循环水系统高效节能技术

循环水系统高效节能技术

郑杰,柳江峰,马金涛

华泰重化工有限责任公司 新疆乌鲁木齐市830000

摘要：作为炼油化工厂的主要能源用户，节能降耗的呼声越来越高，循环水系统的节能改造也越来越受到重视。某炼油化工厂结合厂内循环水系统的实际运行情况，对循环水系统进行了全面节能优化改造。

关键词：循环水系统；高效节能；技术

某炼油化工厂循环水系统分为一期循环水系统和二期循环水系统，均为开式循环冷却水系统，一循主要给催化裂化等炼油装置提供循环冷却水，二循主要给苯乙烯等化工装置提供循环水冷却水。一循设计循环水量为12000m3/h，实际生产运行循环水量约为11900m3/h，二循设计循环水量为8000m3/h，实际生产运行循环水量约为8900m3/h。2020年该炼油化工厂对循环水系统节能优化改造进行可行性分析，主要采用新型水力模型下设计制造的高效节能循环水泵及新型节能电机替代原水泵及电机，并安装在线监测仪表，一循改造将6台循环水泵及电机全部更换为新型高效节能循环水泵及电机，二循改造将2台水泵更换为新型高效节能水泵，并对改造后工况试运行，2021年4月改造完成并投用，节电效果显著。

1循环水系统问题分析

1.1水泵分析

根据水泵实际运行状态参数（实际压力、流量及输入功率），分析了一循、二循循环水泵的性能特征，由于基本处于额定工况下运行，泵站单元实际运行效率约在82～85%左右，运行效率较高、状态稳定，但与高效率泵（≥89%）仍有一定差距，当工艺负荷变化时，按照目前调节水泵开启台数的方式，无法实现高效的调控，难于实现泵组的能耗极小化。

1.2管网运行状况分析

（1）从第一个循环24m和第二个循环18.25m的阻力损失分析，管网输送效率较差，这与系统的水平衡分配、换热器出口阀门调节和大流量运行有关。由于循环水管路复杂、终端要求不同、设备标高不同等多种原因的相互作用，整个管网存在水力不平衡。

（2）回水塔处的能量损失

一般情况下，为了控制循环水系统给水压力在工艺指标范围内运行，或达到循环水用户最高（或最不利）用水量点的压力指标，阀门开度一般通过关闭回流管线上塔立管阀门处的阀门来调整，导致回流管线上的塔提升管阀门前后端的能量损失；炼油厂第一、二循环阀在冷却塔关闭调节，阀门开度仅为25~40%。根据循环水系统的特点，从源头上进行优化，将实现较大的节电空间。

1.3系统流量使用分析

当运行超过设计流量时，循环水系统总供回水温差仅为4℃～5.5℃左右，小于经济温差（经济温差6～8℃），存在大流量、低温差现象。

1.4冷却塔分析

冷却塔填料落水线均匀细小，无粗细线分布及水柱流态。处理后的给水温度达到工艺指标，冷却效果良好。然而，在夏季，海南的高环境温度将对给水温度产生一定影响。

2循环水系统节能技术措施

2.1稳定水质优化方案

(1）补水优化。包括2种补水的比例和补水量实时计算实现循环水水质的稳定控制。

(2）实现自控补水。通过实时在线监测水池液位，精确控制补水。同时与加药、排污等联动，提供安全保障和节水节药。

(3）实现自控排污。将人工间歇排污方式改为自控连续排污，在节约用水的同时，实现稳定水质。

(4）实现自控加药。通过在线监测的各种参数，实时分析药剂投加浓度，自动控制药剂投加量和投加时间。

(5）实现异常报警。通过设定水质控制指标，实现运行数据异常报警。

2.2安装循环水系统在线监测能管系统

根据循环水系统现状及操作控制水平，通过安装“循环水在线监测能管系统”，提高与完善对各循环水用水点参数的监控，从管理及操作方面提高对循环水系统进行优化。主要针对位置最高或最不利点换热器、换热效率低的换热器、冷却水流量调节不当的换热器、二次换热的换热器这四类换热器加装无线监测系统，具体功能如下：（1）对循环水系统的泵站、总管、及主要用水点的主要参数进行实时监测；（2）依据按需供水原则，调整各循环水用水点水量，合理分布，保持水力平衡；（3）实时计量循环水系统运行功率，累计电量和运行时间，精确掌握能耗情况及节电量。

2.3优化管网阻力，提高运行效率

优化循环水系统管网，调整各循环水用水点的水力平衡，核定合理的循环水量，做到按需所供，从而提高循环水系统运行效率。

(1）本循环水系统在回水上塔过程中存在控制阀门开度调节压力现象，影响循环水系统管网循环效率，产生无效能耗；循环水系统管网优化过程中需打开回水上塔阀门，降低循环水系统管网局部阻力，从而达到优化循环水系统管网效果，提高运行效率。

(2）循环水系统水量平衡调整：通过现场实测循环水量和给回水温差，做好改造前运行数据记录；接着对各循环水用水点的水量进行调整，根据循环水用户需求量供应循环水，保持水量平衡，建立起适当的循环水系统供需管网，从而为循环水系统提供较佳状态的电耗及运行数据，提高循环水系统的运行效率。

2.4冷却塔优化方案

(1）上塔水量不均的优化。通过在各塔回水管增设流量计和电动调节阀，调节上塔水量，确保各个冷却塔水量分配均匀。

(2）气水比不合理的优化。通过计算，合理的气水比为0.485，通过调节叶片角度增加风量后气水比最大值仅为0.41（现有电机能力上限）。解决风量增加瓶颈需将电机由110kW更换为160kW，同时增设变频器，通过变频调速方式保证匹配的气水比，达到节能的同时也避免调节叶片安装角的工作量及带来的系列问题。

(3）风机的优化。更换老化锈蚀严重、有裂纹的风机，解决存在的安全隐患。对风机进行定期保养维护。

(4）填料问题优化。更换新填料，提高冷却塔换热性能及能力。

(5）收水器问题优化。对配水系统、收水系统进行整体更换，保证均匀配水，较少漂水损失。

2.5水泵优化

根据本循环水系统优化后的特性，量身定制高效节能设备，一循更换6台高效冷却水泵及其配套电机（3台大泵+3台小泵），二循更换2台高效冷却水泵，电机不更换；

高效节能水泵是结合循环水系统运行的给回水压力与整个循环水系统实际的循环水量，对循环水装置的循环水泵进行特有的制作，达到循环水系统循环水用户使用要求。循环水泵的液体流道和循环水泵叶轮是通过“CFD”软件进行设计并加工制造的高效循环水泵，可以提高水泵的运行效率。叶轮是循环水泵的关键零件，叶轮的转动性能是否优秀反映了循环水泵的性能是否高效，通过三元流动理论对叶轮的转动性能进行评估，结合流体三维粘性的流动状态进行评估，根据评估分析结果对叶轮进行调整。此外，本循环水系统改造高效节能水泵加强叶轮和蜗壳的高度匹配，降低循环水泵内各种流动的能量损失，从而提高整台水泵的实际运行效率。

结论

综上所述，该研究项目稳定控制水质和系统节能取得了一定的成果，减少了循环水外排量，降低了能耗，实现了较好的社会效益。

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