化工行業循環水系統節能技術及應用
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摘要循環水系統是化工行業公用工程耗能大戶，化工企業對循環水泵的節能十分重視。但是，循環水泵的改造技術多種多樣，水平也參差不齊，多數水泵在改造后仍存在流量不足，管網水力不平衡等各種不足和問題。通過幾種常見的循環水泵節能技術的對比分析，探討更佳的循環水系統節能方法。
1概述
近年來，受國內、國際大環境影響，化工企業競爭日趨激烈，利潤逐漸壓縮，節能降耗成為一個重要的課題。循環水系統作為化工行業耗能大戶，節能降耗工作一直備受關注，國內循環水節能改造技術種類繁多，水平參差不齊，有的改造并沒有達到理想的節能效果。
2循環水系統改造技術的選擇
目前國內常用的循環水泵節能改造技術主要有五種方式。（1）葉輪切削技術，對循環水泵葉輪外緣進行切割；（2）變頻器等調速技術；（3）更換高效葉輪；（4）更換高效節能泵；（5）水輪機改造。一般企業會從以上五種技術中選取一種或幾種進行改造。
2.1葉輪切削技術
葉輪切削技術即是對水泵葉輪外緣進行切割處理，以降低水泵出力，減少流量，降低揚程為手段，從而降低水泵電機的運行電耗，達到節能的目的。這是最簡單的水泵節能方法，適用于原本選型過大，存在大馬拉小車問題嚴重的水泵。此技術優點為操作簡單、施工時間短、投資低；缺點是葉輪切削后，本身低效運行的水泵效率繼續降低，同時泵組與系統的匹配度也更差，一般來說葉輪切削后噸水能耗反而更高，水泵仍存在一定節能潛力。
2.2變頻器等調速技術
根據頻率與轉速、流量成線性關系，與功率成三次方關系的原理，以改變頻率進而降低水泵流量、揚程達到降低水泵電機運行電耗的方法。變頻器的適用情況為工藝變化較為頻繁，設備運行參數不斷變化的工況。由于在改造時不需要對設備本身進行改造，施工對設備運行影響較小，受到一些企業的歡迎。但是對于工業冷卻循環水系統，由于水泵運行參數基本穩定，變頻器并不適用。現在許多企業并未使用變頻運行而是僅做降頻運行，作為高壓變頻器如此大的資金投入，此種改造技術的實用性并不高；同時，根據流體機械的轉速原理，當流體機械的實際轉速低于設計轉速的70%時，流體機械本身的效率將開始下降，達到50%時，效率將急劇下降，因此即使有很大的降頻空間，也不建議直接增加變頻改造。
2.3更換高效葉輪
更換高效葉輪是將原葉輪拆除后更換高效葉輪的一種節能方法，以提高水泵的運行效率，達到節能的目的。通常改造前，節能公司會對水泵壓力及流量進行測試，根據實際運行參數設計水泵葉輪，此技術適用于水泵實際運行狀態與設計狀態偏差不大的情況，一旦偏差較大，更換的葉輪與蝸殼間隙超過設計標準，水泵的運行效率將大幅下降。更換葉輪同葉輪切削有同樣的優點，操作簡單、施工時間短、投資較小。但要注意有的公司將普通葉輪切削后作為高效葉輪來替換原葉輪。
2.4更換節能水泵
更換節能水泵是在更換高效葉輪的基礎上將原泵體一同替換，這也是根據現場測試的流量、壓力數據來設計的高效節能泵，可以解決水泵本身效率低，水泵與系統匹配度差的問題；同時又解決了蝸殼與葉輪的匹配問題。此項技術適用于絕大多數的循環水系統改造，改造具有周期較短，施工較為簡便的優點。
2.5水輪機改造
水輪機改造技術是將冷卻塔風機由電機驅動改為利用循環水回水余壓驅動風機運行，可以節省一臺冷卻塔風機的能耗，此技術適用于有較多高位用冷卻水裝置的循環水系統，有較大自流回水壓力的化工生產裝置。由于水輪機可以直接節省電機的運行能耗，許多企業將此技術進行推廣；但是很多沒有高位用冷卻水裝置的企業也作為推廣對象。這種情況的循環水系統中，回水壓力來自于水泵提供的壓力，實際水輪機所做的功是由水泵的功轉化而來的。水泵機械能轉化為水的動能，再由水的動能轉化為風機的機械能，如此轉化效率只有40%左右，實際并非真正的節能，同時水輪機還普遍存在冷卻塔震動及維修麻煩的問題。循環水系統節能技術還存在著適用性的問題，更好地挖掘循環水系統的潛力是一個重要的課題。
3YASA循環水系統整體優化方法
循環水系統整體優化的方法，是從多角度解決整個循環水系統節能降耗的問題。循環水系統大致分為循環水泵組及電機，換熱單元，冷卻塔及吸水池三部分，重要的用電部分雖然集中在泵組及電機，但是其他部分對整個系統的能耗也有很大影響，其它部分能否有序、高效運行也影響著泵組及電機部分的運行。YASA循環水系統整體優化方法從循環水系統各個部分入手，逐一解決影響系統運行效率的問題，達到整體優化，深挖潛力的效果。
3.1循環水泵組及電機單元
循環水泵組及電機單元由循環水泵及電機組成，其能耗占循環水系統總能耗的80%以上，因此對于泵組及電機單元的改造最為重要。循環水系統整體改造在此單元做了如下的優化工作。（1）水泵優化①首先運用高精密的測試儀器對系統運行數據進行測試；②根據運行參數做計算機數值模擬，計算系統與泵組匹配的最佳運行點；③按照最佳運行點參數進行高效葉輪設計；④采用3D打印技術打印葉輪，進行實驗平臺模擬，進一步修正最佳參數；⑤最終參數確定，訂制高效節能水泵。（2）泵組運行優化①確定冬夏及過渡季節運行參數；②根據運行參數進行泵組大小泵匹配的優化。（3）高效電機①更換低效電機為IE3高效電機；②根據系統適用性采用變頻等調速裝置。
3.2換熱單元
換熱單元是循環水系統主要的功能體現部分，在這里進行的熱交換是循環水系統的主要作用。通常循環水節能改造并不對換熱單元有過多關注，但是實際上換熱單元中存在諸多節能潛力。絕大多數換熱單元存在水力失調，由于某些環路存在剩余壓頭即某些環路的阻力過小時，這些環路的實際流量就將超過設計流量，而其他部分可能達不到設定流量，就會出現冷熱不均。企業普遍存在個別換熱器換熱效果不好，整個循環水系統都要增量的問題。YASA循環水系統整體優化方法在換熱管網水力平衡調整方面做了如下優化工作。①采集整個換熱單元各裝置、各換熱器的進出口溫度，管徑，標高等參數；②根據采集數據對換熱管網進行建模分析，找出水力失調的原因并進行調整；③對個別高位換熱裝置或換熱器加管道泵增壓，降低總管網壓力，降低能耗。
3.3冷卻塔單元及吸水池單元
冷卻塔作為循環水系統的末端，最重要的功能就是對回水進行降溫冷卻，降溫效果也直接影響著系統循環水量和系統能耗。按照大氣溫度30℃，循環水供水溫度25℃，回水溫度35℃，根據計算冷卻塔冷卻水溫降低1℃，水泵能耗可以降低8.4%，因此增強冷卻塔的換熱效率也可以大幅降低循環水系統能耗。YASA循環水整體優化方法中，針對冷卻塔及吸水池單元可以做以下優化工作。①冷卻塔高效填料及布水器噴嘴優化；②更換高效碳纖維風機葉片；③旁濾系統的單獨泵組設置。通過循環水系統整體優化的技術改造，將循環水系統作為一個有機的整體進行全方位的優化，不再從單一的循環水泵或風機下手，真正的解決了循環水系統存在的高耗能問題，也更加深入的挖掘了循環水系統的節能潛力。
4應用案例
去年山東聯合化工有限公司采用了我公司YASA循環水系統整體優化技術對三胺二循環水系統進行了整體優化節能改造，對循環水泵組進行了更換，對換熱單元進行了水力優化，對冷卻塔進行了優化調整，最終驗收時節電率24.78%，節能效果十分明顯。
5結束語
化工企業的冷卻循環水系統作為一個有機的整體要從泵組、換熱單元、冷卻塔全面著手，各點擊破，才能深入挖潛，完成節能降耗的目標，單一的節能手段往往是治標不治本，不能將節能的效益發揮到最大。
作者：楊揚 單位：青島德昌原節能技術服務有限公司
