閆芳 王濤 魏玉宏(中國(guó)石油玉門油田煉油化工總廠，甘肅 玉門 735200)

0 引言

我廠動(dòng)力車間是負(fù)責(zé)全廠公用工程的主要車間，其中的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是重要公用工程，是保證我廠生產(chǎn)裝置安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件之一。東區(qū)循環(huán)水崗位于1994年建成使用至今，建成之初為傳統(tǒng)的冷卻塔，是將從生產(chǎn)裝置取熱回來的循環(huán)回水通過塔上部的布水器，均勻的散落在塔內(nèi)，在風(fēng)筒內(nèi)的風(fēng)機(jī)由電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸、減速器來驅(qū)動(dòng)，使進(jìn)入冷卻塔的水流快速散熱冷卻，從而使水的溫度達(dá)到一定程度的降低。此種形式的冷卻塔歷史悠久，對(duì)煉油行業(yè)的水處理在一定時(shí)期內(nèi)發(fā)揮了巨大的作用。循環(huán)水冷卻塔在設(shè)計(jì)、制造、選型及使用中，由于每個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)中的水量很難實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的計(jì)算，為了安全生產(chǎn)及各方面的因素考慮，在計(jì)算系統(tǒng)水流量時(shí)，都會(huì)在滿足最大需求水量的基礎(chǔ)上加至少10%～20%的余量來確定水的流量，所以說整個(gè)系統(tǒng)的水量一定是富裕的，但這些能量在系統(tǒng)里也存在一定的浪費(fèi)?？倧S質(zhì)量技術(shù)科和動(dòng)力車間經(jīng)過對(duì)動(dòng)力車間東區(qū)循環(huán)水崗位實(shí)地考察，發(fā)現(xiàn)東區(qū)循環(huán)水崗位正常生產(chǎn)時(shí)運(yùn)行風(fēng)機(jī)4臺(tái)，供水壓力0.68MPa，回水壓力0.24MPa，供水壓力略有富余，為了充分利用這部分壓力能，結(jié)合總廠生產(chǎn)實(shí)際情況，提出了通過采用無電耗貫流式水輪機(jī)的節(jié)能技術(shù)改造設(shè)想并于2019年檢修期間由西安瑞恩水務(wù)技術(shù)有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)實(shí)施水輪機(jī)節(jié)能技術(shù)改造。

1 水輪機(jī)工作原理

水輪機(jī)不制造能量，而是實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。它是利用循環(huán)水系統(tǒng)中本身就存在的富裕的能量來推動(dòng)水輪機(jī)，帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)做功的。每臺(tái)冷卻塔在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量是一定的，同時(shí)也需要一定的水量把這些熱量轉(zhuǎn)移到空氣中去，已達(dá)到滿足生產(chǎn)的需求。

傳統(tǒng)的冷卻塔是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，對(duì)循環(huán)水降溫后由布水器排出，順?biāo)w內(nèi)落下進(jìn)行冷卻后再循環(huán)利用。在循環(huán)水系統(tǒng)中，如果將水輪機(jī)代替電機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的技術(shù)運(yùn)用到循環(huán)水冷卻塔上，將帶有一定壓力的循環(huán)回水經(jīng)管線引至水輪機(jī)，推動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，通過主軸帶動(dòng)冷卻塔風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)做功。做完功的水再通過管道連接到塔內(nèi)配水管道上，通過低壓噴頭噴出進(jìn)行降溫?；厮畨毫υ礁?、流量越大，水輪機(jī)的輸出功率也就越大，能夠更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能的效果，且水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速易于控制，操作簡(jiǎn)單。

2 冷卻塔改造前后的對(duì)比

改造前循環(huán)水從集水池進(jìn)入循環(huán)水泵，使得循環(huán)水提升后通過水泵出口閥，再由分配器分配至各個(gè)用水單位供給不同的換熱設(shè)備，以冷熱物流熱交換形式帶走物料熱量，通過回水管線回到循環(huán)水裝置，再進(jìn)入冷卻塔由噴頭均勻噴灑到塔內(nèi)，水流向下，同時(shí)由風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的冷空氣從冷卻塔下部進(jìn)入塔內(nèi)，與向下的熱水流對(duì)流進(jìn)行熱傳遞，同時(shí)蒸發(fā)吸熱形成熱蒸汽和對(duì)流時(shí)的熱傳遞兩種方式帶走循環(huán)回水中的熱量以達(dá)到對(duì)循環(huán)水降溫的目的。東區(qū)循環(huán)水冷卻塔改造前塔頂?shù)娘L(fēng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，由風(fēng)機(jī)帶走塔內(nèi)熱量，改造前的冷卻塔示意圖如圖1所示。

圖1 改造前的冷卻塔示意圖

在不改變現(xiàn)有循環(huán)水泵工況的前提下，測(cè)出循環(huán)水冷卻塔回水包壓力為0.26MPa，塔頂電機(jī)中心與回水包調(diào)節(jié)閥前的壓力表高差13.9m，用壓力來表示即為0.139MPa，風(fēng)機(jī)所在位置可利用的壓力：0.26MPa-0.139MPa=0.121MPa，冷卻塔頂最高能達(dá)到0.12MPa的水壓，此壓力滿足水輪機(jī)技改條件。

2019年8月檢修期間對(duì)東區(qū)循環(huán)水#1風(fēng)機(jī)的電機(jī)進(jìn)行改造，保留原有的傳動(dòng)軸、減速機(jī)構(gòu)、風(fēng)機(jī)及配套輪轂，并在原地水平調(diào)整180°，使風(fēng)機(jī)傳動(dòng)軸由原來的向北改為向南側(cè)。在塔頂風(fēng)筒原電機(jī)對(duì)稱南側(cè)的位置安裝水輪機(jī)。并將位于冷卻塔南側(cè)的上塔回水管延長(zhǎng)接為水輪機(jī)的進(jìn)水管。循環(huán)水經(jīng)過水輪機(jī)并對(duì)轉(zhuǎn)輪做功后從水輪機(jī)出水管引出。水輪機(jī)出水管連接到原冷卻塔布水支管上，確保循環(huán)水正常通往布水器通過低壓噴頭進(jìn)行霧化。檢修期間完成所有工作量，9月10日東區(qū)循環(huán)水冷卻塔水輪機(jī)首次投用并成功運(yùn)行。

此次無電耗水輪機(jī)技術(shù)的改造，將我廠循環(huán)水系統(tǒng)中的富余能量通過水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)回水的降溫效果。從而可以有效利用循環(huán)水系統(tǒng)的富余能量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。原有的循環(huán)回水在進(jìn)入冷卻塔之前的工藝流程沒做任何改變，只將循環(huán)水回水進(jìn)塔水管連接到水輪機(jī)，對(duì)水輪機(jī)做功后再進(jìn)入塔內(nèi)布水器，與冷卻塔原有的布水系統(tǒng)相連接。水輪機(jī)完成改造后上塔的循環(huán)回水的一部分能量傳遞給了水輪機(jī)，所以進(jìn)入噴頭的循環(huán)回水壓力低于改造前的循環(huán)回水壓力，就將#1涼水塔中所配套使用的噴頭改為低壓噴頭。為了保證改造后水輪機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，同時(shí)為了更好的監(jiān)測(cè)水輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，在水輪機(jī)的進(jìn)水端和出水端都要安裝壓力表，并配有調(diào)節(jié)閥門用來調(diào)節(jié)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。為了減小熱脹冷縮對(duì)設(shè)備造成的影響，在水輪機(jī)進(jìn)水端和出水端都安裝了膨脹節(jié)，改造后的冷卻塔如圖2所示。

圖2 改造后的冷卻塔示意圖

3 無電耗貫流式水輪機(jī)在東區(qū)循環(huán)節(jié)能效果分析

我廠東區(qū)循環(huán)水裝置由東、西兩個(gè)供水系統(tǒng)組成。西供水系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)二套常減壓、重整加氫、航煤加氫、聚丙烯、東區(qū)風(fēng)、碳三等裝置的循環(huán)水使用。主要設(shè)備有2500m3無填料冷卻塔四具、旁濾器一具、400SS85離心泵6臺(tái)、無閥過濾器2具、旁濾泵1臺(tái)，現(xiàn)最大供水能力為7000m3/h。東供水系統(tǒng)：主要供重催、250(三套常壓)、酮苯、氣分等裝置循環(huán)水的使用，主要設(shè)備有500S98A離心泵3臺(tái)、填料冷卻塔一具，最大供水能力3000m3/h。

西邊共有#1-#4號(hào)4具冷卻塔，每具冷卻塔上配有一個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)，每個(gè)電機(jī)的功率有三檔，分別為132kW、66kW、22kW。每具2500m3/h冷卻塔年運(yùn)行時(shí)間約8000h，一臺(tái)風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率為132kW，實(shí)際運(yùn)行系數(shù)約0.85，電價(jià)按0.48元/度計(jì)算。一臺(tái)水輪機(jī)可節(jié)約電量為132×8000×0.85×1=897600(度)，可節(jié)約電費(fèi)897600×0.48=43.1(萬元)。另外可節(jié)約冷卻塔一年的電器設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)約1.22萬元。因此全年節(jié)能節(jié)約計(jì)算合計(jì)43.1+1.22=44.32(萬元/年)。

4 無電耗貫流式水輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

4.1 節(jié)能

無電耗貫流式水輪機(jī)是利用循環(huán)水系統(tǒng)中有壓回水存在的富余水壓驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)，通過傳動(dòng)軸、減速機(jī)等機(jī)構(gòu)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，既完全省去了冷卻塔的風(fēng)機(jī)原來所配電機(jī)的耗電量，又未增加循環(huán)水泵的電耗，實(shí)現(xiàn)100%的節(jié)能。

4.2 低噪音

由于無電耗貫流式水輪機(jī)取代了傳統(tǒng)型冷卻塔配備電機(jī)等設(shè)備，減少了設(shè)備在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦，降低了冷卻塔運(yùn)行時(shí)的機(jī)械噪音。改造后的#1冷卻塔是以水為動(dòng)能，能量轉(zhuǎn)換在水流道內(nèi)完成，控制了喘振而不會(huì)發(fā)出干擾噪音。

4.3 低振動(dòng)

無電耗貫流式水輪機(jī)取代了原有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，大大降低了運(yùn)行中帶來的振動(dòng)，使得塔體更加穩(wěn)固，運(yùn)行更安全。

4.4 安全可靠

無電耗貫流式水輪機(jī)由于不帶電機(jī)，特別適用于在需要防爆和高危工作的環(huán)境下運(yùn)行，從根源上杜絕了電機(jī)的漏電、電控設(shè)備、損壞等故障，也可將事故消滅在萌芽階段。

4.5 方便調(diào)節(jié)

由循環(huán)回水經(jīng)管道推動(dòng)水輪機(jī)，水輪機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可通過調(diào)節(jié)進(jìn)入水輪機(jī)的水量進(jìn)行控制，水輪機(jī)出水沿管道進(jìn)入涼水塔內(nèi)噴頭，由噴頭噴出與空氣進(jìn)行換熱，降溫后回到集水池。

4.6 環(huán)保

無電耗貫流式水輪機(jī)冷卻塔取消了電機(jī)后，降低了因電機(jī)的耗電所帶來的二氧化碳的排放量，降低了噪聲所帶來的環(huán)境污染。

4.7 冷效好

隨著季節(jié)的變化，無電耗貫流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速是隨循環(huán)回水的壓力和流量的變化而變化的，通過水輪機(jī)的流量越大，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高，風(fēng)量也隨增加，所以通過調(diào)整水輪機(jī)的進(jìn)水量可以方便的控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使冷卻塔在穩(wěn)定地氣水比的狀態(tài)下運(yùn)行，達(dá)到的冷卻效果最好。

4.8 減少了維護(hù)管理工作量

冷卻塔的日常維護(hù)管理，除適當(dāng)時(shí)間更換填料、防止噴嘴堵塞和管道內(nèi)異物沉積等之外，大量的、較多的是電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)變速系統(tǒng)的日常維護(hù)管理工作。如電機(jī)不轉(zhuǎn)、發(fā)熱、產(chǎn)生異常噪聲、達(dá)不到轉(zhuǎn)速；變速箱出現(xiàn)噪聲、齒輪磨損、皮帶打滑、油位太低等?，F(xiàn)電機(jī)、變速裝置系統(tǒng)等均取消了，大大減少了維護(hù)管理工作量。

5 結(jié)語

用無電耗貫流式水輪機(jī)代替現(xiàn)有的一臺(tái)電動(dòng)機(jī)的設(shè)想并在大檢修期間完成改造，在開廠后投入使用。通過一段時(shí)間的使用，有了明顯的節(jié)能效果。通過計(jì)算可以得出：一臺(tái)水輪機(jī)每年可節(jié)約電費(fèi)和電器設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)合計(jì)43.1+1.22=44.32(萬元/年)。無電耗貫流式水輪機(jī)還可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速靈活控制循環(huán)水的供水溫度，保證供水平穩(wěn)。后期可將東區(qū)循環(huán)水剩余#2-5風(fēng)機(jī)均進(jìn)行改造，更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。