２０１ ３年第２７期 （总第２７０期） 悯两 （ＣｕｍｕｌａｔｉｖＮｅｔｏ．ｙＮ２Ｏ７．２０１ ３ ２７０） ．凉水塔风机驱动系统节能改造 陈 萍 （中国石油宁夏石化公司，宁夏银川７５００２６） 摘要：文章针对塔风机驱动系统提出节能改造方向，进行可行性研究，核算凉水塔所需水轮机功率，实施节 能改造。项目的实施可以有效地解决现有生产设施存在的主要问题，确保生产装置长期连续安全稳定运行， 并实现节能降耗的目的，为企业的发展做出了巨大贡献。 关键词：凉水塔；冷却风机驱动系统；水轮机替代电机；节能改造 中图分类号：ＴＥ９６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－２３７４（２０１３）２７－００７４－０３ １概述 中国石油宁夏石化分公司二化循环水共有冷却塔１ ｌ 间，设计能力为每台４０００ｍ。／ｈ。冷却塔采用风冷形式冷却 循环水：从系统经过各换热器回来的循环水（热水）回到 水动风机冷却塔中，是以水轮机取代电机作为风机动力 源。水轮机的工作动力来自系统的富余流量和富余扬程。 水轮机的输出轴直接与风机相连，进而带动风机旋转。通 过水轮机的水在剩余动能和势能的作用下再流向布水器， 完成布水。 在冷却塔的循环水泵系统设计的热力学、传热学计算 中，从换热设备热负荷、换热面积到冷却水需求量的各个 环节，由于考虑到设备和系统管道的阻损，一般都要放一 冷却塔上，由分配管到布水槽再经喷头自上而下流到塔 池，风机抽进的冷空气自下而上与热水在塔内进行换热， 将热水冷却后再循环送到各换热器。风机的驱动采用传统 的电机带动减速机驱动风机转动。 循环水流程示意如下： 些设计余量，在水泵选型时还要在此基础上再乘１．１～１．３倍 作为水泵选型的依据，而在具体选型时往往很难凑巧选到 参数完全一致的水泵，根据就高不就低的原则，一般选择 扬程较大的水泵，由于上述几种情况的叠加，因此在水泵 循环系统中都存在着大量的富余扬程和流量。 由于配用的拖动电动机一般定位于最大工作能力情况 下，而大量的生产场合由于功率需求始终处于变动状态， 普遍采用阀门调节的方式，也就是在输送流体的管道上利 用改变阀门的开度来调节泵的流量。这种调节方法利用改 图１ 变管道系统阻力的办法，变更管道阻力特性曲线，以便获 得适合需要的工作点。但是关小阀门可以减少流量，拖动 电动机的轴输出动力基本没有改变，有相当一部分能量消 耗在阀门上，虽然阀门的输出达到了工况要求，但是能量 的有效比例减少了，而损耗增加了。 ２问题的提出 现循环水系统已运行多年，其中冷却塔风机电机和减 速机故障较多，维修困难且费用较高，每年消耗的电量也 很大，对节能降耗、降低生产成本产生很大影响。为此， 计划通过设备更新改造，降低生产成本。 传统的电机驱动减速机带动风机转动，与新型节能的 在整个循环水系统中，每段水管、弯头都有一定的阻 冷却塔专用水轮机相比能耗较高，为了节约能源，降低成 本，增加效益，有必要对原有的循环水冷却塔风机驱动系 统进行技术改造，用冷却塔专用水轮机取代电机。从原来 力，冷却塔的位置高低、换热部件的阻力及压力要求都会 在系统中产生阻力，这些阻力值只是一个大概的数据，根 据这个数值在选型水泵的扬程时，考虑更安全地满足生产 需求，就在克服所计算出的阻力数值的基础上至少加１５％ 的余量来选型。 当系统加上水轮机后，将进塔阀门逐渐打开直至系统 的电力驱动风机改变成高效的水力驱动，在保证循环水冷 却温度的基础上，不改变凉水塔冷却效果，但却很好地达 到节电降耗的目的。 流量到需要值。因水泵功率与流量成正相关关系，流量变化 时水泵功率才变化，流量不变化时水泵电机功率也不变化。 若水轮机加上后进塔阀门完全打开富裕扬程不够时， 系统流量会稍有减小用来增加富裕扬程，流量减小量在 ３％～５％时不会对系统运行有任何影响。 ３可行性研究 ３．１原理介绍 水动风机是以水力驱动风机，而不是传统的电力。在 ７４ ３．２公司凉水塔系统概况 时，将阀门打开，使循环水直接经过原有的进水管进入布 仅以宁夏石化公司二循环水７＃凉水塔为例进行分析 水系统。也保证了冬季水温较低，不需要启动风机时，上 表１ 塔水直接经过旁通阀回到原塔内布水管。安装旁通蝶阀便 风机部分 于检修和负荷调节，适应风机转速调节，保证对应的流量 电机电压ｌ６Ｏ００Ｖ 突测电流 １６Ａ 的风量，确保冷却效果。 传动方式ｌ｛专动轴 减速机 电机功率 １８５ｋ懈 冷却塔部分 以下是管路改造图： 数 量ｌ１台 额定温差 ｌＯ℃ 额定流量ｌ４００Ｏｍ３／ｈ 进塔管径 Ｉ）Ｎ４００×４ 上塔管径ｉ ＤＮｇ００ 阀门开度及ｉ童流量 ７｝｝／流量｝ ２Ｏ ／３０００Ｔ ３．３系统富余能量及风机电机功率计算 水轮机输出功率计算： ｗ水：９．８１×Ｑ水×Ｈｔｒ× 水（ｋＷ） 式中： ・ ｗ， ——水轮机输出功率（ｋＷ） Ｑ７ｋ——水轮机工作流量（ｍ Ｉｓ） Ｈ富——富余水头（ｍ） Ｔ１水——水轮机效率为８５％￣８８％ 系统阀门的关闭就是富余能量的表现，每个阀ｆｑｘ，－］ 应不同的流量及开度，其消耗的扬程及能量用下述公式 计算： 扬程：Ｈ＝Ｅ—Ｖ 式中： ２ｇ ｖ——流体速度 图２塔外管路改造 ｇ一重力加速度 ｌ ｝ ＤＮ９００螺旋管此时的流体速度：Ｖ＝Ｉ．８５ｒｒｄｓ 综上，ＤＮ９００开度为２０％阀门所消耗的扬程为２２ｍ。如 果将阀门全打开可以释放的扬程为：Ｈ总＝２２ｍ。 Ｗ水＝３０００ｍ ／ｈ×９．８１×２２ｍ×０．８５／３６００ １５２．１ｋＷ 对于４０００ｍ ／ｔｌ冷却塔属标准配置，实测电流为１６Ａ，电 压为６０００Ｖ，得出风机电机输出轴功率可概算为： Ｐ ＝．，／３ｘＵｘｌ×叩 ＝１０９．７２ｋＷ 式中： ｕ——电压为６０００Ｖ Ｉ——电流为１６Ａ ＣＯＳ ——功率因素为０．８ ——电机效率为０．８２ 图３塔内布水管改造图 、 水轮机输出功率与风机运行功率比较计算：ｗ轴－ｐ轴＞０ 改造实施后，水轮机驱动风机转速与原电机带动时转 从计算结果看，水轮机输出功率大于风机运行功率。 速基本一致，达到了预期的目标。之后陆续又改造了２台凉 因此完全可以取代电机带动减速机及风机叶片旋转，并 水塔风机驱动系统。目前３台水轮机运行状况良好，风机转 达到原有的冷却效果。水轮机改造需利用系统中的富余能 速、循环水冷却后温度都能够满足工艺需求。且因为拆除 量，此部分能量在未改造前就已经存在于系统之中。水轮 了电机、减速机、传动轴，减轻了整个凉水塔的重量，对 机即利用这部分能量来带动风机旋转工作。 整个塔基也起到了很好的保护作用。 ４实施改造 ５改造后的效果 自２００９年起，先实施一台凉水塔风机（７＃）驱动系统 与传统电机驱动相比，水动风机驱动系统具有如下 的改造，用冷却塔专用水轮机取代风机电机，将原来的减 优点： 速机拆除，改电力驱动为水力驱动，同时将原来的进塔水 节能效果显著：冷却塔风机更新改造后，其节能效果 总管向上延伸至塔顶的水轮机入口，水轮机出口管线与原 计算如下：冷却塔每天使用按２４小时计、每年使用时间按 塔内布水管线连接。改造时仅对冷却塔进出水管路做相 ３００天计：１８５ｋＷ×２４小时×３００天×１台＝１３３．２万ｋＷｈ／年电 应调整，塔体结构保持原状。在原有的４根进水管上增加４ 价按企业工业电费标准０．３２元／度计，每年每台凉水塔节约 个ＤＮ４００蝶阀作为旁通阀门，在因特殊情况而需停开风机 电费４６．１万元。 ７５ ２０１（总第２ ３年第２７期 ７０期） ＮＯ．２７．２０１ ３ ｌ Ｃ＃Ｉ ｎ＾高新竣：Ｈ｛６ ｈ Ｔ Ｃ＃Ｅ ｔ￡｝ 、 ｐ≈Ｉ业 ｉ￡§ （ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｔｙＮＯ．２７０） 软测量在污水处理过程中的研究与应用 石 芳 （冀中能源股份有限公司邢东矿，河北邢台０５４０００） 摘要：污水处理是一项复杂繁琐、变化多样及非线性的过程，导致污水处理体系无法在线检测其所涉及的全 部动态数据，然而软测量从属一项科学先进的测量技术，能及时准确地分析出污染水质情况，是一种处理污 水的实用技术。文章从软测量技术的定义出发，简单地阐述了该项技术的相关内容．同时对该技术在污水处 理中的具体应用及其在未来的发展前景进行探讨。 关键词：污水处理；软测量；处理过程 中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１３）２７—００７６—０２ １ 概述 软测量。在污水处理过程中结合软测量进行构建相应的模 污水处理是指通过构建一项可靠有效的体系来治理与 型，以完成对污水处理过程的实时监控，从而开发出相关 改善水质，并依靠一套切合实际的自主监控体系来维护其 的自行监测体系，满足污水排放的达标标准。 正常运行的过程，这一体系所涉及的参数较多，必须及时 给予检测，才能保证污水排放的指标与我国环保部门的有 ２软测量技术及其内容 软测量技术实质是根据可测量与易测量过程的变量及 关规定相符合。在实际操作期间，由于污水处理的过程比 无法直接测量的待测变量的关系，而按照相应原则来选取 较复杂、变化较大、具有一定的非线性等，存在传感器不 能及时准确地检测和传输数据的情况。针对这一问题，通 新型网络计算机技术进行检测与评估待测变量的方法。通 常主要采用下面两种方法进行解决：第一，可利用新开发 常该项技术主要包含以下内容，即收集和处理数据信息、 的硬件检测仪直接检测过程参数，但因污水处理的过程比 选取相应的辅助变量、构建软测量的模型及在线校正等。 较复杂，硬件检测仪器虽能检测到污水中有机物的参数， 首先，数据信息的收集是指收集原始辅助变量和主导变量 却无法实时在线监测各种水质中的有机物。因此，要想完 的历史数据，使其具备精简、均衡及代表性的特点，以便 成这一污水处理过程相对较难。第二，通过计算机结合易 能够充分反映出污水处理过程的全部状况。而数据处理主 于测量的信息数据进行估算待测量的变量值，即所谓的 要包含数据的变换处理与误差处理两种，目的是为了确保 数值的一致性，减少污水处理体系的非线性，减小误差因 运行可靠性提高：水轮机结构采用反击形式，流入的 ６ 结语 ． 水流相对于水轮机的转轴对称分布，使对水轮机的冲击平 通过实施节能 造，采用新型的冷却塔专用水轮机取 衡，减少水轮机运行的振动，使得冷却塔运行更加稳定。 代风机电机，改电力驱动为水力驱动，不仅减少了维修成 水动风机运转平稳，可靠性高。因不再使用电机，从根本 本，而且大幅度减少电耗，达到节能降耗的目的。本项目 上杜绝了电机、电控的漏电、漏油、烧毁等损坏的故障， 的实施，可以有效地解决现有生产设施存在的主要问题， 为安全持续运行提供了保证。 确保生产装置长期连续安全稳定运行，并实现节能降耗的 安全：因不使用电机，可在有防爆要求的环境下安全 目的，为企业的发展做出了巨大贡献。０ 运行。水轮机的重量比已取消的电机＋传动轴＋减速机的要 小很多，运行环境比较安全。 参考文献 经济：因取消了电机，从而大大减少了电机的日常 ［１】工业循环水冷却设计规范（ＧＢ／Ｔ５０１０２．２００３）ＩＳ］． 管理和维修保养所产生的费用。根据普查计算出最低的 ｆ２１泵站设计规范（ＧＢ／Ｔ５０２６５—９７）ｆｓ１． 日常管理和维修保养成本：１２￣／ｍ ／年（即：１２元，ｍ ／年 【３１化工企业供电设计技术规定（ＨＧ／Ｔ２０６６４．１９９９）ｉｓ］． ×３００００ｍ。／ｈ×１Ｎ＝３６０００Ｙｒ＿，／￣）。 ［４】工业金属管道设计规范（ＧＢ５０３１６．２０００）ｉｓ］． 结论：经技改后，单台冷却塔每年即可节约电费４６．１ ［５】钢结构设计规范（ＧＢ５００１７．２００３）【ｓ】 ．万元，再加上每年节约的电机和减速器维修和保养费用， 一年可以节约４９．６万元。如按冷却塔ｌ０年寿命计，节约的 作者简介：陈萍（１９７４一），女，宁夏人，中国石油 总费用更可观。 宁夏石化公司机动处工程师，研究方向：化工动设备方面 设备管理。 ７６
