化工設(shè)計化工能源第42卷第1期Chemical Engineering Design CommunicationsChemical Energy2016年1月優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)操作節(jié)約電能陳瑞利(西薩化工上海有限公司,上海201507)摘要:分析了某廠的循環(huán)水系統(tǒng)運狀態(tài),分析了運行中發(fā)現(xiàn)的問題,提出解決方案;更進(jìn)一步通過熱平衡及水力學(xué)分析,優(yōu)化操作,取得了647萬元/a的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞:循環(huán)水;優(yōu)化;節(jié)能中圖分類號:TQ0854文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:10036490(2016)01-014503Saving the Electrical Power by Optimizing the Cooling Water SystemChen rui-liAbstract: 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循環(huán)水系統(tǒng)是化工廠最常見的冷卻系統(tǒng),其特點是流量2)泵出口手閥開度過小。由于此閥門為30”蝶閥,開關(guān)高,一般在數(shù)千至上萬立方每小時,循環(huán)水供水泵及冷卻水塔比較困難,操作工一般將出口閥開的很小,導(dǎo)致此手閥的壓風(fēng)扇的功率在兆瓦級。合理的根據(jù)裝置負(fù)荷、氣候情況、冷降損失很大,對比泵出口壓力和總管壓力,此閥門的壓降為卻器的效率調(diào)整循環(huán)水系統(tǒng)的運行可以取得顯著的節(jié)電效果。150kPa。由于總管上有一個530kPa的低壓聯(lián)鎖,為了保持壓力本文以某工廠的循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化實例說明了如何通過合3臺泵必須要開啟,否則壓力就不夠。三臺泵總共供水量只有理調(diào)節(jié)達(dá)到節(jié)電效果。9500-10500m3h,平均每臺泵供水只有3200-3500m/h1循環(huán)水系統(tǒng)介紹3)由于設(shè)計余量,加之開車初期,裝置負(fù)荷不高,即便本工廠循環(huán)水系統(tǒng)的主流程框圖參考下圖,系統(tǒng)包括了在3天的100%負(fù)荷測試的時間里,循環(huán)水塔的負(fù)荷也只有最如下主要設(shè)備高73 Mical/h,供水溫度在27-32℃,回水溫度在32~37℃之間,1)正常循環(huán)水供水泵P02AD,每臺泵的額定流量為4700溫差在565℃之間m3/h,功率950kW,按設(shè)計3開1備。4)緊急冷卻水的正常用戶只有3臺,其中2臺不大,總2)緊急循環(huán)水供水泵P03A~C,每臺泵的設(shè)計流量為1400設(shè)計流量只有20m3/h,而另有一臺冷卻器,C08,其設(shè)計負(fù)m3h,功率325kW。按設(shè)計2開1備。此泵與柴油發(fā)電機(jī)連接,荷為178 Mical/h,冷卻水設(shè)計流量為2200m3/h。但根據(jù)實際在外界供電停供狀態(tài)下仍可供水運行數(shù)據(jù)來看,此換熱器的設(shè)計面積遠(yuǎn)大于實際需求,導(dǎo)致3)6臺冷卻水塔AF及循環(huán)水池,其中C~F為變頻風(fēng)機(jī);循環(huán)水平均流量在40m/h即可滿足換熱要求,這意味著緊急A、B塔為緊急冷卻塔,風(fēng)機(jī)固定轉(zhuǎn)速,并與柴油發(fā)電機(jī)連接,冷卻水量只要600m/h就可滿足需求。在停電時風(fēng)扇仍可運行順便提一下,此處有低循環(huán)水量引起管道閥門震動問題4)若干冷卻水用戶級相關(guān)閥門、管道、儀表等C08是通過控制循環(huán)水流量來控制換熱量,而控制閥是按照正冷卻塔的設(shè)計條件如下常流量2200m/h而設(shè)計的,由于現(xiàn)在平均流量只有400m/h正常循環(huán)水量11200m3h,供水壓力>530kPa,當(dāng)壓力低并且流量實在200-600m/h間波動,閥門也相應(yīng)在10%-20%于此值時,備用泵自啟;緊急循環(huán)水流量為2400m/h,供水間波動。當(dāng)閥門開度在10%左右時,由于閥門節(jié)流,導(dǎo)致此壓力>450kPa,當(dāng)壓力低于此值時,備用泵自啟。供水溫度閥門及相關(guān)管線劇烈振動,噪音巨大。長期如此運行,必然32℃,總回水溫度38℃。用戶負(fù)荷94 Mical/h引起管道及閥門的損壞。2運行工況5)每個冷卻水用戶單元末端,都有一個從供水至回水的此工廠為2015年初投產(chǎn)的新工廠。在初始運行的第一年,旁路閥,每一臺換熱器進(jìn)出口都有蝶閥,但出口未安裝任何工程師主要精力放在了主工藝裝置,循環(huán)水系統(tǒng)的運行主要溫度變送器或就地表。在開車投產(chǎn)階段,有些旁路閥完全處依靠操作工的個人經(jīng)驗。操作工為了維持壓力在53kPa以上,于開的狀態(tài),有些換熱器入囗閥沒有全開,有些換熱器出口通常運行3臺P02泵,供水量在9500-10500m/h;緊急冷卻閥全開。這些問題都導(dǎo)致了不必要的循環(huán)量,浪費供水泵的水運行2臺P03泵,流量20002400m3/h,循環(huán)水塔風(fēng)機(jī)運行能耗。3-4臺?？傠姾脑?3MW左右。供水溫度滿足冷卻器要求。6)循環(huán)水回塔的分布不均,有的多有的少,而風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速3運行中的問題的控制并沒有根據(jù)水量分布來控制,導(dǎo)致冷卻效果不高盡管供水溫度及流量滿足了冷卻用戶的要求,但實際上7)設(shè)計冷卻水供水溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,以達(dá)到節(jié)能效果,系統(tǒng)并未恰當(dāng)控制在最佳點,主要存在的問題如下:但實際上,由于風(fēng)扇本身機(jī)械及操作習(xí)慣問題,自開車來,1)三臺P02泵的出口手閥開度大小不一,導(dǎo)致3臺泵的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由操作工手動設(shè)置,一般也不會去調(diào)此轉(zhuǎn)速,因此負(fù)荷分布不均,根據(jù)泵出口壓力及功率判斷,有的泵在接近供水溫度總低于實際需求。甚至可能低于最小流量狀態(tài)下運行。長期運行可能會損壞泵4優(yōu)化思路體解決以上問題并找到最優(yōu)點主要通過兩條路徑:1)糾正不正確的操作,包括通過調(diào)整泵出口手閥,平均收稿日期:201601-20分配泵運行負(fù)荷,保證其運行在最小流量之上;維修風(fēng)機(jī),保作者簡介:陳瑞利(1977),男,陜西旬陽人,工程師,主要從事證其正查運行;根據(jù)回水量分布,調(diào)整風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速,回水量多化工生產(chǎn)及技術(shù)工作。的風(fēng)機(jī)可轉(zhuǎn)速高些,回水量少的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速低些甚至停止風(fēng)機(jī);·145·第42卷第1期化工能源化工設(shè)計通訊2016年1月Chemical EnergyChemical Engineering Design Communicationss氧化單元精餾單元404A/B/CC-XXXXPO2D提濃單元正常循環(huán)水供水系統(tǒng)C-XXXX20PO3B20°緊急循環(huán)水供水系統(tǒng)投用溫度控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的回路確保供水溫度2)研究系統(tǒng)熱負(fù)荷,決定供水流量,找到滿足如下條件三個重要推論:的操作點:1)循環(huán)水量決定回水溫度,實際就是供-回水溫差,只供水溫度不高于32℃,回水溫差不超過38℃,溫差在6℃內(nèi)。要溫差由余地,就有可能降低流量;水量減少的比例與溫差滿足壓力要求。成的變化成反比。通過降低供水量,盡可能運行少的機(jī)泵,風(fēng)扇轉(zhuǎn)速盡可能低2)供水溫度由循環(huán)水塔運行決定,回水溫度的升高,可優(yōu)化分析過程以通過調(diào)節(jié)循環(huán)水塔的操作而達(dá)到供水溫度的要求對于上述兩條思路,第一條主要是糾正錯誤的操作和維3)循環(huán)水量的減少,只要比例不是太大,比如20%以內(nèi),修相關(guān)的設(shè)備,使系統(tǒng)運行在設(shè)計工況下。換熱器用戶的效率是不會受到太大的影響。第二條是優(yōu)化的重點,需要更多的可行性分析:根據(jù)以上推論,停一臺P02泵,循環(huán)水量由10000m3為1000h,考慮到泵的額定流量為4700m3h,2臺泵可供至5369℃,供水溫度在27-32℃之間,回水溫度最高溫度9400m3/h流量,與1000m3h相差不多,對用戶影響應(yīng)該不大。389℃?？紤]到這是夏天滿負(fù)荷負(fù)荷操作的溫度,處于其他季而如果能停一臺泵,預(yù)計可節(jié)約800kW的電量。節(jié)非滿負(fù)荷時,通過控制供水溫度,回水溫度控制在38℃內(nèi)應(yīng)對于循環(huán)水系統(tǒng)的用戶側(cè),有如下熱平衡公式:該問題不大。于緊急冷卻水系統(tǒng),前文已經(jīng)分析過,由于C08的設(shè)上式中:計余量很大,完全沒有必要再提供2200mh的流量,可以停Q為各個用戶的總負(fù)荷需求,由主工藝裝置決定,對于一臺P03泵,預(yù)計可節(jié)約電能250kW。循環(huán)水系統(tǒng)屬目標(biāo)變量,不可調(diào)節(jié)。另外,在停P02和P03泵時,供水壓力必然會下降,而且F為供水流量,可調(diào)還有可能低于聯(lián)鎖值。這是一個水力學(xué)問題。這個問題可以C為水的比熱, I kcal/kg℃通過調(diào)整泵出口閥和循環(huán)水回水閥而滿足壓力要求T為供水溫度,受冷卻塔的運行效率影響,如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速因此,提出的最終解決方案如下:水量分布等因素影響。(1)各停一臺P02和P03泵T為回水溫度,當(dāng)Q和T固定后,由流量F決定。(2)調(diào)整冷卻塔水量分布及風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,控制供水溫度不通過上面對公式的分析,可以看出,F最終影響的是供。高于32℃。回水溫差,流量假設(shè)減少20%,則溫差增大20%。如果T不(3)調(diào)整泵出口閥門,滿足壓力要求變的話,則影響的就是T。而對于用戶而言,只要入口溫度6實際調(diào)整過程及問題的解決T不變,T并不是很重要的參數(shù),因為一般換熱器都有一61調(diào)整管網(wǎng)水力學(xué)分布定的設(shè)計余量,只要入口溫度不超過設(shè)計值,一般都可以滿之前在問題5中提到過一些錯誤操作,因此第一步先糾正足冷卻要求這些錯誤,主要包括:因此,循環(huán)水流量是可降低的,其后果是循環(huán)水回水溫(1)全開每一個換熱器的入口手閥,出口閥門一般控制度升高,只要此時注意每個用戶的冷卻效果,做相應(yīng)的單獨在50%。調(diào)整,應(yīng)該可以找到一個合適的操作點。(2)全關(guān)每個單元的旁路閥門。由于循環(huán)水量降低,回水溫度升高,如果要保證供水溫度,(3)檢查每個單元的進(jìn)出口界區(qū)閥,一般在50%左右的則需要再調(diào)整循環(huán)水塔的操作,必要時可以加大風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來(下轉(zhuǎn)第161頁)·146·化工設(shè)計通訊資源與環(huán)境第42卷第1期hemical Engineering Design CommunicationsResources and environment2016年1月隊伍可為良策。此外,在已擁有的人才結(jié)構(gòu)當(dāng)中,適度地進(jìn)察執(zhí)法環(huán)節(jié)中要積極加大力度,采取切實有效的策略,不斷行調(diào)整人才,對一些德才兼?zhèn)涞墓芾硇腿瞬乓欢ㄒ右灾赜?。?qiáng)化管理與進(jìn)行規(guī)范化工作,環(huán)保部門內(nèi)部也要進(jìn)行對工作定期進(jìn)行對員人的培訓(xùn),盡可能提高他們的業(yè)務(wù)素養(yǎng)。有人員的統(tǒng)一培訓(xùn),從而有效提高他們工作的素養(yǎng),保持良好必要創(chuàng)建環(huán)境執(zhí)法骨干隊伍,該隊伍的成員都是部分工作管的工作精神與狀態(tài),唯有通過各個方面的共同努力,方可把理成績優(yōu)異,業(yè)績突出的人員,在執(zhí)行檢察工作過程中,他環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法工作完成得更好。參考文獻(xiàn)帶弱的作用,促使環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法工作日趨規(guī)范化,從而有效[]孟晨,論新形勢下提高環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法效能[現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),提升他們的工作素養(yǎng)。2013,(18):3結(jié)束語[2]吳曉悅淺談新形勢下環(huán)境監(jiān)察工作要點門.東方企業(yè)文化,總而言之,在國家的新形勢發(fā)展下,環(huán)保部門在環(huán)境監(jiān)2013,(16):201.(上接第146頁)經(jīng)檢查閥門入口閥門開度只有25%左右,出口50%。開大入就不不再調(diào)整。口閥門至50%后,冷卻能力恢復(fù)。(4)監(jiān)控一些重要的,大的冷卻器的冷卻效果,通過便在調(diào)整正常循環(huán)水達(dá)到要求后,采用類似的步驟停一臺攜式溫度計測量回水溫度。有些換熱器出口溫度過高的,開緊急冷卻水泵。發(fā)現(xiàn)的問題是泵出口壓力在附近460kPag波動,大其出口手閥,甚至某些冷卻器出口歐閥門全開接近聯(lián)鎖值,流量約900m3/h,電機(jī)電流低于額定電流。為了通過以上調(diào)整,保證了在低流量下,絕大部分換熱器仍提高壓力,開大了泵出口閥門,流量略有提高?？傻玫阶銐虻睦鋮s水。至此,調(diào)整工作告一個段落62調(diào)整泵出口閥門及管網(wǎng)閥門7調(diào)整后結(jié)果停泵最關(guān)鍵的問題在于供水壓力是否能維持住。考慮P02(1)P02和P03泵各停一臺。節(jié)約電能約1000kW運行3臺泵時,壓力已經(jīng)比較接近低壓聯(lián)鎖值,因此在停泵之(2)優(yōu)化了循環(huán)水分布,將溫度控制轉(zhuǎn)速回路投用,運前,都先預(yù)開了三臺泵的出口閥門,并且調(diào)整每臺泵的出口行三臺風(fēng)扇在低轉(zhuǎn)速即可滿足生產(chǎn)需求,節(jié)約電能約100kW壓力及電流相同。通過此調(diào)整,供水壓力提高了60kPa,流量(3)解決了問題4中的管線及閥門振動問題。其機(jī)理是回大約提高1000m3/h。之后停其中一臺泵。水壓力升高了220kPa,而緊急冷卻水供水壓力基本維持不變停泵后,流量掉至9400mh,壓力掉到525kPag,低于因此控制閥的壓差減小,開度增大,正常開度在20%以上聯(lián)鎖壓力。之前已經(jīng)將此聯(lián)鎖旁路,因此第三臺泵沒有自啟。節(jié)流問題消失電機(jī)電流已經(jīng)略高于額定電流通過此調(diào)整,實際供節(jié)約電能1100kW,相當(dāng)于節(jié)省電費為了減小電機(jī)電流,必須降低供水流量;為了升高供水647萬元/年(電費按07元/度稅前計,一年按8400生產(chǎn)小壓力,需要開大泵出口閥門:但開大出口閥門就會流量升高,時計),經(jīng)濟(jì)效果十分顯著。電機(jī)電流升高。因此此時不能再通過開大泵出口閥門的方法同時還糾正了一系列不正確或不好的操作模式,消除了來提高管網(wǎng)壓力,而應(yīng)當(dāng)通過關(guān)小回循環(huán)水塔的回水閥門來管線振動,降低了設(shè)備出問題的風(fēng)險減小流量及提高壓力。8下一步計劃實際調(diào)整時,先估計34個塔的運行即可滿足冷卻要求目前回水壓力在320kPa,實際上80kPa即可滿足回塔需求。然后觀察每個循環(huán)水塔的回水分布,選定了3個回水塔為主要并且回水閥的壓降過高,還導(dǎo)致低流量的閥門開度很小,管冷卻塔(D,E,F),盡量關(guān)小了其余的3塔的回水量(A,B,線有噪音。C),均勻分布了D、E、F三塔的回水量。并且控制總供水量這說明循環(huán)水供水泵的壓頭設(shè)計偏高,最大有240kPa的在8500m3h,供水壓力提高至570kPag,回水壓力由之前的余量,因此下一步計劃研究通過更換小葉輪的方式,降低泵100kPag升高至320kPag壓頭。運行D、E、F風(fēng)扇,停其余風(fēng)扇,供水溫度在28-30℃之根據(jù)泵特性曲線,如果更換最小葉輪,壓頭可降低10m間,監(jiān)測主要冷卻器的運行狀況,僅發(fā)現(xiàn)有一個精餾塔的冷理論計算單臺泵可節(jié)能175kW,經(jīng)濟(jì)效益也很明顯。凝器(C404ABC)效果有較明顯降低。9總結(jié)1lkca/h,循環(huán)水總循環(huán)水系統(tǒng)只要能滿足供水溫度和壓力,常常不為生產(chǎn)流量1800m3h,循環(huán)水入口設(shè)計溫度32℃,出口378℃。工所注意,而實際上其為耗電大戶,就本廠而言,其用電在調(diào)藝側(cè)設(shè)計入口溫度43℃整前占了總廠耗電的30%。仔細(xì)分析后加以合理的調(diào)整,直接現(xiàn)場測量出口管道溫度約為41℃,分析換熱能力下降的帶來了647萬元/年的經(jīng)濟(jì)效益,因此應(yīng)當(dāng)對循環(huán)水系統(tǒng)予以可能原因是循環(huán)水流量不夠。但經(jīng)現(xiàn)場檢查冷卻器進(jìn)出口閥足夠的重視。門都己全開。隨后懷疑可能是精餾單元界區(qū)24”閥門開度不夠(上接第156頁3結(jié)束語23強(qiáng)化執(zhí)法工作人員的綜合素質(zhì)綜上所述,面對現(xiàn)代階段國內(nèi)日趨明顯的環(huán)境問題,需在當(dāng)前環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法過程中,注重提高執(zhí)法工作人員的綜強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法效能,重點從監(jiān)察管理、監(jiān)察執(zhí)法水平與合素質(zhì),使他們在實際工作中表現(xiàn)出非一般的堅強(qiáng)毅力。進(jìn)執(zhí)法工作人員的綜合素質(zhì)等方面著手,同時還需要積極加強(qiáng)行細(xì)化工作任務(wù),明確每個崗位的職責(zé)所在,按照執(zhí)法工作宣傳,讓每個公民都可以自覺地保護(hù)環(huán)境,從而可以促進(jìn)我人員自身優(yōu)勢,安排適當(dāng)?shù)穆毼?同時創(chuàng)建完善的崗位責(zé)任國經(jīng)濟(jì)與社會的可持續(xù)發(fā)展。制度等,促使真正把執(zhí)法工作認(rèn)真落實到位;可定期組織執(zhí)參考文獻(xiàn)法工作人員學(xué)習(xí)環(huán)境法律法規(guī),進(jìn)行探討一些典型案例,不[]蔡晶晶.我國環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法組織的改革趨勢探討門中國人口·資斷研究在執(zhí)法過程中所碰到的難題與疑問,為順利進(jìn)行以后源與環(huán)境,2009,19(4):3035的執(zhí)法工作奠定基礎(chǔ);讓人員組織結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化,從而能夠凹2]祝妍華,姚堅,提高環(huán)境監(jiān)察執(zhí)法效率的思考門環(huán)境科技充分做到實現(xiàn)優(yōu)勢互補與共同進(jìn)步。2009,22(22):5556