煉油化工循環(huán)水節(jié)能降耗的可行性研究

史雪冬 (中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

循環(huán)水作為煉油化工企業(yè)等大型工業(yè)企業(yè)之必不可少的公輔系統(tǒng)，在生產(chǎn)中發(fā)揮著至關重要的作用。然而，實際生產(chǎn)中因設備老舊、技術落后或其他管理問題，產(chǎn)生了嚴重的高耗能。在當前國家推進綠色發(fā)展、碳中和、碳達峰戰(zhàn)略的背景下，需要結合新技術和新方法對循環(huán)水的生產(chǎn)進行節(jié)能降耗研究，降低企業(yè)生產(chǎn)成本的同時實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 背景

循環(huán)水系統(tǒng)是石油化工的能耗大戶，尤其是其電能消耗在全廠占比很大?；葜菔黄诘谝谎h(huán)水場主要為加氫、重整裝置設備提供循環(huán)水，現(xiàn)場裝有5臺水泵、4臺水輪機，冬季循環(huán)水溫差6.2 ℃，夏季溫差6 ℃；在6～10 ℃控制范圍內，系統(tǒng)供水與回水壓差約0.2 MPa。目前循環(huán)水泵效率在80%左右，有較大提升空間。同時一循系統(tǒng)在夏季嚴酷氣候時，存在水溫偏高和降溫困難的問題。

循環(huán)水場在設計之初通常預留一定的富余能力；且根據(jù)開工以來的實際運行狀況，設計的確存在一定節(jié)能空間。在開展節(jié)能降耗的大趨勢下，有必要對循環(huán)水系統(tǒng)進行節(jié)能改造。

2 原因及解決方案

2.1 原因分析

通過對一循循環(huán)水系統(tǒng)進行調查、檢測，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行高耗能的原因主要包括：設備與系統(tǒng)運行效率較低、汽蝕現(xiàn)象嚴重、密封不嚴、部分管路配置不合理、系統(tǒng)阻力較大、換熱溫差較低、冷卻塔效果還需進一步優(yōu)化等，有系統(tǒng)自身原因，也外部用戶原因。

2.2 解決方案

根據(jù)現(xiàn)場實際工況選取在線流體系統(tǒng)的節(jié)點，測量流體壓力、測量系統(tǒng)動力機械的功率、檢定系統(tǒng)管路的合理性、測算系統(tǒng)特性，從而分析判斷循環(huán)水系統(tǒng)用能中的不合理因素；模擬計算系統(tǒng)計算，改善動力機械與系統(tǒng)匹配問題，從而提出綜合節(jié)能方案，提高循環(huán)水系統(tǒng)運行的總效率。方案內容主要包括：換熱器單元運行狀況檢測、冷卻塔單元運行檢測、換熱工況、管網(wǎng)單元阻力檢測 (水力閥改微阻閥)、機泵單元運行工況檢測 (揚程、流量、效率)、風機葉片效率檢測以及整體優(yōu)化設計、智慧能源管理平臺設計、高效節(jié)能設備的定制、安裝、調試、標定等。

2.3 改造主要內容

改造內容主要包括對5臺循環(huán)水泵(4臺大泵電機利舊，核算后不用換電機)、5臺泵出口水力閥和5臺風機葉片的更換改造。

(1)泵重新設計選型，型式不變 (仍為水平中開單級雙吸)，將原填料密封結構更換為機械密封結構的離心泵，同時提高制造標準至API610標準，電機保持不動；

(2)泵出口水力閥改為微阻管力閥，以降低泵出口的管阻損失；配套法蘭仍保持與現(xiàn)有閥門相同，以減少出口管線改造；

(3)風機葉片改造為新型材料制造的葉片，從而減輕葉片重量，增大風機風量，降低電機輸入功率。

2.4 考核要求

(1)一循改造實施后，分冬、夏兩種運行模式聯(lián)試考核?？己撕细駱藴蕿檫_到工藝冷卻水要求和循環(huán)水工藝指標；

(2)3臺大泵并聯(lián)運行，總管流量≥17 000 m3/h，總管壓力≥0.44 MPa；

(3)4臺(3大1小) 泵并聯(lián)運行，總管流量≥1 900 m3/h，總管壓力≥0.46 Pa，同時冷卻塔水輪機進水管壓力≥0.12 MPa；

(4)改造后一循供水總能力達到原設計值的20 000 m3/h。

2.5 節(jié)能核算及能耗測定方法

核算依據(jù)：將改造前現(xiàn)有的循環(huán)水系統(tǒng)使用的5臺泵運行的電流表實際值作為計算改造前后電力消耗數(shù)據(jù)的依據(jù)。

改后能耗測定方法：當系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，在每臺水泵連續(xù)運行15天的基礎上，每5天取一次電流表數(shù)據(jù)，取均值，再以此電耗差值進行節(jié)能率計算。

3 主要技術要點及創(chuàng)新點

在本次改造中，循環(huán)水系統(tǒng)高效節(jié)能技術得到了很好的應用，主要技術要點和創(chuàng)新點如下：

(1)對在線流體系統(tǒng)糾偏。根據(jù)現(xiàn)場實際，建立水力模型，判斷引起高能耗的因素，找到系統(tǒng)最佳運行工況點，以達到節(jié)能降耗的目的。

(2)高位循環(huán)水系統(tǒng)糾偏。部分高低位設備存在于同一循環(huán)水系統(tǒng)中，為保證高位冷卻設備中一定的流量和壓力，需提高母管的揚程和流量，這對低位設備而言將是巨大浪費。通過優(yōu)化高位大型冷換設備，采用高位循環(huán)水糾偏技術，降低其幾何揚程，從而在保證高低位設備均能正常運行的情況下降低循環(huán)水泵的揚程和流量，以提高運行效率。

(3)設備合理選型。根據(jù)CFD流場[1]理論，對改造前后雙吸離心泵流場三維流動的數(shù)值進行模擬，設計高效率水力模型，提高設備制造標準，更換密封型式、優(yōu)化設備內部結構，從而使泵效率達到最優(yōu)化。

(4)管路系統(tǒng)優(yōu)化，結合系統(tǒng)局部管道阻力進行計算，按照經(jīng)濟流速設計，采用新式的微阻管力閥替代泵出口水力閥，最大限度減少管阻損失，提高流體輸送效率。

(5)優(yōu)化系統(tǒng)運行控制方案，平衡個換熱器的流量并合理控制供回水溫差，對流量、官網(wǎng)阻力、水泵運行效率等進行建模分析，確定最佳工況點，并充分考慮因熱負荷及環(huán)境溫度變化引起的變工況，從而根據(jù)系統(tǒng)運行特征，對泵站進行優(yōu)化設計和管理。

(6)合同能源管理模式。在管理方式上，大膽嘗試合同能源管理模式(EMC)，提高了公司的能源利用效率，降低了公司成本，實現(xiàn)了項目節(jié)能效率高、能源消耗少、環(huán)境品質改善的目標，在推動企業(yè)的節(jié)能改造、減少能源消耗、建立綠色企業(yè)形象、增強市場競爭優(yōu)勢過程中發(fā)揮了積極作用，獲得了穩(wěn)定的節(jié)能收益和經(jīng)濟效益，同時也改變了合同能源管理模式在國企、央企推廣難度大的固化印象，產(chǎn)生了積極的影響。此種管理模式對于中、小企業(yè)以及資金短缺的大型企業(yè)較為適用；對于大型石油化工且資金充裕的企業(yè)，從經(jīng)濟角度直接投資則更加有利于企業(yè)的整體利益[2]。

4 結果對比

改造后分別對泵和風機的年運行的運行功耗進行了標定，結果如下：

(1)循環(huán)水泵電耗情況核算對比 (因運行模式不固定，故核算每年的總功耗) 如表1，表2，表3所示。

表1 改造后年運行能耗

表2 改造前年運行能耗

表3 改造前后循環(huán)水泵 (含微阻閥) 總節(jié)電率

(2)一循風機更換葉片后節(jié)能情況核算

一循風機更換葉片后節(jié)能情況核算如表4所示。

表4 一循風機更換葉片后節(jié)能情況核算表

5 結語

總而言之，煉油化工循環(huán)水系統(tǒng)的耗能高有多方面的原因，主要因循環(huán)水量較大、配用電機功率較高，生產(chǎn)中的設備、運行問題導致的高能耗會造成巨大浪費，無形中增加企業(yè)生產(chǎn)成本，因此需要結合生產(chǎn)實際，從系統(tǒng)內部和外部兩方面分析原因、對癥下藥，并結合合同能源管理或其他模式，降低企業(yè)自身風險和技術成本投入，實現(xiàn)快速回收投資，并達到節(jié)能降耗、降低經(jīng)營成本和可持續(xù)化發(fā)展的目的。新技術、新管理模式的運用在循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能降耗方面定將會得到越來越多的推廣和應用。