应用三元流技术实施循环水系统节能改造

2012-04-20中国石化上海石油化工股份有限公司杨胜宇车永军

上海节能 2012年5期

中国石化上海石油化工股份有限公司杨胜宇车永军

1 项目背景

中国石化上海石油化工股份有限公司化工事业部（以下简称化工部）成立于1998年11月，位于金山区金一路700号，占地面积90余公顷。化工部主要以乙烯、丙烯为原料，生产乙二醇、环氧乙烷、聚乙烯醇、醋酸乙烯、丙烯腈、氰化钠、化学助剂等50余种产品。

化工部供1＃乙二醇装置的冷却循环水系统改造前，其用水高峰期运行时,流量在11500m3/h左右，主要由P402、P404、P406、P407并联运行；低谷期：流量为9300m3/h，主要由P405、P406、P407并联运行。冷却循环水系统具体的运行方式根据生产系统的需求而定，系统的主要工艺指标是控制系统压力的稳定。

2 循环水系统高能耗和节能改造方法分析

2.1 影响水泵高能耗的主要因素

1)正常老化影响。化工部循环水泵已经运行近20年，过流部件的表面经过长期运行磨损冲刷，部件表面变得凹凸不平，从而降低了水泵的运行效率；

2）沿程阻力影响。系统管路配置等因素造成“流程阻力”而增加的能耗。如整个流程中的“沿程阻力”和集中在很短流程内的流体收缩，扩大和拐流等急剧变化的造成的能量损失；

3）阀门开度影响。水管出口阀门开度的大小，会直接影响水泵的耗能。如出口节流阀开度大（超过工况额定点），也会降低泵的运行效率。能耗会增高（若采用调节吸入阀，会使吸入压力降低，因而产生气蚀）；

4）泵型落后：水泵本身的运行效率低；

5）偏离工况：水泵的额定性能参数与实际工况所需的性能参数有较大偏离。

2.2 水泵节能改造方法比较

水泵节能改造的方法很多，通常采用以下几种方法：

1）叶轮切削。纠正水泵的额定性能参数与实际工况所需要的性能的偏离现象，而采取叶轮切削，这是最简单的“治标”节能改进方法；

2）变频调速。采用对电机进行变频调速，这是“成本高，对电网有干扰”的节能方法；

3）更换为高效水泵。将以前运行效率较低的水泵，改为高效水泵。这种方法在一般情况下需要变动原有管路、电机和水泵安装基础，需要投入的成本较大；

4）三元流叶轮改造。保持原来水泵主体、管路和电机，根据水泵实际运行工况、性能等要求，更换“高效三元流叶轮”，这是“花费少，省钱多”的最佳节能方法。

化工部通过综合考虑和认真分析，最终决定对循环系统水泵采用“三元流叶轮改造技术”，在原水泵上进行改造，力求获得改造周期短、节能收益快的效果。

3 三元流技术节能原理

三元流叶轮改造技术是依据三维叶轮设计理论、国际先进的流体动力学技术（CFD）。“江苏大学流体机械工程技术研究中心”引进世界先进的流体动力学分析软件FLUENT、CFX-TASCflow等，通过对水泵内部流动性能优化、预测技术进行研究，同时还配备了相应的硬件，18CPU Linux操作系统并行机群以及美国的SGI Octance V10图形工作站，结合多年在循环水泵系统节能改造的经验，并通过生命周期成本分析（LCC），提供最佳叶轮改造方案，实现系统改造投资的最小化，最低的运行成本和最佳的节能效果。

叶轮机械三元流动理论，是把叶轮内部的三元立体空间无限地分割，通过对叶轮流道内各工作点的分析，建立起完整、真实的叶轮内流体流动的数学模型。依据三元流动理论设计出来的叶片形状为不规则曲面形状，叶轮叶片的结构可适应流体的真实流态，能够控制叶轮内部全部流体质点的速度分布。因此，应用三元流动理论设计的水泵，运行效率得以显著提高。

化工部本次循环水泵改造,就是通过与节能技术服务公司合作，采用了“江苏大学流体机械工程技术研究中心”三元流技术的叶轮改造方案。根据现场系统管路及泵的安装布置，对系统中泵的实际运行参数进一步核算，实施最有效而简捷，又不影响系统现场运行的实施方案，就是在原泵主体、系统管路、电机等不作改动的前提下，对系统中的七台泵叶轮均进行水力改进，利用先进的CFD流体设计软件，及三元流叶轮设计方法，重新设计高效三元流叶轮（见图1），使泵的运行效率大幅度提高，从而降低系统运行能耗。