循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計鄒德友中糧生物化學(xué)(安徽)股份有限公司郵編233010【摘要】關(guān)于循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計的文摘較多,但均末做到系統(tǒng)性研究分析。通過理論分析,結(jié)合設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)驗,從水柱高程、水頭損失、設(shè)備的效率、泵的配置及水質(zhì)等方面,全面分析設(shè)計的合理性與能源消耗的關(guān)系,從而做到設(shè)計優(yōu)化【關(guān)鍵詞】流量:設(shè)計:水壓:管損:水質(zhì):功率中圖分類號:S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A在很多化工生產(chǎn)中,循環(huán)水系統(tǒng)的電耗占生產(chǎn)成本很大一部分,以20萬噸燃料酒精的生產(chǎn)線為例,其循環(huán)水系統(tǒng)的電耗約占總電耗的23.6%,因此循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)劣在很大程度上決定燃料酒精產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。由于項目建設(shè)的獨特性決定循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用在生產(chǎn)中無法形成統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)指標(biāo)參差不齊,存在較大的節(jié)能空間。在耗能方面主要反應(yīng)在水力輸送的水頭損失、靜壓損失、機泵的運行效率和循環(huán)冷卻水的冷卻效果等。2循環(huán)水站位置和高程的確定意義為盡可能的減少管道的沿程水頭損失、局部水頭損失和水柱高程,循環(huán)水站應(yīng)布置在便于進(jìn)出水管配置,靠近負(fù)荷中心或主要用水點附近,建筑物的頂部或廠區(qū)內(nèi)的最高點建設(shè)例如:某項目需建設(shè)一個循環(huán)水站(地面高程±0.00),分別向+6.00平面供水1000m3/h和+12.00平面供水1500m3/h。若將循環(huán)水站建在±0.00平面,供水壓力必須大于水柱壓力∑h(0.12pa)和水頭損失∑h之和h,若將循環(huán)水站建在+12.0平面,供水壓力只需滿足大于最遠(yuǎn)處的水頭損失∑h。假設(shè)管道的阻力特性及長度等同,則∑hn=∑h2。通過理論計算P。=pg(qH1+qH2)/3600s1000×9.8×(1000×6+1500×12)/3600s65.3k(p=1000kg/m3,q1=1000m3/h,q2=1500m3/h,H1=6m,中國煤化工CNMHG可見,在+12.0平面建設(shè)循環(huán)水站至少節(jié)約電耗65kW3汽蝕現(xiàn)象對泵性能的影響由于管路設(shè)計的不合理,造成泵進(jìn)口管道壓力較低,當(dāng)葉輪入口處壓強降至輸送液體在工作溫度下的飽和蒸汽壓時,將產(chǎn)生汽化現(xiàn)象,產(chǎn)生的氣泡進(jìn)入高壓區(qū)后會急劇收縮凝結(jié),產(chǎn)生高強度的沖擊波,簡稱“汽蝕”。汽蝕現(xiàn)象不僅直接造成設(shè)備的損害,同時造成設(shè)備性能的下降。3000r/minH最高效率76%工況250021003015I安裝高度8m7m6m6992115138y(m’/h)圖1n=70的單級離心泵發(fā)生汽蝕的性能曲線由圖1可知,以n=70離心式泵為例,當(dāng)泵距水面的幾何安裝高度為6m時,最大可調(diào)節(jié)流量約為95m3/h。若繼續(xù)開大閥門,揚程曲線急劇下降,且流量增加不明顯,形成斷裂工況。在發(fā)生汽蝕后,大量氣泡很快布滿葉輪流道,形成斷流,造成壓力、效率急劇下降。因此,循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計,要避免泵的進(jìn)口壓力過低,防止汽蝕產(chǎn)生4供水方式的確定對于有多個用水點的循環(huán)水系統(tǒng),根據(jù)各用水點對供水要求指標(biāo)的不同,統(tǒng)籌考慮供水方式,設(shè)計原則主要為“以流量大、壓力集中的工況點為設(shè)計技術(shù)主線,采用同質(zhì)同壓、集中供給與分散供給相結(jié)合的方式”。對于流量和壓力均偏低的用水點,可適當(dāng)采用高質(zhì)低用的方式供給;對于小流量高壓力的用水點,可就近采用增加管H中國煤化工CNMHG5泵的選擇在我國水泵耗能總量約占全國總發(fā)電量的20~25%,而我國水泵的平均效率僅為75%比國際先進(jìn)水平約低5%。因此,泵設(shè)備的合理選擇,同樣存在極大的節(jié)能潛力。在設(shè)備選型過程中,應(yīng)當(dāng)選擇水力模型設(shè)計先進(jìn),高效節(jié)能的泵,另外,每種型號的泵都有自身最佳運行工況點,應(yīng)盡可能選擇管道阻力特性和流量特性與設(shè)備額定工況相吻合的泵16(%)P(kw)30050100130(L/s1002030045067b0(m圖2泵的運行曲線以圖2為例,泵的最佳運行工況點為Q=160L/S,H=13m,此時,泵的效率約為68%。若實際工況點為Q=60L/S,H=16m,此時效率為42%6管道的合理配置在管道的配管過程中,利用經(jīng)濟(jì)流速來確定配管,同時減少配管過程中過的“瓶頸”現(xiàn)象,減少管道輸送距離,減少管道彎頭、變徑等管附件,做到低點排污,髙低排空,減少“布袋現(xiàn)象出現(xiàn)所謂經(jīng)濟(jì)流速是一次投資與運行費用之和最小時的流速為經(jīng)濟(jì)流速,而相應(yīng)的管徑即為經(jīng)濟(jì)管徑。在設(shè)計過程中,常采用經(jīng)驗參數(shù)作為經(jīng)濟(jì)流速。但是,在較大規(guī)模的循環(huán)水系統(tǒng)配管設(shè)計中,需反復(fù)比較管道的動力損耗費用與投資,針對性確定管道的經(jīng)濟(jì)流速。經(jīng)濟(jì)流速確定需綜合考慮管道造價、折舊、動力費用及用水變化規(guī)律等,選用適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和管損計算公式進(jìn)行確定中國煤化工CNMHG7泵設(shè)備的合理搭配設(shè)計中選擇選流量大、電機電壓等級高的泵作為主泵,配合部分小泵作為負(fù)荷調(diào)節(jié)。減少設(shè)備并列運行的臺數(shù),提高設(shè)備出力。多臺泵并聯(lián)運行后所能增加的流量越少,即每臺泵輸送的流量減少,故并聯(lián)臺數(shù)過多并不經(jīng)濟(jì)HBcqms.9圖3相同性能泵并聯(lián)工作運行曲線如圖3所示,2臺同樣性能曲線的泵(I、Ⅱ),其單獨運行時的標(biāo)定工況點為C點。當(dāng)并列運行后,其工況點轉(zhuǎn)移為M點,此時qnqx,n