优化循环水系统操作节约电能

化工设计通讯化工能源第42卷第1期Chemical Engineering Design CommunicationsChemical Energy2016年1月优化循环水系统操作节约电能陈瑞利(西萨化工上海有限公司,上海201507)摘要:分析了某厂的循环水系統运状态,分析了运行中发现的问题,提出解决方案;更进一步通过热平衡及水力学分析,优化操作,取得了647万元/a的经济效益关键词:循环水;优化;节能中图分类号:TQ0854文献标志码:A文章编号:1003-6490(2016)01-014503Saving the Electrical Power by Optimizing the Cooling Water SystemChen rui-IiAbstract: Studied the performance of cooling water system of a plant, pointed out the control problem and proposed theimprovement plans furthermore, by analyzing the heat balance and hydraulic performance of the system, optimized the operation6.47MRMB/year electrical power cost was saved after the optimizationKey words: cooling water system; optimization energy saving循环水系统是化工厂最常见的冷却系统,其特点是流量2)泵出口手阀开度过小。由于此阀门为30”蝶阀,开关高,一般在数千至上万立方每小时,循环水供水泵及冷却水塔比较困难,操作工一般将出口阀开的很小,导致此手阀的压风扇的功率在兆瓦级。合理的根据装置负荷、气候情况、冷降损失很大,对比泵出口压力和总管压力,此阀门的压降为却器的效率调整循环水系统的运行可以取得显著的节电效果。150kPa由于总管上有一个530kPa的低压联锁,为了保持压力,本文以某工厂的循环水系统优化实例说明了如何通过合3台泵必须要开启,否则压力就不够。三台泵总共供水量只有理调节达到节电效果。9500-10500m3/h,平均每台泵供水只有3200-3500m/h1循环水系统介绍3)由于设计余量,加之开车初期,装置负荷不高,即便本工厂循环水系统的主流程框图参考下图,系统包括了在3天的100%负荷测试的时间里,循环水塔的负荷也只有最如下主要设备高73 Mical/h,供水温度在27-32℃,回水温度在32-37℃之间,1)正常循环水供水泵P02A-D,每台泵的额定流量为4700温差在5-65℃之间m3/h,功率950kW,按设计3开1备。4)紧急冷却水的正常用户只有3台,其中2台不大,总2)紧急循环水供水泵P03A~C,每台泵的设计流量为1400设计流量只有20m/h,而另有一台冷却器,C08,其设计负m}h,功率325kW。按设计2开1备。此泵与柴油发电机连接,荷为178 Mkcal/h,冷却水设计流量为2200m/h。但根据实际在外界供电停供状态下仍可供水运行数据来看,此换热器的设计面积远大于实际需求,导致3)6台冷却水塔A-F及循环水池,其中CF为变频风机;循环水平均流量在400m/h即可满足换热要求,这意味着紧急A、B塔为紧急冷却塔,风机固定转速,并与柴油发电机连接,冷却水量只要600m/h就可满足需求。在停电时风扇仍可运行。顺便提一下,此处有低循环水量引起管道阀门震动问题。4)若干冷却水用户级相关阀门、管道、仪表等C08是通过控制循环水流量来控制换热量,而控制阀是按照正冷却塔的设计条件如下常流量2200mh而设计的,由于现在平均流量只有400m/h正常循环水量11200m3h,供水压力>530kPa,当压力低并且流量实在200-600m/h间波动,阀门也相应在10%20%于此值时,备用泵自启;紧急循环水流量为240m/h,供水间波动。当阀门开度在10%左右时,由于阀门节流,导致此压力>450kPa,当压力低于此值时,备用泵自启。供水温度阀门及相关管线剧烈振动,噪音巨大。长期如此运行,必然32℃,总回水温度38℃。用户负荷94 Mical/h引起管道及阀门的损坏2运行工况5)每个冷却水用户单元末端,都有一个从供水至回水的此工厂为2015年初投产的新工厂。在初始运行的第一年,旁路阀,每一台换热器进出口都有蝶阀,但出口未安装任何工程师主要精力放在了主工艺装置,循环水系统的运行主要温度变送器或就地表。在开车投产阶段,有些旁路阀完全处依靠操作工的个人经验。操作工为了维持压力在53kPa以上,于开的状态,有些换热器入口阀没有全开,有些换热器出口通常运行3台P02泵,供水量在9500-10500mh;紧急冷却阀全开。这些问题都导致了不必要的循环量,浪费供水泵的水运行2台P03泵,流量200~240m3/h,循环水塔风机运行能耗。34台。总电耗在3.3MW左右。供水温度满足冷却器要求6)循环水回塔的分布不均,有的多有的少,而风机转速3运行中的问题的控制并没有根据水量分布来控制,导致冷却效果不高尽管供水温度及流量满足了冷却用户的要求,但实际上7)设计冷却水供水温度控制风扇转速,以达到节能效果,系统并未恰当控制在最佳点,主要存在的问题如下:但实际上,由于风扇本身机械及操作习惯问题,自开车来,1)三台P02泵的出口手阀开度大小不一,导致3台泵的风机转速由操作工手动设置,一般也不会去调此转速,因此负荷分布不均,根据泵出口压力及功率判断,有的泵在接近供水温度总低于实际需求。甚至可能低于最小流量状态下运行。长期运行可能会损坏泵4优化思路体解决以上问题并找到最优点主要通过两条路径1)纠正不正确的操作,包括通过调整泵出口手阀,平均收稿日期:201601-20分配泵运行负荷中国煤化工上;维修风机,保作者介:陈瑞利(1977-),男,陕西甸阳人,工程师,主要从事证其正查运行CNMH己转速,回水量多化工生产及技术工作。的风机可转速高,从以些甚至停止风机145·第42卷第1期化工能源化工设计通讯2016年1月Chemical EnergyChemical Engineering Design Communications精馏单元C404A/B/CC-XXXX提浓单元正常循环水供水系统26C-XXXX20提浓单元DPO3B氧化单元紧急循环水供水系统投用温度控制风扇转速的回路。确保供水温度。2)研究系统热负荷,决定供水流量,找到满足如下条件三个重要推论:的操作点1)循环水量决定回水温度,实际就是供-回水温差,只供水温度不高于32℃,回水温差不超过38℃,温差在6℃内。要温差由余地,就有可能降低流量;水量减少的比例与温差满足压力要求成的变化成反比。通过降低供水量,尽可能运行少的机泵,风扇转速尽可能低2)供水温度由循环水塔运行决定,回水温度的升高,可5优化分析过程以通过调节循环水塔的操作而达到供水温度的要求对于上述两条思路,第一条主要是纠正错误的操作和维3)循环水量的减少,只要比例不是太大,比如20%以内,修相关的设备,使系统运行在设计工况下。换热器用户的效率是不会受到太大的影响第二条是优化的重点,需要更多的可行性分析:根据以上推论,停一台P2泵,循环水量由10000m3在操作中的问题(2)中提到过,实际正常供水量平均值h降低至9400m}h,满负荷操作时温差预计由565℃上升为1000h,考虑到泵的额定流量为470mh,2台泵可供至5369℃,供水温度在27-32℃之间,回水温度最高温度9400m3/h流量,与10000m3h相差不多,对用户影响应该不大。389℃。考虑到这是夏天满负荷负荷操作的温度,处于其他季而如果能停一台泵,预计可节约800kW的电量。节非满负荷时,通过控制供水温度,回水温度控制在38℃内应对于循环水系统的用户侧,有如下热平衡公式该问题不大2=FC, nTo IT对于紧急冷却水系统,前文已经分析过,由于C08的设上式中计余量很大,完全没有必要再提供2200m/h的流量,可以停Q为各个用户的总负荷需求,由主工艺装置决定,对于一台P03泵,预计可节约电能250kW。循环水系统属目标变量,不可调节另外,在停P02和P03泵时,供水压力必然会下降,而且F为供水流量,可调。还有可能低于联锁值。这是一个水力学问题。这个问题可以C为水的比热,kca/kg℃通过调整泵出口阀和循环水回水阀而满足压力要求T为供水温度,受冷却塔的运行效率影响,如风扇转速因此,提出的最终解决方案如下:水量分布等因素影响。(1)各停一台P02和P03泵。T为回水温度,当Q和T固定后,由流量F决定。2)调整冷却塔水量分布及风扇转速,控制供水温度不通过上面对公式的分析,可以看出,F最终影响的是供。高于32℃回水温差,流量假设减少20%,则温差增大20%。如果T不(3)调整泵出口阀门,满足压力要求变的话,则影响的就是T。而对于用户而言,只要入口温度6实际调整过程及问题的解决Tm不变,T并不是很重要的参数,因为一般换热器都有一61调整管网水力学分布定的设计余量,只要入口温度不超过设计值,一般都可以满前在问题5中提到过一些错误操作,因此第一步先纠正足冷却要求这些错误,主要包括:因此,循环水流量是可降低的,其后果是循环水回水温(1)全开每一个换热器的入口手阀,出口阀门一般控制度升高,只要此时注意每个用户的冷却效果,做相应的单独在50%调整,应该可以找到一个合适的操作点(2)全关中国煤化工由于循环水量降低,回水温度升高,如果要保证供水温度(3)检查CNMHG般在50%左右的则需要再调整循环水塔的操作,必要时可以加大风扇转速来YH(下转第161页)·146·化工设计通讯资源与环境第42卷第1期Chemical Engineering Design CommunicationsResources and environment队伍可为良策。此外,在已拥有的人才结构当中,适度地进察执法环节中要积极加大力度,采取切实有效的策略,不断行调整人才,对一些德才兼备的管理型人才一定要加以重用强化管理与进行规范化工作,环保部门内部也要进行对工作定期进行对员人的培训,尽可能提高他们的业务素养。有人员的统一培训,从而有效提高他们工作的素养,保持良好必要创建环境执法骨干队伍,该队伍的成员都是部分工作管的工作精神与状态,唯有通过各个方面的共同努力,方可把理成绩优异,业绩突出的人员,在执行检察工作过程中,他环境监察执法工作完成得更好。们需承担带领新员工的职责,如此便能起到以老带新、以强参考文献带弱的作用,促使环境监察执法工作日趋规范化,从而有效[]孟晨,论新形势下提高环境监察执法效能门.现代商贸工业提升他们的工作素养。2013,(18):3结束语[2]吴晓悦.浅谈新形势下环境监察工作要点门.东方企业文化,总而言之,在国家的新形势发展下,环保部门在环境监““““““(上接第146页)经检查阀门入口阀门开度只有25%左右,出口50%。开大入就不再调整。口阀门至50%后,冷却能力恢复(4)监控一些重要的,大的冷却器的冷却效果,通过便在调整正常循环水达到要求后,采用类似的步骤停一台携式温度计测量回水温度。有些换热器出口温度过高的,开紧急冷却水泵。发现的问题是泵出口压力在附近460kPag波动,大其出口手阀,甚至某些冷却器出口欧阀门全开接近联锁值,流量约900m/h,电机电流低于额定电流。为了通过以上调整,保证了在低流量下,绝大部分换热器仍提高压力,开大了泵出口阀门,流量略有提高可得到足够的冷却水。至此,调整工作告一个段落。62调整泵出口阀门及管网阀门7调整后结果停泵最关键的问题在于供水压力是否能维持住。考虑P021)P02和P03泵各停一台。节约电能约1000kW运行3台泵时,压力已经比较接近低压联锁值,因此在停泵之(2)优化了循环水分布,将温度控制转速回路投用,运前,都先预开了三台泵的出口阀门,并且调整每台泵的出口行三台风扇在低转速即可满足生产需求,节约电能约100wy压力及电流相同。通过此调整,供水压力提高了60kPa,流量(3)解决了问题4中的管线及阀门振动问题。其机理是回大约提高1000mh。之后停其中一台泵。水压力升高了220kPa,而紧急冷却水供水压力基本维持不变,停泵后,流量掉至94mh,压力掉到525kPag,低于因此控制阀的压差减小,开度增大,正常开度在20%以上,联锁压力。之前已经将此联锁旁路,因此第三台泵没有自启。节流问题消失电机电流已经略高于额定电流。通过此调整,实际供节约电能1100kW,相当于节省电费为了减小电机电流,必须降低供水流量;为了升高供水647万元/年(电费按07元/度税前计,一年按8400生产小压力,需要开大泵出口阀门;但开大出口阀门就会流量升高,时计),经济效果十分显著。电机电流升高。因此此时不能再通过开大泵出口阀门的方法同时还纠正了一系列不正确或不好的操作模式,消除了来提高管网压力,而应当通过关小回循环水塔的回水阀门来管线振动,降低了设备出问题的风险。减小流量及提高压力8下一步计划实际调整时,先估计34个塔的运行即可满足冷却要求目前回水压力在320kPa,实际上80kPa即可满足回塔需求然后观察每个循环水塔的回水分布,选定了3个回水塔为主要并且回水阀的压降过高,还导致低流量的阀门开度很小,管冷却塔(D,E,F),尽量关小了其余的3塔的回水量(A,B,线有噪音。C),均匀分布了D、E、F三塔的回水量。并且控制总供水量这说明循环水供水泵的压头设计偏高,最大有240kPa的在8500m/h,供水压力提高至570kPag,回水压力由之前的余量,因此下一步计划研究通过更换小叶轮的方式,降低泵100kPag升高至320kPag压头。运行D、E、F风扇,停其余风扇,供水温度在28-30℃之根据泵特性曲线,如果更换最小叶轮,压头可降低10m。间,监测主要冷却器的运行状况,仅发现有一个精馏塔的冷理论计算单台泵可节能175kW,经济效益也很明显。凝器(C404ABC)效果有较明显降低。9总结该塔有三台冷凝器,总设计负荷为l1 Mkcalh,循环水总循环水系统只要能满足供水温度和压力,常常不为生产流量1800m3h,循环水入口设计温度32℃,出口378℃。工所注意,而实际上其为耗电大户,就本厂而言,其用电在调艺侧设计入口温度43℃。整前占了总厂耗电的30%。仔细分析后加以合理的调整,直接现场测量出口管道温度约为41℃,分析换热能力下降的带来了647万元/年的经济效益,因此应当对循环水系统予以可能原因是循环水流量不够。但经现场检查冷却器进出口阀足够的重视都已全开。随后怀疑可能是精馏单元界区24”阀门开度不够,(上接第156页)3结束语23强化执法工作人员的综合素质综上所述,面对现代阶段国内日趋明显的环境问题,需在当前环境监察执法过程中,注重提高执法工作人员的综强化环境监察执法效能,重点从监察管理、监察执法水平与合素质,使他们在实际工作中表现出非一般的坚强毅力。进执法工作人员的综合素质等方面着手,同时还需要积极加强行细化工作任务,明确每个岗位的职责所在,按照执法工作宣传,让每个公民都可以自觉地保护环境,从而可以促进我人员自身优势,安排适当的职位,同时创建完善的岗位责任国经济与社会的可持续发展。制度等,促使真正把执法工作认真落实到位;可定期组织执参考文献法工作人员学习环境法律法规,进行探讨一些典型案例,不[蔡晶晶.我国环境监察执法组织的改革趋势探讨中国人口断研究在执法过程中所碰到的难题与疑问,为顺利进行以后源与环境,20的执法工作奠定基础;让人员组织结构得到优化,从而能够2]祝妍华,姚堅H中国煤化工2009,22(z2CNMHG考环境科技,充分做到实现优势互补与共同进步。