流体高效输送节能技术在硫酸、磷肥装置循环水系统中的应用分析

硫磷设计与粉体工程.2014年第2期SP & BMH RELATED ENGINEERING .流体高效输送节能技术在硫酸、磷肥装置循环水系统中的应用分析季誉胜' ,孙国超2(1.南京优能达科技有限公司,江苏南京210000;2. 中石化南京工程有限公司,江苏南京211100)摘要:目前我国大部分硫酸、磷肥生产装置循环水系统中普遍存在水泵运行效率低、高能耗、震动噪音大以及汽蚀等问题。经流体高效输送节能技术技改后,可以在节能的同时改善这些问题,通过大量的实验及成功的改造案例,证明了流体高效输送节能技术的可行性,并且能够取得良好的经济效益和社会效益。关键词:硫酸;磷肥;循环水系统;高能耗;流体高效输送技术;节能改造中图分类号:TQ442. 14文i献标识码:B文章编号:1009- 1904(2014 )02-0001 -04在冷却循环水系统技术领域中，我国与先进国当前硫酸、磷肥企业水系统存在的问题家相比水泵运行效率差距较大,据统计发达国家的循环运行效率在75%以上,而我国仅40%左右甲,目前我国硫酸、磷肥企业工艺循环水输送中能源浪费严重,节能潜力巨大。造成运行效率低的“ 大流量、低效率、高能耗”的现象严重,泵与系统严根本原因在于系统设计理念、技术手段项目决策和重不“匹配”,往往致使泵出现过载、效率低、高能耗系统运行管理上均与发达国家存在较大差距。目前等情况,有时需减小阀门开度来保护电机,大大增加的水循环系统为了弥补设计时存在的不确定因素及了无效功耗。相关设备性能的不稳定,往往采用容量大于系统要引起工艺循环水系统高能耗的主要原因:①设求的水泵,在实际实施运行时出现过流量、高功耗现计选型偏差大,致使水泵严重偏离最佳工况点运行;象,这种现象无法靠管理达到有效改善,只能靠有效②设计、施工或运行等过程中局部阻力偏高或系统的技术改造来解决。可以通过将流体高效输送节能回路阻力严重不平衡,增加了送水能耗;③循环回路技术应用于工艺循环水系统，缩短在系统设计理念、渗漏、旁通,增加无效流量输送功耗;④配置不合理，技术手段.项目决策和系统运行管理上与发达国家水泵自身效率低、系统运维管理不当等,增加能耗。的差距，大大提升运行效率,平均节电率在35%2节能技改的解决方法及分析以上。流体高效输送节能技术由数据采集(检测)技南京优能达科技有限公司多年来一直致力于流术、系统诊断分析技术、系统配置及运行优化技术、体高效输送节能技术的研究和推广应用。流体高效系统水力学性能优化及自动控制技术所组成。该技输送节能技术是对水系统进行彻底的节能技术改术构成循环水系统高效节能的系统综合解决方案，造,中国煤化工据每个系统运行的特它克服了循环水系统传统节能改造技术(如变频、点,MYHCNMHG因素,让系统处于最佳叶轮切削等)忽略系统,只针对系统中某个环节、某工况运行,达到最佳节能效果。整改系统回路阻力个参数节能改造的缺点,是对系统彻底的优化改造不平衡或局部阻力偏高引起的无效能耗增加的不利技术。因素;整改系统回路中管件渗漏、水流旁通引起无效硫磷设计与粉体工程2●S P & BMH RELATED ENGINEERING2014年第2期能耗增加的不利因素;用量身定做高效节能水泵替通过对水系统实际运行工况的检测分析,获得换原水泵,从根本上解决过流量运行引起无效能耗系统的管路特性曲线(详见图1< II >系列曲线),曲增加这个技术难题;纠正不合理的运行模式，降低系线上的流量为设计流量Q.的C点,即为水系统最统运行能耗;施工过程中逐- -更换水泵,不停产,不佳工况(Q,H、)运行点。系统最佳工况为:流量影响系统正常运行;保留原系统备用泵,可随时切换Q,扬程Hc ,轴功率Nc,效率neo到备用泵运行。图1中面积Smr B-0-r0为原设计运行时的能耗，流体高效输送节能技术根据不同系统的特点,面积Sμe c-0.-。为采用高效节能泵运行时的能耗,二从系统配置优化人手,消除因配置不合理引起的高者面积差Se 1_0-_0_--即为可节约的水泵能耗。能耗;再从系统运行优化人手,降低因负荷改变引起经研究发现,当水泵在其设计点运行时,水泵内的高能耗;然后从泵的水力性能优化入手,提高水泵部流体运动是最规则的,而当工作点偏离其设计点的效率,标本兼治,达到最佳节能效果。时,水泵内流体将变得逐渐系乱,从而导致水泵的效3节 能技改的原理及方案率下降。图2~5是采用CFD技术模拟的某水泵分对循环水系统中常遇到的高能耗、低效率、振动别在60%、80%、100%和120%设计流量(该泵设计噪音异常、汽蚀等问题,通过对系统的检测、分析,采流量为900m'/h)时水泵内局部的速度矢量图[2]。用CFD(计算流体动力学)技术,模拟出管网性能,由速度矢量图可以看出,当水泵在其设计点运描绘出系统的管网性能曲线,并根据现场情况,合理行时,其内部流体流动最为规则,而当水泵偏离设计地优化管网不利因素,模拟出优化后的管网性能曲点越多的时候,水泵内部的流体流动会逐渐紊乱,从线,找出优化后管网性能曲线上水泵的运行区域或而导致水泵的效率下降。者运行点,根据该运行区域或者运行点去设计最佳对循环水系统,一方面整改管网的不利因素,另-方面采用优秀的水力模型,针对系统量身定做高水力模型、最佳匹配的高效节能泵。图1是采用流体高效输送节能技术技改系统性效节能泵,提高水泵的运行效率。高效节能泵本身的效率比原水泵的效率高,水泵的高效区域比原水能曲线分析图。泵宽广,而且水泵是根据系统最佳运行工况量身定管路特性曲线原设计安装水泵做,较为完美的保证了水泵实际运行的高效性。<1>H-Q另外,在节能技改的时候也遇到--些系统,在技Hs改前由于水泵选小了,导致水系统中流量不足,或电Hg tη-Q机超电流运行以增加流量，通过流体高效输送节能.nc t<1>n-Q技术技改后,在提高水泵的运行效率同时增加部分罩He高效节能泵流量,满足用户的需求，取得了很好的效果。<>H-Q .N:<1>N-QVc |<1I>N-Q0QA2n流程/m.h-'图1水泵(风机)机械特性曲线与管路特性曲线注:< I >系列曲线为原设计安装的水泵(风机)性能曲线;< I>中国煤化工入个系列曲线为技改后水泵(风机)性能曲线。MYHCNMHGA为原设计工况点:流量Q, ,扬程HA ,轴功率N.,水泵效率ηA。由于系统实际的阻力没有那么大,实测的工况点为B:流量Qn ,扬程Q= 540m’/hHp,轴功率Ng,水泵效率ηp。表明原设计高扬程,而实际是低扬程,大流量,低效率,高功耗状态运行,严重的甚至烧毁电机。图2在60%设计流量运行时水泵内局部的速度矢量2014年第2期季誉胜,等。流体高效输送节能技术在硫酸、磷肥装置循环水系统中的应用分析平稳,提高了轴的抗疲劳强度;④降低了转子运行挠度值,减少叶轮口环的磨损及功率损耗;⑤减小了密封的磨损,延长了使用寿命;⑥采用全三维立体设计,优化水力设计，提高叶轮效率;⑦能加工到的叶轮表面全部采用机械加工,对叶轮流道采用精密铸serw造,全面提高叶轮光洁度，减小水力损失。优能达高效节能泵,由于转子重量的极大降低，减小了相关零件的磨损,故障率降低,从而增大了泵Q=720 m2/h组运行的平稳性、可靠性，减少维修,提高了寿命,延图3在80%设计流量运行时水泵内局部的速度矢量长了泵组大修期。5化工企业成功技改案例1.案例1某化工企业硫酸磷肥装置循环水系统共有2台水泵,循环水系统A泵运行电流155 A,运行功率1442kW,全年运行8640h,系统年用电量为1245.89x10*kW.h(依据项目技改前能耗测定报告)。由于水泵与管路系统匹配不佳,单泵及系统运行效率低,系统能耗高。Q= 900m2/h实施流体高效输送节能技术技改后,对循环水图4在100%设计流量运行时水泵内局部的速度矢量系统A泵进行了运行工况的测试,运行数据为:总管压力0.465MPa,回水压力0.22MPa,总管流量6 410 m'/h,运行总功率923 kW。将运行参数数据120与技改前装置循环水用量进行比对分析,计算出改10*00造后循环水系统水泵耗电量,见表1。根据技改前1p国的能耗报告得知,改造前年总耗电量为1 245. 89x104kW.h,从而得出技改后的节能量、节电率统计1中国数据,见表2。14*00表1改造后循环水 系统耗电情况Q=1 080 m'/h系统年用电量/图5在120%设计流量运行时水泵内局部的速度矢量运行模式运行时间/h运 行功率/kW10*kW .h-1A泵8 640923797. 474优能达高效节能泵的优势表2改造后节电效果优能达高效节能泵采用三元流技术设计,流道系统年节电量/年 平均节电率分项更流畅,结构更合理。新型三元流叶轮采用流道错104 kW .h-/1中国煤化工位设计,减少了泵内流体由低压区经流道至高压区时产生的冲击,提高了流体的输送效率。优能达高.MYHCNMH G448.42效节能泵具有以下优点:①具有较好的抗汽蚀性能;②减小了泵的转子重量,降低了泵组的径向力,提高通过对以上实际数据分析,该厂循环水系统节了轴承寿命;③增高了泵组的临界转速,泵的运行更能技改后,能保证生产装置的生产运行,通过应用节硫磷设计与粉体工程4●S P & BMH RELATED ENGINEERING2014年第2期能水泵和优化系统运行方式,对该厂循环水系统实节能技改后,能保证生产装置的生产运行,通过应用施了节能技术改造,已达到显著的节能效果。节能水泵和优化系统运行方式，对化工厂循环水系本项目采用合同能源管理模式运作(简称EPC统实施了节能技术改造,已达到显著的节能效果。模式),即由节能服务公司负责项目节能技改投资本项采用EPC模式运作,化工厂与节能服务公(包括资金、技术),双方按约定的比例分享节电收司公司按照2 :8比例分享节能收益5年,以高效节益,合同期满后耗能企业全额享受节电收益,并无偿能水泵最低15年以上寿命计,电价为0.65元/归用所有技改设备。该厂与节能服务公司按照2:(kW .h),化工厂可以获得总节能收益6098万元，8比例分享节能收益5年,以高效节能水泵最低15节能服务公司可以获得总节能收益2218万元。年以上寿命计，电价为0.65元/(kW .h),该厂可以结束语获得总节能收益3206.2万元，节能服务公司可以获得总节能收益932. 7万元。经过理论分析及多个系统节能技改的成功案例2.案例2证明,流体高效输送节能技术具有很好的技术可靠某化工厂硫酸、磷肥装置循环水系统共有9台性,能够在节能的同时解决用户存在的许多实际问水泵，主要满足化工厂各装置循环水需求,其中4台题,大大的降低了水泵的故障率,延长了维修周期，泵年运行1 560 h,总功率5240 kW,5台泵年运行提高了水泵的使用寿命,给用户创造了良好的经济7200 h,总功率6 606 kW,全年耗电5 589. 36x 10*效益及社会效益。据国家工业普查统计,泵的耗电kW.h。由于水泵与管路系统匹配不佳，单泵及系量约占全国发电量的21%,其中工业循环水系统用统运行效率低,系统能耗高。泵能耗占到70%以上,化工行业是循环水系统耗电实施流体高效输送节能技术技改后,对循环水的最大用户,据推算我国各类化工及石化行业循环系统水泵各种运行模式进行了运行工况的测试,运水 年耗电量约1600x108 kW . h,运用流体高效输行数据列于表4及表5。根据技改前的能耗报告得送技术综合节电率在30%左右,年节能潜力至少在知,改造前年总耗电量为5589. 36x104 kW . h,从480亿元以上。而得出技改后的节能量、节电率统计数据,见表6。我国硫酸、磷肥生产技术经数年发展，技术上已达世界水平,要想在技术上有较大突破较难。今后表4各模式运行数据汇总一段时期内,我国硫酸、磷肥生产装置的技术发展方项目三大一小 三大 四大 二大二小_向是节能、环保的技术改进,而硫酸、磷肥生产装置总管压力/MPa0.4900.428 0. 5040.484都配有较大规模的循环水系统。以一套800 kt/a硫总管流量/m3 .h-I30 96629 09232 12729 389运行总功率/kW5561474458575 355磺制酸和一-套300kt/a磷酸装置为例,经改进每年可节约电耗大约为600x10* kW●h,在上述装置中表5改造后循环水 系统耗电情况引进流体高效输送节能技术，具有较大的经济效益运行模式运行时间/h 运行功率/kW 用电量/104 kW .h-I和社会效益。三大一小2 2085 561 227. 87二大二小6 5523508.60.参考文献:合计8 7604 736.47[1]刘立初.高效流体输送技术在氯碱循环水系统中的应用[J].表6改造后节电效果中国煤化工:2]:重庆大学出版社,2007.系统年用电量/系统年节电量/年平均分项10* kW .h-I104 kW .h-节电率/1FHCN M H G苏南京人，总经理，教授级高改造前5 589. 36级工程师,多年从事循环水系统节能研究和工作。电话: 13805180439 ,改造后4 736. 47852. 8915.26%E-mail:younengda@ yeah. net;孙国超( 1965-),男,江苏扬中人,副总工程师,教授级高工，从事磷肥及磷化工设计, E-mail:njsgcl@ 126. com。通过对以上实际数据分析,化工厂循环水系统(收稿日期:2014-01 -16)