工业冷却循环水系统节能探讨

摘要：冷却循环水系统广泛应用于工业领域，从目前大多数企业运行来看，系统能源浪费现象较为严重。从系统优化入手， “多策并举、有的放矢”，从根本上解决系统普遍存在的“大流量、低效率、高能耗”的现象，存在良好的经济效益和社会效益。

关键词：冷却循环水 节能 水泵

中图分类号：TE08 文献标识码： A

冷却循环水系统广泛应用于空调采暖冷热媒介配送，石油化工、钢铁冶金、热电、纺织化纤、生化制药、机械电子、建材等行业的工艺冷却水输送，起到移去热量作用。泵类设备是冷却水输送最为通用的动力机械，其电力消耗巨大，据《中国大百科全书・化工篇》所载，泵类装置所消耗的电量约占社会总发电量的25%。目前，冷却循环水领域普遍存在低效率、高能耗现象，造成能源极大浪费。国家发展改革委发布的《节能中长期专项规划》（2505号文件）明确指出，我国水泵平均设计效率75%，比国际先进水平低5个百分点，系统运行效率低20个百分点。

一 循环水系统低效率与高能耗原因剖析

从离心泵基本工作原理理论可知，水泵所耗功率与扬送的流量、水头成正比（水头等于系统的总阻抗）、与运行效率成反比。由此可知，节能型系统要求是以体现“合理的阻抗、最高的运行效率、合理的流量”为目的，但目前已运行的装置在以下几个方面普遍存在问题：

1、冷却循环水主要用于换热设备的冷、热量交换和传送，根据热工与传热学理论，对某一特定生产装置的换热量是可以计算的，那么根据当地的气候条件及换热设备的传热性能，所需的合理循环水量同样可以确定的，关键是如何做到“按需定量”。但目前现状是：系统回路普遍存在水力失衡现象或单纯的大流量现象，具体表现为“大流量、低温差”。

2、化工单元过程的理论告诉人们，表征离心泵流量、供给压头之间关系的水泵特性曲线，与管路特性曲线（反映管网系统不同流量下的压力损失）二者的交点，即为泵在实际运行时的工作点。对某一特定管路，如何准确地找到管路特性曲线，按合理的流量确定工作点并按最高效率原则匹配水泵，这是节能型设计之关键。但目前状况很难做到或做好，导致实际运行时的工作点严重偏离泵⌘的高效区或不处于理想的高效工作点。原因有二：

1）、作为批量生产的工业制成品，泵是按一定规格型号系列组织设计制造的，泵的特性曲线只有设定的若干条，而管路特性曲线却是千变万化，对某一特定管路，在泵的设计选型时，就不能保证水力效率高，也不能保证工作点正好落在泵的高效率区间内。

2）、在现实情况下设计者往往凭经验，而不是根据管路特性曲线选泵，常常过于保守，以致严重依赖阀门调节运行，管路与泵匹配存在问题。同时，对已投入运行装置的管路特性曲线，也很少有人对其实施有效检测，管路与泵是否匹配从无评判，对泵的匹配进行有效调整则更少。

3、循环水系统都存在多种工况运行，泵♋站一般有数台泵组成，组合形式又有并联、或并联加二级串联等形式。那么，如何做好泵组搭配以保证应各种工况要求所扬送的流量尽可能合理、运行效率都处于高效区，这对设计过程及运行管理过程中都是非常重要课题，但目前对多泵组合泵站的设计普遍缺少节能优化，运行管理过程也缺少必要的节能技术手段，能耗的经济性处于盲目状态。

4、因设计、改造或运行原因导致系统管网各回路的管路特性曲线差异较大，存在因某局部阻力偏高而导致整体压头升高等现象。

5、当然引起高能耗的原因还有很多，如冷却塔及系统相关换热设备换热效能低下增加泵送流量，未能按负荷变化（和气候变化）有效调节☏流量 增加水送能耗。

二 循环水系统节能的技术思路与技改手段

1、技术思路：以最佳工况运行、最合理能耗为指导原则，从影响水泵能耗最根本的三大要素（管路阻抗、运行效率、输送流量）入手，凭借专业的参数采集和计算机仿真模拟等技术手段，通过检测复核当前运行的工况参数和设备额定参数，准确判断引起高能耗各种原因，提出系统最佳配置方案和系统过程能量优化最佳解决方案。然后通过整改管网不利因素，优化调整系统换热装置，按最佳运行工况参数定做高效节能泵等，实现配置优化，消除因系统配置不合理引起的高能耗；通过安装变频节能控制系统，实现运行控制优化，降低因负荷较大变化引起的高能耗；标本兼治，综合节能，达到最佳节能效果。

2、技改手段：

1）根据热平衡原理及流量分配节点平衡原理，通过检测各换热装置及总供回水温差，再通过计算复核各装 シ置的换热量，判断冷却水量供应及分配的合理性，最终找到系统的合理流量及流量平衡调整的参数。

2）通过一定的方法、程序，对运行中的管路在线检测，通过拟合，得到水力平衡调整后真实的管路特性曲线。

3）采用高效叶轮技术改变离心泵的额定点，使之适应工作点。过去的实践中人们主要注重如何改变泵的工作点，使之适应新的工况，其中比较有效的方法就是在运行ก中改变泵的特性曲线，亦即改变泵的速度或叶轮直径，对于一条匹配的管路特性，上述方法无疑是有效的，但当管路特性曲线与原设计出入较大时，在原泵特性曲线基础上通过变频技术改变转速形成新的特性曲线，其与管路特性曲线的交点往往偏离泵的额定点，而处于低效运行区间，不可能得到理想的效果。这时便需求通过重新设计出特制的高效的叶轮，使其额定点正好符合工作点的对应Q、H、n值。

4）运用系统优化的思路，着眼于泵站适应变工况运行下的泵组最佳组合和管网优化，在保证系统功能的前提下，使整体能耗最优。如对多泵组变工况运行的系统，从设计上如何做好泵组搭配，并采用具有自动寻优功能的变频节能控制系统做好运行管理优化；针对个别地方需用压头过高，采取局部加压的配置，避免整体压头升高耗费能量；通过检测找出管路阻力瓶颈部位，采取措施削除瓶颈，改进了管路特性曲线，强调实效，做到各项技术措施整合协调。

三 上述节能技术在现实中的应用

表一：

如今节能减排已成为基本国策，冷却水系统的节能技改也就成为企业节能降耗的有效手段。节能技术、节能产品越来越广泛的应用于实际，正为产品提升市场综合竞争力，企业的转型升级发挥着越来越大的作用。同时电耗的下降带来碳排量减少，对企业来说不仅仅经济效益还有有良好的社会效益。