石油石化節(jié)能與減排節(jié)能技木Energy Conservation and Emission Reduction in Petroleum and Petrochemical Indust2014年第4卷3循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水優(yōu)化何華祥(中國石化四川維尼綸廠,重慶401254)摘要:分析了3循環(huán)水系統(tǒng)存在富裕壓頭過大、濃縮數(shù)倍不高、水泵效率低的原因;采用分壓供水、回收直排水、將一元流葉輪水泵更換成三元流葉輪水泵;循環(huán)水系統(tǒng)得到全面糾偏,降低了電耗、水耗,節(jié)能效果明顯,實現(xiàn)全系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水高效運行。關(guān)鍵詞:循環(huán)水分壓供水三元流葉輪優(yōu)化四川維尼綸廠3循環(huán)水場主要供老區(qū)發(fā)電車2)紡絲車間主要用水設(shè)備有蒸發(fā)機組、射水間、鍋爐車間、乳液車間、紡絲車間冷卻用水。該器、紡絲空調(diào)、熱處理冷卻羅拉、機封冷卻水。紡系統(tǒng)由原來的紡絲循環(huán)水場、發(fā)電機力塔循環(huán)水場絲水溶、VHT、3S裝置擴能后用水將新增1000等循環(huán)水場優(yōu)化整合而成,整合后克服了原來各自1900mh獨立并且生產(chǎn)能力小、條塊分割,抗沖擊能力弱的3)乳液車間用水主要是乳液裝置、甲醛裝置缺點。但在近幾年的生產(chǎn)實際運行中發(fā)現(xiàn)循環(huán)水場產(chǎn)品冷卻用水。的運行效率仍然不高,主要表現(xiàn)在水泵的設(shè)計工況4)鍋爐車間用水主要用水設(shè)備有鍋爐高低壓與實際工況相差較大,存在富裕壓頭過高、水流失給水泵、球磨機、引送風機。量大、濃縮倍數(shù)低。因此利用新的節(jié)能技術(shù),對3各車間用水情況見表1。循環(huán)水系統(tǒng)進行綜合節(jié)能改造。1.3優(yōu)化前存在的主要問題1.31富裕壓頭過大13循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化前的基本情況通過以上對3循環(huán)水系統(tǒng)用戶用水狀況分析1.1水場概況與多次壓力測試,只有紡絲車間、VAE車間以及發(fā)3循環(huán)水場主要供老區(qū)南區(qū)裝置工藝、設(shè)備冷電車間的三臺射水泵所需的壓力較大,需要水壓為卻用水。配置有2座4500mh、3座3000mh機械039MPa以上,但其用量只占總量的32%左右。抽風式逆流冷卻塔,系統(tǒng)設(shè)計供水能力18000m3h。而占總量68%左右的發(fā)電車間凝汽器實際用水只5臺5500m3h,1臺3000m3h離心泵,給水溫度需要水壓為017~023MPa左右,而水泵設(shè)計揚程≤33℃,回水溫度≤43℃,給水壓力04-046MPa,為46m,在額定揚程下運行時,其母管出水壓力為6臺水泵設(shè)計揚程均為46m。經(jīng)過多次實測,整個系0.45MPa,高出實際需求壓力622%,存在嚴重的統(tǒng)實際供水量在14000-1800m3h之間,給回水溫大馬拉小車”現(xiàn)象,有較大的節(jié)能潛力差在6~8℃之間。1.32循環(huán)水流失嚴重1.2用水狀況發(fā)電車間3臺射水抽汽器循環(huán)水長期溢流;1)發(fā)電車間主要用水設(shè)備有凝汽器、射水鍋爐部分機泵冷卻水收集口長期溢流;紡絲車間蒸器、冷風器、冷油器。其中凝汽器是整個系統(tǒng)中用水量最大的設(shè)備,其用水占總循環(huán)水量的68%左右,用水壓力為017~0.23MPa,采用調(diào)節(jié)進水閥收稿日期:2014-3-25(修改稿)作者簡介:何華祥,學(xué)士、高級工程師。主要從事化工生產(chǎn)及節(jié)能開度控制水壓和水量。技術(shù)工作。何華祥.3″循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水優(yōu)化石油石化節(jié)能與減排表1各車間用水狀況換熱設(shè)備壓力MPa流量(t·h)進返液溫差/℃回水方式供水壓力04404凝汽器7000-120008-12回冷卻塔實際需要0.17~0.23發(fā)電車間射水器0.44~0.46回水池冷油器0.44~0.462-3回水池冷風器0.44-0.46回冷卻塔蒸發(fā)機組0.44-0.46300~6003-5下給排水池射水器紡絲車間空調(diào)、羅拉、機封0.44-0.4610-0464千始排水池紡絲擴能0.44-0.463~5回冷卻塔乙烯裝置0.44-0.466-8乳液車間500~800回冷卻塔甲醛裝置0.44-0.466高低壓給水泵0.44-0.463-8鍋爐車間70~140回冷卻塔球磨機、引送風機0.44-0.463~5發(fā)站冷凝水抽出泵冷卻用循環(huán)水也長期存在溢流;乳液、甲醛和紡絲部分用水設(shè)備的極限條件用水。南循下給排水池及南循水場間斷出現(xiàn)高位溢流;部4)水泵出口壓力保持在039MPa時,循環(huán)水分用戶回水直接利用位差返回循環(huán)水池,而未上冷溫上升到33℃也能滿足發(fā)電車間射水器、紡絲車卻塔,這部分水也易出現(xiàn)溢流。最大溢流量可達到間蒸發(fā)機組等運行需要。260m3/h2.2優(yōu)化方案的論證1.3.3水泵效率不高如實施降壓供水后,對遠離3循環(huán)水場且所通過檢測水泵實際揚程、流量、電流,計算需水壓較高的紡絲蒸發(fā)機組的影響,以及對沒有安出水泵實際效率均為80%以下。隨著節(jié)能新技術(shù)裝壓力表的發(fā)電車間冷風器的換熱效果進行重點的不斷發(fā)展,特別是三元流葉輪節(jié)能技術(shù)的成熟應(yīng)論證。用,相關(guān)資料表明三元流葉輪泵要比一元流葉輪2.2.1紡絲車間泵節(jié)能5%~10%。而3循環(huán)水系統(tǒng)所用的6臺循紡絲車間提濃工段蒸發(fā)機組的換熱器與射水器環(huán)泵全是一元流葉輪泵,如將其更換成三元流葉輪是共用一個水包,容易形成“搶水”,采用對射水泵,將有較大的節(jié)電空間。器單獨供水的方式加以解決。蒸發(fā)機組換熱器的使用情況見表2。2實施優(yōu)化的可行性21各用戶極限條件下所需最低水壓表2紡絲車間蒸發(fā)機組檢測結(jié)果極限條件是指在夏天最高氣溫時,經(jīng)現(xiàn)場實名稱蒸發(fā)機組水泵出口壓力MPa測,各用水設(shè)備的最低需求水壓。DN700母管壓力/MP0.411)水泵出口總管壓力020MPa時,可以滿足機組進口壓力MPa鍋爐車間高低壓給水泵、球磨機、引送風機的極限循環(huán)水顯示流量(含射水器)/(m2h條件用水。循環(huán)水進口溫度/℃循環(huán)水出口溫度/℃2)水泵出口總管壓力023MPa時,可以滿足控制參數(shù)Pa負壓0.093發(fā)電凝汽器、冷風器、冷油器等設(shè)備的極限條件用水。從主管到蒸發(fā)機組換熱器進口壓差為0075MPa3)水泵出口總管壓力0.32MPa時,可以滿足實行降壓運行、系統(tǒng)糾偏,且射水器水路另建管道石油石化節(jié)能與減排☆2014年第4卷第4期☆后,蒸發(fā)機組用水量約為200mh,優(yōu)化后的壓差50mh。將下降為:根據(jù)熱能量交換方程:△P=△P(y)=0.077200)=0033MPa)△m2C如果水泵揚程降為38m,泵出口壓力為50×(57-44=325(℃)039MPa,換熱器流量比為循環(huán)水溫差只有325℃,對換熱能力的影響p2也很少,并且蒸發(fā)機組又有備臺。因此實施降壓供水對紡絲蒸發(fā)機組換熱器的0.039v(0456-0075+0033)=969%水壓差、流量、溫差的影響是有限的,不影響生產(chǎn)運行。如果實施整體降低后,最大流量將只下降2.22發(fā)電車間3.1%。發(fā)電車間冷風器循環(huán)水沒有安裝壓力表,分不紡絲水溶裝置、VHT裝置一浴液控制溫度均同時間對循環(huán)水進出口壓力、溫度及機組進出口溫為(44±1)℃,返液溫度為56~58℃,流量為度進行多次檢測,數(shù)據(jù)記錄見表3。表3發(fā)電車間冷風器性能檢測循環(huán)水進口循環(huán)水出口循環(huán)水壓差工藝控制水泵出口壓力溫度PMPa溫度 c P/MPaPy/MPa進口溫度r出口溫度/CP/MPa29.30.1900.06351.00.4420.1250.0645140.4560.19630.60.1300.06633.40.4520.18430.70.1330.05133.20.4550.1900.06151.133.00.451上述冷風器的進出口溫度是在滿足發(fā)電機進口△Tm=4-△n風溫20~40℃,發(fā)電機出口風溫<65℃,機臺生n△n產(chǎn)正常運行時進行實測而得的。測試數(shù)據(jù)換算及初步分析如下(511-33)-(30.6-29.5)=607(℃)1)水泵揚程有效度η30.6-297=-p0.061P,-p,0.451-0.08516.7%4)傳熱單元數(shù)NTU1P為水泵出口與進冷風器進口處的液面壓差。MU=ATmE=(51.-29.50837=298T6.07數(shù)據(jù)表明水泵功耗實際利用率偏低,管路消耗過大參照換熱器的換熱標準,冷風器的換熱效果2)換熱器有效度1良好。從上述測試數(shù)據(jù)中可以看出,水泵揚程的有效e1=TA-TA=511-330=0837度為167%,循環(huán)水進口平均溫度295℃,出口平均溫度為306℃,溫差只有1.1℃,屬于小溫差換3)對數(shù)平均溫差△Tmn1熱器。換熱器進、出口平均壓差為006MPa。所以何華祥3循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水優(yōu)化石油石化節(jié)能與減掛實施降壓供水能夠保證發(fā)電車間冷風器的正常運行。根據(jù)各用戶用水水壓相差較大的特點,將整個3綜上所述,實施總體降壓,并分壓供水可以滿循環(huán)水場分為高壓A區(qū)和低壓B區(qū),進行分壓供水。足3循環(huán)水系統(tǒng)所有用戶生產(chǎn)需求。1)高壓區(qū)A區(qū)。供水壓力0.37~0.40MPa揚程為38m,向紡絲車間、乳液車間以及發(fā)電車3優(yōu)化改造內(nèi)容間三臺射水泵提供高壓用水。為最大限度地降低供3.1調(diào)整工藝流程,將水場分為高壓水區(qū)和低壓水壓差,還將發(fā)電車間與紡絲車間的射水泵的標高水區(qū),實行分壓供水下降了2m。整個高壓水區(qū)由1"、2兩臺大泵以本著滿足所有當前用戶安全生產(chǎn)運行,力求對開一備的形式供水,流量為5800m3h。新接一根系統(tǒng)的改變最小化,以及節(jié)能效果最佳的原則,并DN350的管道到發(fā)電車間,供三臺射水器用水,流充分考慮到未來發(fā)展所需,特別是維綸項目二、三量400m/h期完成后,以及為了平衡新老區(qū)用電量停運4發(fā)電2)低壓區(qū)B區(qū)。供水壓力08~025MPa,機組,確定了分壓供水方案。向發(fā)電車間、鍋爐車間供低壓水。由3~6泵負主要供水母管有兩根,發(fā)電車間與鍋爐車間共責輸送,泵揚程26m,為了既滿足生產(chǎn)需求,又用一根母管供水,紡絲車間與乳液車間共用另一根能始終保持泵運行在高效點,34-5"泵額定流量為母管。優(yōu)化前所用水泵配置情況見表45670mh,6泵額定流量3400m3h。為讓低壓水表4改造前水泵配置情況也進旁濾池,新接了一根DN300的管道。共進行了泵型號數(shù)量/臺流量/(m3h2)揚程/m水壓/MPa6臺泵的改造。改造后運行效果良好。3)在高壓A區(qū)和低壓區(qū)B區(qū)之間連結(jié)有閥門32SAP-131-5′555000.44~0.467-1,主要起著由于負荷變化時對高壓區(qū)與低壓區(qū)24 SAP3000044-0.4614的水量進行調(diào)節(jié)的作用。改造后工藝流程見圖1。8-1DN000DN200收集池4·塔冷卻塔5塔冷卻塔DN400DN250乳液甲醛裝置蒸汽發(fā)電射水器nPE泉DN600溢流紡絲擴能D60發(fā)電冷油器DN400蒸汽一DNI①0DN1400DN1400DN700DN150發(fā)電凝汽器蒸發(fā)站射水器冷風器鍋爐泵風機機DN0紡絲蒸發(fā)站封冷卻水DN200紡絲羅拉空調(diào)集水池排污濾池溢流1·池物絲機封冷卻L1·塔機力塔3"塔2·塔下給排水池3·池回水DN90DN9004圖1優(yōu)化改造后的工藝流程(紅色為新增管線)32直排水回收利用濃縮倍數(shù)只有28,主要原因為:1)發(fā)電射水抽汽優(yōu)化前存在水流失量大、濃縮倍數(shù)低,平均器常出現(xiàn)循環(huán)水溢流;2)鍋爐部分機泵冷卻水收石油石化節(jié)能與減☆2014年第4卷第4期☆集口長期溢流;3)紡絲車間蒸發(fā)站冷凝水抽出泵理論是把葉輪內(nèi)兩個相鄰葉片之間形成的流道,冷卻用循環(huán)水直排地溝,未回收。平均水流失量為視為一個截面變化的彎曲流管,認為沿流線的流200m7h。速大小隨截面大小而變化,在每個橫斷面上流速對此,采取的措施有:新增管線,將發(fā)電車是均勻的。然而由于葉輪流道的三元曲線形狀又間、鍋爐車間的溢流水和紡絲的直排水收集回收利是在等速旋轉(zhuǎn)之中,流速不但沿流線變化,而且用,杜絕溢流現(xiàn)象的發(fā)生。在低壓B區(qū)旁邊新建了沿橫截面任一點都是不同的,即流速是三元空間個體積為50m3的回水收集槽,帶有自動液位控函數(shù)。制系統(tǒng),并通過一個流量為150mh,揚程為14m以6泵設(shè)計為例,當不考慮所送液體粘度的增壓泵增壓后上冷卻塔。時,要求流量為900kg/s,利用CFD技術(shù),其水3.3三元流葉輪泵的運用泵效率、揚程與流速和葉片包角的函數(shù)關(guān)系見圖三元流葉輪泵的理論依據(jù):傳統(tǒng)的一元流2,3。0.850.850.750.700.65一原始葉輪原始葉輪原始葉輪一包角110°包角110°包角1100.55一包角120°0.55一包角120°一包角120°0.501100130013000.50011001300流量Qkg·s流量Q(kg:s)流量Q(kg:s)圖2葉片包角對水泵效率、揚程及流速的影響實際由于液體粘性的存在,泵輪出口沿葉片吸同樣運用CFD技術(shù)對3~5泵各參數(shù)進行了力面及前蓋板表面都會有流體的脫流,形成“尾跡重新設(shè)計。并實現(xiàn)在不變動管路、電路和電機的前消耗了泵的功率,同時還對流道產(chǎn)生堵塞,提下,新設(shè)計的三元流葉輪泵與原泵互換使流量減少。所以葉輪出口寬度對水泵效率及揚程針對全系統(tǒng)進行的以上三方面的節(jié)能改造工也是有影響的,見圖3。作于2012年11月全部完成并投入使用,共計投資綜合圖2、3,6"泵的葉片設(shè)計參數(shù)為葉片包610萬元。經(jīng)現(xiàn)場和試驗測試,改造后水泵效率提角110°,出口寬度90mm升8%~10%。0.940.850.920.900.750750.700.650.65原始葉輪0.80原始葉輪一出口寬度110mm出口寬度110mm出口寬度110mm0.76出口寬度90mm0.55出口寬度90mm出口寬度90mm70090011001300700900110013000070090011001300流量Q(kg:s")流量Q(kg·s)流量Q(kg·s")圖3葉輪出口寬度水泵效率、揚程及流速的影響4改造后節(jié)能效果系統(tǒng)跑水現(xiàn)象完全杜絕,經(jīng)過近幾個月的試運行,41節(jié)水分析萬噸循環(huán)水的補新水量平均水耗由6431m3/萬t下全系統(tǒng)實施優(yōu)化改造后,實現(xiàn)了全封閉管理,降到了2416m/萬t,節(jié)約40.15m/萬t,循環(huán)水量何華祥3"循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水優(yōu)化石油石化節(jié)能與減掛以14萬th,全年以8000h計算,全年節(jié)約補水造后,水泵運行的電流和系統(tǒng)萬噸循環(huán)水耗電量明4497萬t,年節(jié)約費用近35萬余元。顯下降,詳見表5,64.2節(jié)電分析根據(jù)改造前后的《生產(chǎn)月報》顯示,節(jié)電效果實施系統(tǒng)分區(qū)、分壓供水和水泵三元流葉輪改尤其明顯。表5分壓供水前后泵電流對比分壓供水后分壓供水前高壓區(qū)低壓區(qū)管網(wǎng)壓力MPa泵平均電流/A管網(wǎng)壓力MPa泵平均電流/管網(wǎng)壓力MPa泵平均電流/A0.44-0.46102.50.37-0.4086.90.18-0.25表6改造前后萬噸循環(huán)水耗電量對比日期20130年14月累計02年1-4月累計萬噸循環(huán)水耗電量/(kW·h萬t)15121956由表6可知,改造后累計萬噸循環(huán)水耗電量減果明顯,實現(xiàn)了全系統(tǒng)節(jié)能高效運行,也為進一步少44kW·h,降幅達29.4%,按照裝置當前14優(yōu)化其他循環(huán)水系統(tǒng)提供了很好的思路。萬m/h的循環(huán)量,全年以8000h計算,全年節(jié)約2)在運行過程中,由于將鍋爐車間的定聯(lián)排電4973萬kW·h,電056元/(kW·h)測算,年水和機泵冷卻水全部收集起來匯集到了3循環(huán)水節(jié)電效益為2785萬元以上,節(jié)電收益十分可觀。場,當循環(huán)用水量較少時,這些水不但滿足了3循表5、6中所列的泵電流是改造前后實際所測,流環(huán)水場的補充水需求,還有約為200m3h的水量富量為150m3h,揚程為14m的增壓泵是間歇運行,裕,可考慮將其引到1循環(huán)水場加以利用。且量很少,所以就未單獨將這臺增壓泵進行核算,且表6進行對比是單位水耗電量。參考文獻按照中石化的統(tǒng)一折標系數(shù),工業(yè)水0.2429[1劉殿魁,孫玉民,梁衛(wèi)星.三元流技術(shù)及其在循環(huán)水泵節(jié)噸標煤汘千噸,電0.1229噸標煤汘kW·h,全年共能改造中的應(yīng)用石油和化工節(jié)能,2010(1):71計節(jié)約720.41噸標煤。全年實現(xiàn)節(jié)約費用為3135[2]王致清工程流體力學(xué)M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1983:217-219萬元,預(yù)計195年就可收回投資。[4]蘇銘德,黃素逸計算液體力學(xué)基礎(chǔ)M北京:清華大學(xué)出版社,1997:113-1165結(jié)論及探索[5]林殿濱,葛嫚麗,馬輝.應(yīng)用三元流技術(shù)降低循環(huán)水場電1)3·循環(huán)水系統(tǒng)實施優(yōu)化改造后,經(jīng)過近幾耗應(yīng)用能源技術(shù),2009(7):27個月的運行,完全能滿足生產(chǎn)需要,且節(jié)水節(jié)電效6]潘小強,袁璟,CFD軟件在工程流體數(shù)值模擬中的運用J南京工程學(xué)院學(xué)報,2004(3):52Water-saving Optimization for Water Circulating SystemSINOPEC Sichuan Vinylon Works, Chong @ing 401254, ChinaAbstract: This paper analyzes the causes of the excessive spare pressure head, low concentration times and lowpump efficiency in the No. 3 circulating water system in the company. Several measures, including water supply withmultiple pressures, recycling of waster water and replacement of 1-D flow impeller with 3-D flow impeller for waterpump, are adopted to correct the above-mentioned issues in the water circulating system, resulting in lower power andwater consumption, and higher efficient operation of the whole system.Key words: cooling water circulation; cooling water supply with multiple pressure system; 3-dimentional flowimpeller; optimization-27