張俊慶,陳 震
(大慶油田化工有限公司甲醇分公司,黑龍江大慶 163411)
大慶油田化工有限公司甲醇分公司是一個以天然氣為原料,生產(chǎn)甲醇及其下游產(chǎn)品為主的中型化工廠,公司擁有兩套甲醇生產(chǎn)裝置、一套液氨生產(chǎn)裝置,年可生產(chǎn)甲醇200kt、液氨50kt。分公司各生產(chǎn)裝置在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的熱,大部分高位熱能可通過熱回收裝置回收利用,另一部分低位熱能因工藝需要,須使用大量冷換設(shè)備進(jìn)行冷卻降溫,而這些冷換設(shè)備的換熱介質(zhì)一般采用循環(huán)水,工業(yè)生產(chǎn)中的熱量經(jīng)循環(huán)水帶到循環(huán)水場后,主要通過冷卻塔將水溫降低。塔頂風(fēng)機是通過機械強制通風(fēng)的方式,加快空氣與水滴的熱交換,從而把熱量帶走,因此,塔頂風(fēng)機的工作效率以及穩(wěn)定性直接影響了循環(huán)水裝置送水指標(biāo)的穩(wěn)定性,在生產(chǎn)過程中起著關(guān)鍵的保障作用。
甲醇分公司現(xiàn)有三套循環(huán)水冷卻裝置,分別為一、二甲醇及合成氨裝置提供循環(huán)冷卻水。這三套循環(huán)水冷卻裝置冷卻塔均為敞開式,其中,第一、三循環(huán)水場為橫流式冷卻塔,第二循環(huán)水場為逆流式冷卻塔,塔頂風(fēng)機均采用電機驅(qū)動,電機驅(qū)動風(fēng)機存在以下問題。
(1)電耗大。以處理量3 000t/h的塔為例,電機功率160kW。
(2)維修維護(hù)費用大。風(fēng)機采用電機驅(qū)動,通過長軸與風(fēng)機減速器相連,機械傳動部件多,功損大,維修維護(hù)工作量大。
(3)飄水量大。電機驅(qū)動風(fēng)機無法調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速,不能根據(jù)季節(jié)和環(huán)境溫度變化隨時調(diào)整,水的損失較大。
(4)在生產(chǎn)裝置的換熱設(shè)備出現(xiàn)內(nèi)漏問題時,存在可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)后發(fā)生爆炸、著火的隱患。
(5)振動和噪音大,對環(huán)境的影響較大。
這些問題在化工廠循環(huán)水裝置普遍存在,對循環(huán)水裝置的安全、長期、穩(wěn)定、高效運行造成一定的影響。為解決上述問題,分公司于2009年初開始組織攻關(guān)小組進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),并對國內(nèi)同類化工裝置循環(huán)水裝置進(jìn)行實地調(diào)研。經(jīng)多方交流與考察,最終確定采用水動風(fēng)機技術(shù)解決循環(huán)水裝置風(fēng)機因采用電機驅(qū)動存在電耗高、維修難、不易控制的問題。
水動風(fēng)機技術(shù)體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟、安全、性能穩(wěn)定的理念,是一種新型高效節(jié)能技術(shù)。其核心是用水動風(fēng)機取代傳統(tǒng)的電機作為風(fēng)機動力,使風(fēng)機由原來的電力驅(qū)動改為水力驅(qū)動。水動風(fēng)機的工作動力完全來自于循環(huán)水系統(tǒng)的能量,把循環(huán)水系統(tǒng)的能量回收二次利用,確保不增加循環(huán)水水泵的電耗。
水動風(fēng)機的特點如下。
(1)在保證冷卻塔溫降設(shè)計參數(shù)的前提下,以水動風(fēng)機取代風(fēng)機電機,改電力驅(qū)動為水力驅(qū)動,完全省去電機的能耗。
(2)水動風(fēng)機冷卻塔省去了風(fēng)機電機及減速箱,大大降低冷卻塔的震動和噪聲,減少對環(huán)境的污染。
(3)水動風(fēng)機冷卻塔省去了電機、連軸節(jié)、減速箱、電控、電纜等,減少日常的維修保養(yǎng)費用。
(4)水動風(fēng)機冷卻塔上無電氣設(shè)備,避免了漏電漏油現(xiàn)象,從而可在防爆環(huán)境下安全運行。
(5)水動風(fēng)機的轉(zhuǎn)速可隨季節(jié)變化,按照需要調(diào)整風(fēng)量,使冷卻塔的氣水比穩(wěn)定在最佳的狀態(tài),以達(dá)到最佳的冷卻效果。
2010年3月,攻關(guān)小組經(jīng)多方調(diào)研與技術(shù)交流,最終確定采用國內(nèi)某公司生產(chǎn)的水動風(fēng)機為試驗設(shè)備,在分公司第三循環(huán)水場1#冷卻塔應(yīng)用。該塔設(shè)計流量為3 000m3/h。經(jīng)采集現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù),編制技術(shù)方案,簽訂技術(shù)協(xié)議,進(jìn)行所需設(shè)備和材料的加工采購及現(xiàn)場管線改造,項目于2011年3~4月進(jìn)行現(xiàn)場設(shè)備安裝,2011年5月現(xiàn)場調(diào)試,2011年6月完成了夏季工況數(shù)據(jù)采集。
(1)拆除原風(fēng)機電機、傳動軸、變速器,改為水動風(fēng)機。
(2)冷卻塔進(jìn)水管由原直接進(jìn)布水器改為風(fēng)筒直接進(jìn)水動風(fēng)機。
(3)改造后水動風(fēng)機四條出水管連接到原布水器支管。
3.2.1 轉(zhuǎn)速測試(表1)
表1 轉(zhuǎn)速測試結(jié)果(5月17日10:00 1#水塔)
轉(zhuǎn)速測試數(shù)據(jù)表明,水動風(fēng)機隨著循環(huán)水流量的增加,轉(zhuǎn)速也不斷增加,并且在水流量沒有達(dá)到設(shè)計最大流量(3 000m3/h)的前提下,轉(zhuǎn)速已達(dá)到風(fēng)機的額定滿轉(zhuǎn)速(149r/min),完全可以滿足生產(chǎn)實際需要。
3.2.2 流量、泵電流等其他指標(biāo)測試(表2)
表2 流量及其他指標(biāo)測試結(jié)果(5月20日9:00~5月26日9:00)
從以上測試數(shù)據(jù)可以看出,1#水塔塔頂水動風(fēng)機轉(zhuǎn)速達(dá)到技術(shù)要求,在2 750m3/h 水量時,風(fēng)機即可達(dá)到額定轉(zhuǎn)速149r/min,同時循環(huán)水水泵電流沒有變化,系統(tǒng)功耗沒有增加,單塔冷卻能力達(dá)到生產(chǎn)指標(biāo)要求。實現(xiàn)每小時節(jié)電160kW·h(原塔頂風(fēng)機電機額定功率),日節(jié)電3 800kW·h。
另外,對噪聲指標(biāo)也進(jìn)行了檢測,結(jié)果是小于75dB,符合技術(shù)協(xié)議要求。
3.2.3 運行階段數(shù)據(jù)(表3)
從6月份和7月份采集的夏季工況數(shù)據(jù),可以得出以下結(jié)論:
·水動風(fēng)機轉(zhuǎn)速可根據(jù)送水溫度需要進(jìn)行調(diào)節(jié);
·風(fēng)機在設(shè)計流量下可達(dá)到額定滿轉(zhuǎn)速;
·風(fēng)機運行對循環(huán)水泵功耗沒有影響;
·風(fēng)機最大轉(zhuǎn)速時進(jìn)出水溫差可達(dá)9℃;
·風(fēng)機可實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定無故障運行。
表3 運行數(shù)據(jù) (2011年)
第三循環(huán)水場1#冷卻塔風(fēng)機每年按7 200h運行考慮,年可節(jié)電70.272萬元。
原電機驅(qū)動方式的日常管理和維修保養(yǎng)成本約為1.5萬元/年。
按照14 年折舊期計算,年折舊為85.5/14=6.11萬元。
綜合以上數(shù)據(jù),甲醇分公司第三循環(huán)水場1#塔頂風(fēng)機由電機改為水動風(fēng)機年效益為65.7萬元。
本項目自2011年6月投入運行至今,設(shè)備運行平穩(wěn),達(dá)到了預(yù)期的各項指標(biāo),解決了循環(huán)水裝置冷卻塔風(fēng)機原采用電機驅(qū)動存在的電耗高、維修難、不易控制的問題,并且達(dá)到節(jié)能降耗目的。
甲醇分公司目前三個循環(huán)水場共有冷卻塔頂風(fēng)機12臺,除本項目已應(yīng)用的三循1#塔頂風(fēng)機外,剩余風(fēng)機的總電機功率為895kW,如果全部推廣應(yīng)用,按照年運行7 200h計算,年可節(jié)電895×7 200=644.4×104kW·h,年可節(jié)約電費644.4×0.61=393萬元,節(jié)約設(shè)備維護(hù)檢修費用約15萬元。合計年可創(chuàng)效408萬元,可取得良好的經(jīng)濟效益。