董兆挺　陳　軍

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司腈綸部，上海200540)

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循環(huán)水系統(tǒng)冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造

董兆挺陳軍

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司腈綸部，上海200540)

摘要：結(jié)合中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司腈綸部北組循環(huán)冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的應(yīng)用實(shí)例，介紹循環(huán)水系統(tǒng)富余揚(yáng)程利用的原理，評(píng)價(jià)了水輪機(jī)取代電機(jī)軸流風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果，并指出該技術(shù)在煉化企業(yè)推廣應(yīng)用的意義。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水冷卻塔水輪風(fēng)機(jī)節(jié)能

循環(huán)水冷卻塔是煉油化工企業(yè)必備的公用工程設(shè)備之一，在煉油化工行業(yè)中普遍存在揚(yáng)程設(shè)計(jì)偏大的現(xiàn)象，采用傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)時(shí)，循環(huán)冷卻回水富余揚(yáng)程被自然釋放未得到有效的利用，在一定程度上增加了公用工程裝置的動(dòng)力消耗和運(yùn)行成本。

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司腈綸部北組循環(huán)水場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)北組循環(huán)水場(chǎng))于2001年8月初建成，共有抽風(fēng)式逆流冷卻塔4座(位號(hào)為F-501-01、02、03、04)，其風(fēng)機(jī)由4臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要負(fù)責(zé)五效裝置的循環(huán)冷卻水供應(yīng)，其回水壓力達(dá)到0.2 MPa以上,回水能量未能有效利用。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，通過(guò)分析研究循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀，利用北組循環(huán)水泵的富余能量作為水輪機(jī)的動(dòng)能，使冷卻塔風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式由電力改為水力。

2011年12月和2013年7月北組循環(huán)水場(chǎng)分別對(duì)F-501-01、03冷卻塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行了改造，用BYSFT-WP2500水輪機(jī)取代L80型軸流風(fēng)機(jī)電機(jī)作為動(dòng)力源，帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，滿(mǎn)足冷卻塔降溫要求，而F-501-02、04繼續(xù)使用L80型軸流風(fēng)機(jī)。

1節(jié)能改造前設(shè)備概況

北組循環(huán)水場(chǎng)冷卻塔為方形敞開(kāi)式逆流機(jī)械通風(fēng)混凝土組合塔，組合形式為一組四間，北組循環(huán)水場(chǎng)布置見(jiàn)圖1。冷卻塔單塔處理量為2 500 m3/h，總循環(huán)水量4 920～5 200 m3/h，溫差6～8 K，回水壓力0.15～0.25 MPa；單塔平面尺寸12 m×12 m。循環(huán)水泵流量2 100 m3/h，揚(yáng)程56 m，配用功率為500 kW的高壓電機(jī)。

圖1　北組循環(huán)水場(chǎng)布置

改造前，北組循環(huán)水場(chǎng)使用L80型電動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　L80型電動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)

2水輪機(jī)性能參數(shù)和應(yīng)用原理

循環(huán)水冷卻塔的高效低耗是冷卻塔技術(shù)發(fā)展中的永恒目標(biāo)，近年來(lái)逐步開(kāi)始應(yīng)用的水輪風(fēng)機(jī)是一種利用循環(huán)冷卻水回水富余揚(yáng)程的設(shè)備，使用該設(shè)備可以在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施改造很小的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水富余揚(yáng)程的利用，從而達(dá)到節(jié)能的目的。BYSFT-WP2500型水輪機(jī)運(yùn)行效率為90%，設(shè)計(jì)進(jìn)水量2 460 m3/h，入口壓力10 m，額定轉(zhuǎn)速128.25～141.75 r/min，葉片直徑8 m，葉片安裝角度14°，傳動(dòng)方式為循環(huán)水回水富余動(dòng)能驅(qū)動(dòng)。

循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，在計(jì)算設(shè)備和管路阻損及提升高度、輸送距離的每個(gè)環(huán)節(jié)中均有一定余量。北組循環(huán)水場(chǎng)冷卻水系統(tǒng)的換熱器位于10～20 m高的平臺(tái)上，計(jì)算出總的阻損后還應(yīng)放大1.1～1.3 倍，并以此作為循環(huán)泵選型的依據(jù)。在水泵選型時(shí)，因沒(méi)有恰好與選定參數(shù)一致的揚(yáng)程，從而往往選擇揚(yáng)程較大的水泵。由于用戶(hù)用量瞬時(shí)變化，水泵系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)不僅有富余揚(yáng)程而且還有富余熱量[1]。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的熱力學(xué)、傳熱學(xué)計(jì)算中，從換熱設(shè)備熱負(fù)荷、換熱面積到冷卻水需求量的各個(gè)環(huán)節(jié)均有一定的余量，這就形成了系統(tǒng)中充裕的富余量，從而使循環(huán)回水的富余揚(yáng)程被自然釋放。冷卻塔水輪機(jī)就利用這些富余能量來(lái)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，水輪機(jī)的輸出軸與風(fēng)機(jī)相連，帶動(dòng)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)取風(fēng)，完成氣水熱量交換。水動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻塔的核心是高效率水輪機(jī)，它把循環(huán)水進(jìn)入布水器時(shí)直接釋放而浪費(fèi)的能量收集起來(lái)用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，省去原來(lái)為風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力的電機(jī)，達(dá)到節(jié)能目的。因此，水輪機(jī)替代電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)節(jié)能改造后，完全可以滿(mǎn)足換熱設(shè)備的工藝要求，這種節(jié)能改造是“系統(tǒng)能量的二次利用或回收”。

3改造方法及內(nèi)容

北組循環(huán)水場(chǎng)有4座冷卻塔，由于該系統(tǒng)流量?jī)H有4 920 t/h，冷卻塔風(fēng)機(jī)按2 500 t/h 流量配置，故現(xiàn)有的流量只能改造2臺(tái)，本次改造F-501-01及03，將4座冷卻塔分成2組(01和02一組、03和04一組)。改造時(shí)通過(guò)整合流量，由原來(lái)的進(jìn)兩座塔的水量整合給一臺(tái)水輪機(jī)，水輪機(jī)出水后再均勻分配給兩塔布水，使改造后四塔布水和未改造前布水基本一致。每一組中都有兩個(gè)冷卻塔，其中一座冷卻塔由風(fēng)機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，而另一座冷卻塔的風(fēng)機(jī)仍為電機(jī)驅(qū)動(dòng)。改造時(shí)原冷卻塔結(jié)構(gòu)基本不變，只改動(dòng)電動(dòng)風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)部件及部分配水管部件，以下為改造基本步驟。

(1)拆除電機(jī)、減速機(jī)、軸，根據(jù)實(shí)際情況，新增水輪機(jī)基礎(chǔ)。

(2)對(duì)上塔水管管路系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使循環(huán)水在經(jīng)過(guò)水輪機(jī)以后再流入布水系統(tǒng)進(jìn)行布水。改造后系統(tǒng)工況有所改變，須對(duì)系統(tǒng)閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使工況滿(mǎn)足水輪機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

(3)增加旁通管和旁通閥，在因特殊情況而需停開(kāi)風(fēng)機(jī)時(shí)，使冷卻塔仍能正常使用。

(4)進(jìn)出水管、水輪機(jī)底座做支撐，風(fēng)筒開(kāi)孔并加固。

改造后的北組循環(huán)水場(chǎng)水輪機(jī)流程見(jiàn)圖2。

圖2　北組循環(huán)水場(chǎng)水輪機(jī)流程

4改造效果

4.1運(yùn)行評(píng)價(jià)

兩組水輪機(jī)經(jīng)過(guò)夏季高溫季節(jié)和冬季低溫季節(jié)的運(yùn)行跟蹤，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速隨循環(huán)水流量的增減而變化，風(fēng)量也隨之變化，對(duì)于季節(jié)變化時(shí)的溫度調(diào)整非常有利，可使冷卻塔的氣水比保持在最佳狀態(tài)。夏季模式因循環(huán)水量大，水輪機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速在135 r/min，使F-501-01～04四塔布水分布基本均勻，可以充分發(fā)揮冷卻塔降溫效用。冬季模式時(shí)因循環(huán)水量低，通過(guò)控制閥門(mén)，調(diào)節(jié)F-501-01、03布水量，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速在110 r/min，F(xiàn)-501-02、04軸流風(fēng)機(jī)電機(jī)可停用，通過(guò)F-501-02、04自然冷卻降溫。

同時(shí)循環(huán)水供水水泵壓力基本不變，回水壓力較投運(yùn)前稍有提高。五效換熱器設(shè)備運(yùn)行正常，水溫能滿(mǎn)足工藝需求，利用回水壓力作為風(fēng)機(jī)動(dòng)力源是可行和有效的。由水輪機(jī)替代電動(dòng)機(jī)以后，100%達(dá)到了節(jié)能目的，同時(shí)杜絕了電機(jī)和電控系統(tǒng)漏電等故障的發(fā)生。

4.2節(jié)能效果評(píng)價(jià)

項(xiàng)目投運(yùn)后，可替代原90 kW電機(jī)驅(qū)動(dòng)，直接節(jié)約電量按風(fēng)機(jī)負(fù)荷90%計(jì)算，每年工作8 000 h計(jì)算，則每年可節(jié)約用電2×90×8 000×0.9=1.296×106kWh，電價(jià)按0.5元/kWh計(jì)算，則每年可節(jié)約電費(fèi)64.8萬(wàn)元。

5結(jié)語(yǔ)

北組循環(huán)水場(chǎng)兩座冷卻塔使用水輪機(jī)代替電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，水輪機(jī)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、改造少、易于操作、節(jié)電、無(wú)噪聲、高效、安全等特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行平穩(wěn)，循環(huán)水溫差及流量等各參數(shù)均能滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需要。利用水輪機(jī)可以降低運(yùn)行成本，節(jié)能效果明顯，可在煉化企業(yè)推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]慕星華，劉明，丁書(shū)文. 循環(huán)水場(chǎng)冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造[J].中外能源,2014,19(1):96-98.

Based on the application case of reconstruction of circulating water cooling tower in the North Section of Acrylic Fiber Division of SINOEPC Shanghai Petrochemical Co., Ltd., the principle of utilization of surplus lift in circulating watersystem was introduced, the energy-saving effectiveness of replacing the turbine motor axial fan with water turbine was evaluated, and the significance of promoting the technology in petrochemical enterprises was illustrated.

Keywords：circulating water, cooling tower, water turbine, energy-saving

收稿日期：2016-03-08。

作者簡(jiǎn)介：董兆挺，男，1981年出生，2003年畢業(yè)于集美大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)，工程師，現(xiàn)從事機(jī)械設(shè)備管理工作。

文章編號(hào)：1674-1099(2016)03-0056-03中圖分類(lèi)號(hào)：TQ051.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Energy-saving Reconstruction of Circulating Water Cooling Tower Fan System

Dong Zhaoting，Chen Jun

(AcrydicFiberDivision，SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

ABSTRACT