風(fēng)機(jī)降低能耗提高風(fēng)量的技術(shù)應(yīng)用

王乃充，張洪亮

（1.中國(guó)石油吉林石化公司乙二醇廠，吉林吉林 132022；2.吉林吉化建修有限公司，吉林吉林 132021）

0 引言

風(fēng)機(jī)是循環(huán)水散熱主要設(shè)備之一，對(duì)其進(jìn)行改造是提高其散熱能力的主要方式之一。目前吉林石化公司乙二醇廠的風(fēng)機(jī)動(dòng)能來(lái)自電機(jī)，不能改變風(fēng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)也是制約改造的因素。在當(dāng)今高質(zhì)量發(fā)展的要求下，很有必要進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，達(dá)到節(jié)能和發(fā)展目的。

本項(xiàng)目著重對(duì)風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行物理結(jié)構(gòu)上技術(shù)改造及效果分析。

1 項(xiàng)目概述

冷卻塔是石化企業(yè)的重要設(shè)備，均采用軸流風(fēng)機(jī)輸送空氣，其狀態(tài)好壞直接影響整個(gè)產(chǎn)線的穩(wěn)定順行。風(fēng)機(jī)葉輪是唯一和氣體作功的部件，風(fēng)機(jī)的效率與葉片的型式有關(guān)?，F(xiàn)役軸流風(fēng)機(jī)葉片是普遍葉型，現(xiàn)擬更新成三維型高效節(jié)能軸流風(fēng)機(jī)葉片，其葉片按照空氣動(dòng)力學(xué)原理沿徑向設(shè)計(jì)成不同的扭曲度，實(shí)現(xiàn)相同風(fēng)量工況下運(yùn)行能耗降低目的。

新型葉片采用中空結(jié)構(gòu)且通過(guò)高壓包模工藝制造，中空部分沒(méi)有任何金屬嵌件、探條，并添加碳纖維及防腐防紫外線材料，因此風(fēng)機(jī)葉片能夠達(dá)到最適宜的強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕、防水、抗紫外線侵蝕。葉片迎風(fēng)面涂有額外防腐蝕環(huán)氧油漆，以確保風(fēng)機(jī)在高溫、潮濕的環(huán)境下正常運(yùn)行。

2 翼型的理論、指標(biāo)及特點(diǎn)

2.1 翼型定義

葉片翼型的氣動(dòng)性能具有決定性的影響，高性能的翼型研究及運(yùn)用一直是葉片的發(fā)展方向，風(fēng)機(jī)升阻比是重要的參數(shù)。本次擬采用風(fēng)機(jī)獲得國(guó)家專(zhuān)利（發(fā)明專(zhuān)利證書(shū)號(hào)：第1674631）的葉片生產(chǎn)單位產(chǎn)品。具有效率高、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。

2.1 升阻比K

葉片在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，在同一迎角的升力L 與阻力D 的比值，也是升力系數(shù)CL與與阻力系數(shù)CD的比值，即K=L/D=CL/CD。其中，升力系數(shù)CL、與阻力系數(shù)CD由翼型來(lái)決定。

升阻比K 是評(píng)定風(fēng)量大小特性重要的指標(biāo)，也是體現(xiàn)葉片效率的一個(gè)重要參數(shù)。對(duì)于已經(jīng)確定的風(fēng)機(jī)電機(jī)，葉片制作及迎角的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。影響翼型葉片參數(shù)，其中葉片異形是設(shè)計(jì)關(guān)鍵，該企業(yè)具備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力并有業(yè)績(jī)。

2.3 新葉片性能及特點(diǎn)

應(yīng)用空氣動(dòng)力學(xué)原理，設(shè)計(jì)出高效能的最佳形狀的葉片。新設(shè)計(jì)的葉片異形，其相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 葉片異形的相關(guān)參數(shù)

新型葉片有如下特點(diǎn)：①更低吸水性；②更好的表面拋光；③唯一性，量身定制、一對(duì)一、面對(duì)面；④簡(jiǎn)單，只需更換葉輪與輪轂，電機(jī)、減速機(jī)等其他部保不變；⑤高效性，運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高葉輪的升阻比，從而將效率可以提高到86%～90%；⑥安全性，葉片原料的特性，采用碳纖維，在動(dòng)力學(xué)條件下，安全因素超出10 倍；⑦平衡性，進(jìn)行動(dòng)、靜平衡測(cè)試，風(fēng)機(jī)葉片和輪轂；⑧節(jié)能率達(dá)到10%以上，可在較短時(shí)間內(nèi)回收成本；⑨安環(huán)評(píng)價(jià)無(wú)新的環(huán)保、消防及安全問(wèn)題。

3 計(jì)算過(guò)程

3.1 節(jié)能率計(jì)算

根據(jù)公式，節(jié)能率η＝（I2-I1）/I2。其中，I1為改前電流（由電氣儀表鉗形表測(cè)出），I2為不改葉片情況下風(fēng)量從Q1（改造前實(shí)際測(cè)量）到Q2（改后并調(diào)整葉片角度的風(fēng)量）所需要電流。

根據(jù)風(fēng)量和電流的關(guān)系，可知I2＝（Q2/Q1）3I1。進(jìn)而可以計(jì)算得到節(jié)能率。

3.2 數(shù)據(jù)采集

測(cè)點(diǎn)布置根據(jù)風(fēng)筒直徑，在兩條相互垂直的直徑上，按等環(huán)形面積法各布置10 個(gè)測(cè)點(diǎn)（圖1），用風(fēng)速儀測(cè)試各點(diǎn)流速。其中，ΦD為風(fēng)筒直徑，Φd為無(wú)效區(qū)直徑。

體積流量用Q 表示，指風(fēng)筒各點(diǎn)流速平均值乘以風(fēng)筒有效面積，Q=v×A×3600。其中，A 為有效面積，m2；v 為平均風(fēng)速，m/s。，其中，R 為測(cè)量點(diǎn)直徑，R0為無(wú)效區(qū)直徑。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置

3.3 節(jié)能估算

3.3.1 設(shè)備的節(jié)電量計(jì)算

風(fēng)機(jī)規(guī)格為ZJK470，單臺(tái)設(shè)備功率30 kW。按全年運(yùn)行7200 h（300 d）、電費(fèi)0.88 元/（kW·h）、電機(jī)消耗功率為0.85、節(jié)能率為0.1 計(jì)算，年節(jié)能18 360.00 kW·h（相當(dāng)于噸標(biāo)煤值1.35），每年節(jié)電費(fèi)用16 156.00 元。即：年節(jié)電金額＝電機(jī)消耗功率×節(jié)能率×年運(yùn)行時(shí)間×電費(fèi)×負(fù)載率，即30×7200×0.1×0.88×0.85＝16 156 元。

3.3.2 風(fēng)量和水場(chǎng)水蒸發(fā)的速度、水溫及環(huán)境溫度關(guān)系

不更換電機(jī)改造前、后的實(shí)測(cè)電流不變的情況下，風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)風(fēng)量平均增加5%以上。

一定大氣壓下，在水的溫度一定時(shí)，一定風(fēng)量，環(huán)境溫度比水大時(shí)，水的蒸發(fā)速度快，環(huán)境溫度比水小時(shí)，換熱快，同時(shí)蒸發(fā)主要看風(fēng)量。當(dāng)環(huán)境溫度比水小時(shí)，水與風(fēng)的接觸面積一定下，風(fēng)量越大水的蒸發(fā)速度快，反之則慢。

這里有很多先決條件，它實(shí)際上涉及很多方面，是各種各樣的因素的組合，情況非常復(fù)雜。熱力學(xué)公式具體情況下時(shí)按相應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。

3.4 投資回報(bào)

更改一臺(tái)的費(fèi)用約4.7 萬(wàn)元，相當(dāng)于4.7/1.6156＝2.9 年可以收回投資。

目前，101 廠水汽車(chē)間（動(dòng)力形式為電機(jī)）已經(jīng)改造一臺(tái)，丙烯睛廠一循車(chē)間（動(dòng)力形式為水輪機(jī)）改造兩臺(tái)。

4 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及雙方職責(zé)界定

改造后設(shè)備的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 改造后的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

雙方職責(zé)的界定。

甲方（設(shè)備使用方）：①負(fù)責(zé)對(duì)乙方人員進(jìn)行安全教育與危險(xiǎn)源交底；②為乙方人員提供作業(yè)過(guò)程中的安全防護(hù)措施，并派專(zhuān)員現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)督；③負(fù)責(zé)舊風(fēng)機(jī)拆卸和新風(fēng)機(jī)的安裝；（改造不含安裝費(fèi)）④負(fù)責(zé)檢測(cè)用的腳手架搭設(shè)等工作。

乙方（設(shè)備提供方）：①乙方人員應(yīng)遵守甲方的各項(xiàng)制度與安全規(guī)程；②現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)聽(tīng)從安全監(jiān)督員的指揮，服從管理；③做好新、舊風(fēng)機(jī)相關(guān)性能參數(shù)的檢測(cè)，并做好記錄；④對(duì)新安裝的風(fēng)機(jī)進(jìn)行認(rèn)真調(diào)試，滿足業(yè)主使用要求。

5 設(shè)備安裝的注意事項(xiàng)

（1）人員。人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)前進(jìn)行安全教育。

（2）安裝前檢測(cè)。安裝前期調(diào)研檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)了解現(xiàn)役風(fēng)機(jī)型號(hào)規(guī)格、設(shè)計(jì)風(fēng)量、配套電機(jī)、運(yùn)行電流、安裝尺寸等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；并對(duì)實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行的風(fēng)量、風(fēng)壓進(jìn)行測(cè)試。時(shí)間兩周。

（3）設(shè)計(jì)制作。產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造，分析設(shè)備現(xiàn)狀與不足，針對(duì)性的設(shè)計(jì)及制作，確保改造有效性。周期兩個(gè)月。

（4）現(xiàn)場(chǎng)組裝?，F(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，不影響生產(chǎn)，利用設(shè)備停機(jī)檢修或系統(tǒng)熱負(fù)荷較小時(shí)間更換安裝葉輪。安裝隊(duì)人員、落實(shí)施工材料，風(fēng)機(jī)葉片組件、輪轂組件等運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

（5）工機(jī)具準(zhǔn)備。配備相應(yīng)噸位的吊車(chē)，安排現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)及其它配套工作準(zhǔn)備。

（6）更換。配合施工單位組織檢修人員（5 名），且配備力矩扳手，在設(shè)備提供方現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員指導(dǎo)下按照風(fēng)機(jī)安裝說(shuō)明書(shū)，進(jìn)行作業(yè)。

（7）更換檢測(cè)。風(fēng)機(jī)安裝結(jié)束，進(jìn)行試車(chē)。并測(cè)試改后的風(fēng)量和運(yùn)行電流情況。

（8）周期。預(yù)計(jì)整個(gè)安裝周期為3 個(gè)月。

6 設(shè)備的維修

日常維修需要按照企業(yè)檢修標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備的管理維護(hù)要求和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)以及合同條款組織檢修，以保證裝置安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。