惠州石化循環(huán)水裝置優(yōu)化節(jié)能改造措施與應(yīng)用

王皓（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州516086）

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀與改造原因

惠州石化循環(huán)水裝置投產(chǎn)于2008 年，至今已運(yùn)行十年時(shí)間。循環(huán)水場(chǎng)內(nèi)部分為一循、二循、三循，三套裝置，共計(jì)循環(huán)水泵14臺(tái)，風(fēng)機(jī)12臺(tái)，涼水塔12間。隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，企業(yè)生產(chǎn)成本逐步增加，同時(shí)節(jié)能技術(shù)也越來(lái)越成熟，對(duì)裝置節(jié)能降耗的需求也越來(lái)越高，在這個(gè)背景下，惠州石化動(dòng)力部對(duì)304單元循環(huán)水裝置進(jìn)行調(diào)研，提出了節(jié)能優(yōu)化改造方案，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，效果顯著。

2 改造方案

2.1 現(xiàn)場(chǎng)分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)分析與研究，惠州石化循環(huán)水系統(tǒng)存在問(wèn)題如下：

（1）系統(tǒng)原設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行不匹配，管路損失大：

通過(guò)對(duì)循環(huán)水泵的額定參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況結(jié)合系統(tǒng)管理曲線(xiàn)進(jìn)行評(píng)估，水泵原設(shè)計(jì)揚(yáng)程為50m，目前工作揚(yáng)程在52m 左右，水泵處于高效區(qū)域運(yùn)行，其運(yùn)行效率為81%。但設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)與系統(tǒng)的最佳管路特性曲線(xiàn)偏離較大，通過(guò)閥門(mén)的控制，使循環(huán)水回水壓力和供水壓力同時(shí)升高，以滿(mǎn)足設(shè)備在高效區(qū)域運(yùn)行。同時(shí)在運(yùn)行的循環(huán)水泵存在氣蝕現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行噪音大，其輸送能力和運(yùn)行效率都有下降，設(shè)備能耗相對(duì)較高。

（2）管路損失大，出口閥門(mén)未全開(kāi)，止回閥壓降大，部分系統(tǒng)管路閥門(mén)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(tǒng)參數(shù)需求與實(shí)際不匹配，無(wú)效能耗大，換熱器布置位置，標(biāo)高和系統(tǒng)壓力不匹配，流量需求由于滿(mǎn)足系統(tǒng)整體的需要局部流量過(guò)大，浪費(fèi)較多。

（4）冷卻塔由于長(zhǎng)期時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)其熱力性能明顯低下，設(shè)備部分部件出現(xiàn)老化和損壞現(xiàn)象。主要體現(xiàn)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(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用生產(chǎn)嚴(yán)重的熱變形（部分出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象)、填料老化（填料高度不夠）及局部位置地區(qū)出現(xiàn)空洞現(xiàn)象，造成冷卻塔熱力性能明顯下降。

2）冷卻塔布水噴淋系統(tǒng)部分

表1 改造前后循環(huán)水泵年運(yùn)行能耗

冷卻塔布水器關(guān)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(tǒng)設(shè)計(jì)采用144個(gè)噴頭，通過(guò)計(jì)算，每個(gè)噴頭布水面積2m2,按實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)證明該布水模式完全不合適，將帶來(lái)嚴(yán)重的布水不均勻現(xiàn)象，按規(guī)范一般采用布水面積每個(gè)噴頭1m2左右較為合適。同時(shí)由于冷卻塔的長(zhǎng)期運(yùn)行部分布水管內(nèi)結(jié)垢及點(diǎn)蝕產(chǎn)生部分布水管道腐蝕，從而造成布水系統(tǒng)短路現(xiàn)象，也帶來(lái)布水嚴(yán)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(yùn)行阻力加大，最終造成嚴(yán)重的飄水現(xiàn)象，影響周?chē)h(huán)境，而且造成冷卻塔周?chē)O(shè)備的腐蝕。

2.2 改造方案

2.2.1 機(jī)泵單元優(yōu)化

循環(huán)水系統(tǒng)高效節(jié)能的核心首先是在線(xiàn)流體的糾偏。通過(guò)對(duì)流體輸送系統(tǒng)原設(shè)計(jì)工況的檢測(cè)及參數(shù)采集，按系統(tǒng)最佳工況運(yùn)行原則，建立專(zhuān)業(yè)水力數(shù)學(xué)模型，判斷引起高耗能的原因，找到系統(tǒng)的最佳運(yùn)行工況點(diǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)出與系統(tǒng)最匹配的高效流體傳輸設(shè)備，替換原有設(shè)備，使系統(tǒng)時(shí)鐘保持在最佳運(yùn)行工況，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。（原理見(jiàn)圖1）

圖1 水泵機(jī)械特性曲線(xiàn)與管路特性曲線(xiàn)圖

如圖1所示，按設(shè)計(jì)熱交換量要求水量QA計(jì)算的循環(huán)水系統(tǒng)總阻力為HA（即設(shè)計(jì)揚(yáng)程），設(shè)計(jì)運(yùn)行工況點(diǎn)A 的設(shè)計(jì)水泵效率ηA最高，水泵軸功率NA最低。當(dāng)設(shè)計(jì)的水泵安裝完成調(diào)試時(shí)，實(shí)際運(yùn)行的工況點(diǎn)在B點(diǎn)，運(yùn)行參數(shù)為流量QB、揚(yáng)程HB、軸功率ηB，當(dāng)運(yùn)行水泵軸功率遠(yuǎn)大于安裝電機(jī)的額定功率時(shí)，水泵振動(dòng)嚴(yán)重、噪聲很大，甚至燒毀電機(jī)，此時(shí)操作人員會(huì)認(rèn)為增加系統(tǒng)阻力，如關(guān)小閥門(mén)操作使水泵電機(jī)在不超額定電流的C點(diǎn)工況運(yùn)行，以保證水泵平穩(wěn)。根據(jù)上述分析，當(dāng)前循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀況普遍存在“設(shè)計(jì)高揚(yáng)程水泵，而實(shí)際在低揚(yáng)程、大流量、低效率、高功耗運(yùn)行”這是循環(huán)水節(jié)能改造突出的問(wèn)題。因此，我們根據(jù)機(jī)泵單元的檢測(cè)與分析，訂制了高效節(jié)能水泵5臺(tái)進(jìn)行更換。

2.2.2 管網(wǎng)單元優(yōu)化

結(jié)合系統(tǒng)局部管道阻力計(jì)算，更換微阻緩閉止回閥5 臺(tái)。對(duì)循環(huán)水部分管路進(jìn)行改造，按照經(jīng)濟(jì)流速設(shè)計(jì)，減少管阻，增加流體輸送效率。優(yōu)化水泵進(jìn)出口管路，調(diào)整系統(tǒng)中閥門(mén)開(kāi)度，特別是把泵進(jìn)出口閥門(mén)開(kāi)度全開(kāi)，更換止回閥為管力閥，上塔閥門(mén)可根據(jù)回水壓力、系統(tǒng)溫差等進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化調(diào)整。減小系統(tǒng)的阻力損失。

2.2.3 涼水塔內(nèi)部填料，布水管，收水器優(yōu)化

全部更換五間涼水塔內(nèi)填料，收水器，布水噴頭及布水管。原填料老化破碎嚴(yán)重，流道發(fā)生了堵塞現(xiàn)象，更換新填料使流道更均勻，擴(kuò)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(shí)存在短路現(xiàn)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(shí)現(xiàn)均勻覆蓋。收水器更新能夠減少漂水率，降低能耗。

2.2.4 風(fēng)機(jī)葉片優(yōu)化

對(duì)風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整風(fēng)機(jī)葉片角度，使用新材質(zhì)減輕葉片重量，同等能耗下風(fēng)力更大，循環(huán)水冷卻效果更好。

3 改造前后對(duì)比

3.1 循環(huán)水泵改造情況

綜合表1數(shù)據(jù)計(jì)算，根據(jù)改造前后對(duì)比，年節(jié)電6141586.56 kWh，節(jié)電率達(dá)到了20%，按0.67元一度電進(jìn)行計(jì)算，每年直接節(jié)省的經(jīng)濟(jì)效益就在400萬(wàn)以上。

3.2 風(fēng)機(jī)改造情況

通過(guò)改造前后風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量對(duì)比，風(fēng)機(jī)電流由18A下降到了15A，同時(shí)平均風(fēng)速由7.56m/s 增大到了8.46m/s，風(fēng)量由178.479×104m3/h 增大到了199.726 ×104m3/h，在風(fēng)速（即風(fēng)量）有所提高的情況下，風(fēng)機(jī)功率下降12.68%，這說(shuō)明采用了新材料并調(diào)整過(guò)角度的風(fēng)機(jī)葉片，既提升了換熱效率（風(fēng)量），也降低了能耗。

4 結(jié)語(yǔ)

本次改造根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定改造方案，以高效水泵替換現(xiàn)有非最佳工況點(diǎn)的水泵，使用新型的微阻管力閥代替現(xiàn)有水力閥，將風(fēng)機(jī)葉片改造為新材料調(diào)整角度的葉片，更換涼水塔內(nèi)部件。多種改造方式并行，最終的取得了較好的節(jié)能成果，最后對(duì)比改造前后數(shù)據(jù)：改造前循環(huán)水泵年平均耗電量為3065 萬(wàn)kWh，而改造后循環(huán)水泵年平均耗電量下降為2451 萬(wàn)kWh，年節(jié)電量614 萬(wàn)kWh，節(jié)電率達(dá)到20.03%；改造前風(fēng)機(jī)平均電耗為147.9 kWh，而改造后風(fēng)機(jī)平均電耗為129.2 kWh，節(jié)電率12.68%，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀(guān)。