过程系统阻力优化技术在宝钢炼钢板换循环水系统的应用

杨永利

摘要：宝钢不锈钢有限公司2#炼钢所属炼钢板换循环水系统通过对设备进行技改、系统阻力优化、泵站运行优化，从提高设备运行效率及系统运行效率两个大方面，为循环水系统提供有效的节能降耗。改造后系统节电率达到27.4%，系统运行稳定。

关键词：循环水系统；系统阻力优化；节能技改

中图分类号：TF758 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0031-02

1 概述

流体输送领域的泵类装置电力消耗巨大，据《中国大百科全书·化工篇》所载，泵类装置所消耗的电量约占社会总发电量的25%。目前我国流体输送领域普遍存在低效率、高能耗现象，与国际先进水平比较存在较大差距。仅对泵组本身而言，《节能中长期专项规划》（2505号文件）明确指出，我国水泵平均设计效率75%，比国际先进水平低5个百分点，运行效率低20个百分点左右。

冷却循环水系统是泵类装置的主要应用领域之一，广泛应用于采暖、空调的冷热媒介质输送，石油化工、钢铁冶金、热电、纺织化纤、生化制药、机械电子、建材等行业的工艺换热传送，其能源浪费现象尤为严重。在将节能减排列入基本国策大背景下，泵类装置节能自然成为节能工作的重点。为此，科技工作者一方面致力于改进泵结构设计以提高水力效率；另一方面着眼于系统的配置优化和运行优化，从影响水泵能耗最根本三大要素（管路阻抗、运行效率、输送流量）入手，求得最佳节能效果。

2 循环水系统运行引起高能耗的原因分析

引起循环水系统高能耗原因主要有3方面13点，分别为管网、冷却塔、泵站。

2.1 针对管网方面

（1）换热回收不充分或换热网络的冷却器、加热器布置不合理，增加冷却水量；（2）局部冷却器老化或结垢严重致使换热效能低下，形成瓶颈，增加泵送流量；（3）设计、改造或扩建不合理，致使管网各支回路的管路特性差异较大，管网水利失衡严重，增加泵送流量及抬升整体压头；（4）运维不及时，管网存在局部堵塞或内漏现象，增加能耗；（5）管件阻力偏大，管网严重依赖闭阀调节，管网运行效率低；（6）回水势能未能充分利用，增加能耗；（7）回水总管高位点真空度控制不合理，形成严重扰流或非满管流，增加能耗；（8）处于大流量、低温差运行，增加能耗。

2.2 针对冷却塔方面

（1）冷却塔换热效能低下，增加泵送流量；（2）冷却塔风机未能根据负荷及环境温度，有效调节风量。

2.3 针对泵站方面

（1）水泵本身效率性能欠缺（或是长期使用老化原因），水泵效率不高，泵组运行效率偏低；（2）水泵存在较严重气蚀现象，降低运行效率；（3）泵站优化设计及运行管理均缺少必要的节能技术手段，导致运行模式不合理或未能按负荷变化（或天气变化）有效调节流量，增加能耗。

3 循环水系统阻力优化技术简介

循环水系统阻力优化技术，是按最佳工况运行原则，从合理水送能耗指标的高度，从降低系统阻力、提高水泵效率、调整合理流量三方面入手，建立专业水利数学模型和参数采集标准，通过检测复核当前运行工况的参数和设备参数，准备判断引起“高能耗”的各种原因，准确找到最佳工况，然后通过整改系统不利因素，并按最佳运行工况参数定做高效节能泵替换目前处于不利工况、低效率运行的水泵，降低“无效能耗”。通过测试或记录当前供水流量、实际需要供水压力，计算出管路阻力特性，按照正常管路特性，提供与系统相匹配的高效节能泵。

系统阻力优化技术从系统优化入手，技改方法可靠，节电潜力大，从以下两个方面与其他节能技术有本质差别：

（1）若不从系统优化入手，仅通过变频等调速手段或切割叶轮方式，不但会影响正常使用，而且节电潜力不高。降低当前电动机转速及切割叶轮后，水泵效率均会下降，流量减少。

（2）变频器在部分生产负荷经常变化的过程中起调节作用，其应用原理为根据频率与转速、流量成线性关系，通过改变频率降低流量，达到降低功耗的目的。针对单一使用变频过程中，存在各种不足，具体分析如下：

仅从流量入手，无法改变设备低效率运行，使用变频降低电动机转速后，使原来设备运行效率处于更低状况。

对有两台或多台水泵运行时，当改变其中一台频率时，功率有所降低，但另外一台设备耗电功率将有所增加，整体节电率不高，对于较为复杂系统，起不到节电作用，常常发生“变频一变，效果变差”现象。

变频一般在生产负荷比较大，如上午产能满负荷、下午产能只有一半时，有一定的效果，当负荷比较稳定或相对稳定情况下，没有必要通过安装变频器来解决，对冷却塔风机可以采用开启风机台数调节用电量，也可以通过改变风扇叶片角度来实现风机节能目的。

4 项目应用

4.1 项目背景

宝钢不锈钢有限公司2#炼钢所属炼钢板换供水泵（B207）配置4台185kW，主要供至4个板换热器与其他系统的回水进行换热后至冷却塔降温，如此往复。常年运行3台水泵。目前的运行模式及管理方式较为合理，但仍存在一定的优化空间，经浙江科维节能技术股份有限公司检测分析，认为各循环水系统存在运行效率偏低的情况，表现如下：（1）该运行系统存在管网特性与循环水泵本身性能不匹配的情况，流体输送过程通过闭阀门的方式调节阻力，增加了部分无效能耗；（2）循环水泵不在最佳工况点运行，水泵实际运行效率远低于额定效率；（3）通过水泵水力模型优化设计，能够提高水泵固有效率。

4.2 改造方案

本着不改变当前运行模式、不大量增加设备、不对系统产生任何影响的前提下，通过分析系统存在高能耗的原因，该系统通过优化，只需要合计更换4台高效节能泵，并通过合理控制运行工况，达到节能降耗的目的。主要实施步骤如下：

4.2.1 在更换高效节能泵前，通过阀门调节或系统调试等手段优化管网结构。即先对系统的管网阻抗进行调节及运行参数进行合理调整，达到系统初步优化，仍确保原有系统使用效果和循环水量，不运行设备的阀门应关闭。

4.2.2 在实施管网系统优化的同时，对泵站及生产装置的有关循环水参数进行重新调整（需要双方共同确定合理供水指标）。

4.2.3 更换炼钢板换供水泵4台，根据技改后高效节能泵尺寸调整基础高度及进出口变径管等管道附件。

4.2.4 在原各动力柜内，安装4套符合计量要求的电度表，用于技改前、后实耗功率的计量。

4.2.5 安装1套循环水能耗目标管理计量系统（带累时器功能）。

4.2.6 水泵配套的Y型电动机不做改动。

4.3 阻力优化前后各项性能指标及耗电量对比

系统改造前先对系统进行阻力优化调整，调整前后参数如表1所示。

从表1可以看出，系统阻力优化前后，供水流量基本没有变化，说明系统换热效果也没有变化，同时系统前后耗电量也基本没有变化，系统阻力优化的目的就是将系统调整至技改后的设计参数运行。

4.4 系统改造前后各项性能指标及耗电量对比

调试后通过更换4台高效节能泵达到节能的目的，改造前后参数如表2所示。

从表2可以看出，改造后系统各项指标不但大于改造前，且水泵耗电明显低于改造前，系统节电效果显著。

4.5 节能收益分析

从表3可以看出，改造后系统按照年运行3台泵8640小时计算，年节电收益达到115.8万度，节电效益非常可观。

5 结语

循环水系统阻力优化技术在宝钢不锈钢炼钢板换系统的应用，完全按照设计要求，改造前后不影响原有系统使用效果，改造后系统运行稳定，达到了预期节电效果，创造了可观的经济效益，在目前节能减排列入基本大国策的背景下，该技术的实施与推广，为工况企业解决高能耗问题提供了新的解决办法。

参考文献

[1] 陆亚俊.暖通空调[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2] 付祥钊.流体输配管网[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3] 龙天渝.流体力学[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[4] 林永辉.浙江科维节能技术股份有限公司业务知识培训资料.