轧钢设备循环水系统节能潜力的探讨

轧钢设备循环水系统节能潜力的探讨

施龙

宁波钢铁有限公司浙江宁波315800

摘要：公司轧钢循环水系统分净环冷却水系统和浊环冷却水系统。净环水系统的冷却水经过换热设备换热后，回至冷却塔冷却，冷却后的水进入冷水池，如此循环使用。浊环水系统冷却水各用户均为直接冷却，冷却水受氧化铁皮、润滑油，以及液压系统漏油等影响，为达到工艺水质要求，系统设有旋流井、冷热水池、冷却塔和加药装置等处理设施。现场大量的运行数据表明，泵组供水能力远超过实际工艺需求，造成能源的浪费。为此，有必要从工艺设备、管理两方面入手，进行全面、系统的节能优化，以达到提高轧钢循环水系统整体能源利用效率的目的。

关键词：轧钢设备；循环水系统；节能潜力；探讨

引言

文章针对公司轧钢设备循环水系统存在运行能耗浪费的问题，结合实际生产工况，从循环水系统工艺、设备、管理三方面入手，在坚持生产安全、稳定、效益最大化的基础上优化循环水系统运行模式，有效地降低了循环水系统的运行能耗，并在全公司循环水系统中进行推广应用。

1轧钢设备循环水系统的过程

1.1工艺节能

一般情况下，每个环节留有一定的富余量是可以接受的。如果在满足工艺最大用水量基础上，各个环节（工艺需求水量、设计水量和泵组供水能力）综合考虑后留有的富余量相对较大，就出现实际运行时泵组供水能力远超工艺需求的现象。为达到用户点的用水要求，只有通过控制供水系统的阀门开度来实现，增加了供水泵的运行能耗，造成一定的浪费。当水泵供水能力远超实际工艺需求时，将带来以下问题：（1）水泵偏离设计工况点运行，运行效率降低，能耗增加；（2）水泵经常变工况运行，通过阀门节流调节，增加了扬程损耗；线材一分厂一车间精轧系统的工艺供水要求是0.55MPa，而实际运行时出口阀门全开的情况下，水泵出口压力为0.95/0.925MPa。为了满足工艺供水要求，必须调整2台供水泵的出口阀门开度均为15%左右，以保证工艺供水要求的压力0.477MPa。这种情况下出口阀门阻力损失在0.473～0.448MPa，即水泵一部分做功消耗在克服水泵出口阀门阻力上，存在一定的能源浪费。针对精轧系统存在的水泵扬程偏大的问题，对现有的精轧系统供水泵（1号、2号供水泵）提出水泵节能改造方案，使水泵运行更加匹配系统要求。选择水泵的型号是KQSN300－M9/445，扬程61m，流量790m3/h，转速1480rpm；在改造时，只改造水泵本体，电机利旧，水泵的基础根据安装时的实际情况进行适当地调整。

1.2设备节能

线材一分厂二车间的旋流井2号长轴泵的额定参数为：扬程25m，流量1320m3/h，转速1480rpm。运行参数为：扬程17m，流量1005m3/h，转速1480rpm，运行电耗98.79kW。2号泵的效率=（1005×17/367）/（98.79×0.93）=50.67%以上的数据可以看出，旋流井2号长轴泵的运行效率偏低，运行能耗偏大，运行过程中浪费电能。针对此种情况，可对长轴泵的叶轮进行定制选型，定制效率高的叶轮替换原有叶轮，在改造时，只改造水泵叶轮部位，电机利旧，水泵的基础根据安装时的实际情况进行适当地调整。改造后2号泵运行数据为：扬程15m，流量1403m3/h，转速1480rpm，运行电耗77.03kW。改造后2号泵的效率=（1403×15/367）/（77.03×0.93）=80.04%节能量=98.79－77.03=21.76kW更换效率高的叶轮后节能效果显著，同时这一改造措施将在轧钢各分厂推广应用，以达到节能效益的最大化。

1.3管理节能

系统进行工艺节能和设备技术节能后，再辅以管理节能，才能使系统节能效果最佳。譬如，线材二分厂二车间的浊环水系统冷却塔有五台，每台处理量为700t/h。冷却塔风机的电机功率均为37kW，冷热水池之间有溢流口。现场是根据冷水池的温度（温度测点在7号泵出口处）来决定上塔泵和冷却塔风机的开启台数。冷水池温度控制范围在32～36℃，温度高于36℃时，手动开启上塔泵；如果温度仍高于36℃，开启冷却塔风机，低于36℃时手动停运冷却塔风机。针对上述情况，在实际的运行过程中存在调整不及时浪费电能的现象。建议对冷却塔风机做温度控制程序，将冷却塔的开启、停运和冷水池的温度做联锁，达到风机根据温度自动启停的目的。联锁投入后比改造前少开一台冷却塔风机（夏季除外），每小时节约电量约37kWh。

2轧钢设备的主要故障

由于轧钢设备的内部结构比较复杂且不同种类的轧钢设备存在一定的差异，这也使轧钢设备的诊断存在很大困难，采取的故障诊断方法也有很大不同。因此，为了方便轧钢设备不同故障的诊断，合理选用诊断方法，本文将轧钢设备的故障类型分为3种，分别是设备控制回路故障、机械故障、工艺型以及扰动型故障。设备控制回路故障是轧钢设备故障的常见形式，该类故障是由于轧钢设备内部控制参数不当或其控制回路中的执行器与传感器受到外部干扰而引起的。机械故障则是轧钢设备在轧钢过程中内部机械结构发生损坏、磨损而引起的，现阶段所发生的机械故障位置主要集中在设备内部的液压系统与传动系统，这是因为轧钢设备在轧钢时需要较快的轧制速度，但由于轧制环境比較恶劣，这也使液压系统与传动系统中的轴承、齿轮经常发生磨损与损坏，进而引发机械故障。工艺型及扰动型故障又被称之为系统级故障，其中工艺型故障可能是由于轧钢设备的工艺设计或加工人员操作失误引起的，扰动型故障则是原材料的品质存在波动而引起的故障。据相关数据统计，工艺故障占到轧钢设备总故障的50%～60%，机械故障占到总故障的30%～40%，而设备控制回路故障等其他类型的故障发生几率则不超过10%。

3轧钢设备故障诊断的研究现状

从目前我国对轧钢设备故障诊断方法的研究成果来看，共包括4种诊断方法，分别是故障经验诊断法、故障解析模型诊断法、故障信号处理诊断法及人工智能故障诊断法，以下便对这4种诊断方法的研究现状进行分析。

3.1故障经验诊断法

故障经验诊断法是目前轧钢设备故障诊断中最常采用的方法，它主要是根据现场工程师对少数关键参数及变量进行测量，并结合设备实际使用情况，凭借自身经验来对故障做出准确的诊断。刘春林等人对轧钢设备常见6种故障的原因进行了分析，并对解决方法进行了总结，这6种情况包括堆钢、翘头、料型与速度调整不匹配、电机烧毁、断安全销、机架咬不住。徐志栋、高鹏等人针对轧钢设备的齿轮箱润滑故障对原因进行了分析，并提出更换润滑油及润滑脂、对润滑管路进行部分改进等相应解决措施。周明雄等人则对轧钢设备的托架结构缺陷进行了分析，并提出通过调整辊系中心线及补偿托架中心线来对问题予以解决。上述都是专家依靠自身丰富经验提出的故障诊断方法，这也进一步说明了故障经验诊断法在轧钢设备故障诊断中所占的重要地位，但该方法仅能用于事后诊断，而且耗时耗力且使轧钢设备的维护成本增加，因此，在众多故障诊断方法中属于一种比较低效的方法。

3.2故障解析模型诊断法

故障解析模型诊断法是依靠数学模型来对设备故障信息进行解析的，并根据解析信息对轧钢设备的故障位置及严重程度进行判断。故障解析模型诊断法主要有3个分支，分别是状态估计法、参数估计法以及等价空间法，其中状态估计法与等价空间法比较适用于对加性故障的诊断，而等价空间法的实现最为简单，但它仅能对线性轧钢设备的加性故障进行诊断。而参数估计法则适用于轧钢设备乘性故障的诊断。虽然故障解析模型法在理论发展上已经有很长时间，在具体方法上也较为成熟，但在轧钢设备的故障诊断工作中却并不经常应用到，这是因为数学模型难以得到准确构建，而且即使建立了数学模型也会因各种原因而产生较强的鲁棒性。

4结语

文章结合轧钢循环水系统的运行情况，具体介绍了工艺节能、设备技术节能和管理节能技术在优化循环水系统节能中的应用。循环水系统的节能优化，从供应侧到用户侧，全流程工艺及设备进行系统优化。在工艺确定性需求基础上，结合系统泵组节能改造，即采用高效水泵技术，自动化控制方式实现工艺、设备、管理的综合节能。节能效果显著，可在全公司范围内推广，以提高工业循环水系统的整体能效。

参考文献：

[1]石路，李志付.轧钢设备润滑故障研究[J].科技经济导刊，2016（23）：44.

[2]靳海生，刘小波.浅谈轧压钢铁设备日常检查和规定维修注意事项[J].河北企业，2017（5）：212-213.