CN103776215A - 一种基于装置侧的循环液系统优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于装置侧的循环水系统优化方法。该方法优化步骤依次为流量优化、压力优化和机泵节电优化。工厂的循环水系统包括循环水泵、循环水管网、凉水塔等设备。其工作原理是循环水从机泵送出经过循环水管网送至各用户处，经过热交换再回到循环水场凉水塔冷却。本发明从源头入手进行节能。该方法符合能量使用的客观规律，因此其节能效果比传统方法更好。该方法先从装置侧的循环液使用设备入手，通过流程模拟软件计算出优化结果，通过操作调整或者改造以降低设备的循环液用量，然后采取措施降低循环液管网的压力，之后再对循环泵进行降低流量和（或）扬程的改造，以降低循环泵的用电量。

Description

一种基于装置侧的循环液系统优化方法

技术领域

本发明涉及一种基于装置侧的循环液系统优化方法。

背景技术

循环液是流程工业最为常用的一种用于冷却或加热工艺物料的系统，最常见的循环液是循环水。该系统一般由用液设备、管网、回用处理设备、循环泵和补液设施组成。工艺流程：循环液从回用处理设备流入循环泵，经循环泵加压后通过管网送入用液设备，在用液设备中与工艺介质进行能量交换后再经管网返回到回用处理设备。在回用处理设备内将其与用液设备交换所得到的能量去除，恢复循环液的初始温度，然后经循环泵加压后供用液设备再次使用，工艺流程见图1。

与该技术相关的传统技术是用在化工厂的循环水场。循环水泵的流量和扬程在设计时一般都留出15%的富裕量，传统的方法是在工厂建成投用后，采取措施取消这部分富余量，达到节约用电的目的。采取的措施一般有两种，一种是对泵进行切削叶轮、更换叶轮、增上变频或换泵的改造，另一种是将现有的凉水塔顶部的电机更换为水力涡轮机，将富裕的水能转换成为动能，达到节约用电的目的。

传统技术在优化前没有对装置内的用液设备进行优化，以及对整个系统进行压力优化，所能得到的节能潜力只有循环泵当前的富裕能力。

循环液是指在供热（冷）方和取热（冷）方之间作为热载体而循环使用，输送热量或冷量的液体。常见循环液有循环冷却水（简称“循环水”）、冷冻水、冷冻液、导热液和低温热水。冷冻水系统的上水温度一般在4-25℃之间；冷冻液的供出温度一般在10℃以下，有些可以达到-50℃；导热油系统一般用于为工艺介质供热，导热液的供出温度一般在120℃以上，有些可以达到300℃以上，采用矿物质作为导热液的系统，其操作温度甚至更高。低温热水一般用于炼油厂和化工厂的余热回收，操作温度一般是上水温度大约50-80℃，换后温度大约90-130℃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于装置侧的循环液系统优化方法。克服只能获得循环泵当前富裕能力的节能量小的问题，集成流量优化和压力优化两个方面的技术。采用系统化方法挖掘出比传统方法更大的节能潜力，从而使优化后的系统可以节约更多的能量。

本发明提出的一种基于装置侧的循环液系统优化方法，所述优化方法包括流量优化、压力优化和机泵节电优化三项内容。所述循环液系统由上水总管1、进口管线2、第一换热器3、出口管线4、换热框架5、回水总管6、凉水塔7、循环水泵8、接力泵10、冷却器11、串级管线12、第二换热器13和第三换热器14组成，其中：所述换热框架5自上而下设置第一换热器3、第二换热器13和第三换热器14，第一换热器3位于顶部，第三换热器14位于底部，凉水塔7的出水口通过循环水泵8连接上水总管1，上水总管1出水分为三路，第一路通过进口管线接至第二换热器13一端，第二路通过进口管线接至第三换热器14一端，第三路通过接力泵10和进口管线接至第一换热器3一端，第一换热器3另一端依次通过冷却器11、串级管线12连接第三换热器14；第一换热器3、第二换热器13和第三换热器14另一端分别通过出口管线4连接回水总管6，所述回水总管6连接凉水塔7；具体步骤如下：

（1）对循环液的换热端进行流量优化

第一换热器3通过串级管线12连接第三换热器14，即将第一换热器3使用过的循环水接到第三换热器14的入口，实现一股循环液在多台换热器中串联流动；实现流量优化。计算工具采用专业流程模拟软件进行模拟计算，得到最优的循环液系统运行参数，所述运行参数包括流量匹配和压力；控制循环液管网上回水温差为6~10℃，管网压力为0.32-0.38MPaG；

（2）实施步骤(1)后，循环液管网的水量减少，整体管网所需的压力也降低，为此实施压力优化，对管网的压力进行降压操作。但对于个别高处的换热器还需保持较高的压力，即对处于换热框架顶部的第一换热器3增设接力泵10，为其进行提压，以降低整个管网的压力；

（3）实施步骤(2)后，整个管网的压力降低之后，循环液泵所需做功减少，则实施机泵节电优化，具体可以降低循环液泵电能消耗，采用切削叶轮、更换叶轮、增上变频或换泵中任一种。

本发明中，步骤(1)中所述专业流程模拟软件采用Aspen Plus或ProⅡ等。

本发明中，循环液为循环冷却水、循环冷冻水、循环冷冻液、循环导热油、循环导热液等用于加热或冷却作用，循环使用的液体。

本发明改造措施包括循环液串级和换热器改造。循环液串级是指将一台换热器使用过的循环液接到另一台换热器的入口，实现一股循环液在多台换热器中串联流动。换热器改造是指通过更换换热器部分或全部部件，以提高循环液换热器的上回水温差。如采用申请号为201310011459.7的列管式换热器管程数改造专利，或者直接更换换热器，上回液温差是指换热器的循环液侧的出口（回液）温度减去入口（上液）温度的差值。

本发明中，压力优化的改造措施包括增上接力泵和通过管网改造降低压力。需要增上接力泵的措施是指在循环液管网系统中的某一处增上一台泵，为一些需要压力较高的用液设备进行提压，这样就可以降低整个管网的压力。管网改造是指改造管网中的某些管段的规格或者改变用户接入点的位置等措施达到降低整个管网压降的目的。

本发明中，机泵节电优化的改造措施包括可以降低循环液泵电能消耗的措施。例如切削叶轮、更换叶轮、增上变频和换泵就是其中常用的四种方法。

本发明中，该技术所包括的行业范围没有限制，包括石油、石化、煤化、精细化工、多晶硅、磷化工、盐化工等。

本发明中，所提出的三项优化内容可以根据需要删减成到最少只有一项。例如：1）只做流量优化，减少的流量正好可以停用一台循环泵时，就无需改造循环泵；2）只做压力优化，所降低的系统压力不通过泵的改造，而是简单地关小泵出口阀使得泵出口阀后压力降低，取得一定的节电效果。3）流量优化+机泵节电优化；4）压力优化+机泵节电优化；5）流量优化+压力优化+机泵节电优化；

本发明的有益效果在于：

本发明提供的方法比较系统，可以充分挖掘系统的节能潜力，与传统方法相比，可以取得更好的节能效果。同时，对于换热器的改造工作量不大，大多数情况下不需要改造或更换换热器，有时候仅仅，只是对换热器局部进行改造或者更换热器管束；对管网的改造不需要大批量更换管道；根据经济效益最优的原则需要决定泵的改造方案。而且，三项改造内容可以根据需要删减，因此具有较大的灵活性。

附图说明

图1为现有的循环水系统。

图2为本发明的循环水系统。

图中标号：1为上水总管，2为进口管线，3为第一换热器，4为出口管线，5为换热框架，6为回水总管，7为凉水塔，8为循环水泵，9为凉水塔风机，10为接力泵，11为冷却器，12为串级管线，13为第二换热器，14为第三换热器。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1所示，循环液是循环水，该系统包括上水总管1、进口管线2、循环水泵8、回水总管6、凉水塔7和凉水塔风机9。其工作原理是循环水从循环水泵送出经过循环水管网送至各用户处，经过热交换再回到循环水场凉水塔冷却。循环水是以水为媒介的循环液系统，优化内容包括水量优化、压力优化和机泵节电优化的三个部分内容。

经过改造优化后的流程如图2所示，在图1原有流程的基础上增加了冷却器11，改造了第二换热器13和循环水泵8。

第一步：水量优化。包括两项内容，1）对第一换热器3和第三换热器14进行串级优化。两台换热器的总流量只有原来换热器3的用量，第三换热器14所用的循环水80t/h可以节省；2）对第二换热器13进行改造。确定最佳的冷却器结构和工艺侧运行参数，在满足换热要求和换热器流速范围的前提下通过改造使换热器所用的循环水流量由优化前的200t/h降低至160t/h。

第二步：压力优化。增设接力泵为位置较高的换热器进行单独供水，从而使循环水管网的压力由0.5MPa降低至0.35MPa。利用夹点技术对整个循环水系统的设备和管路进行核算；通过管路调整或局部增压等措施使循环水总管压力最低化。

第三步：机泵节电优化。在完成前两步优化工作的基础上，按照新的工况，对机泵的流量和扬程进行适应性改造；这样整个循环水系统的用电量由优化前的循环水泵8的85kW，降低至优化后的循环水泵8的45kW，加上接力泵10的5kW，共50kW，大幅度降低循环水系统的耗电量。

Claims (3)

1.一种基于装置侧的循环液系统优化方法，其特征在于所述优化方法采用循环水系统，通过流量优化、压力优化和机泵节电优化实现，所述循环水系统由上水总管(1)、进口管线(2)、第一换热器(3)、出口管线(4)、换热框架(5)、回水总管(6)、凉水塔(7)、循环水泵(8)、接力泵(10)、冷却器(11)、串级管线(12)、第二换热器(13)和第三换热器(14)组成，其中：所述换热框架(5)自上而下设置第一换热器(3)、第二换热器(13)和第三换热器(14)，第一换热器(3)位于顶部，第三换热器(14)位于底部，凉水塔(7)的出水口通过循环水泵(8)连接上水总管(1)，上水总管(1)出水分为三路，第一路通过进口管线接至第二换热器(13)一端，第二路通过进口管线接至第三换热器(14)一端，第三路通过接力泵(10)和进口管线接至第一换热器(3)一端，第一换热器(3)另一端依次通过冷却器(11)、串级管线(12)连接第三换热器(14)；第一换热器(3)、第二换热器(13)和第三换热器(14)另一端分别通过出口管线(4)连接回水总管(6)，所述回水总管(6)连接凉水塔(7)；具体步骤如下：

（1）首先对循环水系统通过专业流程模拟软件进行模拟计算，得到最优的循环水系统运行参数，所述运行参数包括流量匹配和压力；控制循环水管网上回水温差为8-10℃，管网压力为0.32-0.38MPa； 

（2）对循环液管网进行流量优化

第一换热器(3)通过串级管线(12)连接第三换热器(14)，即将第一换热器(3)使用过的循环水接到第三换热器(14)的入口，实现一股循环水在多台换热器中串联流动；实现流量优化；

（3）实施步骤（2）后，循环液管网的水量减少，整体管网所需的压力也降低，为此实施压力优化，对管网进行降压操作；但对于个别处于高位的换热器还需保持较高的压力，即对处于换热框架顶部的第一换热器(3)增设接力泵(10)，为其进行提压，以降低整个管网的压力；

（4）实施步骤（3）后，整个管网的压力降低之后，循环水泵所需做功减少，则实施机泵节电优化，具体可以降低循环水泵电能消耗，采用切削叶轮、更换叶轮、增上变频或换泵四种措施中的一种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（1）中所述专业流程模拟软件采用Aspen Plus或ProⅡ。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于循环液为循环冷却水、循环冷冻水、循环冷冻液、循环导热油或循环导热液用于加热或冷却作用的，循环使用的液体。

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