一种冷却循环水系统节能评估的参数测定方法

杨俐运

上海尚弗能源环境科技有限公司

一种冷却循环水系统节能评估的参数测定方法

杨俐运

上海尚弗能源环境科技有限公司

冷却循环水系统用水能耗约占企业总能耗的50%以上，极端情况下甚至占到70～80%。对循环水系统进行节能技改，是减少工厂用电、降低企业运营成本的一项重要措施。当前的实际情况往往是冷却循环水系统节能技改在进行前期工况调研时，无法获得包括压力、流量等在内所必需的运行参数，导致无法通过对所采集数据进行计算分析去进一步完成系统节能潜力的评估。作者整理总结出一种工业冷却循环水系统节能潜力评估的参数测定方法，在无法直接获取前期工况调研所需的压力、流量等运行参数的情况下，通过间接方法获取所需参数，仍然可对系统节能潜力做出初步的评估，进而为后续技改方案的制定提供前期的分析和依据。

节能技改；参数获取；系统评估

冷却循环水系统包括工业冷却循环水系统、中央空调冷却/冷冻循环水系统等，它们遍布石油、钢铁、化工、电力、冶金等行业，其功能是通过热交换的形式，降低工艺设备在运行中所产生的热量，从总体看有着用途广、耗能多、运行效率低、能源浪费严重等特点[1]。循环水系统用水约占工业用水量的90%以上，其能耗约占企业总能耗的50%以上，极端情况下甚至占到70～80%[2]。在实际生产应用中，由于水泵选型不当、工况调节方式不合理、系统设计不匹配、设备布局不合理、管理维护粗放等原因[3]，能源浪费现象更加突出。因此，对循环水系统进行节能技改，是减少工厂用电、降低企业运营成本的一项重要措施。

一个冷却循环水系统是否值得进行节能技改，其前提是该系统是否具备节能潜力。因此，对于一个有节能技改意向的循环水系统，我们必需对其进行节能潜力的初步评估。常规情况下，我们可以根据DCS（Distributed Control System，集散控制系统）显示及设备现场的计量仪表获取所需的系统运行参数（流量、压力等），再通过相关的水力模型计算进行节能潜力分析，完成对此系统节能潜力的初步评估，进而制定初步的节能技改方案。但当前的实际情况往往是相当数量的能耗企业由于建设时间较早或其它因素，没有完备的计量技术、工艺及装置等，各重要的工艺节点处也都没有设置压力、流量及温度等工艺参数的DCS测点或计量仪表。同时，很多冷却循环水系统由于受到场地条件的限制，循环水管路大都采用埋地或架空的形式而难以布置DCS测点或计量仪表，又或出于保障生产或安全因素考虑，整体系统运转时不允许后期带压开孔等对生产存在影响和风险的操作……，上述种种情况都导致了冷却循环水系统节能技改在进行前期工况调研时，无法获得包括压力、流量等在内所必需的运行参数，导致无法通过对所采集数据进行计算分析去进一步完成系统节能潜力的评估。

笔者针对当前的这些实际情况，经过长期实践操作，整理总结出一种工业冷却循环水系统节能潜力评估的参数测定方法，在无法直接获取前期工况调研所需的压力、流量等运行参数的情况下，通过间接方法获取所需参数，仍然可对系统节能潜力做出初步的评估，进而为后续技改方案的制定提供前期的分析和依据。

1 本方法技术原理

1.1 水泵运行参数的获取

每一台水泵都有其固定的性能曲线，在此性能曲线上，流量和扬程有一一对应的性能点，如图1。

从图1可以看出：明确了水泵型号即确定了水泵的性能曲线后，如果可以测得水泵出口处的流量Q，即可在曲线上得到相对应的压力H；同理，如果可以测得水泵出口处的压力H，即可在曲线上得到相对应的压力Q。曲线上的点A即为水泵的实际运行工况点，水泵的实际运行效率也可由此获得。本方法既可使用便携式超声波流量计来测取所需的水泵流量数值，然后配合水泵的性能曲线，获得对应的压力值，也可通过水泵出口压力数值配合水泵的性能曲线，获得对应的流量值。此外，如果DCS系统有参数显示或者现场可获计量数值，此方法也可用来复核测点数值是否存在偏差。

图1 水泵性能曲线

1.2 系统运行参数的获取

在获取了系统中每一台水泵运行参数的基础上，根据冷却循环水系统的运行方式（并联或串联），结合同性能水泵并联或串联工作特性进行相应的计算，最终获得所需的系统运行参数。计算公式如下[4]：

在工程实际应用中，常规冷却循环水系统中的水泵大都采用多台并联运行。根据并联工作特点：扬程彼此相等，总流量为每一台水泵的输送流量之和，故水泵出口处压力即为系统出口压力，各台水泵出口流量之和即为系统出口流量。

1.3 其它系统参数的获取

（1）水泵的性能参数，如：额定扬程、额定流量、额定转速、水泵效率等，可通过水泵铭牌、生产厂家技术资料及使用单位编制的装置操作规程等渠道获得。

（2）水泵配套电机的性能参数，如：额定功率、额定电压、 额定电流、额定转速、功率因素、电机效率、联轴器效率等，可通过电机铭牌、生产厂家技术资料及使用单位编制的装置操作规程等渠道获得。

（3）水泵配套电机的运行参数，如：运行电流、运行电压、运行功率等，可通过DCS系统显示、现场电流表或高配室机柜显示等渠道获得。

（4）现场工艺装置参数，如：管路总长、管路直径、最高位装置高度、工艺装置进口压力要求、上塔高度、水池深度等，可通过使用单位编制的工艺图纸、装置操作规程或现场实测等方式获得。

（5）设备运行状态参数，如水泵在不同季节时的运行数量和运行时间等，可通过使用单位编制的工艺说明或装置操作规程等方式获得。

1.4 水泵运行参数的复核

根据上述方法获得水泵运行参数后，可以依据如下公式对水泵流量进行复核：

式中：

N水泵——水泵运行功率，kW；

H——水泵扬程，m；

γ——流体重度，N/m3

式中：

η电机—— 电机效率；

η联轴器—— 联轴器效率；

η水泵—— 联轴器效率。

式中：

U——电机运行电压，V；

I—— 电机运行电流，A；

COSφ—— 电机功率因素。

至此，可对比实测所得的流量和复核计算的流量是否大致相等（工程应用中偏差在±10%以内可认为是有效的）。如二者大致相等的情况下，即可将此参数作为系统运行参数使用；如二者不一致的情况下，则需重新审视流量数据，检查、重测或利用统计学方法求值等，确保测量数据的准确有效，然后再依照上述计算重新复核。

1.5 系统分析及评估

使用上述方法所得的参数，结合其它现场工艺装置参数及运行状态参数，通过对比水泵的设计（或额定）扬程和实际扬程、设计（或额定）功率和实际运行功率，即可对冷却循环水系统进行节能潜力的初步分析和评估。

2 实施案例

江苏省扬州市某化工有限公司。由于受场地条件限制，冷却循环水系统占地空间有限，缺乏统一的前期规划，管路系统多为后期改建增加，现场没有有效的工艺参数测点，重要节点处未安装流量、压力计量装置，DCS系统无流量参数，DCS无流量参数及上塔母管压力参数显示。

冷却循环水系统工艺流程图如图2。

图2 冷却循环水系统工艺流程图

技术实施情况如下。

2.1 水泵运行参数的获取

现场水泵出口②③④（①为停泵状态，不需测量）处装有压力表，表压数值为：0.41 MPa、0.39Mpa、0.40 MPa。

使用便携式超声波流量计测取②③④（①为停泵状态，不需测量）处的流量参数分别为：1205.1 m3/h、1 228.5 m3/h、1 198.3 m3/h。

2.2 系统运行参数的获取

配合现行水泵的性能曲线，获得对应的流量参数。

现行水泵型号：莱恩APS350-75B，根据生产厂家（安徽莱恩电泵有限公司）的技术资料，其性能曲线如图3。

②③④处对应的流量分别为：1310 m3/h、1350 m3/h、1 330 m3/h

②③④处对应的水泵效率分别为：0.71、0.69、0.70。

图3 莱恩APS350-75B性能曲线

2.3 其它系统参数的获取

见表1～表4。

2.4 水泵运行参数的复核

水泵运行参数的复核结果见表5。

对比实测所得的流量和复核计算的流量大致相等，故此参数可作为系统运行参数使用。

2.5 系统分析及评估

系统分析及评估结果见表6。

由表6对比数据可知：水泵未在最佳工况点及高效区域内运行，该冷却循环水系统具有节能潜力。

表1 设备技术参数一览表

表2 运行参数一览表

表3 工艺装置参数一览表

表4 设备运行状态参数一览表

表5 水泵运行参数的复核结果

表6 系统分析及评估结果

[1]马正军.工业循环水系统节能策略研究[D].江苏大学.2013,7

[2]王朝晖.泵与风机[M]. 中国石化出版社.2007,8

[3]戴文进,徐龙权,张景明.电机学[M].清华大学出版社.2008,2

[4]丁均胜.循环水泵节能改造与应用[J].中外能源，2011，16（1）：97-100.

[5]王杰，张生安，燕增伟.论循环水系统节能技术与应用[J].化工装备技术，2011，32（1）：54-58.

Parameter Measuring Method of Cooling Circulating Water System Energy Conservation Evaluation

Yang Liyun
Shanghai Shangfu Energy Environment Technology Co.,Ltd

Energy consumption of cooling circulating water system consumes above 50% energy consumption in enterprises and in some cases around 70%-80%. Carrying out energy renovation of cooling circulating water system is one important measure to reduce electric power in factory and decrease operation cost for enterprise. Current situation is that there is no way to get necessary operation parameters, such as pressure,flow rate etc during cooling circulating water system energy saving renovation survey, which results in lacking collected data to calculate and analyze system energy saving potential evaluation. The author summarizes parameter measuring method of cooling circulating water system energy conservation evaluation while there is no way to get to get necessary operation parameters, such as pressure, flow rate etc during working condition survey,but through indirect method to get required parameter, which is helpful to preliminary evaluation of system energy conservation potential as analysis and reference for further renovation solution.

Energy Conservation Renovation, Parameter Required, System Evaluation

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.11.003