節(jié)能技術石油石化節(jié)能與減排Energy Conservation and Emission Reduction in Petroleum and Petrochemical indust2014年第43循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水優(yōu)化何華祥(中國石化四川維尼綸廠,重慶401254)摘要:分析了3循環(huán)水系統(tǒng)存在富裕壓頭過大、濃縮數(shù)倍不高、水泵效率低的原因;采用分壓供水、回收直排水、將一元流葉輪水泵更換成三元流葉輪水泵;循環(huán)水系統(tǒng)得到全面糾偏,降低了電耗、水耗,節(jié)能效果明顯,實現(xiàn)全系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水高效運行。關鍵詞:循環(huán)水分壓供水三元流葉輪優(yōu)化四川維尼綸廠3循環(huán)水場主要供老區(qū)發(fā)電車2)紡絲車間主要用水設備有蒸發(fā)機組、射水間、鍋爐車間、乳液車間、紡絲車間冷卻用水。該器、紡絲空調、熱處理冷卻羅拉、機封冷卻水。紡系統(tǒng)由原來的紡絲循環(huán)水場、發(fā)電機力塔循環(huán)水場絲水溶、VHT、3S裝置擴能后用水將新增1000~等循環(huán)水場優(yōu)化整合而成,整合后克服了原來各自1900m/h獨立并且生產能力小、條塊分割,抗沖擊能力弱的3)乳液車間用水主要是乳液裝置、甲醛裝置缺點。但在近幾年的生產實際運行中發(fā)現(xiàn)循環(huán)水場產品冷卻用水。的運行效率仍然不高,主要表現(xiàn)在水泵的設計工況4)鍋爐車間用水主要用水設備有鍋爐高低壓與實際工況相差較大,存在富裕壓頭過高、水流失給水泵、球磨機、引送風機。量大、濃縮倍數(shù)低。因此利用新的節(jié)能技術,對3各車間用水情況見表1。循環(huán)水系統(tǒng)進行綜合節(jié)能改造。1.3優(yōu)化前存在的主要問題1.3.1富裕壓頭過大13循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化前的基本情況通過以上對3循環(huán)水系統(tǒng)用戶用水狀況分析1.1水場概況與多次壓力測試,只有紡絲車間、VAE車間以及發(fā)3循環(huán)水場主要供老區(qū)南區(qū)裝置工藝、設備冷電車間的三臺射水泵所需的壓力較大,需要水壓為卻用水。配置有2座4500mh、3座300mh機械039MPa以上,但其用量只占總量的32%左右。抽風式逆流冷卻塔,系統(tǒng)設計供水能力18000m3h。而占總量68%左右的發(fā)電車間凝汽器實際用水只5臺5500mh,1臺3000m3/h離心泵,給水溫度需要水壓為017~0.23MPa左右,而水泵設計揚程≤33℃,回水溫度≤43℃,給水壓力044-046MPa,為46m,在額定揚程下運行時,其母管出水壓力為6臺水泵設計揚程均為46m。經過多次實測,整個系045MPa,高出實際需求壓力622%,存在嚴重的統(tǒng)實際供水量在14000-1800m3h之間,給回水溫大馬拉小車”現(xiàn)象,有較大的節(jié)能潛力差在6~8℃之間。13.2循環(huán)水流失嚴重1.2用水狀況發(fā)電車間3臺射水抽汽器循環(huán)水長期溢流;1)發(fā)電車間主要用水設備有凝汽器、射水鍋爐部分機泵冷卻水收集口長期溢流;紡絲車間蒸器、冷風器、冷油器。其中凝汽器是整個系統(tǒng)中用水量最大的設備,其用水占總循環(huán)水量的68%左(倏改稿)右,用水壓力為017~023MPa,采用調節(jié)進水閥作者簡介中國煤化工從事化工生產及節(jié)能開度控制水壓和水量。技術工作。CNMHG何華祥.3″循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水優(yōu)化石油石化節(jié)能與減表1各車間用水狀況換熱設備壓力MPa流量(t·h)進返液溫差/℃回水方式供水壓力0440.46凝汽器7000~12000回冷卻塔實際需要0.17~0.23發(fā)電車間射水器0.44-0.46回水池冷油器0.44~0.462-3回水池冷風器0.44-046回冷卻塔蒸發(fā)機組0.44-0.46300~6003下給排水池射水器紡絲車間空調、羅拉、機封0.44-0.46100~4003-4下給排水池紡絲擴能0.44-0.46回冷卻塔乙烯裝置0.44-0.466~8乳液車間500~800回冷卻卩塔甲醛裝置0.44-0.466-8高低壓給水泵0.44-0.46鍋爐車間回冷卻塔球磨機、引送風機0.44~0.463~5發(fā)站冷凝水抽出泵冷卻用循環(huán)水也長期存在溢流;乳液、甲醛和紡絲部分用水設備的極限條件用水南循下給排水池及南循水場間斷出現(xiàn)高位溢流;部4)水泵出口壓力保持在039MPa時,循環(huán)水分用戶回水直接利用位差返回循環(huán)水池,而未上冷溫上升到33也能滿足發(fā)電車間射水器、紡絲車卻塔,這部分水也易出現(xiàn)溢流。最大溢流量可達到間蒸發(fā)機組等運行需要。260m3h2.2優(yōu)化方案的論證1.3.3水泵效率不高如實施降壓供水后,對遠離3·循環(huán)水場且所通過檢測水泵實際揚程、流量、電流,計算需水壓較高的紡絲蒸發(fā)機組的影響,以及對沒有安出水泵實際效率均為80%以下。隨著節(jié)能新技術裝壓力表的發(fā)電車間冷風器的換熱效果進行重點的不斷發(fā)展,特別是三元流葉輪節(jié)能技術的成熟應論證。用,相關資料表明三元流葉輪泵要比一元流葉輪2.2.1紡絲車間泵節(jié)能5%~10%。而3″循環(huán)水系統(tǒng)所用的6臺循紡絲車間提濃工段蒸發(fā)機組的換熱器與射水器環(huán)泵全是一元流葉輪泵,如將其更換成三元流葉輪是共用一個水包,容易形成“搶水”,采用對射水泵,將有較大的節(jié)電空間。器單獨供水的方式加以解決。蒸發(fā)機組換熱器的使用情況見表22實施優(yōu)化的可行性21各用戶極限條件下所需最低水壓表2紡絲車間蒸發(fā)機組檢測結果極限條件是指在夏天最高氣溫時,經現(xiàn)場實名稱蒸發(fā)機組水泵出口壓力MPa0.456測,各用水設備的最低需求水壓。DN700母管壓力MPa0.411)水泵出口總管壓力020MPa時,可以滿足機組進口壓力MPea0.335鍋爐車間高低壓給水泵、球磨機、引送風機的極限循環(huán)水顯示流量(含射水器)/(mh)條件用水。循環(huán)水進口溫度/℃循環(huán)水出口溫度/℃2)水泵出口總管壓力0.23MPa時,可以滿足控制參數(shù)MPa負壓0.093發(fā)電凝汽器、冷風器、冷油器等設備的極限條件用水。從主管中國煤化工差為0075MPa3)水泵出口總管壓力0.2MP時,可以滿足實行降壓YHaCNMHG器水路另建管道石油石化節(jié)能與減排☆2014年第4卷第4期☆后,蒸發(fā)機組用水量約為200mh,優(yōu)化后的壓差50mh。將下降為:根據(jù)熱能量交換方程:△P=△P()=00530000xMmP)△t_m2c如果水泵揚程降為38m,泵出口壓力為50×=325(℃)0.39MPa,換熱器流量比為:循環(huán)水溫差只有325℃,對換熱能力的影響p2也很少,并且蒸發(fā)機組又有備臺。因此實施降壓供水對紡絲蒸發(fā)機組換熱器的√(0456-073+03)99%水壓差、流量、溫差的影響是有限的,不影響生產運行。如果實施整體降低后,最大流量將只下降222發(fā)電車間3.1%。發(fā)電車間冷風器循環(huán)水沒有安裝壓力表,分不紡絲水溶裝置、VHT裝置一浴液控制溫度均同時間對循環(huán)水進出口壓力、溫度及機組進出口溫為(44±1)℃,返液溫度為56~58℃,流量為度進行多次檢測,數(shù)據(jù)記錄見表3表3發(fā)電車間冷風器性能檢測循環(huán)水進口循環(huán)水出口循環(huán)水壓差工藝控制水泵出口壓力溫度/PMPa溫度PMPaPy/MPa進口溫度C出口溫度/CP/MPa0.19030.60.1320.06351.032.50.4420.1890.1250.06451432.80.4560.19630.60.1303340.45229.70.1330.0510.4550.19030.60.1300.06151.133.0上述冷風器的進出口溫度是在滿足發(fā)電機進口△r1=AT=△T風溫20~40℃,發(fā)電機出口風溫<65℃,機臺生In產正常運行時進行實測而得的。測試數(shù)據(jù)換算及初步分析如下:(511-33)-(30.6-295=607(℃)1)水泵揚程有效度n30.6-29n=p0.061p-p10451-0.08=16.7%4)傳熱單元數(shù)NTUP為水泵出口與進冷風器進口處的液面壓差。M=ATmE=(51.-2950837=2986.07數(shù)據(jù)表明水泵功耗實際利用率偏低,管路消耗過大。參照換熱器的換熱標準,冷風器的換熱效果2)換熱器有效度良好。-:=-3=33=037從上述測試數(shù)據(jù)中可以看出,水泵揚程的有效度為167%,循環(huán)水進口平均溫度295℃,出口平均溫度為3)對數(shù)平均溫差△Tmn1熱器。換熱HH中國煤化工,屬于小溫差換CNMH061MPa。所以何華祥3”循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水優(yōu)化石油石化節(jié)能與減實施降壓供水能夠保證發(fā)電車間冷風器的正常運行。根據(jù)各用戶用水水壓相差較大的特點,將整個3綜上所述,實施總體降壓,并分壓供水可以滿循環(huán)水場分為高壓A區(qū)和低壓B區(qū),進行分壓供水。足3循環(huán)水系統(tǒng)所有用戶生產需求。1)高壓區(qū)A區(qū)。供水壓力0.37~0.40MPa揚程為38m,向紡絲車間、乳液車間以及發(fā)電車3優(yōu)化改造內容間三臺射水泵提供高壓用水。為最大限度地降低供3.1調整工藝流程,將水場分為高壓水區(qū)和低壓水壓差,還將發(fā)電車間與紡絲車間的射水泵的標高水區(qū),實行分壓供水下降了2m。整個高壓水區(qū)由1"、2兩臺大泵以本著滿足所有當前用戶安全生產運行,力求對開一備的形式供水,流量為5800m/h。新接一根系統(tǒng)的改變最小化,以及節(jié)能效果最佳的原則,并DN350的管道到發(fā)電車間,供三臺射水器用水,流充分考慮到未來發(fā)展所需,特別是維綸項目二、三量400m3h期完成后,以及為了平衡新老區(qū)用電量停運4發(fā)電2)低壓區(qū)B區(qū)。供水壓力08~0.25MPa,機組,確定了分壓供水方案。向發(fā)電車間、鍋爐車間供低壓水。由34~6泵負主要供水母管有兩根,發(fā)電車間與鍋爐車間共責輸送,泵揚程26m,為了既滿足生產需求,又用一根母管供水,紡絲車間與乳液車間共用另一根能始終保持泵運行在高效點,34~5"泵額定流量為母管。優(yōu)化前所用水泵配置情況見表4。5670mh,6泵額定流量3400m3h。為讓低壓水也進旁濾池,新接了一根DN300的管道。共進行了表4改造前水泵配置情況6臺泵的改造。改造后運行效果良好。泵型編號數(shù)量冶臺流量/(m3h)揚程m水壓/MPa3)在高壓A區(qū)和低壓區(qū)B區(qū)之間連結有閥門32SAP-131~55500460.44~0.4624 SAP-7-1,主要起著由于負荷變化時對高壓區(qū)與低壓區(qū)63000460.44~0.4的水量進行調節(jié)的作用。改造后工藝流程見圖1。8-1DN000DN200收集池4塔冷卻塔5·塔冷卻DN250乳液甲醛裝置N402池工業(yè)水蒸汽DN400發(fā)電射水器x一PE泵DN600DN600溢流紡絲擴能、3發(fā)電冷油器DN1400蒸DNIODN1400DN1400DN7G0 DN150發(fā)電凝汽器蒸發(fā)站射水器冷風器紡絲蒸發(fā)站鍋爐泵風機機PD剩P有封冷卻水DN350集水池排污紡絲羅拉空調旁濾池1池紡絲機封冷卻機力塔1塔2“塔3“塔下給排水池3池DN500回水DN900DN900圖1優(yōu)化改造后的工藝流程(紅色為新增管線)3.2直排水回收利用濃縮倍數(shù)中國煤化工)發(fā)電射水抽汽優(yōu)化前存在水流失量大、濃縮倍數(shù)低,平均器常出現(xiàn)循HCNMHG機泵冷卻水收石油石化節(jié)能與減☆2014年第4卷第4期☆集口長期溢流;3)紡絲車間蒸發(fā)站冷凝水抽出泵理論是把葉輪內兩個相鄰葉片之間形成的流道,冷卻用循環(huán)水直排地溝,未回收。平均水流失量為視為一個截面變化的彎曲流管,認為沿流線的流200m3/h速大小隨截面大小而變化,在每個橫斷面上流速對此,采取的措施有:新增管線,將發(fā)電車是均勻的。然而由于葉輪流道的三元曲線形狀又間、鍋爐車間的溢流水和紡絲的直排水收集回收利是在等速旋轉之中,流速不但沿流線變化,而且用,杜絕溢流現(xiàn)象的發(fā)生。在低壓B區(qū)旁邊新建了沿橫截面任一點都是不同的,即流速是三元空間個體積為50m3的回水收集槽,帶有自動液位控函數(shù)。制系統(tǒng),并通過一個流量為150m3/h,揚程為14m以6泵設計為例,當不考慮所送液體粘度的增壓泵增壓后上冷卻塔。時,要求流量為900kg/s,利用CFD技術,其水3.3三元流葉輪泵的運用泵效率、揚程與流速和葉片包角的函數(shù)關系見圖三元流葉輪泵的理論依據(jù)6:傳統(tǒng)的一元流2,3。0.850.850.800.750.750.700.65之0820.65原始葉輪一原始葉輪原始葉輪0.60一包角110一包角110°0.55一包角120°一包角120包角120°0.500011001300700900110013000070090011001300流量Qkg:s)流量Q(kg:s)流量Q(kg·s")圖2葉片包角對水泵效率、揚程及流速的影響實際由于液體粘性的存在,泵輪出口沿葉片吸同樣運用CFD技術對3~5泵各參數(shù)進行了力面及前蓋板表面都會有流體的脫流,形成“尾跡重新設計。并實現(xiàn)在不變動管路、電路和電機的前區(qū)”,消耗了泵的功率,同時還對流道產生堵塞,提下,新設計的三元流葉輪泵與原泵互換。使流量減少。所以葉輪出口寬度對水泵效率及揚程針對全系統(tǒng)進行的以上三方面的節(jié)能改造工也是有影響的,見圖3。作于2012年11月全部完成并投入使用,共計投資綜合圖2、3,6"泵的葉片設計參數(shù)為葉片包610萬元。經現(xiàn)場和試驗測試,改造后水泵效率提角110°,出口寬度90mm升8%~10%。0.940.850.800.800.880.750.70≈0.840.650.65一原始葉輪原始葉輪一原始葉輪0.800.60出口寬度110mm出口寬度110mm一出口寬度110mm0.76出口寬度90mm0.55出口寬度90mm出口寬度90mm0700900110013000.5090011001300070011001300流量Q(kg·s")流量Q(kg·s)圖3葉輪出口寬度水泵效率、揚程及流速的影響4改造后節(jié)能效果系統(tǒng)跑水現(xiàn)象完全杜絕,經過近幾個月的試運行,41節(jié)水分析萬噸循環(huán)aYH中國煤化工64.31m3萬t下全系統(tǒng)實施優(yōu)化改造后,實現(xiàn)了全封閉管理降到了24CNMHG歷t,循環(huán)水量何華祥3"循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水優(yōu)化石油石化節(jié)能與減挑以1.4萬th,全年以8000h計算,全年節(jié)約補水造后,水泵運行的電流和系統(tǒng)萬噸循環(huán)水耗電量明4497萬t,年節(jié)約費用近35萬余元。顯下降,詳見表5,642節(jié)電分析根據(jù)改造前后的《生產月報》顯示,節(jié)電效果實施系統(tǒng)分區(qū)、分壓供水和水泵三元流葉輪改尤其明顯。表5分壓供水前后泵電流對比分壓供水后分壓供水前高壓區(qū)低壓區(qū)管網(wǎng)壓力MPa泵平均電流A管網(wǎng)壓力MPa泵平均電流A管網(wǎng)壓力MPa泵平均電流/A0.44~0.46102.50.37~0.4086.90.18-0.25表6改造前后萬噸循環(huán)水耗電量對比日2013年14月累計2012年41-4月累計萬噸循環(huán)水耗電量/(kW·h萬t)15121956由表6可知,改造后累計萬噸循環(huán)水耗電量減果明顯,實現(xiàn)了全系統(tǒng)節(jié)能高效運行,也為進一步少444kW·h,降幅達29.4%,按照裝置當前14優(yōu)化其他循環(huán)水系統(tǒng)提供了很好的思路。萬m/h的循環(huán)量,全年以8000h計算,全年節(jié)約2)在運行過程中,由于將鍋爐車間的定聯(lián)排電4973萬kW·h,電0.56元/(kW·h)測算,年水和機泵冷卻水全部收集起來匯集到了3·循環(huán)水節(jié)電效益為2785萬元以上,節(jié)電收益十分可觀。場,當循環(huán)用水量較少時,這些水不但滿足了3循表5、6中所列的泵電流是改造前后實際所測,流環(huán)水場的補充水需求,還有約為200mh的水量富量為150m3/h,揚程為14m的增壓泵是間歇運行,裕,可考慮將其引到1“循環(huán)水場加以利用。且量很少,所以就未單獨將這臺增壓泵進行核算,且表6進行對比是單位水耗電量。參考文獻按照中石化的統(tǒng)一折標系數(shù),工業(yè)水024291劉殿魁,孫玉民,梁衛(wèi)星三元流技術及其在循環(huán)水泵節(jié)噸標煤/噸,電0.1229噸標煤斥kW·h,全年共能改造中的應用J石油和化工節(jié)能,2010(1):71計節(jié)約72041噸標煤。全年實現(xiàn)節(jié)約費用為313.5[2]王致清.工程流體力學M哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1983:217-219萬元,預計195年就可收回投資。[4]蘇銘德,黃素逸計算液體力學基礎M北京:清華大學出版社,1997:113-1165結論及探索[5]林殿濱,葛嫚麗,馬輝.應用三元流技術降低循環(huán)水場電1)3·循環(huán)水系統(tǒng)實施優(yōu)化改造后,經過近幾耗應用能源技術,2009(7):27個月的運行,完全能滿足生產需要,且節(jié)水節(jié)電效[6]潘小強,袁璟,CFD軟件在工程流體數(shù)值模擬中的運用J南京工程學院學報,2004(3):52Water-saving Optimization for Water Circulating SystemnglaxianSINOPEC Sichuan Vinylon Works, Chong Qing 401254, China)Abstract: This paper analyzes the causes of the excessive spare pressure head low concentration timespump efficiency in the No. 3 circulating water system in the company. Several measures, including water supply withmultiple pressures, recycling of waster water and replacement of 1-D flow impeller with 3-D flow impeller for waterpump, are adopted to correct the above-mentioned issues in the water circulating system, resulting in lower power andwater consumption, and higher efficient operation of the whole system.Key words: cooling water circulation; cooling water supply with中國煤化工 dimentional fImpeller; optimizationCNMHG