硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程.2014年第2期SP & BMH RELATED ENGINEERING .流體高效輸送節(jié)能技術(shù)在硫酸、磷肥裝置循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用分析季譽(yù)勝' ,孫國超2(1.南京優(yōu)能達(dá)科技有限公司,江蘇南京210000;2. 中石化南京工程有限公司,江蘇南京211100)摘要:目前我國大部分硫酸、磷肥生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統(tǒng)中普遍存在水泵運(yùn)行效率低、高能耗、震動噪音大以及汽蝕等問題。經(jīng)流體高效輸送節(jié)能技術(shù)技改后,可以在節(jié)能的同時改善這些問題,通過大量的實(shí)驗(yàn)及成功的改造案例,證明了流體高效輸送節(jié)能技術(shù)的可行性,并且能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。關(guān)鍵詞:硫酸;磷肥;循環(huán)水系統(tǒng);高能耗;流體高效輸送技術(shù);節(jié)能改造中圖分類號:TQ442. 14文i獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1009- 1904(2014 )02-0001 -04在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中，我國與先進(jìn)國當(dāng)前硫酸、磷肥企業(yè)水系統(tǒng)存在的問題家相比水泵運(yùn)行效率差距較大,據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)達(dá)國家的循環(huán)運(yùn)行效率在75%以上,而我國僅40%左右甲,目前我國硫酸、磷肥企業(yè)工藝循環(huán)水輸送中能源浪費(fèi)嚴(yán)重,節(jié)能潛力巨大。造成運(yùn)行效率低的“ 大流量、低效率、高能耗”的現(xiàn)象嚴(yán)重,泵與系統(tǒng)嚴(yán)根本原因在于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念、技術(shù)手段項(xiàng)目決策和重不“匹配”,往往致使泵出現(xiàn)過載、效率低、高能耗系統(tǒng)運(yùn)行管理上均與發(fā)達(dá)國家存在較大差距。目前等情況,有時需減小閥門開度來保護(hù)電機(jī),大大增加的水循環(huán)系統(tǒng)為了彌補(bǔ)設(shè)計(jì)時存在的不確定因素及了無效功耗。相關(guān)設(shè)備性能的不穩(wěn)定,往往采用容量大于系統(tǒng)要引起工藝循環(huán)水系統(tǒng)高能耗的主要原因:①設(shè)求的水泵,在實(shí)際實(shí)施運(yùn)行時出現(xiàn)過流量、高功耗現(xiàn)計(jì)選型偏差大,致使水泵嚴(yán)重偏離最佳工況點(diǎn)運(yùn)行;象,這種現(xiàn)象無法靠管理達(dá)到有效改善,只能靠有效②設(shè)計(jì)、施工或運(yùn)行等過程中局部阻力偏高或系統(tǒng)的技術(shù)改造來解決。可以通過將流體高效輸送節(jié)能回路阻力嚴(yán)重不平衡,增加了送水能耗;③循環(huán)回路技術(shù)應(yīng)用于工藝循環(huán)水系統(tǒng)，縮短在系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念、滲漏、旁通,增加無效流量輸送功耗;④配置不合理，技術(shù)手段.項(xiàng)目決策和系統(tǒng)運(yùn)行管理上與發(fā)達(dá)國家水泵自身效率低、系統(tǒng)運(yùn)維管理不當(dāng)?shù)?增加能耗。的差距，大大提升運(yùn)行效率,平均節(jié)電率在35%2節(jié)能技改的解決方法及分析以上。流體高效輸送節(jié)能技術(shù)由數(shù)據(jù)采集(檢測)技南京優(yōu)能達(dá)科技有限公司多年來一直致力于流術(shù)、系統(tǒng)診斷分析技術(shù)、系統(tǒng)配置及運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)、體高效輸送節(jié)能技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用。流體高效系統(tǒng)水力學(xué)性能優(yōu)化及自動控制技術(shù)所組成。該技輸送節(jié)能技術(shù)是對水系統(tǒng)進(jìn)行徹底的節(jié)能技術(shù)改術(shù)構(gòu)成循環(huán)水系統(tǒng)高效節(jié)能的系統(tǒng)綜合解決方案，造,中國煤化工據(jù)每個系統(tǒng)運(yùn)行的特它克服了循環(huán)水系統(tǒng)傳統(tǒng)節(jié)能改造技術(shù)(如變頻、點(diǎn),MYHCNMHG因素,讓系統(tǒng)處于最佳葉輪切削等)忽略系統(tǒng),只針對系統(tǒng)中某個環(huán)節(jié)、某工況運(yùn)行,達(dá)到最佳節(jié)能效果。整改系統(tǒng)回路阻力個參數(shù)節(jié)能改造的缺點(diǎn),是對系統(tǒng)徹底的優(yōu)化改造不平衡或局部阻力偏高引起的無效能耗增加的不利技術(shù)。因素;整改系統(tǒng)回路中管件滲漏、水流旁通引起無效硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程2●S P & BMH RELATED ENGINEERING2014年第2期能耗增加的不利因素;用量身定做高效節(jié)能水泵替通過對水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況的檢測分析,獲得換原水泵,從根本上解決過流量運(yùn)行引起無效能耗系統(tǒng)的管路特性曲線(詳見圖1< II >系列曲線),曲增加這個技術(shù)難題;糾正不合理的運(yùn)行模式，降低系線上的流量為設(shè)計(jì)流量Q.的C點(diǎn),即為水系統(tǒng)最統(tǒng)運(yùn)行能耗;施工過程中逐- -更換水泵,不停產(chǎn),不佳工況(Q,H、)運(yùn)行點(diǎn)。系統(tǒng)最佳工況為:流量影響系統(tǒng)正常運(yùn)行;保留原系統(tǒng)備用泵,可隨時切換Q,揚(yáng)程Hc ,軸功率Nc,效率neo到備用泵運(yùn)行。圖1中面積Smr B-0-r0為原設(shè)計(jì)運(yùn)行時的能耗，流體高效輸送節(jié)能技術(shù)根據(jù)不同系統(tǒng)的特點(diǎn),面積Sμe c-0.-。為采用高效節(jié)能泵運(yùn)行時的能耗,二從系統(tǒng)配置優(yōu)化人手,消除因配置不合理引起的高者面積差Se 1_0-_0_--即為可節(jié)約的水泵能耗。能耗;再從系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化人手,降低因負(fù)荷改變引起經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)水泵在其設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)行時,水泵內(nèi)的高能耗;然后從泵的水力性能優(yōu)化入手,提高水泵部流體運(yùn)動是最規(guī)則的,而當(dāng)工作點(diǎn)偏離其設(shè)計(jì)點(diǎn)的效率,標(biāo)本兼治,達(dá)到最佳節(jié)能效果。時,水泵內(nèi)流體將變得逐漸系亂,從而導(dǎo)致水泵的效3節(jié) 能技改的原理及方案率下降。圖2~5是采用CFD技術(shù)模擬的某水泵分對循環(huán)水系統(tǒng)中常遇到的高能耗、低效率、振動別在60%、80%、100%和120%設(shè)計(jì)流量(該泵設(shè)計(jì)噪音異常、汽蝕等問題,通過對系統(tǒng)的檢測、分析,采流量為900m'/h)時水泵內(nèi)局部的速度矢量圖[2]。用CFD(計(jì)算流體動力學(xué))技術(shù),模擬出管網(wǎng)性能,由速度矢量圖可以看出,當(dāng)水泵在其設(shè)計(jì)點(diǎn)運(yùn)描繪出系統(tǒng)的管網(wǎng)性能曲線,并根據(jù)現(xiàn)場情況,合理行時,其內(nèi)部流體流動最為規(guī)則,而當(dāng)水泵偏離設(shè)計(jì)地優(yōu)化管網(wǎng)不利因素,模擬出優(yōu)化后的管網(wǎng)性能曲點(diǎn)越多的時候,水泵內(nèi)部的流體流動會逐漸紊亂,從線,找出優(yōu)化后管網(wǎng)性能曲線上水泵的運(yùn)行區(qū)域或而導(dǎo)致水泵的效率下降。者運(yùn)行點(diǎn),根據(jù)該運(yùn)行區(qū)域或者運(yùn)行點(diǎn)去設(shè)計(jì)最佳對循環(huán)水系統(tǒng),一方面整改管網(wǎng)的不利因素,另-方面采用優(yōu)秀的水力模型,針對系統(tǒng)量身定做高水力模型、最佳匹配的高效節(jié)能泵。圖1是采用流體高效輸送節(jié)能技術(shù)技改系統(tǒng)性效節(jié)能泵,提高水泵的運(yùn)行效率。高效節(jié)能泵本身的效率比原水泵的效率高,水泵的高效區(qū)域比原水能曲線分析圖。泵寬廣,而且水泵是根據(jù)系統(tǒng)最佳運(yùn)行工況量身定管路特性曲線原設(shè)計(jì)安裝水泵做,較為完美的保證了水泵實(shí)際運(yùn)行的高效性。<1>H-Q另外,在節(jié)能技改的時候也遇到--些系統(tǒng),在技Hs改前由于水泵選小了,導(dǎo)致水系統(tǒng)中流量不足,或電Hg tη-Q機(jī)超電流運(yùn)行以增加流量，通過流體高效輸送節(jié)能.nc t<1>n-Q技術(shù)技改后,在提高水泵的運(yùn)行效率同時增加部分罩He高效節(jié)能泵流量,滿足用戶的需求，取得了很好的效果。<>H-Q .N:<1>N-QVc |<1I>N-Q0QA2n流程/m.h-'圖1水泵(風(fēng)機(jī))機(jī)械特性曲線與管路特性曲線注:< I >系列曲線為原設(shè)計(jì)安裝的水泵(風(fēng)機(jī))性能曲線;< I>中國煤化工入個系列曲線為技改后水泵(風(fēng)機(jī))性能曲線。MYHCNMHGA為原設(shè)計(jì)工況點(diǎn):流量Q, ,揚(yáng)程HA ,軸功率N.,水泵效率ηA。由于系統(tǒng)實(shí)際的阻力沒有那么大,實(shí)測的工況點(diǎn)為B:流量Qn ,揚(yáng)程Q= 540m’/hHp,軸功率Ng,水泵效率ηp。表明原設(shè)計(jì)高揚(yáng)程,而實(shí)際是低揚(yáng)程,大流量,低效率,高功耗狀態(tài)運(yùn)行,嚴(yán)重的甚至燒毀電機(jī)。圖2在60%設(shè)計(jì)流量運(yùn)行時水泵內(nèi)局部的速度矢量2014年第2期季譽(yù)勝,等。流體高效輸送節(jié)能技術(shù)在硫酸、磷肥裝置循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用分析平穩(wěn),提高了軸的抗疲勞強(qiáng)度;④降低了轉(zhuǎn)子運(yùn)行撓度值,減少葉輪口環(huán)的磨損及功率損耗;⑤減小了密封的磨損,延長了使用壽命;⑥采用全三維立體設(shè)計(jì),優(yōu)化水力設(shè)計(jì)，提高葉輪效率;⑦能加工到的葉輪表面全部采用機(jī)械加工,對葉輪流道采用精密鑄serw造,全面提高葉輪光潔度，減小水力損失。優(yōu)能達(dá)高效節(jié)能泵,由于轉(zhuǎn)子重量的極大降低，減小了相關(guān)零件的磨損,故障率降低,從而增大了泵Q=720 m2/h組運(yùn)行的平穩(wěn)性、可靠性，減少維修,提高了壽命,延圖3在80%設(shè)計(jì)流量運(yùn)行時水泵內(nèi)局部的速度矢量長了泵組大修期。5化工企業(yè)成功技改案例1.案例1某化工企業(yè)硫酸磷肥裝置循環(huán)水系統(tǒng)共有2臺水泵,循環(huán)水系統(tǒng)A泵運(yùn)行電流155 A,運(yùn)行功率1442kW,全年運(yùn)行8640h,系統(tǒng)年用電量為1245.89x10*kW.h(依據(jù)項(xiàng)目技改前能耗測定報告)。由于水泵與管路系統(tǒng)匹配不佳,單泵及系統(tǒng)運(yùn)行效率低,系統(tǒng)能耗高。Q= 900m2/h實(shí)施流體高效輸送節(jié)能技術(shù)技改后,對循環(huán)水圖4在100%設(shè)計(jì)流量運(yùn)行時水泵內(nèi)局部的速度矢量系統(tǒng)A泵進(jìn)行了運(yùn)行工況的測試,運(yùn)行數(shù)據(jù)為:總管壓力0.465MPa,回水壓力0.22MPa,總管流量6 410 m'/h,運(yùn)行總功率923 kW。將運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)120與技改前裝置循環(huán)水用量進(jìn)行比對分析,計(jì)算出改10*00造后循環(huán)水系統(tǒng)水泵耗電量,見表1。根據(jù)技改前1p國的能耗報告得知,改造前年總耗電量為1 245. 89x104kW.h,從而得出技改后的節(jié)能量、節(jié)電率統(tǒng)計(jì)1中國數(shù)據(jù),見表2。14*00表1改造后循環(huán)水 系統(tǒng)耗電情況Q=1 080 m'/h系統(tǒng)年用電量/圖5在120%設(shè)計(jì)流量運(yùn)行時水泵內(nèi)局部的速度矢量運(yùn)行模式運(yùn)行時間/h運(yùn) 行功率/kW10*kW .h-1A泵8 640923797. 474優(yōu)能達(dá)高效節(jié)能泵的優(yōu)勢表2改造后節(jié)電效果優(yōu)能達(dá)高效節(jié)能泵采用三元流技術(shù)設(shè)計(jì),流道系統(tǒng)年節(jié)電量/年 平均節(jié)電率分項(xiàng)更流暢,結(jié)構(gòu)更合理。新型三元流葉輪采用流道錯104 kW .h-/1中國煤化工位設(shè)計(jì),減少了泵內(nèi)流體由低壓區(qū)經(jīng)流道至高壓區(qū)時產(chǎn)生的沖擊,提高了流體的輸送效率。優(yōu)能達(dá)高.MYHCNMH G448.42效節(jié)能泵具有以下優(yōu)點(diǎn):①具有較好的抗汽蝕性能;②減小了泵的轉(zhuǎn)子重量,降低了泵組的徑向力,提高通過對以上實(shí)際數(shù)據(jù)分析,該廠循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)了軸承壽命;③增高了泵組的臨界轉(zhuǎn)速,泵的運(yùn)行更能技改后,能保證生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)運(yùn)行,通過應(yīng)用節(jié)硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程4●S P & BMH RELATED ENGINEERING2014年第2期能水泵和優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式,對該廠循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)節(jié)能技改后,能保證生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)運(yùn)行,通過應(yīng)用施了節(jié)能技術(shù)改造,已達(dá)到顯著的節(jié)能效果。節(jié)能水泵和優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行方式，對化工廠循環(huán)水系本項(xiàng)目采用合同能源管理模式運(yùn)作(簡稱EPC統(tǒng)實(shí)施了節(jié)能技術(shù)改造,已達(dá)到顯著的節(jié)能效果。模式),即由節(jié)能服務(wù)公司負(fù)責(zé)項(xiàng)目節(jié)能技改投資本項(xiàng)采用EPC模式運(yùn)作,化工廠與節(jié)能服務(wù)公(包括資金、技術(shù)),雙方按約定的比例分享節(jié)電收司公司按照2 :8比例分享節(jié)能收益5年,以高效節(jié)益,合同期滿后耗能企業(yè)全額享受節(jié)電收益,并無償能水泵最低15年以上壽命計(jì),電價為0.65元/歸用所有技改設(shè)備。該廠與節(jié)能服務(wù)公司按照2:(kW .h),化工廠可以獲得總節(jié)能收益6098萬元，8比例分享節(jié)能收益5年,以高效節(jié)能水泵最低15節(jié)能服務(wù)公司可以獲得總節(jié)能收益2218萬元。年以上壽命計(jì)，電價為0.65元/(kW .h),該廠可以結(jié)束語獲得總節(jié)能收益3206.2萬元，節(jié)能服務(wù)公司可以獲得總節(jié)能收益932. 7萬元。經(jīng)過理論分析及多個系統(tǒng)節(jié)能技改的成功案例2.案例2證明,流體高效輸送節(jié)能技術(shù)具有很好的技術(shù)可靠某化工廠硫酸、磷肥裝置循環(huán)水系統(tǒng)共有9臺性,能夠在節(jié)能的同時解決用戶存在的許多實(shí)際問水泵，主要滿足化工廠各裝置循環(huán)水需求,其中4臺題,大大的降低了水泵的故障率,延長了維修周期，泵年運(yùn)行1 560 h,總功率5240 kW,5臺泵年運(yùn)行提高了水泵的使用壽命,給用戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)7200 h,總功率6 606 kW,全年耗電5 589. 36x 10*效益及社會效益。據(jù)國家工業(yè)普查統(tǒng)計(jì),泵的耗電kW.h。由于水泵與管路系統(tǒng)匹配不佳，單泵及系量約占全國發(fā)電量的21%,其中工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)用統(tǒng)運(yùn)行效率低,系統(tǒng)能耗高。泵能耗占到70%以上,化工行業(yè)是循環(huán)水系統(tǒng)耗電實(shí)施流體高效輸送節(jié)能技術(shù)技改后,對循環(huán)水的最大用戶,據(jù)推算我國各類化工及石化行業(yè)循環(huán)系統(tǒng)水泵各種運(yùn)行模式進(jìn)行了運(yùn)行工況的測試,運(yùn)水 年耗電量約1600x108 kW . h,運(yùn)用流體高效輸行數(shù)據(jù)列于表4及表5。根據(jù)技改前的能耗報告得送技術(shù)綜合節(jié)電率在30%左右,年節(jié)能潛力至少在知,改造前年總耗電量為5589. 36x104 kW . h,從480億元以上。而得出技改后的節(jié)能量、節(jié)電率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),見表6。我國硫酸、磷肥生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)數(shù)年發(fā)展，技術(shù)上已達(dá)世界水平,要想在技術(shù)上有較大突破較難。今后表4各模式運(yùn)行數(shù)據(jù)匯總一段時期內(nèi),我國硫酸、磷肥生產(chǎn)裝置的技術(shù)發(fā)展方項(xiàng)目三大一小 三大 四大 二大二小_向是節(jié)能、環(huán)保的技術(shù)改進(jìn),而硫酸、磷肥生產(chǎn)裝置總管壓力/MPa0.4900.428 0. 5040.484都配有較大規(guī)模的循環(huán)水系統(tǒng)。以一套800 kt/a硫總管流量/m3 .h-I30 96629 09232 12729 389運(yùn)行總功率/kW5561474458575 355磺制酸和一-套300kt/a磷酸裝置為例,經(jīng)改進(jìn)每年可節(jié)約電耗大約為600x10* kW●h,在上述裝置中表5改造后循環(huán)水 系統(tǒng)耗電情況引進(jìn)流體高效輸送節(jié)能技術(shù)，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益運(yùn)行模式運(yùn)行時間/h 運(yùn)行功率/kW 用電量/104 kW .h-I和社會效益。三大一小2 2085 561 227. 87二大二小6 5523508.60.參考文獻(xiàn):合計(jì)8 7604 736.47[1]劉立初.高效流體輸送技術(shù)在氯堿循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].表6改造后節(jié)電效果中國煤化工:2]:重慶大學(xué)出版社,2007.系統(tǒng)年用電量/系統(tǒng)年節(jié)電量/年平均分項(xiàng)10* kW .h-I104 kW .h-節(jié)電率/1FHCN M H G蘇南京人，總經(jīng)理，教授級高改造前5 589. 36級工程師,多年從事循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能研究和工作。電話: 13805180439 ,改造后4 736. 47852. 8915.26%E-mail:younengda@ yeah. net;孫國超( 1965-),男,江蘇揚(yáng)中人,副總工程師,教授級高工，從事磷肥及磷化工設(shè)計(jì), E-mail:njsgcl@ 126. com。通過對以上實(shí)際數(shù)據(jù)分析,化工廠循環(huán)水系統(tǒng)(收稿日期:2014-01 -16)