一種冷卻循環水系統節能評估的參數測定方法

楊俐運

上海尚弗能源環境科技有限公司

一種冷卻循環水系統節能評估的參數測定方法

楊俐運

上海尚弗能源環境科技有限公司

冷卻循環水系統用水能耗約占企業總能耗的50%以上，極端情況下甚至占到70～80%。對循環水系統進行節能技改，是減少工廠用電、降低企業運營成本的一項重要措施。當前的實際情況往往是冷卻循環水系統節能技改在進行前期工況調研時，無法獲得包括壓力、流量等在內所必需的運行參數，導致無法通過對所采集數據進行計算分析去進一步完成系統節能潛力的評估。作者整理總結出一種工業冷卻循環水系統節能潛力評估的參數測定方法，在無法直接獲取前期工況調研所需的壓力、流量等運行參數的情況下，通過間接方法獲取所需參數，仍然可對系統節能潛力做出初步的評估，進而為后續技改方案的制定提供前期的分析和依據。

節能技改；參數獲取；系統評估

冷卻循環水系統包括工業冷卻循環水系統、中央空調冷卻/冷凍循環水系統等，它們遍布石油、鋼鐵、化工、電力、冶金等行業，其功能是通過熱交換的形式，降低工藝設備在運行中所產生的熱量，從總體看有著用途廣、耗能多、運行效率低、能源浪費嚴重等特點[1]。循環水系統用水約占工業用水量的90%以上，其能耗約占企業總能耗的50%以上，極端情況下甚至占到70～80%[2]。在實際生產應用中，由于水泵選型不當、工況調節方式不合理、系統設計不匹配、設備布局不合理、管理維護粗放等原因[3]，能源浪費現象更加突出。因此，對循環水系統進行節能技改，是減少工廠用電、降低企業運營成本的一項重要措施。

一個冷卻循環水系統是否值得進行節能技改，其前提是該系統是否具備節能潛力。因此，對于一個有節能技改意向的循環水系統，我們必需對其進行節能潛力的初步評估。常規情況下，我們可以根據DCS（Distributed Control System，集散控制系統）顯示及設備現場的計量儀表獲取所需的系統運行參數（流量、壓力等），再通過相關的水力模型計算進行節能潛力分析，完成對此系統節能潛力的初步評估，進而制定初步的節能技改方案。但當前的實際情況往往是相當數量的能耗企業由于建設時間較早或其它因素，沒有完備的計量技術、工藝及裝置等，各重要的工藝節點處也都沒有設置壓力、流量及溫度等工藝參數的DCS測點或計量儀表。同時，很多冷卻循環水系統由于受到場地條件的限制，循環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，又或出于保障生產或安全因素考慮，整體系統運轉時不允許后期帶壓開孔等對生產存在影響和風險的操作……，上述種種情況都導致了冷卻循環水系統節能技改在進行前期工況調研時，無法獲得包括壓力、流量等在內所必需的運行參數，導致無法通過對所采集數據進行計算分析去進一步完成系統節能潛力的評估。

筆者針對當前的這些實際情況，經過長期實踐操作，整理總結出一種工業冷卻循環水系統節能潛力評估的參數測定方法，在無法直接獲取前期工況調研所需的壓力、流量等運行參數的情況下，通過間接方法獲取所需參數，仍然可對系統節能潛力做出初步的評估，進而為后續技改方案的制定提供前期的分析和依據。

1 本方法技術原理

1.1 水泵運行參數的獲取

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值，然后配合水泵的性能曲線，獲得對應的壓力值，也可通過水泵出口壓力數值配合水泵的性能曲線，獲得對應的流量值。此外，如果DCS系統有參數顯示或者現場可獲計量數值，此方法也可用來復核測點數值是否存在偏差。

圖1 水泵性能曲線

1.2 系統運行參數的獲取

在獲取了系統中每一臺水泵運行參數的基礎上，根據冷卻循環水系統的運行方式（并聯或串聯），結合同性能水泵并聯或串聯工作特性進行相應的計算，最終獲得所需的系統運行參數。計算公式如下[4]：

在工程實際應用中，常規冷卻循環水系統中的水泵大都采用多臺并聯運行。根據并聯工作特點：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出口壓力，各臺水泵出口流量之和即為系統出口流量。

1.3 其它系統參數的獲取

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

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

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

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

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

1.4 水泵運行參數的復核

根據上述方法獲得水泵運行參數后，可以依據如下公式對水泵流量進行復核：

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聯軸器—— 聯軸器效率；

η水泵—— 聯軸器效率。

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核計算的流量是否大致相等（工程應用中偏差在±10%以內可認為是有效的）。如二者大致相等的情況下，即可將此參數作為系統運行參數使用；如二者不一致的情況下，則需重新審視流量數據，檢查、重測或利用統計學方法求值等，確保測量數據的準確有效，然后再依照上述計算重新復核。

1.5 系統分析及評估

使用上述方法所得的參數，結合其它現場工藝裝置參數及運行狀態參數，通過對比水泵的設計（或額定）揚程和實際揚程、設計（或額定）功率和實際運行功率，即可對冷卻循環水系統進行節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，冷卻循環水系統占地空間有限，缺乏統一的前期規劃，管路系統多為后期改建增加，現場沒有有效的工藝參數測點，重要節點處未安裝流量、壓力計量裝置，DCS系統無流量參數，DCS無流量參數及上塔母管壓力參數顯示。

冷卻循環水系統工藝流程圖如圖2。

圖2 冷卻循環水系統工藝流程圖

技術實施情況如下。

2.1 水泵運行參數的獲取

現場水泵出口②③④（①為停泵狀態，不需測量）處裝有壓力表，表壓數值為：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，不需測量）處的流量參數分別為：1205.1 m3/h、1 228.5 m3/h、1 198.3 m3/h。

2.2 系統運行參數的獲取

配合現行水泵的性能曲線，獲得對應的流量參數。

現行水泵型號：萊恩APS350-75B，根據生產廠家（安徽萊恩電泵有限公司）的技術資料，其性能曲線如圖3。

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

②③④處對應的水泵效率分別為：0.71、0.69、0.70。

圖3 萊恩APS350-75B性能曲線

2.3 其它系統參數的獲取

見表1～表4。

2.4 水泵運行參數的復核

水泵運行參數的復核結果見表5。

對比實測所得的流量和復核計算的流量大致相等，故此參數可作為系統運行參數使用。

2.5 系統分析及評估

系統分析及評估結果見表6。

由表6對比數據可知：水泵未在最佳工況點及高效區域內運行，該冷卻循環水系統具有節能潛力。

表1 設備技術參數一覽表

表2 運行參數一覽表

表3 工藝裝置參數一覽表

表4 設備運行狀態參數一覽表

表5 水泵運行參數的復核結果

表6 系統分析及評估結果

[1]馬正軍.工業循環水系統節能策略研究[D].江蘇大學.2013,7

[2]王朝暉.泵與風機[M]. 中國石化出版社.2007,8

[3]戴文進,徐龍權,張景明.電機學[M].清華大學出版社.2008,2

[4]丁均勝.循環水泵節能改造與應用[J].中外能源，2011，16（1）：97-100.

[5]王杰，張生安，燕增偉.論循環水系統節能技術與應用[J].化工裝備技術，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