水动风机在循环水装置上的应用

张俊庆，陈 震

（大庆油田化工有限公司甲醇分公司，黑龙江大庆 163411）

1 项目概述

大庆油田化工有限公司甲醇分公司是一个以天然气为原料，生产甲醇及其下游产品为主的中型化工厂，公司拥有两套甲醇生产装置、一套液氨生产装置，年可生产甲醇200kt、液氨50kt。分公司各生产装置在生产过程中产生大量的热，大部分高位热能可通过热回收装置回收利用，另一部分低位热能因工艺需要，须使用大量冷换设备进行冷却降温，而这些冷换设备的换热介质一般采用循环水，工业生产中的热量经循环水带到循环水场后，主要通过冷却塔将水温降低。塔顶风机是通过机械强制通风的方式，加快空气与水滴的热交换，从而把热量带走，因此，塔顶风机的工作效率以及稳定性直接影响了循环水装置送水指标的稳定性，在生产过程中起着关键的保障作用。

甲醇分公司现有三套循环水冷却装置，分别为一、二甲醇及合成氨装置提供循环冷却水。这三套循环水冷却装置冷却塔均为敞开式，其中，第一、三循环水场为横流式冷却塔，第二循环水场为逆流式冷却塔，塔顶风机均采用电机驱动，电机驱动风机存在以下问题。

（1）电耗大。以处理量3 000t／h的塔为例，电机功率160kW。

（2）维修维护费用大。风机采用电机驱动，通过长轴与风机减速器相连，机械传动部件多，功损大，维修维护工作量大。

（3）飘水量大。电机驱动风机无法调节风机转速，不能根据季节和环境温度变化随时调整，水的损失较大。

（4）在生产装置的换热设备出现内漏问题时，存在可燃气体浓度超标后发生爆炸、着火的隐患。

（5）振动和噪音大，对环境的影响较大。

这些问题在化工厂循环水装置普遍存在，对循环水装置的安全、长期、稳定、高效运行造成一定的影响。为解决上述问题，分公司于2009年初开始组织攻关小组进行技术攻关，并对国内同类化工装置循环水装置进行实地调研。经多方交流与考察，最终确定采用水动风机技术解决循环水装置风机因采用电机驱动存在电耗高、维修难、不易控制的问题。

2 水动风机技术特点

水动风机技术体现了节能、环保、经济、安全、性能稳定的理念，是一种新型高效节能技术。其核心是用水动风机取代传统的电机作为风机动力，使风机由原来的电力驱动改为水力驱动。水动风机的工作动力完全来自于循环水系统的能量，把循环水系统的能量回收二次利用，确保不增加循环水水泵的电耗。

水动风机的特点如下。

（1）在保证冷却塔温降设计参数的前提下，以水动风机取代风机电机，改电力驱动为水力驱动，完全省去电机的能耗。

（2）水动风机冷却塔省去了风机电机及减速箱，大大降低冷却塔的震动和噪声，减少对环境的污染。

（3）水动风机冷却塔省去了电机、连轴节、减速箱、电控、电缆等，减少日常的维修保养费用。

（4）水动风机冷却塔上无电气设备，避免了漏电漏油现象，从而可在防爆环境下安全运行。

（5）水动风机的转速可随季节变化，按照需要调整风量，使冷却塔的气水比稳定在最佳的状态，以达到最佳的冷却效果。

3 现场实施情况

2010年3月，攻关小组经多方调研与技术交流，最终确定采用国内某公司生产的水动风机为试验设备，在分公司第三循环水场1＃冷却塔应用。该塔设计流量为3 000m3／h。经采集现场实际运行数据，编制技术方案，签订技术协议，进行所需设备和材料的加工采购及现场管线改造，项目于2011年3～4月进行现场设备安装，2011年5月现场调试，2011年6月完成了夏季工况数据采集。

3.1 现场改造情况

（1）拆除原风机电机、传动轴、变速器，改为水动风机。

（2）冷却塔进水管由原直接进布水器改为风筒直接进水动风机。

（3）改造后水动风机四条出水管连接到原布水器支管。

3.2 现场调试、运行情况

3.2.1 转速测试（表1）

表1 转速测试结果（5月17日10：00 1＃水塔）

转速测试数据表明，水动风机随着循环水流量的增加，转速也不断增加，并且在水流量没有达到设计最大流量（3 000m3／h）的前提下，转速已达到风机的额定满转速（149r／min），完全可以满足生产实际需要。

3.2.2 流量、泵电流等其他指标测试（表2）

表2 流量及其他指标测试结果（5月20日9：00～5月26日9：00）

从以上测试数据可以看出，1＃水塔塔顶水动风机转速达到技术要求，在2 750m3／h 水量时，风机即可达到额定转速149r／min，同时循环水水泵电流没有变化，系统功耗没有增加，单塔冷却能力达到生产指标要求。实现每小时节电160kW·h（原塔顶风机电机额定功率），日节电3 800kW·h。

另外，对噪声指标也进行了检测，结果是小于75dB，符合技术协议要求。

3.2.3 运行阶段数据（表3）

从6月份和7月份采集的夏季工况数据，可以得出以下结论：

·水动风机转速可根据送水温度需要进行调节；

·风机在设计流量下可达到额定满转速；

·风机运行对循环水泵功耗没有影响；

·风机最大转速时进出水温差可达9℃；

·风机可实现连续稳定无故障运行。

表3 运行数据 （2011年）

4 效益分析

4.1 单机节电费用

第三循环水场1＃冷却塔风机每年按7 200h运行考虑，年可节电70.272万元。

4.2 电机和减速箱日常保养费和维修成本

原电机驱动方式的日常管理和维修保养成本约为1.5万元／年。

4.3 固定资产折旧

按照14 年折旧期计算，年折旧为85.5／14＝6.11万元。

综合以上数据，甲醇分公司第三循环水场1＃塔顶风机由电机改为水动风机年效益为65.7万元。

5 市场前景

本项目自2011年6月投入运行至今，设备运行平稳，达到了预期的各项指标，解决了循环水装置冷却塔风机原采用电机驱动存在的电耗高、维修难、不易控制的问题，并且达到节能降耗目的。

甲醇分公司目前三个循环水场共有冷却塔顶风机12台，除本项目已应用的三循1＃塔顶风机外，剩余风机的总电机功率为895kW，如果全部推广应用，按照年运行7 200h计算，年可节电895×7 200＝644.4×104kW·h，年可节约电费644.4×0.61＝393万元，节约设备维护检修费用约15万元。合计年可创效408万元，可取得良好的经济效益。