過程系統阻力優化技術在寶鋼煉鋼板換循環水系統的應用

楊永利

摘要：寶鋼不銹鋼有限公司2#煉鋼所屬煉鋼板換循環水系統通過對設備進行技改、系統阻力優化、泵站運行優化，從提高設備運行效率及系統運行效率兩個大方面，為循環水系統提供有效的節能降耗。改造后系統節電率達到27.4%，系統運行穩定。

關鍵詞：循環水系統；系統阻力優化；節能技改

中圖分類號：TF758 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0031-02

1 概述

流體輸送領域的泵類裝置電力消耗巨大，據《中國大百科全書·化工篇》所載，泵類裝置所消耗的電量約占社會總發電量的25%。目前我國流體輸送領域普遍存在低效率、高能耗現象，與國際先進水平比較存在較大差距。僅對泵組本身而言，《節能中長期專項規劃》（2505號文件）明確指出，我國水泵平均設計效率75%，比國際先進水平低5個百分點，運行效率低20個百分點左右。

冷卻循環水系統是泵類裝置的主要應用領域之一，廣泛應用于采暖、空調的冷熱媒介質輸送，石油化工、鋼鐵冶金、熱電、紡織化纖、生化制藥、機械電子、建材等行業的工藝換熱傳送，其能源浪費現象尤為嚴重。在將節能減排列入基本國策大背景下，泵類裝置節能自然成為節能工作的重點。為此，科技工作者一方面致力于改進泵結構設計以提高水力效率；另一方面著眼于系統的配置優化和運行優化，從影響水泵能耗最根本三大要素（管路阻抗、運行效率、輸送流量）入手，求得最佳節能效果。

2 循環水系統運行引起高能耗的原因分析

引起循環水系統高能耗原因主要有3方面13點，分別為管網、冷卻塔、泵站。

2.1 針對管網方面

（1）換熱回收不充分或換熱網絡的冷卻器、加熱器布置不合理，增加冷卻水量；（2）局部冷卻器老化或結垢嚴重致使換熱效能低下，形成瓶頸，增加泵送流量；（3）設計、改造或擴建不合理，致使管網各支回路的管路特性差異較大，管網水利失衡嚴重，增加泵送流量及抬升整體壓頭；（4）運維不及時，管網存在局部堵塞或內漏現象，增加能耗；（5）管件阻力偏大，管網嚴重依賴閉閥調節，管網運行效率低；（6）回水勢能未能充分利用，增加能耗；（7）回水總管高位點真空度控制不合理，形成嚴重擾流或非滿管流，增加能耗；（8）處于大流量、低溫差運行，增加能耗。

2.2 針對冷卻塔方面

（1）冷卻塔換熱效能低下，增加泵送流量；（2）冷卻塔風機未能根據負荷及環境溫度，有效調節風量。

2.3 針對泵站方面

（1）水泵本身效率性能欠缺（或是長期使用老化原因），水泵效率不高，泵組運行效率偏低；（2）水泵存在較嚴重氣蝕現象，降低運行效率；（3）泵站優化設計及運行管理均缺少必要的節能技術手段，導致運行模式不合理或未能按負荷變化（或天氣變化）有效調節流量，增加能耗。

3 循環水系統阻力優化技術簡介

循環水系統阻力優化技術，是按最佳工況運行原則，從合理水送能耗指標的高度，從降低系統阻力、提高水泵效率、調整合理流量三方面入手，建立專業水利數學模型和參數采集標準，通過檢測復核當前運行工況的參數和設備參數，準備判斷引起“高能耗”的各種原因，準確找到最佳工況，然后通過整改系統不利因素，并按最佳運行工況參數定做高效節能泵替換目前處于不利工況、低效率運行的水泵，降低“無效能耗”。通過測試或記錄當前供水流量、實際需要供水壓力，計算出管路阻力特性，按照正常管路特性，提供與系統相匹配的高效節能泵。

系統阻力優化技術從系統優化入手，技改方法可靠，節電潛力大，從以下兩個方面與其他節能技術有本質差別：

（1）若不從系統優化入手，僅通過變頻等調速手段或切割葉輪方式，不但會影響正常使用，而且節電潛力不高。降低當前電動機轉速及切割葉輪后，水泵效率均會下降，流量減少。

（2）變頻器在部分生產負荷經常變化的過程中起調節作用，其應用原理為根據頻率與轉速、流量成線性關系，通過改變頻率降低流量，達到降低功耗的目的。針對單一使用變頻過程中，存在各種不足，具體分析如下：

僅從流量入手，無法改變設備低效率運行，使用變頻降低電動機轉速后，使原來設備運行效率處于更低狀況。

對有兩臺或多臺水泵運行時，當改變其中一臺頻率時，功率有所降低，但另外一臺設備耗電功率將有所增加，整體節電率不高，對于較為復雜系統，起不到節電作用，常常發生“變頻一變，效果變差”現象。

變頻一般在生產負荷比較大，如上午產能滿負荷、下午產能只有一半時，有一定的效果，當負荷比較穩定或相對穩定情況下，沒有必要通過安裝變頻器來解決，對冷卻塔風機可以采用開啟風機臺數調節用電量，也可以通過改變風扇葉片角度來實現風機節能目的。

4 項目應用

4.1 項目背景

寶鋼不銹鋼有限公司2#煉鋼所屬煉鋼板換供水泵（B207）配置4臺185kW，主要供至4個板換熱器與其他系統的回水進行換熱后至冷卻塔降溫，如此往復。常年運行3臺水泵。目前的運行模式及管理方式較為合理，但仍存在一定的優化空間，經浙江科維節能技術股份有限公司檢測分析，認為各循環水系統存在運行效率偏低的情況，表現如下：（1）該運行系統存在管網特性與循環水泵本身性能不匹配的情況，流體輸送過程通過閉閥門的方式調節阻力，增加了部分無效能耗；（2）循環水泵不在最佳工況點運行，水泵實際運行效率遠低于額定效率；（3）通過水泵水力模型優化設計，能夠提高水泵固有效率。

4.2 改造方案

本著不改變當前運行模式、不大量增加設備、不對系統產生任何影響的前提下，通過分析系統存在高能耗的原因，該系統通過優化，只需要合計更換4臺高效節能泵，并通過合理控制運行工況，達到節能降耗的目的。主要實施步驟如下：

4.2.1 在更換高效節能泵前，通過閥門調節或系統調試等手段優化管網結構。即先對系統的管網阻抗進行調節及運行參數進行合理調整，達到系統初步優化，仍確保原有系統使用效果和循環水量，不運行設備的閥門應關閉。

4.2.2 在實施管網系統優化的同時，對泵站及生產裝置的有關循環水參數進行重新調整（需要雙方共同確定合理供水指標）。

4.2.3 更換煉鋼板換供水泵4臺，根據技改后高效節能泵尺寸調整基礎高度及進出口變徑管等管道附件。

4.2.4 在原各動力柜內，安裝4套符合計量要求的電度表，用于技改前、后實耗功率的計量。

4.2.5 安裝1套循環水能耗目標管理計量系統（帶累時器功能）。

4.2.6 水泵配套的Y型電動機不做改動。

4.3 阻力優化前后各項性能指標及耗電量對比

系統改造前先對系統進行阻力優化調整，調整前后參數如表1所示。

從表1可以看出，系統阻力優化前后，供水流量基本沒有變化，說明系統換熱效果也沒有變化，同時系統前后耗電量也基本沒有變化，系統阻力優化的目的就是將系統調整至技改后的設計參數運行。

4.4 系統改造前后各項性能指標及耗電量對比

調試后通過更換4臺高效節能泵達到節能的目的，改造前后參數如表2所示。

從表2可以看出，改造后系統各項指標不但大于改造前，且水泵耗電明顯低于改造前，系統節電效果顯著。

4.5 節能收益分析

從表3可以看出，改造后系統按照年運行3臺泵8640小時計算，年節電收益達到115.8萬度，節電效益非常可觀。

5 結語

循環水系統阻力優化技術在寶鋼不銹鋼煉鋼板換系統的應用，完全按照設計要求，改造前后不影響原有系統使用效果，改造后系統運行穩定，達到了預期節電效果，創造了可觀的經濟效益，在目前節能減排列入基本大國策的背景下，該技術的實施與推廣，為工況企業解決高能耗問題提供了新的解決辦法。

參考文獻

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