公用冷凍水優化利用研究與實踐

曹國玉，葉鵬云，劉建樓

（陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林719319）

公用系統主要是為各生產裝置提供動力源和能源，輔助生產運行，一般作為一個獨立的生產裝置。主要工序有空壓制氮系統、循環冷卻水系統和冷凍水制水系統，承擔著氣源的供應和各種冷凍水的循環，能量通過不同形式相互轉換，滿足生產需求。同時公用系統是一個耗能的系統，不管是工藝氣體的制備還是各種冷凍水的循環，都需要能量的輸入，所以在實際生產運行過程中，公用系統的日常管理和運行操作尤為重要，企業應設立專門的管理機構，配備專業的技術人員研究解決公用系統，挖掘系統節能潛力。

1 基本情況

陜西北元化工集團股份有限公司（簡稱“北元化工”）110萬t/a聚氯乙烯循環項目化工片區有3套7℃水制備系統，制冷機組為蒸汽型溴化鋰機組和熱水型溴化鋰機組，主要給燒堿裝置、PVC裝置和乙炔發生裝置提供冷媒量，實現降低物料溫度和相態轉化。其中，公用A、B線各配置4臺供水泵，正常情況下用4臺，無備機，后來將A、B線公用冷凍水泵增加至5臺運行。C線配備2臺供水泵，設計1用1備，而實際運行2臺。針對“大循環，小溫差”設備無備機等問題，進行分析研究，制定改進方案。

2 存在的問題

（1）根據設計要求，冷凍水供水系統設有備用水泵，而實際運行過程中無備機，一旦運行設備出現故障或者異常，需要降負荷停車操作，不利于系統穩定運行。（2）冷凍水系統循環量不能滿足工藝要求，需要增加供水泵來增大循環量。（3）供水和回水溫度差較小，設計冷凍水供水和回水溫差至少要大于5℃，而實際運行溫差為3.0~3.5℃，制冷機組制冷效率低，動力消耗較大。（4）冷凍水使用不合理，末端各類換熱設備溫度控制指標基本在下限運行，造成熱量交換不充分，實際冷量與需要量不符合，造成回水溫度較低，運行不合理。

3 優化調整思路

針對公用冷凍水系統存在的問題，2020年5月6日-2020年6月30日，北元化工對冷凍水系統進行優化調整，主要從兩個方面進行優化控制調整：（1）提高上、回水溫差，由3.0~3.5℃提高至5℃以上，進而提高制冷機組制冷效率，主要從冷凍水用戶進行優化調整，確保單臺換熱設備的進、出水溫差大于3℃，單臺設備出水溫度大于12℃。（2）根據用戶調整情況優化制冷機和供水泵運行方式，單臺溴化鋰機組冷水出水溫度控制要求為6.0～8.0℃。將優化期內前10天與后10天數據進行比較，評價優化效果。

4 數據采集與分析

4.1 A線7℃水系統（見表1）

（1）回水總管溫度由10.18℃升高至10.65℃，升高0.47℃，符合提高回水溫度優化思路。

（2）供水總管溫度由6.86℃升高至7.33℃，升高0.47℃，供回水總管溫差在優化前后均為0.47℃，溫差無變化。

（3）在環境溫度升高、循環水溫度升高3.73℃、溴化鋰機組和供水泵運行臺數未調整的情況下，7℃水供回水總管溫差未變，說明溴化鋰機組制冷效率提高。

4.2 乙炔裝置5℃水系統（見表2）

（1）一期回水總管溫度由8.16℃升高至9.00℃，升高0.84℃，符合提高回水溫度優化思路。

（2）一期供水總管溫度由5.36℃升高至5.80℃，升高0.44℃，供水總管優化前后溫差低于回水總管優化前后溫差，說明制冷機冷效率提高。

表1 A線7℃水系統優化前后溫度比較 ℃

表2 乙炔裝置5℃水優化前后溫度比較 ℃

（3）一期在環境溫度升高、循環水溫度升高3.1℃、制冷機組和供水泵運行臺數未調整的情況下，供水總管優化前后溫差低于回水總管優化前后溫差，說明制冷機制冷效率提高。

（4）二期回水總管溫度由8.17℃升高至8.79℃，升高0.62℃，符合提高回水溫度優化思路。

（5）二期供水總管溫度由5.20℃升高至5.60℃，升高0.40℃，供水總管優化前后溫差低于回水總管優化前后溫差，說明制冷機冷效率提高。

（6）二期在環境溫度升高、循環水溫度升高2.06℃、制冷機組和供水泵運行臺數未調整的情況下，供水總管優化前后溫差低于回水總管優化前后溫差，說明制冷機制冷效率提高。

用同樣的方法對C、D線7℃水系統進行分析。

5 取得效果

（1）公用A線7℃水系統通過調整運行方式，停運1臺供水泵，節約電耗400 kW·h。

（2）公用C線7℃水系統通過調整，停運1臺供水泵，節約電耗250 kW·h。

（3）公用A線7℃水供水總管閥門開度由50%調整至100%，降低壓頭損失。

（4）公用7℃水系統單臺溴化鋰機組冷水出水溫度控制要求為6.0～8.0℃。

（5）公用-26℃冷凍鹽水系統A、B線各運行3臺武冷機組，通過調整，A、B線各停運1臺武冷機組，高壓級電機功率分別為400 kW和800 kW。

（6）乙炔裝置2019年7月和2020年7月制冷機和供水泵運行臺數、用電量對比見表3。

從表3可知，優化運行后與歷年同期比較：a.停運1臺制冷機和1臺供水泵；b.制冷機組節電44 401 kW·h。

（7）采鹵分廠2019年7月和2020年7月溴化鋰機組和供水泵運行臺數、用電量、蒸汽用量對比見表4。

從表4可知，優化運行后與歷年同期比較，a.停運1臺蒸汽型溴化鋰機組和3臺供水泵；b.供水泵節電601 130 kW·h；c.蒸汽型溴化鋰機組節約蒸汽1 322 t。

（8）采鹵分廠2019年7月和2020年7月武冷機組和供水泵運行臺數、用電量對比，見表5。

從表5可知，優化運行后與歷年同期比較，a.停運2臺高壓級和1臺低壓級；b.高壓級節約電能為238 335 kW·h，低壓級節約電能為213 195 kW·h。

（9）效益分析。乙炔分廠和采鹵分廠2020年7月與2019年7月比較冷凍水系統節能數據匯總見表6（電能按照0.3元/kW·h，蒸汽按照80元/t計算）。

表3 乙炔裝置制冷機和供水泵用電量對比

表4 采鹵分廠溴化鋰機組用電量、蒸氣用量對比

從表6可知，優化運行后與歷年同期比較，7月節約蒸汽1 322 t，節約電能1 152 861 kW·h，合計節約費用456 192.42元。

表5 采鹵分廠武冷機組和供水泵用電量對比

表6 冷凍水系統節能數據匯總

6 形成措施

（1）7℃水系統單臺溴化鋰機組冷水出水溫度控制要求為6～8℃。

（2）-26℃水系統總管溫度控制要求為-24～-20℃。

（3）燒堿裝置、PVC裝置和乙炔發生裝置繼續調整7℃水換熱設備出水溫度，單臺換熱設備的出水溫度要求不低于12℃。

（4）燒堿裝置、PVC裝置和乙炔發生裝置供、回水溫差低于3℃的換熱設備水側切出系統，停止換熱。

7 下一步計劃

（1）繼續提高7℃水換熱設備進出水溫差，單臺設備出水溫度大于12℃。

（2）制冷機和供水泵匹配化運行，同時單臺溴化鋰機組冷水出水溫度控制要求為6.0～8.0℃。

（3）論證采鹵分廠公用工程C線停用1臺蒸汽型溴化鋰機組的可行性。

（4）乙炔發生裝置拿出提高7℃回水溫度與硫酸單耗經濟對比報告。

8 結語

北元化工通過調整控制冷凍水用戶工藝指標，提高供水與回水之間的溫度差，提高制冷機組的制冷效率，減少冷凍水的循環量，進而停運部分供水設備，有效的解決了“大流量、小溫差”現象，降低了生產消耗，實現設備備用，達到了預期效果。