化工流程循环水系统节能改造技术的应用浅谈

发表时间:2019/4/28   来源:《基层建设》2019年第4期   作者:杜萌
[导读] 摘要:目前,随着我国综合国力的不断提升,国内的传统化工企业在采用循环冷却水系统的同时,它作为企业内部生产的重要公用工程却普遍存在能耗过高且运行效率低下的负面问题,它严重影响了化工企业的正常生产过程。
        山东新华医药化工设计有限公司  山东淄博  255086
        摘要:目前,随着我国综合国力的不断提升,国内的传统化工企业在采用循环冷却水系统的同时,它作为企业内部生产的重要公用工程却普遍存在能耗过高且运行效率低下的负面问题,它严重影响了化工企业的正常生产过程。为此,本文为化工企业化工生产流程提出了全新的工业循环水系统综合节能优化运行技术,希望通过对传统循环冷却水系统的节能技术改造来提高化工企业生产效益,专门对其改造结果进行分析。
        关键词:化工流程;循环水系统;节能改造技术;应用
        引言
        传统循环冷却水系统在化工企业中非常常见,它的系统技术结构复杂,涉及大量用户及用水量,所以它的系统整体能耗也非常之高,用水量大约会占到企业总用水量的90%以上,用电负荷占到企业总用电量的30%左右。所以说,目前采用循环冷却水系统的化工企业普遍存在运行效率低,能耗成本高的现实桎梏,这严重影响了传统化工企业的向前发展。
        1传统循环冷却水系统的技术应用问题
        1.1系统终端高差偏大
        化工企业在采用循环冷却水系统过程中常常面临循环水供水高程不足的问题,这与系统工艺设计有关。比如说,一般冷却塔的实际标高会设计在46m左右,而系统设计高程标高为35m,这就造成了循环冷却水系统运行体系中不利终端的出现。如果在生产过程中采用关闭小冷却塔的做法还会造成塔阀阀门蹩压,强行提高水泵输出扬程,输配管网压力因此而始终保持较高水平,这会造成水泵输出扬程的大量浪费。
        1.2管网存在部分的水力不平衡现象
        因循环水管路复杂、终端需求多样及设备标高不同等多种原因相互作用,导致了整个管网存在严重的水力不平衡,系统存在有些换热器过流、有些换热器欠流等现象,无法实现循环水流量按需分配,造成能源的极大浪费。
        1.3泵站的供给流量缺乏连续调控
        当工艺负荷和环境温度变化时,按照目前调节水泵开启台数的方式,无法实现高效且连续的循环水供出水量智能调控,难以实现泵组的能耗极小化。
        2WECS技术工作原理
        2.1循环水能效优化运行技术与化工流程循环水系统节能技术改造方案
        2.1.1基本原理
        WECS是全新的工业循环水系统综合节能优化运行技术,该技术严格遵循热交换原理及流体力学原理,基于系统管网流体参数、阀门开度以及水泵运行参数实施一系列的智能测量,可取代传统冷却水循环系统,优化节能控制方法并结合智慧能源、阀门、管网、冷却塔与终端热交换器等等来实现优化控制。客观讲,该技术能够从整体上提高工业循环水系统整体能效,保证化工企业综合节能与智能控制两大目标的一体化融合与功能的共同实现。
        2.1.2技术改造方案基本思路
        该技术改造方案主要涉及4点要素:循环泵站、管网智慧阀门、终端冷却设备以及冷却塔。首先利用水泵水量与智慧阀门进行优化控制,将冷却终端温度控制在所设定的可控制区间内;其次利用智慧阀门的打开度位置来实施智慧调节,保证各板换组的配水方面始终保持平衡状态,将管网阻尼降到最低水平;第三要对冷却水温度进行在线检测,对冷却塔的智慧阀门与冷却风机实施全面优化控制,保证冷却塔的冷却效果能够达到最佳;第四要实施三项控制,保证水泵组的开机台数与变频优化控制步骤一致;最后就是在对节能优化运行过程进行总结,然后提出循环水系统整体能效优化方案结论,满足综合节能目标所有技术要求。


        2.2技术改造中的相关技术应用
        2.2.1智能平衡高效输配技术
        该技术应用自主知识产权的智慧阀门,开发了智能平衡高效输配算法,构建了对应的软硬件系统。智慧阀门不仅实现了通过阀门的流量、压力、压差、温度、温差和能量的集成测量,而且具有压力无关型的智能调节与流量平衡一体化控制功能,同时可以通过网络总线方式接入DCS系统,利用上位机远程方式对阀门进行高级设定。通过循环水管网系统的阀门开度自动优化,提高了输配能效。当管网的冷却循环水量随机变化时,支管对应的水流量也将自动实现按需分配,确保系统多变工况下的动态水力平衡和热力平衡,实现了系统管网的输配能耗极小化。结合上位机软件计算分析管网各个单元的换热量,进行输配能效优化分析,实现技术节能、管理节能与行为节能的一体化控制。
        2.2.2泵阀一体智能变频技术与终端温控泵阀优化改造
        针对泵阀一体智能变频技术与终端温控泵阀优化改造要融入多变量终端温度解耦控制算法内容,保证泵组实际运行效果能够满足技术改造方案中所提出的各项工艺要求,实现技术改造内容有效动态匹配。详细来讲,就是要利用智慧阀门对每一系统终端的冷却设备进行流量参数测量、分配以及能量调节,实现真正的一体化控制,然后再根据冷却终端设备的实际工况变化,结合先进的解耦控制算法来实现智慧阀门的常规化运行与智能化切换,如此可提高节能控制效率。在这里,专门为技术改造方案引入了泵阀一体化智能变频技术,它可实现对水泵机组的有效输入与输出,保证输入输出功率都达到最小化水平。然后选择冷却温度最优控制算法,再配合末端冷却设备冷负荷分析内容来实现对输配能效以及末端冷却水循环系统的持续节能优化控制。
        最后针对循环水终端用户高程进行差异性分析,提高循环水系统压力分级水平。换言之,就是要结合化工机械设备中各个高点的实际用水情况,配合局部增加智能增压泵,有效降低主力水泵站的实际供水压力,满足水力平衡优化条件。在技术改造后,冷却循环水系统中的单位供水量电耗也会伴随供水压力的持续降低而降低。
        2.2.3循环水系统压力高效分级
        针对循环水终端用户高程存在较大差异的情况,通过分析各高点的用水情况,采用局部增加智能增压泵的方式,从而大幅降低主水泵站的供水压力,结合水力平衡的再优化,循环水系统单位供水量的电耗会随着供水压力的降低而大幅下降。循环水系统压力分级改造技术通过高低压分级智能输配结合智慧阀门的优化调控,实现了主管网压力的降低,不仅达到节能降耗的目的,同时也能减少泄漏量,实现了系统能效的极大化。
        3技术改造方案结果
        整体来看,通过上述技术内容对传统的冷却循环水系统进行全面技术改造,简言之就是基于系统压力分级对高低压分级智能输配系统的优化调控改造过程。改造过程中还涉及到了智慧阀门与WECS各项分支子技术内容。通过此次改造全面实现了主管网压力的有效降低,满足了设备的节能降耗要求,同时对泄漏量的有效减少很有帮助,对系统能效极大化优化也起到了一定的促进作用。基于原冷却循环水系统进行技术改造,采用到WECS节能优化改造方案,实现了化工生产设备系统与冷却塔等多个终端的相互关联。同时,系统中也增加了为终端用户所准备的智能增压泵,配合联锁运行控制模式提高了泵站中泵阀的一体化智能变频技术集成应用能力。另外在技术改造后,该循环冷却水系统的总管压力也有所下降(从0.523MPa下降到0.388MPa)。项目在改造前后的单台水泵日耗电基准减少了500万kWh左右,节电效果非常明显。
        结语
        综上所述,本文对化工企业化工流程中的循冷却水系统进行了一系列的节能改造,融入了全新的WECS循环水系统节能优化技术从各个方面提出技术改造方案,希望为化工企业节能节电提供全面参考,保证化工生产作业流程的安全可靠性,同时保证系统正常运行不会受到负面影响。
        参考文献:
        [1]付祥钊,肖益民.化工流程循环水系统节能改造技术的应用浅谈[M].北京:中国建筑工业出版社,2016.
        [2]张文钢,黄刘琦.水泵的节能技术[M].上海:上海交通大学出版社,2017.
        [3]王杰,张生安,燕增伟.论循环水系统节能技术的应用[J].化工装备技术,2017,32(1):54-58.
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