流體輸送技術在冷媒水系統節能技改中的應用

馮國強

（焦作煤業（集團）有限責任公司 河南焦作）

一、引言

焦作煤業（集團）開元化工有限責任公司是一家年產20萬噸離子膜燒堿，配套年產6萬噸高純鹽酸、3萬噸三氯氫硅、15萬噸環氧氯丙烷、8萬噸環氧樹脂的大型化工企業，冷媒水系統能耗在離子膜燒堿裝置生產能耗中占較大比重。冷媒水系統實際運行過程中，常常出現系統運行效率不高、電機運行功率偏大等現象，不僅縮短電機的使用壽命，同時造成電能浪費。科維公司采用流體輸送Go·Well技術對開元化工公司冷媒水系統進行調查和檢測，結合系統運行負荷情況，對離子膜燒堿裝置工藝冷媒水系統實施節能技改，取得了顯著的節電效果。

二、流體輸送Go·Well技術簡介

流體輸送Go·Well技術作為一項解決冷卻循環水系統高耗能問題的先進技術，已廣泛應用于石油化工、鋼鐵冶金、中央空調等行業，節電率達16%～85%。該技術由數據采集（檢測）技術、系統診斷分析技術、系統優化改造技術、ECOWELL高效節能泵及變頻節能控制系統等四部分組成，也稱“3+1”節能技術。

流體輸送Go·Well技術從系統優化入手，具有準確檢測、診斷分析功能，節能徹底、技改方法可靠，可準確計算、計量節電效益。該技術主要針對目前工礦企業流體介質輸送系統，特別是循環水系統普遍存在的“低效率、高能耗”狀況，以最佳工況運行、最合理能耗為指導原則，從影響水泵能耗最根本的3大要素（管路阻抗、運行效率、輸送流量）入手，憑借專有的先進的參數采集標準和計算機仿真模擬等技術手段，通過檢測復核系統當前運行工況，準確判斷高能耗原因，提出系統過程能量優化最佳解決方案。通過整改管網不利因素，優化系統換熱裝置，按最佳運行工況參數定做更換ECOWELL高效節能泵等，消除因系統配置不合理引起的高能耗，實現配置優化，運行控制優化，降低因負荷變化大引起的高能耗。

三、系統運行情況及存在問題

1.系統運行情況

冷媒水系統泵站位于以地面為基準0 m處，配置循環水泵4臺。主要供液化、合成工段和辦公大樓的閉式中央空調使用。水泵型號 DFW200-500（II）/4/110 ，功率 110 kW，流量 305 m3/h，揚程80 m，轉速1450 r/min，電機型號Y2-315S-4，功率110 kW。運行模式為2臺100 kW冷卻水泵+4臺制冷機+需冷卻的設備，每年總運行時間8000 h。根據實測參數、流體輸送工程學復核，循環水系統2臺水泵各種運行方式的實際能耗為102.47 kW和103.37 kW，總能耗205.84 kW。冷媒水系統配置見圖1。

2.問題

2臺DFW200-500（II）/4/110水泵在不同運行模式下均出現超電流、超功率現象，偏離水泵實際工況，水泵運行效率較低、循環水系統輸送效率低下，造成較大的能量損耗。

圖1 冷媒水水系統示意圖

四、系統改造方案

對現有的2臺配套110 kW電機的水泵，通過系統優化調整及高效節能泵設計，在保障冷媒水系統生產工藝要求，水泵實際運行壓力＞0.5 MPa，流量＞350 m3/h的前提下，達到節能效果。同時保證改造不會對系統造成任何不良影響，能滿足現有生產安全需求。

（1）采用流體輸送Go·Well技術對檢測數據進行系統分析、研究，結合生產工藝特征，設計冷媒水系統過程能量優化解決方案，分析系統裝置熱負荷以及工藝特點，按經濟供回水溫差原則及供水壓力與設計壓力比較，判斷流量的合理性，并確定合理流量，做到“裝置側合理用水、泵站側高效供水”，降低水送能耗指標。

（2）運用計算機模擬技術分析管網水力節點平衡，得到可實現的最優管網性能曲線，即相應流量下所對應實際需要的最小阻力，降低系統管網阻抗，提高管網運行效率，并為后期提供與系統相匹配的高效節能泵提供準確數據。

（3）對泵站原有各種運行模式的工況分析，判斷電機及水泵的實際運行效率是否高效，并結合裝置側所需的技術參數要求，制定最優的泵組搭配運行模式及運行參數，確定高效節能泵參數設計值，做好泵站優化設計。

（4）采用國外先進的“CFD”仿真模擬技術，通過精確模擬，設計出去優化的水力模型，確保ECOWELL高效泵性能可靠、運行穩定，并確保在各種運行模式下均處于高效運行。通過可量身定做的ECOWELL高效節能泵，能恰好處在最佳工況運行；其水力模型先進，機械加工精度高，水泵效率比常規高10% 以上；效率高效區域寬廣，更能適應因負荷變化引起的各種變工況運行；水泵機械性能卓越，鑄件采用樹脂砂造型鑄造，所有零部件經CAM加工；水泵壽命長、振動小、噪聲低，電機溫度低。

五、系統改造實施

1.技改實施內容

系統節能技改主要施工內容：①對系統的水力平衡及供水閥門開度進行合理調整，測量系統循環水量，優化管網阻抗并制定合理的運行參數，再根據調試方案對系統進行調試，以便技改后泵特性能夠與管網特性相匹配，并處在高效區運行，從而提高系統運行效率。②更換ECOWELL高效節能泵2臺，采用高效雙吸離心式水泵。泵體、泵蓋材料為HT250，葉輪為QT，軸為45號鋼，密封環為不銹鋼。水泵軸承潤滑方式為油脂潤滑，軸套為不銹鋼，軸封型式為機械密封，軸承為滾動軸承。水泵整機壽命可達20年，效率≥88%，在正常運行情況下泵組可連續運行時間≥250 000 h，軸承無故障運行時間≥10 000 h。在原控制柜內沒有電能表的地方安裝電能表及循環水能耗目標管理計量系統（帶累時器功能），以準確計量技改前、后設備能耗。

2.設備安裝與系統調試

施工前，完成對系統換熱裝置的水量分配及各運行參數的調整，并確定合理運行工況，對供回水閥門開度進行合理調整。泵站改造安裝順序首先從備用泵開始逐一更換，每臺泵安裝完畢后及時調試，達到設計參數平穩運行后，再進行下一臺泵安裝，以此類推以保證生產正常運行。更換后的ECOWELL高效節能泵的聯軸器按照原有規格制作，以保證能夠與電動機聯接。安裝時對原有機座及進出口管道做適當處理，保證水泵平穩、可靠運行；電動機保護參數需重新整定，使之與更換后ECOWELL高效節能泵運行工況相匹配。設備安裝完畢后對水泵及系統運行工況進行調試，試運行72 h，根據測試的運行情況，對設備運行進行進一步調整，滿足生產要求且無任何異常現象，最終達到不影響系統末端換熱設備使用效果。

六、改造效果

通過對技改前后耗電量的實際測算，冷媒水系統運行兩臺泵每小時耗電由技改前的205.84 kW·h下降為技改后的141.28 kW·h，每小時節電64.56 kW·h，節電率31.4%，按每年冷媒水系統運行8000 h計，每年節電516 480 kW·h。