工艺冷却循环水系统节能运行探索

李明

摘 要：随着产业的不断发展，节能生产、提高经济效益成为一项重要指标。目前，在我公司冷却水循环系统上存在着效率低、能耗大等问题，影响着企业的经济效益。采用降低流量方法，在不改变供水温度和压力的前提下对冷却循环水系统进行优化。通过提高冷却水温差，使该套循环水系统泵组减少运行数量，具有可靠性强、节能效果显著等优点。

关键词：循环水系统；节能运行；探索

中图分类号：TK01+8 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0058-02

西安微电子技术研究所长安产业园工艺冷却循环水系统于2006年投入运行，主要供应生产设备使用。通过热传导方式，冷却水吸收设备的热量，维持设备正常工作温度。

该套工艺冷却循环水系统主要由1座蓄水箱、7台水泵、2套过滤器、2套板式换热器、管网等设备组成。冷却水经水泵加压、过滤器过滤、板式换热器降温后，进入管网，输送到生产设备，然后返回水箱，如此反复循环。供水要求：温度15±5℃，水压0.65±0.05MPa。原运行方式为：5台水泵并联运行。水泵电费占总运行成本费用的99%。因此在满足安全和工艺需求的情况下，节约用电是系统节能降耗的方向。

现场工艺冷却循环水管网属于开式系统，冷却水回水箱管道上，冷却水直接进入水箱。在这一过程中，流动的水变为静态水。水流量越大能量损失越大，反之流量越小，能量损失越小。因此冷却循环水系统节能降耗的关键是如何减少流量，减少运行水泵数量。

1 冷却水节能降耗运行的分析

1.1 降低流量可行性分析

工艺冷却循环水系统设计冷却水出水温度t=15℃，回水温度t=20℃。温升Δt=5℃。1天5次测量工艺冷却水供回水温度，如表1。

从表中看出，冷却水回水温度只升高了1.6℃，循环水温升小于设计5℃，根据水吸收热量公式[1]

Q=C×Δt×m

式中：Q-冷却水吸收的热量，J/kg；

C-水的比热容，常数，J/kg·℃·kg；

Δt-冷却水温差，℃；m-冷却水质量，kg。

在吸收一定量的热量Q条件下，冷却水进回的温差Δt与冷却水量m成反比。冷却水流量m下降，温升势必会增大。而实际情况下回水温升只有1.6℃，说明冷却水回水没有充分吸收的热量就从生产线返回至水箱，因此现有条件下，提高温升，以降低冷却水流量，是可行的。

1.2 压力变化的分析

根据的管路特性方程[1]H=H0+kQ2，将此方程的关系标绘在H-Q坐标图上如图1，既得所示的H-Q曲线，称为管路特性曲线，式中的k为管路特性系数，它与管路长度、管径、摩擦系数及局部阻力系数有关。在其他条件一定时，改变管路中的调节阀开关程度，则其局部阻力系数改变，因而管路特性系数k和管路特性曲线的斜率也随着改变[2]。

减小调节阀门开度，k值增大，管路特性曲线斜率增大，水泵的工作点P将沿泵特性曲线向左移动，管网的流量Q减小，H增大，所需要水泵数量减少，出口压力增大。因水泵采用变频控制，出口压力器自动调整，保证工艺冷却水供水压力稳定[3]。

2 现场调整及效果对比

系统运行时，逐步关小工艺冷却循环水系统的回水阀门，待变频器频率将为最低频率15Hz时关闭。待系统运行稳定后1个月后，检查冷却水供水压力，供回水温度。

2.1 供水压力对比

调整前后，压力曲线、供回水温度对比如图2所示

经过调整后，按照预想结果，变频器通过频率变化，调整水泵转速，保证工艺冷却水供水压力稳定在0.64Mpa。

2.2 冷却水温升对比

调整前后，冷却水供回水温度对比如表2所示。

从表中可得知，管网经过调整后，供水温度提高1℃，仍在供水温度区间（15±5℃），回水温度提高3℃，接近設计值20℃。且调整后，温度差值由1.6℃升高到3.3℃，表明冷却水充分吸收了机台热量，利用率得到大幅度提高。吸收同样的热量所需冷却水量下降，那么返回至水箱的冷却水流量减少，动压头损失减少，能量损失减少。

2.3 运行水泵数量对比

通过调整管网后，关闭了两台30kW的变频水泵，该水泵每年运行电费约1.5*30*24*365*0.95=37.45万元，不仅节约了水泵日常使用的电费、备件费用，还延长水泵、变频器使用寿命。

3 结束语

工艺冷却循环水系统，365天×24小时运行，任何微小的节能措施累积下来产生显著节能效果。通过对工艺冷却水循环水系统进行科学分析，并进行初步探索，寻找管网特性与水泵性能匹配的工况点，提高利用率，达到最佳、高效经济的运行工况，节电效果明显，值得在各循环水系统节能运行中借鉴。

参考文献：

[1]王志魁.化工原理（第二版）[M].化学工业出版社，2003：22.

[2]王云鹏，林永辉.流体高效输送节能技术的应用[J].能源工程，2005.

[3]申付俊.浅析水泵节能技术途径[J].科技创新与应用，2013（16）：124.