循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化研究

范江洋

摘要：循環(huán)水系統(tǒng)是石化行業(yè)必備的公用工程之一，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠降低石化企業(yè)的能耗，提高循環(huán)水系統(tǒng)的能源利用效率，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)工業(yè)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?；诖?，文章主要對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，希望能夠?yàn)槭髽I(yè)水循環(huán)利用工作的開展提供基礎(chǔ)保障。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水系統(tǒng)；節(jié)能優(yōu)化；技術(shù)

高能耗是化工生產(chǎn)企業(yè)的主要特征之一，循環(huán)水系統(tǒng)能耗占化工生產(chǎn)中整體能耗的大部分?，F(xiàn)階段，石化企業(yè)已將降低裝置能耗作為重點(diǎn)工作，投入大量的人力物力進(jìn)行節(jié)能降耗工作，以此來提升產(chǎn)品利潤(rùn)進(jìn)而提高企業(yè)綜合競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。因此，石化企業(yè)在工業(yè)生產(chǎn)過程中，做好循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能工作，對(duì)企業(yè)發(fā)展有著重要的意義。

1當(dāng)前循環(huán)水系統(tǒng)發(fā)展概況

國(guó)內(nèi)外均在積極開展循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)研究，主要是借助水力發(fā)電水輪機(jī)技術(shù)進(jìn)行了大量的研究與應(yīng)用，用水輪機(jī)替代電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)是國(guó)內(nèi)外涼水塔節(jié)能的主要技術(shù)措施。涼水塔上所用水輪機(jī)是利用回水余壓將水流動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，從而帶動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的原動(dòng)機(jī)，它屬于利用水能的原動(dòng)機(jī)。應(yīng)用于涼水塔上替代電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的水輪機(jī)主要有低速混流式三元流模擬設(shè)計(jì)水輪機(jī)、低速混流式補(bǔ)償設(shè)計(jì)水輪機(jī)、高速混流式水輪機(jī)三種，以低速混流式三元流模擬設(shè)計(jì)水輪機(jī)較為先進(jìn)，效率在90%以上。為了降低循環(huán)水站涼水塔能耗，用水輪機(jī)替代電機(jī)驅(qū)動(dòng)循環(huán)水站涼水塔風(fēng)機(jī)并優(yōu)化其操作方法和操作條件，是今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的一項(xiàng)主要節(jié)能措施，國(guó)內(nèi)外已有多家企業(yè)在循環(huán)水站涼水塔上開始采用水輪機(jī)替代電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)。

2循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)分析

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了確保機(jī)泵安全運(yùn)行，出口閥開度較小，機(jī)泵實(shí)際出口循環(huán)水流量與設(shè)計(jì)值相差較大。盡管如此，循環(huán)水回水總管仍有余壓至少0.25MPa，循環(huán)水系統(tǒng)主要采用調(diào)節(jié)循環(huán)水管路閥門開度的方法來控制循環(huán)水流量，系統(tǒng)壓力主要損失在循環(huán)水管路閥門和涼水塔噴頭上，這些損失在閥門和噴頭上的余壓有極大的利用潛力和價(jià)值。

2.1水輪機(jī)的優(yōu)化

水輪機(jī)的應(yīng)用在不改變?cè)鋮s塔系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)了電發(fā)動(dòng)機(jī)所具有的相同的功能，并節(jié)約了電耗，同時(shí)保證冷卻效果保持一致。水輪機(jī)的能量來源是回水壓力，但現(xiàn)在循環(huán)水系統(tǒng)通過合理的設(shè)計(jì)往往回水壓力達(dá)不到0.2MPa，當(dāng)循環(huán)水回水壓力低于0.2MPa時(shí)，水輪機(jī)的應(yīng)用限制較多。回水的壓力較高，但能量來自循環(huán)水泵，泵自身也有功率損耗存在，且循環(huán)水在整個(gè)系統(tǒng)壓損較大。

2.2變頻技術(shù)在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

循環(huán)水系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初就可能存在循環(huán)水量大于實(shí)際用量，某延遲焦化裝置有兩臺(tái)循環(huán)水泵，一臺(tái)水泵出口全開，一臺(tái)出口開50%，電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行能耗浪費(fèi)嚴(yán)重。通過對(duì)其中一臺(tái)電機(jī)進(jìn)行變頻改造優(yōu)化，通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速大大降低電機(jī)能耗。以冷量“按需供應(yīng)”的原則調(diào)整運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的頻率，通過對(duì)供水量以及水溫的合理調(diào)節(jié)，變更設(shè)備的傳統(tǒng)控制方式。然而高壓變頻系統(tǒng)存在以下弊端，高壓變頻技術(shù)成熟度低，變頻設(shè)備占地較大，且高壓變頻投入較高等，這些因素限制了高壓變頻在循環(huán)水系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用。

2.3閉路循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用

閉路循環(huán)水系統(tǒng)最大的優(yōu)勢(shì)是循環(huán)水系統(tǒng)冷卻水不與外界接觸，進(jìn)而避免空氣中的雜質(zhì)進(jìn)入到循化水系統(tǒng)。其系統(tǒng)原理如下所示：

閉路循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)水使用除鹽水或軟化水，降低換熱器的結(jié)垢，提高整個(gè)系統(tǒng)的換熱效率，同時(shí)能夠節(jié)省大量的助劑投入。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外蒸發(fā)式冷卻研究情況來看，美國(guó)對(duì)蒸發(fā)式冷卻研究較為深入，通過蒸發(fā)式冷卻技術(shù)的大量研究，推動(dòng)了蒸發(fā)式冷卻理論體系的建立，推動(dòng)該技術(shù)轉(zhuǎn)向閉式冷卻塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)、傳熱傳質(zhì)強(qiáng)化以及工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。但投資費(fèi)用較高，回收期較長(zhǎng)，限制其在石油化工行業(yè)的推廣應(yīng)用。

2.4節(jié)能水泵的應(yīng)用

流體輸送高效節(jié)能水泵的應(yīng)用適合循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能，且節(jié)能效果顯著。節(jié)能水泵相對(duì)普通水泵將揚(yáng)程大大降低，若原系統(tǒng)泵出口壓力為0.67MPa，改為節(jié)能泵后泵出口壓力降為0.3MPa。如循環(huán)水系統(tǒng)能夠接受揚(yáng)程的大幅降低同時(shí)仍能保證裝置的正常換熱，節(jié)能泵效果顯著。

2.5循環(huán)水泵葉輪切削優(yōu)化

葉輪切削指的是對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的水泵葉輪邊緣進(jìn)行切削，降低水泵出力，實(shí)現(xiàn)揚(yáng)程和流量的降低，水泵在運(yùn)行過程中能耗會(huì)有所降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。通過切割葉輪的方法直接降低水泵的流量和揚(yáng)程降低水泵的運(yùn)行功率，達(dá)到節(jié)能的目的。葉輪切割的優(yōu)化改造，使得其施工周期變短，成效變快，但切割葉輪也會(huì)導(dǎo)致效率降低，可以通過更換高效葉輪降低循環(huán)水能耗，提高能源利用效率。

2.6循環(huán)水系統(tǒng)其他節(jié)能技術(shù)

第一，智能閥門技術(shù)。采用智慧閥門技術(shù)，對(duì)石化企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行改造，配合高效節(jié)能泵技術(shù)，可有效解決循環(huán)水系統(tǒng)普遍的動(dòng)態(tài)熱力失調(diào)和水力失調(diào)問題，節(jié)能效果明顯。

第二，亞音頻波處理工業(yè)冷卻水技術(shù)。亞音頻波傳送給能量增進(jìn)器，水中能量增強(qiáng)，而循環(huán)水中心的氧原子可與冷卻水系統(tǒng)中的銅材以Cu2O形式存在，或與鋼材氧化產(chǎn)物以Fe3O4形式存在，可以有效抑制裝置的腐蝕。

第三，冷卻塔水蒸氣回收技術(shù)。由于循環(huán)水補(bǔ)水絕大部分都用于蒸發(fā)消耗，通過對(duì)冷卻塔蒸發(fā)水回收，可以降低新鮮水的用量。利用CRECT冷卻塔蒸發(fā)水汽回收裝置進(jìn)行蒸發(fā)水汽回收，技術(shù)可行，且已有工業(yè)應(yīng)用。

2.6涼水塔的節(jié)能優(yōu)化

第一，涼水塔供回水工藝參數(shù)設(shè)置。循環(huán)水站用能主要為循環(huán)水泵和涼水塔電動(dòng)風(fēng)機(jī)，一般開三臺(tái)循環(huán)水泵、四臺(tái)涼水塔電動(dòng)風(fēng)機(jī)、三臺(tái)涼水塔電動(dòng)風(fēng)機(jī)。涼水塔回水流量在11400立方米/小時(shí)，供水壓力、溫度為0.50-0.54MPa、33℃，回水壓力、溫度為0.26-0.28MPa、33℃，溫差4-6℃。

第二，循環(huán)水站供回水系統(tǒng)壓力，通過控制循環(huán)水泵出口蝶閥或涼水塔上塔蝶閥開度大小、布水噴淋頭上浪費(fèi)的壓頭進(jìn)行壓力平衡調(diào)節(jié)，盡量調(diào)低供、回水系統(tǒng)壓力到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（0.50/0.25MPa）。

第三，涼水塔進(jìn)水與電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)工作可以分開進(jìn)行。涼水塔進(jìn)水與水輪機(jī)做功驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行需同時(shí)進(jìn)行，且水輪機(jī)做功需預(yù)先憋壓（提高回水總管壓力0.05MPa）后，迅速進(jìn)水開機(jī)以保證水輪機(jī)出口負(fù)壓的形成；倒塔時(shí)其它運(yùn)行的水輪機(jī)需適當(dāng)關(guān)小進(jìn)機(jī)電動(dòng)閥門，防止超速。

結(jié)束語

總而言之，在石化企業(yè)生產(chǎn)過程中，對(duì)其循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠有效降低企業(yè)的水資源能耗問題，有助于企業(yè)的良性發(fā)展。因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)深入分析循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化技術(shù)，提高循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行效率，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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