楊俐運

上海尚弗能源環(huán)境科技有限公司

一種冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能評估的參數(shù)測定方法

楊俐運

上海尚弗能源環(huán)境科技有限公司

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)用水能耗約占企業(yè)總能耗的50%以上，極端情況下甚至占到70～80%。對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能技改，是減少工廠用電、降低企業(yè)運營成本的一項重要措施。當(dāng)前的實際情況往往是冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能技改在進(jìn)行前期工況調(diào)研時，無法獲得包括壓力、流量等在內(nèi)所必需的運行參數(shù)，導(dǎo)致無法通過對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析去進(jìn)一步完成系統(tǒng)節(jié)能潛力的評估。作者整理總結(jié)出一種工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能潛力評估的參數(shù)測定方法，在無法直接獲取前期工況調(diào)研所需的壓力、流量等運行參數(shù)的情況下，通過間接方法獲取所需參數(shù)，仍然可對系統(tǒng)節(jié)能潛力做出初步的評估，進(jìn)而為后續(xù)技改方案的制定提供前期的分析和依據(jù)。

節(jié)能技改；參數(shù)獲?。幌到y(tǒng)評估

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)包括工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)、中央空調(diào)冷卻/冷凍循環(huán)水系統(tǒng)等，它們遍布石油、鋼鐵、化工、電力、冶金等行業(yè)，其功能是通過熱交換的形式，降低工藝設(shè)備在運行中所產(chǎn)生的熱量，從總體看有著用途廣、耗能多、運行效率低、能源浪費嚴(yán)重等特點[1]。循環(huán)水系統(tǒng)用水約占工業(yè)用水量的90%以上，其能耗約占企業(yè)總能耗的50%以上，極端情況下甚至占到70～80%[2]。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，由于水泵選型不當(dāng)、工況調(diào)節(jié)方式不合理、系統(tǒng)設(shè)計不匹配、設(shè)備布局不合理、管理維護(hù)粗放等原因[3]，能源浪費現(xiàn)象更加突出。因此，對循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能技改，是減少工廠用電、降低企業(yè)運營成本的一項重要措施。

一個冷卻循環(huán)水系統(tǒng)是否值得進(jìn)行節(jié)能技改，其前提是該系統(tǒng)是否具備節(jié)能潛力。因此，對于一個有節(jié)能技改意向的循環(huán)水系統(tǒng)，我們必需對其進(jìn)行節(jié)能潛力的初步評估。常規(guī)情況下，我們可以根據(jù)DCS（Distributed Control System，集散控制系統(tǒng)）顯示及設(shè)備現(xiàn)場的計量儀表獲取所需的系統(tǒng)運行參數(shù)（流量、壓力等），再通過相關(guān)的水力模型計算進(jìn)行節(jié)能潛力分析，完成對此系統(tǒng)節(jié)能潛力的初步評估，進(jìn)而制定初步的節(jié)能技改方案。但當(dāng)前的實際情況往往是相當(dāng)數(shù)量的能耗企業(yè)由于建設(shè)時間較早或其它因素，沒有完備的計量技術(shù)、工藝及裝置等，各重要的工藝節(jié)點處也都沒有設(shè)置壓力、流量及溫度等工藝參數(shù)的DCS測點或計量儀表。同時，很多冷卻循環(huán)水系統(tǒng)由于受到場地條件的限制，循環(huán)水管路大都采用埋地或架空的形式而難以布置DCS測點或計量儀表，又或出于保障生產(chǎn)或安全因素考慮，整體系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時不允許后期帶壓開孔等對生產(chǎn)存在影響和風(fēng)險的操作……，上述種種情況都導(dǎo)致了冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能技改在進(jìn)行前期工況調(diào)研時，無法獲得包括壓力、流量等在內(nèi)所必需的運行參數(shù)，導(dǎo)致無法通過對所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計算分析去進(jìn)一步完成系統(tǒng)節(jié)能潛力的評估。

筆者針對當(dāng)前的這些實際情況，經(jīng)過長期實踐操作，整理總結(jié)出一種工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能潛力評估的參數(shù)測定方法，在無法直接獲取前期工況調(diào)研所需的壓力、流量等運行參數(shù)的情況下，通過間接方法獲取所需參數(shù)，仍然可對系統(tǒng)節(jié)能潛力做出初步的評估，進(jìn)而為后續(xù)技改方案的制定提供前期的分析和依據(jù)。

1 本方法技術(shù)原理

1.1 水泵運行參數(shù)的獲取

每一臺水泵都有其固定的性能曲線，在此性能曲線上，流量和揚程有一一對應(yīng)的性能點，如圖1。

從圖1可以看出：明確了水泵型號即確定了水泵的性能曲線后，如果可以測得水泵出口處的流量Q，即可在曲線上得到相對應(yīng)的壓力H；同理，如果可以測得水泵出口處的壓力H，即可在曲線上得到相對應(yīng)的壓力Q。曲線上的點A即為水泵的實際運行工況點，水泵的實際運行效率也可由此獲得。本方法既可使用便攜式超聲波流量計來測取所需的水泵流量數(shù)值，然后配合水泵的性能曲線，獲得對應(yīng)的壓力值，也可通過水泵出口壓力數(shù)值配合水泵的性能曲線，獲得對應(yīng)的流量值。此外，如果DCS系統(tǒng)有參數(shù)顯示或者現(xiàn)場可獲計量數(shù)值，此方法也可用來復(fù)核測點數(shù)值是否存在偏差。

圖1 水泵性能曲線

1.2 系統(tǒng)運行參數(shù)的獲取

在獲取了系統(tǒng)中每一臺水泵運行參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式（并聯(lián)或串聯(lián)），結(jié)合同性能水泵并聯(lián)或串聯(lián)工作特性進(jìn)行相應(yīng)的計算，最終獲得所需的系統(tǒng)運行參數(shù)。計算公式如下[4]：

在工程實際應(yīng)用中，常規(guī)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中的水泵大都采用多臺并聯(lián)運行。根據(jù)并聯(lián)工作特點：揚程彼此相等，總流量為每一臺水泵的輸送流量之和，故水泵出口處壓力即為系統(tǒng)出口壓力，各臺水泵出口流量之和即為系統(tǒng)出口流量。

1.3 其它系統(tǒng)參數(shù)的獲取

（1）水泵的性能參數(shù)，如：額定揚程、額定流量、額定轉(zhuǎn)速、水泵效率等，可通過水泵銘牌、生產(chǎn)廠家技術(shù)資料及使用單位編制的裝置操作規(guī)程等渠道獲得。

（2）水泵配套電機的性能參數(shù)，如：額定功率、額定電壓、 額定電流、額定轉(zhuǎn)速、功率因素、電機效率、聯(lián)軸器效率等，可通過電機銘牌、生產(chǎn)廠家技術(shù)資料及使用單位編制的裝置操作規(guī)程等渠道獲得。

（3）水泵配套電機的運行參數(shù)，如：運行電流、運行電壓、運行功率等，可通過DCS系統(tǒng)顯示、現(xiàn)場電流表或高配室機柜顯示等渠道獲得。

（4）現(xiàn)場工藝裝置參數(shù)，如：管路總長、管路直徑、最高位裝置高度、工藝裝置進(jìn)口壓力要求、上塔高度、水池深度等，可通過使用單位編制的工藝圖紙、裝置操作規(guī)程或現(xiàn)場實測等方式獲得。

（5）設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)，如水泵在不同季節(jié)時的運行數(shù)量和運行時間等，可通過使用單位編制的工藝說明或裝置操作規(guī)程等方式獲得。

1.4 水泵運行參數(shù)的復(fù)核

根據(jù)上述方法獲得水泵運行參數(shù)后，可以依據(jù)如下公式對水泵流量進(jìn)行復(fù)核：

式中：

N水泵——水泵運行功率，kW；

H——水泵揚程，m；

γ——流體重度，N/m3

式中：

η電機—— 電機效率；

η聯(lián)軸器—— 聯(lián)軸器效率；

η水泵—— 聯(lián)軸器效率。

式中：

U——電機運行電壓，V；

I—— 電機運行電流，A；

COSφ—— 電機功率因素。

至此，可對比實測所得的流量和復(fù)核計算的流量是否大致相等（工程應(yīng)用中偏差在±10%以內(nèi)可認(rèn)為是有效的）。如二者大致相等的情況下，即可將此參數(shù)作為系統(tǒng)運行參數(shù)使用；如二者不一致的情況下，則需重新審視流量數(shù)據(jù)，檢查、重測或利用統(tǒng)計學(xué)方法求值等，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效，然后再依照上述計算重新復(fù)核。

1.5 系統(tǒng)分析及評估

使用上述方法所得的參數(shù)，結(jié)合其它現(xiàn)場工藝裝置參數(shù)及運行狀態(tài)參數(shù)，通過對比水泵的設(shè)計（或額定）揚程和實際揚程、設(shè)計（或額定）功率和實際運行功率，即可對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能潛力的初步分析和評估。

2 實施案例

江蘇省揚州市某化工有限公司。由于受場地條件限制，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)占地空間有限，缺乏統(tǒng)一的前期規(guī)劃，管路系統(tǒng)多為后期改建增加，現(xiàn)場沒有有效的工藝參數(shù)測點，重要節(jié)點處未安裝流量、壓力計量裝置，DCS系統(tǒng)無流量參數(shù)，DCS無流量參數(shù)及上塔母管壓力參數(shù)顯示。

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程圖如圖2。

圖2 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程圖

技術(shù)實施情況如下。

2.1 水泵運行參數(shù)的獲取

現(xiàn)場水泵出口②③④（①為停泵狀態(tài)，不需測量）處裝有壓力表，表壓數(shù)值為：0.41 MPa、0.39Mpa、0.40 MPa。

使用便攜式超聲波流量計測取②③④（①為停泵狀態(tài)，不需測量）處的流量參數(shù)分別為：1205.1 m3/h、1 228.5 m3/h、1 198.3 m3/h。

2.2 系統(tǒng)運行參數(shù)的獲取

配合現(xiàn)行水泵的性能曲線，獲得對應(yīng)的流量參數(shù)。

現(xiàn)行水泵型號：萊恩APS350-75B，根據(jù)生產(chǎn)廠家（安徽萊恩電泵有限公司）的技術(shù)資料，其性能曲線如圖3。

②③④處對應(yīng)的流量分別為：1310 m3/h、1350 m3/h、1 330 m3/h

②③④處對應(yīng)的水泵效率分別為：0.71、0.69、0.70。

圖3 萊恩APS350-75B性能曲線

2.3 其它系統(tǒng)參數(shù)的獲取

見表1～表4。

2.4 水泵運行參數(shù)的復(fù)核

水泵運行參數(shù)的復(fù)核結(jié)果見表5。

對比實測所得的流量和復(fù)核計算的流量大致相等，故此參數(shù)可作為系統(tǒng)運行參數(shù)使用。

2.5 系統(tǒng)分析及評估

系統(tǒng)分析及評估結(jié)果見表6。

由表6對比數(shù)據(jù)可知：水泵未在最佳工況點及高效區(qū)域內(nèi)運行，該冷卻循環(huán)水系統(tǒng)具有節(jié)能潛力。

表1 設(shè)備技術(shù)參數(shù)一覽表

表2 運行參數(shù)一覽表

表3 工藝裝置參數(shù)一覽表

表4 設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)一覽表

表5 水泵運行參數(shù)的復(fù)核結(jié)果

表6 系統(tǒng)分析及評估結(jié)果

[1]馬正軍.工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能策略研究[D].江蘇大學(xué).2013,7

[2]王朝暉.泵與風(fēng)機[M]. 中國石化出版社.2007,8

[3]戴文進(jìn),徐龍權(quán),張景明.電機學(xué)[M].清華大學(xué)出版社.2008,2

[4]丁均勝.循環(huán)水泵節(jié)能改造與應(yīng)用[J].中外能源，2011，16（1）：97-100.

[5]王杰，張生安，燕增偉.論循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)與應(yīng)用[J].化工裝備技術(shù)，2011，32（1）：54-58.

Parameter Measuring Method of Cooling Circulating Water System Energy Conservation Evaluation

Yang Liyun
Shanghai Shangfu Energy Environment Technology Co.,Ltd

Energy consumption of cooling circulating water system consumes above 50% energy consumption in enterprises and in some cases around 70%-80%. Carrying out energy renovation of cooling circulating water system is one important measure to reduce electric power in factory and decrease operation cost for enterprise. Current situation is that there is no way to get necessary operation parameters, such as pressure,flow rate etc during cooling circulating water system energy saving renovation survey, which results in lacking collected data to calculate and analyze system energy saving potential evaluation. The author summarizes parameter measuring method of cooling circulating water system energy conservation evaluation while there is no way to get to get necessary operation parameters, such as pressure, flow rate etc during working condition survey,but through indirect method to get required parameter, which is helpful to preliminary evaluation of system energy conservation potential as analysis and reference for further renovation solution.

Energy Conservation Renovation, Parameter Required, System Evaluation

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.11.003