流體輸送技術(shù)在冷媒水系統(tǒng)節(jié)能技改中的應(yīng)用

馮國強(qiáng)

（焦作煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 河南焦作）

一、引言

焦作煤業(yè)（集團(tuán)）開元化工有限責(zé)任公司是一家年產(chǎn)20萬噸離子膜燒堿，配套年產(chǎn)6萬噸高純鹽酸、3萬噸三氯氫硅、15萬噸環(huán)氧氯丙烷、8萬噸環(huán)氧樹脂的大型化工企業(yè)，冷媒水系統(tǒng)能耗在離子膜燒堿裝置生產(chǎn)能耗中占較大比重。冷媒水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，常常出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行效率不高、電機(jī)運(yùn)行功率偏大等現(xiàn)象，不僅縮短電機(jī)的使用壽命，同時(shí)造成電能浪費(fèi)?？凭S公司采用流體輸送Go·Well技術(shù)對開元化工公司冷媒水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)查和檢測，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷情況，對離子膜燒堿裝置工藝?yán)涿剿到y(tǒng)實(shí)施節(jié)能技改，取得了顯著的節(jié)電效果。

二、流體輸送Go·Well技術(shù)簡介

流體輸送Go·Well技術(shù)作為一項(xiàng)解決冷卻循環(huán)水系統(tǒng)高耗能問題的先進(jìn)技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于石油化工、鋼鐵冶金、中央空調(diào)等行業(yè)，節(jié)電率達(dá)16%～85%。該技術(shù)由數(shù)據(jù)采集（檢測）技術(shù)、系統(tǒng)診斷分析技術(shù)、系統(tǒng)優(yōu)化改造技術(shù)、ECOWELL高效節(jié)能泵及變頻節(jié)能控制系統(tǒng)等四部分組成，也稱“3+1”節(jié)能技術(shù)。

流體輸送Go·Well技術(shù)從系統(tǒng)優(yōu)化入手，具有準(zhǔn)確檢測、診斷分析功能，節(jié)能徹底、技改方法可靠，可準(zhǔn)確計(jì)算、計(jì)量節(jié)電效益。該技術(shù)主要針對目前工礦企業(yè)流體介質(zhì)輸送系統(tǒng)，特別是循環(huán)水系統(tǒng)普遍存在的“低效率、高能耗”狀況，以最佳工況運(yùn)行、最合理能耗為指導(dǎo)原則，從影響水泵能耗最根本的3大要素（管路阻抗、運(yùn)行效率、輸送流量）入手，憑借專有的先進(jìn)的參數(shù)采集標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算機(jī)仿真模擬等技術(shù)手段，通過檢測復(fù)核系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行工況，準(zhǔn)確判斷高能耗原因，提出系統(tǒng)過程能量優(yōu)化最佳解決方案。通過整改管網(wǎng)不利因素，優(yōu)化系統(tǒng)換熱裝置，按最佳運(yùn)行工況參數(shù)定做更換ECOWELL高效節(jié)能泵等，消除因系統(tǒng)配置不合理引起的高能耗，實(shí)現(xiàn)配置優(yōu)化，運(yùn)行控制優(yōu)化，降低因負(fù)荷變化大引起的高能耗。

三、系統(tǒng)運(yùn)行情況及存在問題

1.系統(tǒng)運(yùn)行情況

冷媒水系統(tǒng)泵站位于以地面為基準(zhǔn)0 m處，配置循環(huán)水泵4臺。主要供液化、合成工段和辦公大樓的閉式中央空調(diào)使用。水泵型號 DFW200-500（II）/4/110 ，功率 110 kW，流量 305 m3/h，揚(yáng)程80 m，轉(zhuǎn)速1450 r/min，電機(jī)型號Y2-315S-4，功率110 kW。運(yùn)行模式為2臺100 kW冷卻水泵+4臺制冷機(jī)+需冷卻的設(shè)備，每年總運(yùn)行時(shí)間8000 h。根據(jù)實(shí)測參數(shù)、流體輸送工程學(xué)復(fù)核，循環(huán)水系統(tǒng)2臺水泵各種運(yùn)行方式的實(shí)際能耗為102.47 kW和103.37 kW，總能耗205.84 kW。冷媒水系統(tǒng)配置見圖1。

2.問題

2臺DFW200-500（II）/4/110水泵在不同運(yùn)行模式下均出現(xiàn)超電流、超功率現(xiàn)象，偏離水泵實(shí)際工況，水泵運(yùn)行效率較低、循環(huán)水系統(tǒng)輸送效率低下，造成較大的能量損耗。

圖1 冷媒水水系統(tǒng)示意圖

四、系統(tǒng)改造方案

對現(xiàn)有的2臺配套110 kW電機(jī)的水泵，通過系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整及高效節(jié)能泵設(shè)計(jì)，在保障冷媒水系統(tǒng)生產(chǎn)工藝要求，水泵實(shí)際運(yùn)行壓力＞0.5 MPa，流量＞350 m3/h的前提下，達(dá)到節(jié)能效果。同時(shí)保證改造不會對系統(tǒng)造成任何不良影響，能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)安全需求。

（1）采用流體輸送Go·Well技術(shù)對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析、研究，結(jié)合生產(chǎn)工藝特征，設(shè)計(jì)冷媒水系統(tǒng)過程能量優(yōu)化解決方案，分析系統(tǒng)裝置熱負(fù)荷以及工藝特點(diǎn)，按經(jīng)濟(jì)供回水溫差原則及供水壓力與設(shè)計(jì)壓力比較，判斷流量的合理性，并確定合理流量，做到“裝置側(cè)合理用水、泵站側(cè)高效供水”，降低水送能耗指標(biāo)。

（2）運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)分析管網(wǎng)水力節(jié)點(diǎn)平衡，得到可實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)管網(wǎng)性能曲線，即相應(yīng)流量下所對應(yīng)實(shí)際需要的最小阻力，降低系統(tǒng)管網(wǎng)阻抗，提高管網(wǎng)運(yùn)行效率，并為后期提供與系統(tǒng)相匹配的高效節(jié)能泵提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

（3）對泵站原有各種運(yùn)行模式的工況分析，判斷電機(jī)及水泵的實(shí)際運(yùn)行效率是否高效，并結(jié)合裝置側(cè)所需的技術(shù)參數(shù)要求，制定最優(yōu)的泵組搭配運(yùn)行模式及運(yùn)行參數(shù)，確定高效節(jié)能泵參數(shù)設(shè)計(jì)值，做好泵站優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（4）采用國外先進(jìn)的“CFD”仿真模擬技術(shù)，通過精確模擬，設(shè)計(jì)出去優(yōu)化的水力模型，確保ECOWELL高效泵性能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，并確保在各種運(yùn)行模式下均處于高效運(yùn)行。通過可量身定做的ECOWELL高效節(jié)能泵，能恰好處在最佳工況運(yùn)行；其水力模型先進(jìn)，機(jī)械加工精度高，水泵效率比常規(guī)高10% 以上；效率高效區(qū)域?qū)拸V，更能適應(yīng)因負(fù)荷變化引起的各種變工況運(yùn)行；水泵機(jī)械性能卓越，鑄件采用樹脂砂造型鑄造，所有零部件經(jīng)CAM加工；水泵壽命長、振動(dòng)小、噪聲低，電機(jī)溫度低。

五、系統(tǒng)改造實(shí)施

1.技改實(shí)施內(nèi)容

系統(tǒng)節(jié)能技改主要施工內(nèi)容：①對系統(tǒng)的水力平衡及供水閥門開度進(jìn)行合理調(diào)整，測量系統(tǒng)循環(huán)水量，優(yōu)化管網(wǎng)阻抗并制定合理的運(yùn)行參數(shù)，再根據(jù)調(diào)試方案對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以便技改后泵特性能夠與管網(wǎng)特性相匹配，并處在高效區(qū)運(yùn)行，從而提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。②更換ECOWELL高效節(jié)能泵2臺，采用高效雙吸離心式水泵。泵體、泵蓋材料為HT250，葉輪為QT，軸為45號鋼，密封環(huán)為不銹鋼。水泵軸承潤滑方式為油脂潤滑，軸套為不銹鋼，軸封型式為機(jī)械密封，軸承為滾動(dòng)軸承。水泵整機(jī)壽命可達(dá)20年，效率≥88%，在正常運(yùn)行情況下泵組可連續(xù)運(yùn)行時(shí)間≥250 000 h，軸承無故障運(yùn)行時(shí)間≥10 000 h。在原控制柜內(nèi)沒有電能表的地方安裝電能表及循環(huán)水能耗目標(biāo)管理計(jì)量系統(tǒng)（帶累時(shí)器功能），以準(zhǔn)確計(jì)量技改前、后設(shè)備能耗。

2.設(shè)備安裝與系統(tǒng)調(diào)試

施工前，完成對系統(tǒng)換熱裝置的水量分配及各運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整，并確定合理運(yùn)行工況，對供回水閥門開度進(jìn)行合理調(diào)整。泵站改造安裝順序首先從備用泵開始逐一更換，每臺泵安裝完畢后及時(shí)調(diào)試，達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)平穩(wěn)運(yùn)行后，再進(jìn)行下一臺泵安裝，以此類推以保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。更換后的ECOWELL高效節(jié)能泵的聯(lián)軸器按照原有規(guī)格制作，以保證能夠與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接。安裝時(shí)對原有機(jī)座及進(jìn)出口管道做適當(dāng)處理，保證水泵平穩(wěn)、可靠運(yùn)行；電動(dòng)機(jī)保護(hù)參數(shù)需重新整定，使之與更換后ECOWELL高效節(jié)能泵運(yùn)行工況相匹配。設(shè)備安裝完畢后對水泵及系統(tǒng)運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)試，試運(yùn)行72 h，根據(jù)測試的運(yùn)行情況，對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，滿足生產(chǎn)要求且無任何異常現(xiàn)象，最終達(dá)到不影響系統(tǒng)末端換熱設(shè)備使用效果。

六、改造效果

通過對技改前后耗電量的實(shí)際測算，冷媒水系統(tǒng)運(yùn)行兩臺泵每小時(shí)耗電由技改前的205.84 kW·h下降為技改后的141.28 kW·h，每小時(shí)節(jié)電64.56 kW·h，節(jié)電率31.4%，按每年冷媒水系統(tǒng)運(yùn)行8000 h計(jì)，每年節(jié)電516 480 kW·h。