化工行业循环水系统节能技术及应用
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摘要循环水系统是化工行业公用工程耗能大户，化工企业对循环水泵的节能十分重视。但是，循环水泵的改造技术多种多样，水平也参差不齐，多数水泵在改造后仍存在流量不足，管网水力不平衡等各种不足和问题。通过几种常见的循环水泵节能技术的对比分析，探讨更佳的循环水系统节能方法。
1概述
近年来，受国内、国际大环境影响，化工企业竞争日趋激烈，利润逐渐压缩，节能降耗成为一个重要的课题。循环水系统作为化工行业耗能大户，节能降耗工作一直备受关注，国内循环水节能改造技术种类繁多，水平参差不齐，有的改造并没有达到理想的节能效果。
2循环水系统改造技术的选择
目前国内常用的循环水泵节能改造技术主要有五种方式。（1）叶轮切削技术，对循环水泵叶轮外缘进行切割；（2）变频器等调速技术；（3）更换高效叶轮；（4）更换高效节能泵；（5）水轮机改造。一般企业会从以上五种技术中选取一种或几种进行改造。
2.1叶轮切削技术
叶轮切削技术即是对水泵叶轮外缘进行切割处理，以降低水泵出力，减少流量，降低扬程为手段，从而降低水泵电机的运行电耗，达到节能的目的。这是最简单的水泵节能方法，适用于原本选型过大，存在大马拉小车问题严重的水泵。此技术优点为操作简单、施工时间短、投资低；缺点是叶轮切削后，本身低效运行的水泵效率继续降低，同时泵组与系统的匹配度也更差，一般来说叶轮切削后吨水能耗反而更高，水泵仍存在一定节能潜力。
2.2变频器等调速技术
根据频率与转速、流量成线性关系，与功率成三次方关系的原理，以改变频率进而降低水泵流量、扬程达到降低水泵电机运行电耗的方法。变频器的适用情况为工艺变化较为频繁，设备运行参数不断变化的工况。由于在改造时不需要对设备本身进行改造，施工对设备运行影响较小，受到一些企业的欢迎。但是对于工业冷却循环水系统，由于水泵运行参数基本稳定，变频器并不适用。现在许多企业并未使用变频运行而是仅做降频运行，作为高压变频器如此大的资金投入，此种改造技术的实用性并不高；同时，根据流体机械的转速原理，当流体机械的实际转速低于设计转速的70%时，流体机械本身的效率将开始下降，达到50%时，效率将急剧下降，因此即使有很大的降频空间，也不建议直接增加变频改造。
2.3更换高效叶轮
更换高效叶轮是将原叶轮拆除后更换高效叶轮的一种节能方法，以提高水泵的运行效率，达到节能的目的。通常改造前，节能公司会对水泵压力及流量进行测试，根据实际运行参数设计水泵叶轮，此技术适用于水泵实际运行状态与设计状态偏差不大的情况，一旦偏差较大，更换的叶轮与蜗壳间隙超过设计标准，水泵的运行效率将大幅下降。更换叶轮同叶轮切削有同样的优点，操作简单、施工时间短、投资较小。但要注意有的公司将普通叶轮切削后作为高效叶轮来替换原叶轮。
2.4更换节能水泵
更换节能水泵是在更换高效叶轮的基础上将原泵体一同替换，这也是根据现场测试的流量、压力数据来设计的高效节能泵，可以解决水泵本身效率低，水泵与系统匹配度差的问题；同时又解决了蜗壳与叶轮的匹配问题。此项技术适用于绝大多数的循环水系统改造，改造具有周期较短，施工较为简便的优点。
2.5水轮机改造
水轮机改造技术是将冷却塔风机由电机驱动改为利用循环水回水余压驱动风机运行，可以节省一台冷却塔风机的能耗，此技术适用于有较多高位用冷却水装置的循环水系统，有较大自流回水压力的化工生产装置。由于水轮机可以直接节省电机的运行能耗，许多企业将此技术进行推广；但是很多没有高位用冷却水装置的企业也作为推广对象。这种情况的循环水系统中，回水压力来自于水泵提供的压力，实际水轮机所做的功是由水泵的功转化而来的。水泵机械能转化为水的动能，再由水的动能转化为风机的机械能，如此转化效率只有40%左右，实际并非真正的节能，同时水轮机还普遍存在冷却塔震动及维修麻烦的问题。循环水系统节能技术还存在着适用性的问题，更好地挖掘循环水系统的潜力是一个重要的课题。
3YASA循环水系统整体优化方法
循环水系统整体优化的方法，是从多角度解决整个循环水系统节能降耗的问题。循环水系统大致分为循环水泵组及电机，换热单元，冷却塔及吸水池三部分，重要的用电部分虽然集中在泵组及电机，但是其他部分对整个系统的能耗也有很大影响，其它部分能否有序、高效运行也影响着泵组及电机部分的运行。YASA循环水系统整体优化方法从循环水系统各个部分入手，逐一解决影响系统运行效率的问题，达到整体优化，深挖潜力的效果。
3.1循环水泵组及电机单元
循环水泵组及电机单元由循环水泵及电机组成，其能耗占循环水系统总能耗的80%以上，因此对于泵组及电机单元的改造最为重要。循环水系统整体改造在此单元做了如下的优化工作。（1）水泵优化①首先运用高精密的测试仪器对系统运行数据进行测试；②根据运行参数做计算机数值模拟，计算系统与泵组匹配的最佳运行点；③按照最佳运行点参数进行高效叶轮设计；④采用3D打印技术打印叶轮，进行实验平台模拟，进一步修正最佳参数；⑤最终参数确定，订制高效节能水泵。（2）泵组运行优化①确定冬夏及过渡季节运行参数；②根据运行参数进行泵组大小泵匹配的优化。（3）高效电机①更换低效电机为IE3高效电机；②根据系统适用性采用变频等调速装置。
3.2换热单元
换热单元是循环水系统主要的功能体现部分，在这里进行的热交换是循环水系统的主要作用。通常循环水节能改造并不对换热单元有过多关注，但是实际上换热单元中存在诸多节能潜力。绝大多数换热单元存在水力失调，由于某些环路存在剩余压头即某些环路的阻力过小时，这些环路的实际流量就将超过设计流量，而其他部分可能达不到设定流量，就会出现冷热不均。企业普遍存在个别换热器换热效果不好，整个循环水系统都要增量的问题。YASA循环水系统整体优化方法在换热管网水力平衡调整方面做了如下优化工作。①采集整个换热单元各装置、各换热器的进出口温度，管径，标高等参数；②根据采集数据对换热管网进行建模分析，找出水力失调的原因并进行调整；③对个别高位换热装置或换热器加管道泵增压，降低总管网压力，降低能耗。
3.3冷却塔单元及吸水池单元
冷却塔作为循环水系统的末端，最重要的功能就是对回水进行降温冷却，降温效果也直接影响着系统循环水量和系统能耗。按照大气温度30℃，循环水供水温度25℃，回水温度35℃，根据计算冷却塔冷却水温降低1℃，水泵能耗可以降低8.4%，因此增强冷却塔的换热效率也可以大幅降低循环水系统能耗。YASA循环水整体优化方法中，针对冷却塔及吸水池单元可以做以下优化工作。①冷却塔高效填料及布水器喷嘴优化；②更换高效碳纤维风机叶片；③旁滤系统的单独泵组设置。通过循环水系统整体优化的技术改造，将循环水系统作为一个有机的整体进行全方位的优化，不再从单一的循环水泵或风机下手，真正的解决了循环水系统存在的高耗能问题，也更加深入的挖掘了循环水系统的节能潜力。
4应用案例
去年山东联合化工有限公司采用了我公司YASA循环水系统整体优化技术对三胺二循环水系统进行了整体优化节能改造，对循环水泵组进行了更换，对换热单元进行了水力优化，对冷却塔进行了优化调整，最终验收时节电率24.78%，节能效果十分明显。
5结束语
化工企业的冷却循环水系统作为一个有机的整体要从泵组、换热单元、冷却塔全面着手，各点击破，才能深入挖潜，完成节能降耗的目标，单一的节能手段往往是治标不治本，不能将节能的效益发挥到最大。
作者：杨扬 单位：青岛德昌原节能技术服务有限公司
