公用冷冻水优化利用研究与实践

曹国玉，叶鹏云，刘建楼

（陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林719319）

公用系统主要是为各生产装置提供动力源和能源，辅助生产运行，一般作为一个独立的生产装置。主要工序有空压制氮系统、循环冷却水系统和冷冻水制水系统，承担着气源的供应和各种冷冻水的循环，能量通过不同形式相互转换，满足生产需求。同时公用系统是一个耗能的系统，不管是工艺气体的制备还是各种冷冻水的循环，都需要能量的输入，所以在实际生产运行过程中，公用系统的日常管理和运行操作尤为重要，企业应设立专门的管理机构，配备专业的技术人员研究解决公用系统，挖掘系统节能潜力。

1 基本情况

陕西北元化工集团股份有限公司（简称“北元化工”）110万t/a聚氯乙烯循环项目化工片区有3套7℃水制备系统，制冷机组为蒸汽型溴化锂机组和热水型溴化锂机组，主要给烧碱装置、PVC装置和乙炔发生装置提供冷媒量，实现降低物料温度和相态转化。其中，公用A、B线各配置4台供水泵，正常情况下用4台，无备机，后来将A、B线公用冷冻水泵增加至5台运行。C线配备2台供水泵，设计1用1备，而实际运行2台。针对“大循环，小温差”设备无备机等问题，进行分析研究，制定改进方案。

2 存在的问题

（1）根据设计要求，冷冻水供水系统设有备用水泵，而实际运行过程中无备机，一旦运行设备出现故障或者异常，需要降负荷停车操作，不利于系统稳定运行。（2）冷冻水系统循环量不能满足工艺要求，需要增加供水泵来增大循环量。（3）供水和回水温度差较小，设计冷冻水供水和回水温差至少要大于5℃，而实际运行温差为3.0~3.5℃，制冷机组制冷效率低，动力消耗较大。（4）冷冻水使用不合理，末端各类换热设备温度控制指标基本在下限运行，造成热量交换不充分，实际冷量与需要量不符合，造成回水温度较低，运行不合理。

3 优化调整思路

针对公用冷冻水系统存在的问题，2020年5月6日-2020年6月30日，北元化工对冷冻水系统进行优化调整，主要从两个方面进行优化控制调整：（1）提高上、回水温差，由3.0~3.5℃提高至5℃以上，进而提高制冷机组制冷效率，主要从冷冻水用户进行优化调整，确保单台换热设备的进、出水温差大于3℃，单台设备出水温度大于12℃。（2）根据用户调整情况优化制冷机和供水泵运行方式，单台溴化锂机组冷水出水温度控制要求为6.0～8.0℃。将优化期内前10天与后10天数据进行比较，评价优化效果。

4 数据采集与分析

4.1 A线7℃水系统（见表1）

（1）回水总管温度由10.18℃升高至10.65℃，升高0.47℃，符合提高回水温度优化思路。

（2）供水总管温度由6.86℃升高至7.33℃，升高0.47℃，供回水总管温差在优化前后均为0.47℃，温差无变化。

（3）在环境温度升高、循环水温度升高3.73℃、溴化锂机组和供水泵运行台数未调整的情况下，7℃水供回水总管温差未变，说明溴化锂机组制冷效率提高。

4.2 乙炔装置5℃水系统（见表2）

（1）一期回水总管温度由8.16℃升高至9.00℃，升高0.84℃，符合提高回水温度优化思路。

（2）一期供水总管温度由5.36℃升高至5.80℃，升高0.44℃，供水总管优化前后温差低于回水总管优化前后温差，说明制冷机冷效率提高。

表1 A线7℃水系统优化前后温度比较 ℃

表2 乙炔装置5℃水优化前后温度比较 ℃

（3）一期在环境温度升高、循环水温度升高3.1℃、制冷机组和供水泵运行台数未调整的情况下，供水总管优化前后温差低于回水总管优化前后温差，说明制冷机制冷效率提高。

（4）二期回水总管温度由8.17℃升高至8.79℃，升高0.62℃，符合提高回水温度优化思路。

（5）二期供水总管温度由5.20℃升高至5.60℃，升高0.40℃，供水总管优化前后温差低于回水总管优化前后温差，说明制冷机冷效率提高。

（6）二期在环境温度升高、循环水温度升高2.06℃、制冷机组和供水泵运行台数未调整的情况下，供水总管优化前后温差低于回水总管优化前后温差，说明制冷机制冷效率提高。

用同样的方法对C、D线7℃水系统进行分析。

5 取得效果

（1）公用A线7℃水系统通过调整运行方式，停运1台供水泵，节约电耗400 kW·h。

（2）公用C线7℃水系统通过调整，停运1台供水泵，节约电耗250 kW·h。

（3）公用A线7℃水供水总管阀门开度由50%调整至100%，降低压头损失。

（4）公用7℃水系统单台溴化锂机组冷水出水温度控制要求为6.0～8.0℃。

（5）公用-26℃冷冻盐水系统A、B线各运行3台武冷机组，通过调整，A、B线各停运1台武冷机组，高压级电机功率分别为400 kW和800 kW。

（6）乙炔装置2019年7月和2020年7月制冷机和供水泵运行台数、用电量对比见表3。

从表3可知，优化运行后与历年同期比较：a.停运1台制冷机和1台供水泵；b.制冷机组节电44 401 kW·h。

（7）采卤分厂2019年7月和2020年7月溴化锂机组和供水泵运行台数、用电量、蒸汽用量对比见表4。

从表4可知，优化运行后与历年同期比较，a.停运1台蒸汽型溴化锂机组和3台供水泵；b.供水泵节电601 130 kW·h；c.蒸汽型溴化锂机组节约蒸汽1 322 t。

（8）采卤分厂2019年7月和2020年7月武冷机组和供水泵运行台数、用电量对比，见表5。

从表5可知，优化运行后与历年同期比较，a.停运2台高压级和1台低压级；b.高压级节约电能为238 335 kW·h，低压级节约电能为213 195 kW·h。

（9）效益分析。乙炔分厂和采卤分厂2020年7月与2019年7月比较冷冻水系统节能数据汇总见表6（电能按照0.3元/kW·h，蒸汽按照80元/t计算）。

表3 乙炔装置制冷机和供水泵用电量对比

表4 采卤分厂溴化锂机组用电量、蒸气用量对比

从表6可知，优化运行后与历年同期比较，7月节约蒸汽1 322 t，节约电能1 152 861 kW·h，合计节约费用456 192.42元。

表5 采卤分厂武冷机组和供水泵用电量对比

表6 冷冻水系统节能数据汇总

6 形成措施

（1）7℃水系统单台溴化锂机组冷水出水温度控制要求为6～8℃。

（2）-26℃水系统总管温度控制要求为-24～-20℃。

（3）烧碱装置、PVC装置和乙炔发生装置继续调整7℃水换热设备出水温度，单台换热设备的出水温度要求不低于12℃。

（4）烧碱装置、PVC装置和乙炔发生装置供、回水温差低于3℃的换热设备水侧切出系统，停止换热。

7 下一步计划

（1）继续提高7℃水换热设备进出水温差，单台设备出水温度大于12℃。

（2）制冷机和供水泵匹配化运行，同时单台溴化锂机组冷水出水温度控制要求为6.0～8.0℃。

（3）论证采卤分厂公用工程C线停用1台蒸汽型溴化锂机组的可行性。

（4）乙炔发生装置拿出提高7℃回水温度与硫酸单耗经济对比报告。

8 结语

北元化工通过调整控制冷冻水用户工艺指标，提高供水与回水之间的温度差，提高制冷机组的制冷效率，减少冷冻水的循环量，进而停运部分供水设备，有效的解决了“大流量、小温差”现象，降低了生产消耗，实现设备备用，达到了预期效果。