惠州石化循環水裝置優化節能改造措施與應用

王皓（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州516086）

1 生產現狀與改造原因

惠州石化循環水裝置投產于2008 年，至今已運行十年時間。循環水場內部分為一循、二循、三循，三套裝置，共計循環水泵14臺，風機12臺，涼水塔12間。隨著運行時間的增長，企業生產成本逐步增加，同時節能技術也越來越成熟，對裝置節能降耗的需求也越來越高，在這個背景下，惠州石化動力部對304單元循環水裝置進行調研，提出了節能優化改造方案，達到了節能降耗的目的，效果顯著。

2 改造方案

2.1 現場分析

結合現場實際情況，經過分析與研究，惠州石化循環水系統存在問題如下：

（1）系統原設計與實際運行不匹配，管路損失大：

通過對循環水泵的額定參數、運行參數、現場系統運行狀況結合系統管理曲線進行評估，水泵原設計揚程為50m，目前工作揚程在52m 左右，水泵處于高效區域運行，其運行效率為81%。但設備設計參數與系統的最佳管路特性曲線偏離較大，通過閥門的控制，使循環水回水壓力和供水壓力同時升高，以滿足設備在高效區域運行。同時在運行的循環水泵存在氣蝕現象，現場運行噪音大，其輸送能力和運行效率都有下降，設備能耗相對較高。

（2）管路損失大，出口閥門未全開，止回閥壓降大，部分系統管路閥門等阻力較大，一循循泵出口壓力為0.51MPa，而總管壓力為0.42MPa，水泵出口至總管局部阻力較高。

（3）系統參數需求與實際不匹配，無效能耗大，換熱器布置位置，標高和系統壓力不匹配，流量需求由于滿足系統整體的需要局部流量過大，浪費較多。

（4）冷卻塔由于長期時間的運行，發現其熱力性能明顯低下，設備部分部件出現老化和損壞現象。主要體現在如下：

1）冷卻塔填料部分

由于原冷卻塔填料原材料采用再生聚氯乙烯材料制作，所以經過一段時間的使用生產嚴重的熱變形（部分出現坍塌現象)、填料老化（填料高度不夠）及局部位置地區出現空洞現象，造成冷卻塔熱力性能明顯下降。

2）冷卻塔布水噴淋系統部分

表1 改造前后循環水泵年運行能耗

冷卻塔布水器關鍵要求布水均勻和噴頭噴射形成霧化，這樣可以大提高冷卻塔的熱工性能。而由于原布水系統設計采用144個噴頭，通過計算，每個噴頭布水面積2m2,按實際情況和經驗證明該布水模式完全不合適，將帶來嚴重的布水不均勻現象，按規范一般采用布水面積每個噴頭1m2左右較為合適。同時由于冷卻塔的長期運行部分布水管內結垢及點蝕產生部分布水管道腐蝕，從而造成布水系統短路現象，也帶來布水嚴重的不均勻性。

3）冷卻塔收水器部分

原有冷卻塔收水器由于采用收水片波形模式不合理，所以除水效果不理想,運行阻力加大，最終造成嚴重的飄水現象，影響周圍環境，而且造成冷卻塔周圍設備的腐蝕。

2.2 改造方案

2.2.1 機泵單元優化

循環水系統高效節能的核心首先是在線流體的糾偏。通過對流體輸送系統原設計工況的檢測及參數采集，按系統最佳工況運行原則，建立專業水力數學模型，判斷引起高耗能的原因，找到系統的最佳運行工況點，設計生產出與系統最匹配的高效流體傳輸設備，替換原有設備，使系統時鐘保持在最佳運行工況，以達到節能降耗的目的。（原理見圖1）

圖1 水泵機械特性曲線與管路特性曲線圖

如圖1所示，按設計熱交換量要求水量QA計算的循環水系統總阻力為HA（即設計揚程），設計運行工況點A 的設計水泵效率ηA最高，水泵軸功率NA最低。當設計的水泵安裝完成調試時，實際運行的工況點在B點，運行參數為流量QB、揚程HB、軸功率ηB，當運行水泵軸功率遠大于安裝電機的額定功率時，水泵振動嚴重、噪聲很大，甚至燒毀電機，此時操作人員會認為增加系統阻力，如關小閥門操作使水泵電機在不超額定電流的C點工況運行，以保證水泵平穩。根據上述分析，當前循環水系統運行狀況普遍存在“設計高揚程水泵，而實際在低揚程、大流量、低效率、高功耗運行”這是循環水節能改造突出的問題。因此，我們根據機泵單元的檢測與分析，訂制了高效節能水泵5臺進行更換。

2.2.2 管網單元優化

結合系統局部管道阻力計算，更換微阻緩閉止回閥5 臺。對循環水部分管路進行改造，按照經濟流速設計，減少管阻，增加流體輸送效率。優化水泵進出口管路，調整系統中閥門開度，特別是把泵進出口閥門開度全開，更換止回閥為管力閥，上塔閥門可根據回水壓力、系統溫差等進行科學優化調整。減小系統的阻力損失。

2.2.3 涼水塔內部填料，布水管，收水器優化

全部更換五間涼水塔內填料，收水器，布水噴頭及布水管。原填料老化破碎嚴重，流道發生了堵塞現象，更換新填料使流道更均勻，擴大冷卻面積，提高換熱效率。原布水噴頭存在缺陷，覆蓋面積小，同時存在短路現象，布水不夠均勻，更換新噴頭及疏通布水管，布水面積增大到2m2，實現均勻覆蓋。收水器更新能夠減少漂水率，降低能耗。

2.2.4 風機葉片優化

對風機葉片進行優化，調整風機葉片角度，使用新材質減輕葉片重量，同等能耗下風力更大，循環水冷卻效果更好。

3 改造前后對比

3.1 循環水泵改造情況

綜合表1數據計算，根據改造前后對比，年節電6141586.56 kWh，節電率達到了20%，按0.67元一度電進行計算，每年直接節省的經濟效益就在400萬以上。

3.2 風機改造情況

通過改造前后風機現場測量對比，風機電流由18A下降到了15A，同時平均風速由7.56m/s 增大到了8.46m/s，風量由178.479×104m3/h 增大到了199.726 ×104m3/h，在風速（即風量）有所提高的情況下，風機功率下降12.68%，這說明采用了新材料并調整過角度的風機葉片，既提升了換熱效率（風量），也降低了能耗。

4 結語

本次改造根據現場實際情況確定改造方案，以高效水泵替換現有非最佳工況點的水泵，使用新型的微阻管力閥代替現有水力閥，將風機葉片改造為新材料調整角度的葉片，更換涼水塔內部件。多種改造方式并行，最終的取得了較好的節能成果，最后對比改造前后數據：改造前循環水泵年平均耗電量為3065 萬kWh，而改造后循環水泵年平均耗電量下降為2451 萬kWh，年節電量614 萬kWh，節電率達到20.03%；改造前風機平均電耗為147.9 kWh，而改造后風機平均電耗為129.2 kWh，節電率12.68%，經濟效益非?？捎^。