大數(shù)據(jù)技術(shù)在循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能方面的應(yīng)用

摘?要：隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，萬(wàn)物互聯(lián)已經(jīng)不再是暢想或者空談，而是切實(shí)體現(xiàn)在我們生活的方方面面。近年來(lái)，大數(shù)據(jù)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸深入，在幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)轉(zhuǎn)型和效率提升的同時(shí)，也為企業(yè)的節(jié)能減排工作提供了強(qiáng)有力的支撐。本文對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中循環(huán)水系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題，以及能耗監(jiān)測(cè)云平臺(tái)所起到的作用進(jìn)行討論與分析。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù);循環(huán)水系統(tǒng);主要問(wèn)題

一、 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)

（一）基本概念

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)是以冷卻水為換熱媒介，經(jīng)輸送、換熱、降溫和再循環(huán)的一套給水系統(tǒng)，按照運(yùn)行方式主要可分為敞開式和密閉式兩大類。本文主要討論在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“循環(huán)水系統(tǒng)”）。

循環(huán)水系統(tǒng)主要包括循環(huán)水泵、風(fēng)機(jī)、冷卻塔、集水池、輸送管道、控制閥門和換熱器等設(shè)備和設(shè)施。循環(huán)水系統(tǒng)在石油、化工、鋼鐵和水泥等重點(diǎn)用能單位的生產(chǎn)過(guò)程中，承擔(dān)著重要的輔助功能，是不可或缺的環(huán)節(jié)，所以對(duì)該系統(tǒng)實(shí)施有效的節(jié)能改造，可以幫助企業(yè)節(jié)約能源成本、提高綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

（二）研究趨勢(shì)

對(duì)于工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能降耗問(wèn)題，我國(guó)有許多學(xué)者進(jìn)行了討論與分析。其中，鄧?guó)Q研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)工業(yè)循環(huán)水用量約占全部工業(yè)用水總量的70%，且循環(huán)水系統(tǒng)能耗普遍較高，運(yùn)行效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低約20%。郭雷等基于某多晶硅廠循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀和能耗分析，提出了更換高效水泵的節(jié)能建議，改造后綜合節(jié)電率約為31%。劉國(guó)亮等從我國(guó)循環(huán)水系統(tǒng)存在的問(wèn)題出發(fā)，探討了系統(tǒng)優(yōu)化方案，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能改造具有一定的指導(dǎo)意義。

二、 存在的主要問(wèn)題

（一）設(shè)備選型不匹配。部分企業(yè)的循環(huán)水系統(tǒng)存在選型盲目、供需不匹配等現(xiàn)象，高揚(yáng)程、低流量、“大馬拉小車”等狀況時(shí)有發(fā)生，進(jìn)而造成流速慢、換熱差、效率低等不良后果，能源浪費(fèi)較為明顯。

（二）運(yùn)行工況不經(jīng)濟(jì)。大量企業(yè)在調(diào)整循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行模式時(shí)，往往以冷卻水最遠(yuǎn)端的需求為量綱，確定投運(yùn)水泵機(jī)組的數(shù)量，這一方式最為簡(jiǎn)單，卻也往往造成了近端管壓較高、換熱溫差小等現(xiàn)象，不利于循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（三）參數(shù)監(jiān)控存盲區(qū)。傳統(tǒng)的循環(huán)水系統(tǒng)監(jiān)控參數(shù)主要包括：進(jìn)出口壓力、進(jìn)出口溫度、主管流量、支管流量等，監(jiān)測(cè)點(diǎn)較少、數(shù)據(jù)較為籠統(tǒng)，對(duì)于各單元的實(shí)際需求和冷卻效果存在一定的監(jiān)控盲區(qū)。

（四）巡檢維護(hù)憑經(jīng)驗(yàn)。基本上所有企業(yè)對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)的巡檢維護(hù)仍停留在“頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳”的階段，對(duì)于反復(fù)出現(xiàn)的故障或者損壞，缺乏系統(tǒng)性的判斷與分析。

三、 能耗監(jiān)測(cè)云平臺(tái)優(yōu)勢(shì)——以A平臺(tái)為例

（一）云平臺(tái)概況簡(jiǎn)介

A平臺(tái)依托于CFD軟件Fluent源程序，并通過(guò)與國(guó)內(nèi)外行業(yè)專家合作，以及多達(dá)百余家高能耗用能企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與論證，從而研發(fā)出應(yīng)用于流體、熱傳遞和化學(xué)反應(yīng)等工業(yè)能耗數(shù)學(xué)模型。該模型通過(guò)采集溫度、壓力、流量、電流等一系列工藝參數(shù)和能耗數(shù)據(jù)，高精度還原出邊界范圍內(nèi)生產(chǎn)運(yùn)行狀況，評(píng)估出各部分的用能需求，準(zhǔn)確查找出能源浪費(fèi)的節(jié)點(diǎn)，并提出具有針對(duì)性的節(jié)能建議，幫助企業(yè)提高能源利用效率，降低能源成本。

（二）云平臺(tái)主要功能

1. 設(shè)備能效監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示出企業(yè)耗電設(shè)備的電力參數(shù)，主要包括：電壓、電流、功率和功率因素等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備能效的實(shí)施監(jiān)控。

2. 節(jié)能概況總覽，直觀展示出項(xiàng)目節(jié)能改造前后的負(fù)荷對(duì)比和用能量，并可以顯示出單位節(jié)能量、累計(jì)節(jié)能效益及減少二氧化碳排放量等數(shù)據(jù)。

3. 電量監(jiān)測(cè)分析，對(duì)接入平臺(tái)用戶的日耗電量、月耗電量進(jìn)行連續(xù)統(tǒng)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)同期對(duì)比和環(huán)比分析等功能，為企業(yè)用電的精細(xì)化管理提供保障。

4. 智能報(bào)警系統(tǒng)，以多節(jié)點(diǎn)傳感器監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)企業(yè)的全面生產(chǎn)管理（TPM），對(duì)于系統(tǒng)異常、設(shè)備故障等突發(fā)狀況進(jìn)行有效的監(jiān)控和預(yù)警，保障企業(yè)生產(chǎn)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

四、 實(shí)例應(yīng)用——以某企業(yè)X車間循環(huán)水系統(tǒng)為例

（一）X車間循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀

該車間循環(huán)水泵運(yùn)行方式為2用1備;供水平均溫度為32.2℃，回水平均溫度為34.6℃;回水總管分兩路上塔，閥門開度分別為50%和40%。根據(jù)采集的設(shè)備和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行建模分析可知：系統(tǒng)中循環(huán)水泵運(yùn)行工況不經(jīng)濟(jì)，供水系統(tǒng)阻力較大，運(yùn)行電耗較高;若通過(guò)調(diào)節(jié)閥門開度來(lái)縮減系統(tǒng)阻力，又可能導(dǎo)致水泵電機(jī)超電流，進(jìn)而造成設(shè)備損壞。因此，該循環(huán)水系統(tǒng)能效較低，有較大提升空間。

（二）節(jié)能改造措施

在X車間循環(huán)水系統(tǒng)的供水、回水和主要換熱設(shè)備處，加裝溫度、壓力等傳感設(shè)備，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上并傳至A平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合底庫(kù)數(shù)據(jù)建立流體換熱模型，并提出具體的節(jié)能措施：對(duì)原循環(huán)水系統(tǒng)3臺(tái)循環(huán)水泵中的2臺(tái)實(shí)施高壓變頻改造;剩余1臺(tái)轉(zhuǎn)為備用應(yīng)急泵，在高壓變頻裝置等設(shè)備出現(xiàn)故障或者運(yùn)行維護(hù)期間啟動(dòng)，保障循環(huán)水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

改造后，在遵循系統(tǒng)安全的前提下，根據(jù)云平臺(tái)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)模型的分析結(jié)果，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)中的母管主閥、換熱調(diào)節(jié)閥門、水泵運(yùn)行工況等進(jìn)行精確調(diào)控，替代原有的粗放管理模式，在滿足換熱要求的前提下，盡可能做到系統(tǒng)能效最優(yōu)化，節(jié)電率保守評(píng)估約為25%。與此同時(shí)，A平臺(tái)數(shù)據(jù)每秒更新一次，對(duì)于系統(tǒng)異常和設(shè)備故障均有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)了全天候監(jiān)控，為企業(yè)的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

五、 結(jié)論

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，能源資源日趨緊張，各企業(yè)對(duì)于節(jié)能降耗、降本增效的意愿也愈發(fā)強(qiáng)烈，如何挖掘節(jié)能潛力，并提出切實(shí)有效的節(jié)能措施，成為企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。大數(shù)據(jù)技術(shù)為人們指明了方向，它可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)平衡、系統(tǒng)優(yōu)化和整體提升，未來(lái)在工業(yè)節(jié)能領(lǐng)域大數(shù)據(jù)技術(shù)會(huì)得到更多的應(yīng)用和發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：張祥，南京市節(jié)能技術(shù)服務(wù)中心。