上海东方威尔节能技术有限公司
摘要：本文对循环水系统的组成及运行过程做出总体概述，针对目前循环水系统运行过程中的能耗问题做出分析，结合实例重点研究复杂终端循环水系统的节能技术措施及其实际应用效果。为相关研究人员提供参考。
关键词：终端；循环水系统；节能
引言
循环水系统在当前的工业生产领域应用十分广泛，目前主要用于生产过程中的热量交换及传输，应用过程中对电能的消耗较大。为了提高能源利用效率，降低企业生产成本，应加强对于循环水系统的节能优化工作，制定科学的优化方案。
1循环水系统概述
循环水系统主要组成部分包括管网、泵站、阀门、终端冷却装置、冷却塔几个部分，其中泵站部分由水泵、电机组成，阀门可以分为手动阀、机械调节阀等类型，终端冷却装置主要包括热交换器等，冷却塔目前主要采用逆流式冷却塔。在循环水系统对实际运行中，主要流程是先运用循环水泵，将冷却水向换热器进行输送，发挥对生产工艺介质的冷却作用，在冷却水吸收热量后，循环水通过管道向冷却塔进行输送，利用冷却塔对其进行冷却。在冷却完成后，循环水进入冷水池。其中水泵是推动循环水流动的关键设备，也是系统中电能消耗的主要部分，在企业生产总用电量中占有8%-10%左右，而我国目前的循环水系统运行效率相对较低，在50%左右[1]。因此水泵是造成目前循环水系统存在能耗较高问题的主要原因。除此之外，水压、换热器等因素也会对循环水系统的能耗造成一定程度的影响。目前我国循环水系统总体上仍然具有较大的节能优化空间，还应加强对循环水系统节能技术的研究。
2复杂终端循环水系统运行能耗问题分析
目前，循环水系统运行中的能耗问题表现较为突出，造成目前循环水系统运行能耗较高的原因主要包括以下几方面：第一是循环水泵选型的问题，如果循环水泵选型与系统的实际运行情况存在较大差异，就会造成运行效率低下，比如在扬程高、流量低的状态下，循环水系统换热器流速相对较低，对换热效果造成不良影响。第二是循环水系统当中存在局部偏流以及分支管线流速较低的现象，此种状态下容易出现管路堵塞。第三是循环水系统的压力问题，目前的生产过程中，同一循环水系统通常需要供应多套不同的装置，对管理工作造成一定困难。第四是循环水系统的换热器以及给回水温差问题，循环水系统当中，处于不同位置换热器的换热温差存在差异性，某些位置的换热温差未满足设计要求[2]。
比如某工厂循环冷却水系统共包含三套装置，分别为I期、Ⅱ期与Ⅲ期，其中I期循环水系统建立于上世纪90年代，目前已在2018年6月完成节能改造工作。该系统共包含5台循环水泵，具体包括3台单泵额定流量15984m3/h的循环水泵以及2台单泵额定流量8500m3/h的循环水泵。通常状态下三台水泵同时运行，此时循环水量在35700m3/h左右[3]。循环冷却塔单间冷却能力为4100m3/h。共包含10间敞开逆流式机械通风冷却塔。风机的驱动方式分为电机驱动以及水轮机驱动两种。
实际运行当中，该循环水系统主要问题表现为以下几方面：第一是循环水泵级配存在问题，水泵运行过程中偏离额定工况点，并且高、低压区只包含1种泵型，调节能力不足。第二是循环水泵运行效率偏低，根据相关计算，平均运行效率在63.9%；同时由于水泵的制造时间较早，额定效率也处于较低水平，实际运行扬程与额定扬程之间存在较大差距，因此实际工作效率较低。第三是该系统中给回水总管压力较高，并且冷却塔上塔阀开度较小，此种情况下会造成较大的阀门阻力损失，如果对上塔阀开度进行增加，容易导致水轮机的损坏。第四是循环水泵叶片存在比较明显的气蚀问题，在循环水泵运行时长达到一定程度时，叶片负压区会存在比较显著的气蚀损坏现象，该系统实际运行中，一般在运行5000-10000h后需要对其进行检修工作。
3复杂终端循环水系统节能技术措施的应用
针对于该系统的能耗问题，主要通过以下几种节能技术措施对其进行改进和优化，以下为具体措施。
3.1优化总管压力
复杂终端循环水系统总管压力的优化措施具体包括增加压力表、对换热器的换热能力进行监测以及降低循环水系统压力三部分。其中通过安装压力表，能够对给回水的压力差做出及时监测，从而能够判断出改造前后循环水系统的运行状况以及循环水量情况。通过开展换热器极限换热能力监测工作，利用无线监测装置，进行换热器循环水出水温度、进出水压力等方面的监测工作。重点监测范围包括处于最高位置的换热器、冷却水流量调节存在问题的换热器以及工作效率较低的换热器。同时加强对于极限用水条件、污垢系数增加趋势的监测。实施监测过程中，运用短信将监测数据向接收设备进行传输，并利用DCS对数据进行显示。同时，在保证系统能够安全稳定运行的基础上，适当降低循环水系统压力，总共分为4个降压步骤，其中对于给水系统压力的降压幅度在0.09MPa；回水系统压力下降幅度为0.075MPa。
降压过程中应注意使得循环水系统以及换热设备的循环水量以及压差保持稳定状态。
3.2提高风机运行效率
该系统的改造过程中，对风机进行了相应的改造工作。具体改造方式是将轴流风机驱动电机的型号做出统一，并且将轴流风机与水轮机叶片换成降噪性能较强的叶片。并且也对风机进行了更换，提高了风机的运行效率。以系统冷却塔的某台风机为例，节能改造前后额定功率及额定电流未发生变化，分别为160kW、289A；运行电流在节能改造前为208A，改造后为159A；叶片材质上改造前为玻璃钢材质，改造后为玻璃钢与碳纤维混合材质；对叶片角度也进行了相应调整，其中改造前叶片角度为13°，改造后为18°；风机主轴转速改造前后无变化，均为110r•min-1；实际风量改造前为167.7×104m3•h，改造后为177×104m3•h；运行噪音改造前为77.2dB，改造后为72.5dB。
通过上述数据可以看出，在进行风机的改造工作后，风量得到了一定程度的提升，使得冷却效率得到提高，同时运行噪音有所下降，其中运行电流下降明显，下降率平均达到23.1%，更有利于节约电费。
3.3提高循环水泵叶轮运行效率
节能改造技术的应用过程中，在循环水泵叶轮改造方面，先对该设备的实际运行情况做出分析，结合当前循环水系统的实际流量以及压力情况，定制符合运行要求的循环水泵，从而充分满足该系统的运行需求。同时对循环水泵叶轮做出优化设计并加以更换，使得循环水泵运行效率得到显著提升，并且也有利于减少水泵叶轮的损坏问题，降低检修频率。以其中的某个位置的循环水泵叶轮为例，进行更换前的流量、扬程与转速分别为14584m3•h-1、46m、597r•min，更换后分别为14500m3•h-1、35m、590r•min。
3.4更换高效率电机
循环水系统节能改造工作中，针对于电机进行了相应的优化与改进工作。该系统中的电机投运时间为1995年10月，其设计方式较为落后，额定功率相对偏大，造成运行效率较低的问题。为了对这一问题做出改进，优化电机的节能效果，在实际工作中对电机进行了更换，提升电机的运行效率与节能效果。以系统中某一位置的电机为例，更换前电机的功率为2500kW，功率因数0.83,电流304A，转速597r•min-1；更换后功率为2000kW，功率因数0.80,电流225.4A，转速590r•min-1。运行效率得到了一定程度的提高。
4复杂终端循环水系统节能技术的实际应用效果
上述循环水系统通过改造工作，取得了十分显著的能源节约效果。在电能节约效果方面，通过对2016年11月-2017年10月该循环水泵改造之前，以及2017年11月-2018年10月改造后的用电量、节约电量与节省电费数额进行综合比较，得出在进行节能改造后，每年能够节省电费436.718万元左右，电能节约率能够超过25.6%。因此具有良好的节能效果。
在本次节能改造工作的基础上，改造工作的实施要点做出以下总结：第一是在循环水泵叶轮定制过程中，应充分保证循环水给水流量，从而降低运行过程中的安全风险。第二是在循环水泵组电机定制过程中，需要对高压电机的冷却方式进行合理选择，避免出现轴承以及定子绕组温度过高的问题。第三是应尽量保证循环水系统压力的压差稳定，减少发生变化。通过合理把握以上操作要点，有利于系统达到更强的节能效果。第四是要加强对于循环水水质的控制工作，确保循环水水质达到规定标准，并且要依据水质对循环水浓缩倍数加以适当控制，重点加强pH值的控制，应将其保持在7.8-8.3。对杀菌灭藻药剂、缓蚀剂的投放量做出合理控制，使得水质保持良好状态。第五是做好循环水系统压差调整工作，在不同设备共用一套循环水系统时，需要根据装置依次进行调整，对压力及温度进行合理控制[4]
结论
复杂终端循环水系统节能技术改造对于提高循环水系统的运行效率具有显著作用。在今后应针对设备的实际情况采取合理的节能优化改进措施，使得设备能够最大程度发挥节能效果，节约生产成本。
参考文献
[1]喻胜飞,罗武生,何志兴,等.复杂终端循环水系统节能技术研究及应用[J].给水排水,2016,42(03):63-66.
[2]刘国亮,尹桂超,李凯,等.浅谈循环水系统节能优化[J].山东化工,2020,49(04):145.
[3]王晓平,秦昊.循环水系统的整体优化改造[J].大氮肥,2020,43(01):52-56,72.
[4]薄卫东,杨卫锋,高强,等.循环水系统节能优化探讨[J].山东化工,2020,49(1):89.