循环水系统节能优化研究

范江洋

摘要：循环水系统是石化行业必备的公用工程之一，对其进行节能优化设计，能够降低石化企业的能耗，提高循环水系统的能源利用效率，提升企业经济效益，推动工业企业的可持续发展。基于此，文章主要对循环水系统节能优化技术进行了简单的分析，希望能够为石化企业水循环利用工作的开展提供基础保障。

关键词：循环水系统；节能优化；技术

高能耗是化工生产企业的主要特征之一，循环水系统能耗占化工生产中整体能耗的大部分。现阶段，石化企业已将降低装置能耗作为重点工作，投入大量的人力物力进行节能降耗工作，以此来提升产品利润进而提高企业综合竞争力，实现企业的可持续发展目标。因此，石化企業在工业生产过程中，做好循环水系统的节能工作，对企业发展有着重要的意义。

1当前循环水系统发展概况

国内外均在积极开展循环水系统的节能技术研究，主要是借助水力发电水轮机技术进行了大量的研究与应用，用水轮机替代电机驱动风机是国内外凉水塔节能的主要技术措施。凉水塔上所用水轮机是利用回水余压将水流动的能量转换为旋转机械能，从而带动风机旋转的原动机，它属于利用水能的原动机。应用于凉水塔上替代电机驱动风机旋转的水轮机主要有低速混流式三元流模拟设计水轮机、低速混流式补偿设计水轮机、高速混流式水轮机三种，以低速混流式三元流模拟设计水轮机较为先进，效率在90%以上。为了降低循环水站凉水塔能耗，用水轮机替代电机驱动循环水站凉水塔风机并优化其操作方法和操作条件，是今后相当长时间内的一项主要节能措施，国内外已有多家企业在循环水站凉水塔上开始采用水轮机替代电机驱动风机。

2循环水系统节能优化技术分析

在实际生产中，为了确保机泵安全运行，出口阀开度较小，机泵实际出口循环水流量与设计值相差较大。尽管如此，循环水回水总管仍有余压至少0.25MPa，循环水系统主要采用调节循环水管路阀门开度的方法来控制循环水流量，系统压力主要损失在循环水管路阀门和凉水塔喷头上，这些损失在阀门和喷头上的余压有极大的利用潜力和价值。

2.1水轮机的优化

水轮机的应用在不改变原冷却塔系统内部结构的情况下实现了电发动机所具有的相同的功能，并节约了电耗，同时保证冷却效果保持一致。水轮机的能量来源是回水压力，但现在循环水系统通过合理的设计往往回水压力达不到0.2MPa，当循环水回水压力低于0.2MPa时，水轮机的应用限制较多。回水的压力较高，但能量来自循环水泵，泵自身也有功率损耗存在，且循环水在整个系统压损较大。

2.2变频技术在循环水系统中的应用

循环水系统在设计之初就可能存在循环水量大于实际用量，某延迟焦化装置有两台循环水泵，一台水泵出口全开，一台出口开50%，电动机全速运行能耗浪费严重。通过对其中一台电机进行变频改造优化，通过降低电机转速大大降低电机能耗。以冷量“按需供应”的原则调整运行电动机的频率，通过对供水量以及水温的合理调节，变更设备的传统控制方式。然而高压变频系统存在以下弊端，高压变频技术成熟度低，变频设备占地较大，且高压变频投入较高等，这些因素限制了高压变频在循环水系统中的广泛应用。

2.3闭路循环水系统应用

闭路循环水系统最大的优势是循环水系统冷却水不与外界接触，进而避免空气中的杂质进入到循化水系统。其系统原理如下所示：

闭路循环系统循环水使用除盐水或软化水，降低换热器的结垢，提高整个系统的换热效率，同时能够节省大量的助剂投入。通过对国内外蒸发式冷却研究情况来看，美国对蒸发式冷却研究较为深入，通过蒸发式冷却技术的大量研究，推动了蒸发式冷却理论体系的建立，推动该技术转向闭式冷却塔的优化设计、传热传质强化以及工业应用等领域。但投资费用较高，回收期较长，限制其在石油化工行业的推广应用。

2.4节能水泵的应用

流体输送高效节能水泵的应用适合循环水系统节能，且节能效果显著。节能水泵相对普通水泵将扬程大大降低，若原系统泵出口压力为0.67MPa，改为节能泵后泵出口压力降为0.3MPa。如循环水系统能够接受扬程的大幅降低同时仍能保证装置的正常换热，节能泵效果显著。

2.5循环水泵叶轮切削优化

叶轮切削指的是对循环水系统的水泵叶轮边缘进行切削，降低水泵出力，实现扬程和流量的降低，水泵在运行过程中能耗会有所降低，实现节能效果。通过切割叶轮的方法直接降低水泵的流量和扬程降低水泵的运行功率，达到节能的目的。叶轮切割的优化改造，使得其施工周期变短，成效变快，但切割叶轮也会导致效率降低，可以通过更换高效叶轮降低循环水能耗，提高能源利用效率。

2.6循环水系统其他节能技术

第一，智能阀门技术。采用智慧阀门技术，对石化企业循环水系统进行改造，配合高效节能泵技术，可有效解决循环水系统普遍的动态热力失调和水力失调问题，节能效果明显。

第二，亚音频波处理工业冷却水技术。亚音频波传送给能量增进器，水中能量增强，而循环水中心的氧原子可与冷却水系统中的铜材以Cu2O形式存在，或与钢材氧化产物以Fe3O4形式存在，可以有效抑制装置的腐蚀。

第三，冷却塔水蒸气回收技术。由于循环水补水绝大部分都用于蒸发消耗，通过对冷却塔蒸发水回收，可以降低新鲜水的用量。利用CRECT冷却塔蒸发水汽回收装置进行蒸发水汽回收，技术可行，且已有工业应用。

2.6凉水塔的节能优化

第一，凉水塔供回水工艺参数设置。循环水站用能主要为循环水泵和凉水塔电动风机，一般开三台循环水泵、四台凉水塔电动风机、三台凉水塔电动风机。凉水塔回水流量在11400立方米/小时，供水压力、温度为0.50-0.54MPa、33℃，回水压力、温度为0.26-0.28MPa、33℃，温差4-6℃。

第二，循环水站供回水系统压力，通过控制循环水泵出口蝶阀或凉水塔上塔蝶阀开度大小、布水喷淋头上浪费的压头进行压力平衡调节，尽量调低供、回水系统压力到设计标准（0.50/0.25MPa）。

第三，凉水塔进水与电机驱动风机工作可以分开进行。凉水塔进水与水轮机做功驱动风机运行需同时进行，且水轮机做功需预先憋压（提高回水总管压力0.05MPa）后，迅速进水开机以保证水轮机出口负压的形成；倒塔时其它运行的水轮机需适当关小进机电动阀门，防止超速。

结束语

总而言之，在石化企业生产过程中，对其循环水系统进行节能优化设计，能够有效降低企业的水资源能耗问题，有助于企业的良性发展。因此，相关技术人员应深入分析循环水系统的节能优化技术，提高循环水系统的运行效率，提升企业的经济效益。

参考文献：

[1]李深国，戴政武.循环水系统节能优化研究[J].广东化工，2016，43（19）：111-112.

[2]鹿纪广，夏亮，刘锦程，等.石油化工循环水系统节能优化技术探析[J].化工管理，2017（19）：112-114.

[3]未凯.工业冷却循环水系统节能探讨[J].城市建设理论研究：电子版，2015（8）.

[4]姚玉田，俞泽科，林高灿.浅谈工业冷却循环水系统节能优化技术及应用[J].科技与创新，2015（17）：156-156.