)對生產(chǎn)過程中高效、節(jié)能的要求，降低了企業(yè)的經(jīng)濟效益。而采用流體輸送高效節(jié)能技術(shù)，可在不改變系統(tǒng)流量和壓力的前提下提高冷卻循環(huán)水系統(tǒng)效率，且節(jié)能效果顯著，可靠性強。本文通過分析傳統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)存在的問題及流體輸送節(jié)能技術(shù)的特點，探討了流體輸送節(jié)能技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用方法及節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 流體輸送 節(jié)能

中圖分類號：TQ172 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0058-02

傳統(tǒng)的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)實際工作過程中，狀態(tài)點偏離最佳工況點，無效阻力大，出現(xiàn)能耗大、效率低的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的“變頻節(jié)電”、“三元流葉輪”等節(jié)電技術(shù)局限性大，節(jié)能效果不顯著，難以滿足企業(yè)的生產(chǎn)要求。流體輸送高效節(jié)能技術(shù)是一種系統(tǒng)糾偏優(yōu)化技術(shù)，能有效糾正系統(tǒng)運行時的工況點，使之恢復(fù)到系統(tǒng)的最佳工況點，提高設(shè)備的工作效率，降低能耗。

1 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)高能耗問題及其原因分析

改進前的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)為3臺110 kW冷卻水泵和末端冷卻設(shè)備組成，屬于開式回路機械循環(huán)系統(tǒng)。通常在標(biāo)準(zhǔn)工況下，冷卻水由水泵從冷卻水池送到系統(tǒng)換熱，換熱后被送回冷卻塔中冷卻，如此循環(huán)利用。冷卻水的損耗由供水系統(tǒng)補給。但實際情況下，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的水泵配套管路設(shè)計與施工不理想或運行工況發(fā)生變化，水泵運行的實際工況會不可避免的偏離最佳工況點，甚至?xí)^大偏離，這就降低了泵機組的運行效率，加之國內(nèi)大部分的水泵及電機結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝都相對落后，水泵運行效率低，增加了整個系統(tǒng)的運行能耗。同時，由于管網(wǎng)設(shè)計落后，造成水循環(huán)過程中管網(wǎng)無效阻力較大，無效耗能大，這也是系統(tǒng)效率低、能耗高的重要因素。另外，原有系統(tǒng)往往存在水泵型號與系統(tǒng)裝置不匹配的情況，使得水泵在超流量、低揚程區(qū)運行，效率很低，造成水泵的運行功率超出軸功率，甚至超過了電機的配套功率。為了防止超電流，企業(yè)通常會關(guān)閉一部分水泵的出口閥門，這就造成了能源的浪費。

2 流體輸送節(jié)能技術(shù)

傳統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)多采用變頻技術(shù)節(jié)能，只是在原有系統(tǒng)上安裝變頻器及相應(yīng)控制系統(tǒng)，單純通過變頻調(diào)速，調(diào)整輸送流量，節(jié)能效果不明顯且無法計量，可靠性差。而流體輸送節(jié)能技術(shù)不同于變頻節(jié)能技術(shù)，它是利用管路流體力學(xué)特性，對循環(huán)水系統(tǒng)進行糾偏，使之按照最佳工況運行的高效節(jié)能技術(shù)。其技術(shù)原理為：針對化工企業(yè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)運行中普遍存在的低效率、高能耗的情況，以使系統(tǒng)按照最佳工況運行為原則，以降低能耗、提高效率為目標(biāo)，采集系統(tǒng)各項運行的數(shù)據(jù)，利用“CFD”數(shù)據(jù)模擬技術(shù)，建立專業(yè)的水力數(shù)學(xué)模型以及參數(shù)采集標(biāo)準(zhǔn)[1]，對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)優(yōu)化，來準(zhǔn)確找到最佳的工況點，使泵送設(shè)備和管路系統(tǒng)匹配，然后通過整改不利因素，按最佳運行工況的參數(shù)定做高效節(jié)能泵，以替換原有的不利工況、低效運行的水泵，消除增加系統(tǒng)能耗的各項因素，徹底解決循環(huán)水系統(tǒng)的高能耗問題，實現(xiàn)節(jié)能最大化。可見，流體輸送節(jié)能技術(shù)采用的水泵是為冷卻水循環(huán)系統(tǒng)量身定做的，比標(biāo)準(zhǔn)泵更符合系統(tǒng)的要求，更貼近系統(tǒng)的最佳工況點。系統(tǒng)管路結(jié)合流體力學(xué)特性進行設(shè)計，并于水泵設(shè)備相匹配，管網(wǎng)阻力小，能耗顯著降低。

3 流體輸送節(jié)能技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 流體輸送節(jié)能技術(shù)設(shè)計

流體輸送系統(tǒng)中，泵類機械通常是與特定的管路相連的，其工作狀態(tài)點取決于泵類機械的性能曲線和管路的特性曲線[2]。因此，確定系統(tǒng)管路的特性曲線是提高循環(huán)水系統(tǒng)運行效率的關(guān)鍵。由于系統(tǒng)已經(jīng)實際運行，我們可以通過對系統(tǒng)運行工況的在線檢測，采集系統(tǒng)運行中水泵組、管網(wǎng)、末端換熱裝置及冷卻塔等系統(tǒng)的壓力和流量數(shù)據(jù)，采用計算機模擬仿真進行研究分析，導(dǎo)出系統(tǒng)管路的特性曲線，然后根據(jù)泵類機械的性能曲線，找到泵類設(shè)備運行中的最佳工況點及系統(tǒng)優(yōu)化方案。

根據(jù)最佳工況點和系統(tǒng)管路的特性曲線，結(jié)合系統(tǒng)運行中各工況點的溫差數(shù)據(jù)，采用計算流體動力學(xué)及三元流理論，按照設(shè)計參數(shù)初步確定水泵機組形式和水泵參數(shù)，并進行水力設(shè)計。然后模擬計算整體泵機組流場數(shù)值，分析和優(yōu)化不同狀況下的水力損失，最終確定符合系統(tǒng)需求的水力模型和水泵裝置形式，實現(xiàn)泵機組的最高運行效率。

3.2 流體輸送節(jié)能技術(shù)的實現(xiàn)

（1）定做水泵。根據(jù)流體輸送系統(tǒng)的設(shè)計，量身定做3臺高效節(jié)能泵（WKRL200-55）替換原來的水泵（250-B01 110），水泵點擊功率根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果做出調(diào)整，由原來的90 kW降低為55 kW。

（2）調(diào)整進水管路。重新布局和調(diào)整冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的進水管路，增加一個真空引流灌以及相應(yīng)的補水裝置、流量儀表、壓力儀表。

（3）在控制柜內(nèi)安裝計量用電能表及運行累時器。累時器是為了記錄水泵運行累計時間，當(dāng)水泵運行時，則累時器開始計時，水泵停機則累時器停止計時，水泵再次運行時，累時器繼續(xù)從原來的累積時間開始計時。電能表型號為DTS866三相四線電子式，3×1.5（6）A；累時器型號為HB48L，累計計時數(shù)為99999小時，穿心式電流互感器型號為LMZ1-250/5，精度為0.5級，穿心匝數(shù)1。

（4）拆除原有水泵。在對原有水泵進行拆除前，要關(guān)閉暫不運行的備用水泵的進出口閥門。為保證生產(chǎn)的正常運行，應(yīng)統(tǒng)籌安排，按照順序逐步拆除備用水泵。

（5）高效節(jié)能泵的安裝。高效節(jié)能泵的安裝要嚴(yán)格按照施工圖紙進行，水泵安裝位置要適當(dāng)，安裝牢固、平穩(wěn)。安裝時，注意檢查節(jié)能泵的進出口處法蘭、短管材等部件是否完好，如需要應(yīng)更換新部件。

（6）安裝真空引流罐，對出口截止閥DN250進行更換。

（7）對電氣控制柜內(nèi)電氣保護部分做相應(yīng)的調(diào)整或更換。

4 流體輸送節(jié)能技術(shù)應(yīng)用后的能耗評價

某公司2011年5月應(yīng)用流體輸送節(jié)能技術(shù)，總結(jié)分析流體輸送節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前后循環(huán)水系統(tǒng)運行參數(shù)及耗電指標(biāo)（見表1）。

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在流體輸送節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前后耗電指標(biāo)的分析，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)小時耗電應(yīng)用前的197.72 kW降低為應(yīng)用后的74.11 kW，應(yīng)用流體輸送節(jié)能技術(shù)后的節(jié)電率為62.5%。如果冷卻水循環(huán)系統(tǒng)按照年運行350天運行，即運行8400 h，則改進前的年用電總量為166.08萬 kWh，改進后的用電總量為62.25萬 kWh，系統(tǒng)每年可節(jié)省用電103.83萬 kWh，節(jié)約電費近60萬元，經(jīng)濟效益顯著。

5 結(jié)語

目前，我國已把節(jié)能降耗提到了國民經(jīng)濟發(fā)展非常重要的位置，其中水泵節(jié)能屬國家重點推進的十大節(jié)能領(lǐng)域之一的電機系統(tǒng)節(jié)能范疇。據(jù)2001年聯(lián)合同工業(yè)發(fā)發(fā)展組織及國家發(fā)展改革委員會“中國電機系統(tǒng)節(jié)能項目組”進行調(diào)查結(jié)果顯示：我國沒有改造的泵類產(chǎn)品效率平均比國外低5%～8%，而整個水泵系統(tǒng)的效率要低20%左右[3]?？梢?，泵類系統(tǒng)的節(jié)能改造勢在必行。流體輸送節(jié)能技術(shù)可對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行采集分析，實現(xiàn)系統(tǒng)診斷和系統(tǒng)優(yōu)化，整改不利因素，按照系統(tǒng)最佳工況點運行，在實際應(yīng)用過程中節(jié)能效果顯著，解決了企業(yè)傳統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)存在的大流量、低效率、高能耗的狀況，提升了系統(tǒng)運行效率和能源利用率，顯著提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，是值得大力提倡和推廣應(yīng)用的現(xiàn)代化新型節(jié)能技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉成基，鄧文勝.流體高效節(jié)能技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].四川水泥，2012，2：80-84.

[2] 鄧永春，向波.流體高效節(jié)能技術(shù)在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用[J].四川有色金屬，2013，3：54-57，66.

[3] 張陽.循環(huán)水泵的節(jié)能改造技術(shù)及應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2013，12：118-121.endprint

摘 要：傳統(tǒng)的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)效率低、能耗大，已不能滿足現(xiàn)代企業(yè)對生產(chǎn)過程中高效、節(jié)能的要求，降低了企業(yè)的經(jīng)濟效益。而采用流體輸送高效節(jié)能技術(shù)，可在不改變系統(tǒng)流量和壓力的前提下提高冷卻循環(huán)水系統(tǒng)效率，且節(jié)能效果顯著，可靠性強。本文通過分析傳統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)存在的問題及流體輸送節(jié)能技術(shù)的特點，探討了流體輸送節(jié)能技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用方法及節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 流體輸送 節(jié)能

中圖分類號：TQ172 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0058-02

傳統(tǒng)的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)實際工作過程中，狀態(tài)點偏離最佳工況點，無效阻力大，出現(xiàn)能耗大、效率低的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的“變頻節(jié)電”、“三元流葉輪”等節(jié)電技術(shù)局限性大，節(jié)能效果不顯著，難以滿足企業(yè)的生產(chǎn)要求。流體輸送高效節(jié)能技術(shù)是一種系統(tǒng)糾偏優(yōu)化技術(shù)，能有效糾正系統(tǒng)運行時的工況點，使之恢復(fù)到系統(tǒng)的最佳工況點，提高設(shè)備的工作效率，降低能耗。

1 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)高能耗問題及其原因分析

改進前的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)為3臺110 kW冷卻水泵和末端冷卻設(shè)備組成，屬于開式回路機械循環(huán)系統(tǒng)。通常在標(biāo)準(zhǔn)工況下，冷卻水由水泵從冷卻水池送到系統(tǒng)換熱，換熱后被送回冷卻塔中冷卻，如此循環(huán)利用。冷卻水的損耗由供水系統(tǒng)補給。但實際情況下，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的水泵配套管路設(shè)計與施工不理想或運行工況發(fā)生變化，水泵運行的實際工況會不可避免的偏離最佳工況點，甚至?xí)^大偏離，這就降低了泵機組的運行效率，加之國內(nèi)大部分的水泵及電機結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝都相對落后，水泵運行效率低，增加了整個系統(tǒng)的運行能耗。同時，由于管網(wǎng)設(shè)計落后，造成水循環(huán)過程中管網(wǎng)無效阻力較大，無效耗能大，這也是系統(tǒng)效率低、能耗高的重要因素。另外，原有系統(tǒng)往往存在水泵型號與系統(tǒng)裝置不匹配的情況，使得水泵在超流量、低揚程區(qū)運行，效率很低，造成水泵的運行功率超出軸功率，甚至超過了電機的配套功率。為了防止超電流，企業(yè)通常會關(guān)閉一部分水泵的出口閥門，這就造成了能源的浪費。

2 流體輸送節(jié)能技術(shù)

傳統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)多采用變頻技術(shù)節(jié)能，只是在原有系統(tǒng)上安裝變頻器及相應(yīng)控制系統(tǒng)，單純通過變頻調(diào)速，調(diào)整輸送流量，節(jié)能效果不明顯且無法計量，可靠性差。而流體輸送節(jié)能技術(shù)不同于變頻節(jié)能技術(shù)，它是利用管路流體力學(xué)特性，對循環(huán)水系統(tǒng)進行糾偏，使之按照最佳工況運行的高效節(jié)能技術(shù)。其技術(shù)原理為：針對化工企業(yè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)運行中普遍存在的低效率、高能耗的情況，以使系統(tǒng)按照最佳工況運行為原則，以降低能耗、提高效率為目標(biāo)，采集系統(tǒng)各項運行的數(shù)據(jù)，利用“CFD”數(shù)據(jù)模擬技術(shù)，建立專業(yè)的水力數(shù)學(xué)模型以及參數(shù)采集標(biāo)準(zhǔn)[1]，對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)優(yōu)化，來準(zhǔn)確找到最佳的工況點，使泵送設(shè)備和管路系統(tǒng)匹配，然后通過整改不利因素，按最佳運行工況的參數(shù)定做高效節(jié)能泵，以替換原有的不利工況、低效運行的水泵，消除增加系統(tǒng)能耗的各項因素，徹底解決循環(huán)水系統(tǒng)的高能耗問題，實現(xiàn)節(jié)能最大化?？梢?，流體輸送節(jié)能技術(shù)采用的水泵是為冷卻水循環(huán)系統(tǒng)量身定做的，比標(biāo)準(zhǔn)泵更符合系統(tǒng)的要求，更貼近系統(tǒng)的最佳工況點。系統(tǒng)管路結(jié)合流體力學(xué)特性進行設(shè)計，并于水泵設(shè)備相匹配，管網(wǎng)阻力小，能耗顯著降低。

3 流體輸送節(jié)能技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 流體輸送節(jié)能技術(shù)設(shè)計

流體輸送系統(tǒng)中，泵類機械通常是與特定的管路相連的，其工作狀態(tài)點取決于泵類機械的性能曲線和管路的特性曲線[2]。因此，確定系統(tǒng)管路的特性曲線是提高循環(huán)水系統(tǒng)運行效率的關(guān)鍵。由于系統(tǒng)已經(jīng)實際運行，我們可以通過對系統(tǒng)運行工況的在線檢測，采集系統(tǒng)運行中水泵組、管網(wǎng)、末端換熱裝置及冷卻塔等系統(tǒng)的壓力和流量數(shù)據(jù)，采用計算機模擬仿真進行研究分析，導(dǎo)出系統(tǒng)管路的特性曲線，然后根據(jù)泵類機械的性能曲線，找到泵類設(shè)備運行中的最佳工況點及系統(tǒng)優(yōu)化方案。

根據(jù)最佳工況點和系統(tǒng)管路的特性曲線，結(jié)合系統(tǒng)運行中各工況點的溫差數(shù)據(jù)，采用計算流體動力學(xué)及三元流理論，按照設(shè)計參數(shù)初步確定水泵機組形式和水泵參數(shù)，并進行水力設(shè)計。然后模擬計算整體泵機組流場數(shù)值，分析和優(yōu)化不同狀況下的水力損失，最終確定符合系統(tǒng)需求的水力模型和水泵裝置形式，實現(xiàn)泵機組的最高運行效率。

3.2 流體輸送節(jié)能技術(shù)的實現(xiàn)

（1）定做水泵。根據(jù)流體輸送系統(tǒng)的設(shè)計，量身定做3臺高效節(jié)能泵（WKRL200-55）替換原來的水泵（250-B01 110），水泵點擊功率根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果做出調(diào)整，由原來的90 kW降低為55 kW。

（2）調(diào)整進水管路。重新布局和調(diào)整冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的進水管路，增加一個真空引流灌以及相應(yīng)的補水裝置、流量儀表、壓力儀表。

（3）在控制柜內(nèi)安裝計量用電能表及運行累時器。累時器是為了記錄水泵運行累計時間，當(dāng)水泵運行時，則累時器開始計時，水泵停機則累時器停止計時，水泵再次運行時，累時器繼續(xù)從原來的累積時間開始計時。電能表型號為DTS866三相四線電子式，3×1.5（6）A；累時器型號為HB48L，累計計時數(shù)為99999小時，穿心式電流互感器型號為LMZ1-250/5，精度為0.5級，穿心匝數(shù)1。

（4）拆除原有水泵。在對原有水泵進行拆除前，要關(guān)閉暫不運行的備用水泵的進出口閥門。為保證生產(chǎn)的正常運行，應(yīng)統(tǒng)籌安排，按照順序逐步拆除備用水泵。

（5）高效節(jié)能泵的安裝。高效節(jié)能泵的安裝要嚴(yán)格按照施工圖紙進行，水泵安裝位置要適當(dāng)，安裝牢固、平穩(wěn)。安裝時，注意檢查節(jié)能泵的進出口處法蘭、短管材等部件是否完好，如需要應(yīng)更換新部件。

（6）安裝真空引流罐，對出口截止閥DN250進行更換。

（7）對電氣控制柜內(nèi)電氣保護部分做相應(yīng)的調(diào)整或更換。

4 流體輸送節(jié)能技術(shù)應(yīng)用后的能耗評價

某公司2011年5月應(yīng)用流體輸送節(jié)能技術(shù)，總結(jié)分析流體輸送節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前后循環(huán)水系統(tǒng)運行參數(shù)及耗電指標(biāo)（見表1）。

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在流體輸送節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前后耗電指標(biāo)的分析，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)小時耗電應(yīng)用前的197.72 kW降低為應(yīng)用后的74.11 kW，應(yīng)用流體輸送節(jié)能技術(shù)后的節(jié)電率為62.5%。如果冷卻水循環(huán)系統(tǒng)按照年運行350天運行，即運行8400 h，則改進前的年用電總量為166.08萬 kWh，改進后的用電總量為62.25萬 kWh，系統(tǒng)每年可節(jié)省用電103.83萬 kWh，節(jié)約電費近60萬元，經(jīng)濟效益顯著。

5 結(jié)語

目前，我國已把節(jié)能降耗提到了國民經(jīng)濟發(fā)展非常重要的位置，其中水泵節(jié)能屬國家重點推進的十大節(jié)能領(lǐng)域之一的電機系統(tǒng)節(jié)能范疇。據(jù)2001年聯(lián)合同工業(yè)發(fā)發(fā)展組織及國家發(fā)展改革委員會“中國電機系統(tǒng)節(jié)能項目組”進行調(diào)查結(jié)果顯示：我國沒有改造的泵類產(chǎn)品效率平均比國外低5%～8%，而整個水泵系統(tǒng)的效率要低20%左右[3]?？梢姡妙愊到y(tǒng)的節(jié)能改造勢在必行。流體輸送節(jié)能技術(shù)可對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行采集分析，實現(xiàn)系統(tǒng)診斷和系統(tǒng)優(yōu)化，整改不利因素，按照系統(tǒng)最佳工況點運行，在實際應(yīng)用過程中節(jié)能效果顯著，解決了企業(yè)傳統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)存在的大流量、低效率、高能耗的狀況，提升了系統(tǒng)運行效率和能源利用率，顯著提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，是值得大力提倡和推廣應(yīng)用的現(xiàn)代化新型節(jié)能技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉成基，鄧文勝.流體高效節(jié)能技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].四川水泥，2012，2：80-84.

[2] 鄧永春，向波.流體高效節(jié)能技術(shù)在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用[J].四川有色金屬，2013，3：54-57，66.

[3] 張陽.循環(huán)水泵的節(jié)能改造技術(shù)及應(yīng)用[J].化學(xué)工程與裝備，2013，12：118-121.endprint

摘 要：傳統(tǒng)的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)效率低、能耗大，已不能滿足現(xiàn)代企業(yè)對生產(chǎn)過程中高效、節(jié)能的要求，降低了企業(yè)的經(jīng)濟效益。而采用流體輸送高效節(jié)能技術(shù)，可在不改變系統(tǒng)流量和壓力的前提下提高冷卻循環(huán)水系統(tǒng)效率，且節(jié)能效果顯著，可靠性強。本文通過分析傳統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)存在的問題及流體輸送節(jié)能技術(shù)的特點，探討了流體輸送節(jié)能技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用方法及節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：冷卻水循環(huán)系統(tǒng) 流體輸送 節(jié)能

中圖分類號：TQ172 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0058-02

傳統(tǒng)的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)實際工作過程中，狀態(tài)點偏離最佳工況點，無效阻力大，出現(xiàn)能耗大、效率低的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的“變頻節(jié)電”、“三元流葉輪”等節(jié)電技術(shù)局限性大，節(jié)能效果不顯著，難以滿足企業(yè)的生產(chǎn)要求。流體輸送高效節(jié)能技術(shù)是一種系統(tǒng)糾偏優(yōu)化技術(shù)，能有效糾正系統(tǒng)運行時的工況點，使之恢復(fù)到系統(tǒng)的最佳工況點，提高設(shè)備的工作效率，降低能耗。

1 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)高能耗問題及其原因分析

改進前的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)為3臺110 kW冷卻水泵和末端冷卻設(shè)備組成，屬于開式回路機械循環(huán)系統(tǒng)。通常在標(biāo)準(zhǔn)工況下，冷卻水由水泵從冷卻水池送到系統(tǒng)換熱，換熱后被送回冷卻塔中冷卻，如此循環(huán)利用。冷卻水的損耗由供水系統(tǒng)補給。但實際情況下，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的水泵配套管路設(shè)計與施工不理想或運行工況發(fā)生變化，水泵運行的實際工況會不可避免的偏離最佳工況點，甚至?xí)^大偏離，這就降低了泵機組的運行效率，加之國內(nèi)大部分的水泵及電機結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝都相對落后，水泵運行效率低，增加了整個系統(tǒng)的運行能耗。同時，由于管網(wǎng)設(shè)計落后，造成水循環(huán)過程中管網(wǎng)無效阻力較大，無效耗能大，這也是系統(tǒng)效率低、能耗高的重要因素。另外，原有系統(tǒng)往往存在水泵型號與系統(tǒng)裝置不匹配的情況，使得水泵在超流量、低揚程區(qū)運行，效率很低，造成水泵的運行功率超出軸功率，甚至超過了電機的配套功率。為了防止超電流，企業(yè)通常會關(guān)閉一部分水泵的出口閥門，這就造成了能源的浪費。

2 流體輸送節(jié)能技術(shù)

傳統(tǒng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)多采用變頻技術(shù)節(jié)能，只是在原有系統(tǒng)上安裝變頻器及相應(yīng)控制系統(tǒng)，單純通過變頻調(diào)速，調(diào)整輸送流量，節(jié)能效果不明顯且無法計量，可靠性差。而流體輸送節(jié)能技術(shù)不同于變頻節(jié)能技術(shù)，它是利用管路流體力學(xué)特性，對循環(huán)水系統(tǒng)進行糾偏，使之按照最佳工況運行的高效節(jié)能技術(shù)。其技術(shù)原理為：針對化工企業(yè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)運行中普遍存在的低效率、高能耗的情況，以使系統(tǒng)按照最佳工況運行為原則，以降低能耗、提高效率為目標(biāo)，采集系統(tǒng)各項運行的數(shù)據(jù)，利用“CFD”數(shù)據(jù)模擬技術(shù)，建立專業(yè)的水力數(shù)學(xué)模型以及參數(shù)采集標(biāo)準(zhǔn)[1]，對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)優(yōu)化，來準(zhǔn)確找到最佳的工況點，使泵送設(shè)備和管路系統(tǒng)匹配，然后通過整改不利因素，按最佳運行工況的參數(shù)定做高效節(jié)能泵，以替換原有的不利工況、低效運行的水泵，消除增加系統(tǒng)能耗的各項因素，徹底解決循環(huán)水系統(tǒng)的高能耗問題，實現(xiàn)節(jié)能最大化?？梢?，流體輸送節(jié)能技術(shù)采用的水泵是為冷卻水循環(huán)系統(tǒng)量身定做的，比標(biāo)準(zhǔn)泵更符合系統(tǒng)的要求，更貼近系統(tǒng)的最佳工況點。系統(tǒng)管路結(jié)合流體力學(xué)特性進行設(shè)計，并于水泵設(shè)備相匹配，管網(wǎng)阻力小，能耗顯著降低。

3 流體輸送節(jié)能技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 流體輸送節(jié)能技術(shù)設(shè)計

流體輸送系統(tǒng)中，泵類機械通常是與特定的管路相連的，其工作狀態(tài)點取決于泵類機械的性能曲線和管路的特性曲線[2]。因此，確定系統(tǒng)管路的特性曲線是提高循環(huán)水系統(tǒng)運行效率的關(guān)鍵。由于系統(tǒng)已經(jīng)實際運行，我們可以通過對系統(tǒng)運行工況的在線檢測，采集系統(tǒng)運行中水泵組、管網(wǎng)、末端換熱裝置及冷卻塔等系統(tǒng)的壓力和流量數(shù)據(jù)，采用計算機模擬仿真進行研究分析，導(dǎo)出系統(tǒng)管路的特性曲線，然后根據(jù)泵類機械的性能曲線，找到泵類設(shè)備運行中的最佳工況點及系統(tǒng)優(yōu)化方案。

根據(jù)最佳工況點和系統(tǒng)管路的特性曲線，結(jié)合系統(tǒng)運行中各工況點的溫差數(shù)據(jù)，采用計算流體動力學(xué)及三元流理論，按照設(shè)計參數(shù)初步確定水泵機組形式和水泵參數(shù)，并進行水力設(shè)計。然后模擬計算整體泵機組流場數(shù)值，分析和優(yōu)化不同狀況下的水力損失，最終確定符合系統(tǒng)需求的水力模型和水泵裝置形式，實現(xiàn)泵機組的最高運行效率。

3.2 流體輸送節(jié)能技術(shù)的實現(xiàn)

（1）定做水泵。根據(jù)流體輸送系統(tǒng)的設(shè)計，量身定做3臺高效節(jié)能泵（WKRL200-55）替換原來的水泵（250-B01 110），水泵點擊功率根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果做出調(diào)整，由原來的90 kW降低為55 kW。

（2）調(diào)整進水管路。重新布局和調(diào)整冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的進水管路，增加一個真空引流灌以及相應(yīng)的補水裝置、流量儀表、壓力儀表。

（3）在控制柜內(nèi)安裝計量用電能表及運行累時器。累時器是為了記錄水泵運行累計時間，當(dāng)水泵運行時，則累時器開始計時，水泵停機則累時器停止計時，水泵再次運行時，累時器繼續(xù)從原來的累積時間開始計時。電能表型號為DTS866三相四線電子式，3×1.5（6）A；累時器型號為HB48L，累計計時數(shù)為99999小時，穿心式電流互感器型號為LMZ1-250/5，精度為0.5級，穿心匝數(shù)1。

（4）拆除原有水泵。在對原有水泵進行拆除前，要關(guān)閉暫不運行的備用水泵的進出口閥門。為保證生產(chǎn)的正常運行，應(yīng)統(tǒng)籌安排，按照順序逐步拆除備用水泵。

（5）高效節(jié)能泵的安裝。高效節(jié)能泵的安裝要嚴(yán)格按照施工圖紙進行，水泵安裝位置要適當(dāng)，安裝牢固、平穩(wěn)。安裝時，注意檢查節(jié)能泵的進出口處法蘭、短管材等部件是否完好，如需要應(yīng)更換新部件。

（6）安裝真空引流罐，對出口截止閥DN250進行更換。

（7）對電氣控制柜內(nèi)電氣保護部分做相應(yīng)的調(diào)整或更換。

4 流體輸送節(jié)能技術(shù)應(yīng)用后的能耗評價

某公司2011年5月應(yīng)用流體輸送節(jié)能技術(shù)，總結(jié)分析流體輸送節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前后循環(huán)水系統(tǒng)運行參數(shù)及耗電指標(biāo)（見表1）。

冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在流體輸送節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前后耗電指標(biāo)的分析，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)小時耗電應(yīng)用前的197.72 kW降低為應(yīng)用后的74.11 kW，應(yīng)用流體輸送節(jié)能技術(shù)后的節(jié)電率為62.5%。如果冷卻水循環(huán)系統(tǒng)按照年運行350天運行，即運行8400 h，則改進前的年用電總量為166.08萬 kWh，改進后的用電總量為62.25萬 kWh，系統(tǒng)每年可節(jié)省用電103.83萬 kWh，節(jié)約電費近60萬元，經(jīng)濟效益顯著。

5 結(jié)語

目前，我國已把節(jié)能降耗提到了國民經(jīng)濟發(fā)展非常重要的位置，其中水泵節(jié)能屬國家重點推進的十大節(jié)能領(lǐng)域之一的電機系統(tǒng)節(jié)能范疇。據(jù)2001年聯(lián)合同工業(yè)發(fā)發(fā)展組織及國家發(fā)展改革委員會“中國電機系統(tǒng)節(jié)能項目組”進行調(diào)查結(jié)果顯示：我國沒有改造的泵類產(chǎn)品效率平均比國外低5%～8%，而整個水泵系統(tǒng)的效率要低20%左右[3]?？梢?，泵類系統(tǒng)的節(jié)能改造勢在必行。流體輸送節(jié)能技術(shù)可對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行采集分析，實現(xiàn)系統(tǒng)診斷和系統(tǒng)優(yōu)化，整改不利因素，按照系統(tǒng)最佳工況點運行，在實際應(yīng)用過程中節(jié)能效果顯著，解決了企業(yè)傳統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)存在的大流量、低效率、高能耗的狀況，提升了系統(tǒng)運行效率和能源利用率，顯著提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，是值得大力提倡和推廣應(yīng)用的現(xiàn)代化新型節(jié)能技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉成基，鄧文勝.流體高效節(jié)能技術(shù)在冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用[J].四川水泥，2012，2：80-84.

[2] 鄧永春，向波.流體高效節(jié)能技術(shù)在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用[J].四川有色金屬，2013，3：54-57，66.

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