淺談浮法玻璃冷卻水供水系統效率分析及節能改造

宋輝

摘要：工業循環冷卻水系統作為主工藝生產的生命線，對維護設備正常運行和保證生存安全至關重要，同時冷卻水供水系統的能耗也是極高的。本文以浮法玻璃生產線的循環水系統實際案例，通過對供水系統運行參數進行分析，找出影響效率關鍵問題點，并通過節能方案設計、實施，實現節能增效，同時可為類似工程提供借鑒和參考。

關鍵詞：浮法玻璃工廠 冷卻水供水系統 效率分析 節能 改造措施

隨著國家對浮法玻璃生產能耗的要求，及目前浮法玻璃市場產能過剩的現狀，節能降本是企業賴以生存和發展的趨勢，而循環冷卻水供水系統的能耗問題則是浮法玻璃生產中的一個不可忽視的節能點。中國南玻集團下屬某公司浮法玻璃生產線的循環水系統，多數水泵和管路等設備陳舊，存在水泵流量、揚程、管路設計與實際使用不匹配的情況，造成較大的電能浪費。

一、冷卻水供水系統效率基礎知識

1.理想狀態下，1噸水克服1米的揚程阻力時，耗電量為0.0027KW.H。

2.水泵及其系統所需能量：P（KW）=0.0027*ρ*Q/K。

其中：Q-流量m3/H，H-揚程M，K-泵系統效率=K電*K泵* K閥*K管：

3.影響系統供水效率的因素主要有設計、設備選型、材質、施工和運行維護等5個方面。其中，1）設計方面主要在：①流量偏大，揚程偏高，②管徑、走向的不合理，③管路連接方式的設計不合理等；2）設備選用方面：①水泵、電機未選擇高效率設備，②廠家制造水平造成的效率低下等；3）材質方面：①閥門阻力大，②閥門關閉不嚴，③管道內部粗糙；4）施工方面：①管路連接方式的施工不合理，②管道變向不合規范等。

二、工廠冷卻水供水系統效率分析

目前，工廠冷卻水供水系統是由5個水泵、冷卻塔、冷卻水池和熱水池組成。工廠冷卻水系統（圖1）及運行參數（表2）：

1.供水系統需要的流量、揚程：

分析基準：DN400總管末端（設備前）要求壓力0.20Mpa，要求流量1200m3/h。

1）.DN400主管管路揚程損失：

管路長度按300m，管道水利計算，DN400總管的揚程損失為8.93M。

2）.總管過濾器后的壓力：

總管過濾器后需要的壓力為0.20Mpa+8.93*0.0098 Mpa =0.288 Mpa。總管過濾器后的實測壓力為0.30Mpa稍大于其需求0.288 Mpa壓力，稍考慮裕量，其實際供水壓力合理。

3）.總管過濾器前的壓力：

總管過濾器前的實測壓力為0.32Mpa，過濾器的壓差為0.02 Mpa。

結論：為保證工藝設備的冷卻需求，在供水流量達到1200m3/h時，DN400總管始端壓力應保持在0.32Mpa。

2.工藝冷卻水水泵供水系統的效率水平分析：

1）.水質所需的電功率：

理想狀態下，1200m3/h 水質、0.32Mpa需要的能量=0.0027*Q*H==106KW。

2）.實際用電功率：

水泵房1#、3#、5#水泵運行，其實際用電功率分別為85KW、56KW、121KW，合計262KW。

3）.供水系統的綜合效率K：

在理想的（水）泵、（電）機情況下，供水系統的效率水平：80%*95%=76%。工藝冷卻水泵系統的實際效率K=水質輸出所需功率/總輸入用電功率=106/262=0.40（40%）

結論：供水系統實際效率遠低于供水系統的理想效率水平76%。

3.供水系統效率低下的原因分析：

1）.同一系統水泵參數不同，揚程高泵對揚程低泵出水有壓制。

2）.泵出口與泵出口總管“Π”型連接，水流對沖，能耗大。

3）.1#-3#泵、4#-5#泵與DN400分總管間“T”型連接，分總管與總管間倒“T”型連接。1#-3#間、4#-5#間各有水泵運行時，水流對沖，能耗大。

4）.現有水泵出口的止回閥在關閉不嚴時，供水共管（壓力高）通過水泵出口閘閥-止回閥-水泵-進口過濾器-冷卻水池形成水流小循環。

三、工廠冷卻水供水系統效率提升對策、效果

1.供水系統效率提升對策：

1）.用低阻的止回閥更換現有的各水泵出口止回閥，以減少供水阻力、防止停運水泵止回閥滲漏形成的水流小循環所造成的電能浪費。

2）.水泵出口支管與室內總管的連接方式、室內總管與輸水主管的連接方式改造，減少水流對沖所造成的流量損失。

3）.高效水泵、電機的應用。

4）.使運行水泵、電機的參數相同。

5）.減少水泵運行臺數，以減少流量的損失。兩臺水泵并列，單臺泵流量損失5%；三臺水泵并列，單臺泵流量損失26%；兩臺水泵并列，單臺泵流量損失29%；兩臺水泵并列，單臺泵流量損失40%.

2.供水系統效率提升的效果：

1）.最小的效率提升改進方案：

①五臺水泵出口的現有止回閥更換：減少止回閥阻力、杜絕備用泵的止回閥滲漏。②選定參數相同的兩臺水泵、高效化選型生產：杜絕水泵壓頭現象、水泵本身效率提高5%。

改造后：兩臺水泵運行、室內總管維持0.39Mpa供水壓力、總管供水流量1200m3/h，考慮到兩臺泵的流量損失5%（1200*5%），水泵的供水總量為1260 m3/h，單臺泵的其軸功率為81KW，配套電機的額定功率選90KW。考慮到電機的損耗為5%，兩臺泵的實際用電功率為2*（80+90*1.05）=169KW，與改造前的262KW相比較，供水系統效率（節電率）提升35.5%。

2）.最大的效率提升改進方案：

① 五臺水泵出口的現有止回閥更換：減少止回閥阻力、杜絕備用泵的止回閥滲漏。②選定參數相同的兩臺水泵、高效化選型及生產、水泵運行一臺：杜絕水泵壓頭現象、水泵本身效率提高5%、減少水泵并列運行的流量損失、室內總管-輸出總管的供水對沖現象。

一臺水泵供水，室內總管維持0.32Mpa供水壓力、總管供水流量1200m3/h，單臺泵的其軸功率為127KW，配套電機的額定功率選160KW。考慮到電機的損耗為5%，水泵的實際用電功率為127+160*1.05=135KW，與改造前的262KW相比較，供水系統效率（節電率）提升48.5%。

綜合評估，通過分析計算，根據不同的效率提升方案，經過改造，水泵系統的效率可提升36%-49%，達到了節能降耗的目標；同時對存在類似問題的公司提供的改善方法和思路。

參考文獻：

[1]GB50050-2007， 工業循環冷卻水處理設計規范[S]

[2]蔡世軍， 趙新義， 王瑩瑩. 循環冷卻水節水技術研究進展[J]. 工業水處理. 2009（3）： 6

[3]祁魯梁， 李本高. 冷卻水處理和管理問答. 北京中國化學出版社， 2012