水動風機在循環水裝置上的應用

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）

1 項目概述

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，生產甲醇及其下游產品為主的中型化工廠，公司擁有兩套甲醇生產裝置、一套液氨生產裝置，年可生產甲醇200kt、液氨50kt。分公司各生產裝置在生產過程中產生大量的熱，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，須使用大量冷換設備進行冷卻降溫，而這些冷換設備的換熱介質一般采用循環水，工業生產中的熱量經循環水帶到循環水場后，主要通過冷卻塔將水溫降低。塔頂風機是通過機械強制通風的方式，加快空氣與水滴的熱交換，從而把熱量帶走，因此，塔頂風機的工作效率以及穩定性直接影響了循環水裝置送水指標的穩定性，在生產過程中起著關鍵的保障作用。

甲醇分公司現有三套循環水冷卻裝置，分別為一、二甲醇及合成氨裝置提供循環冷卻水。這三套循環水冷卻裝置冷卻塔均為敞開式，其中，第一、三循環水場為橫流式冷卻塔，第二循環水場為逆流式冷卻塔，塔頂風機均采用電機驅動，電機驅動風機存在以下問題。

（1）電耗大。以處理量3 000t／h的塔為例，電機功率160kW。

（2）維修維護費用大。風機采用電機驅動，通過長軸與風機減速器相連，機械傳動部件多，功損大，維修維護工作量大。

（3）飄水量大。電機驅動風機無法調節風機轉速，不能根據季節和環境溫度變化隨時調整，水的損失較大。

（4）在生產裝置的換熱設備出現內漏問題時，存在可燃氣體濃度超標后發生爆炸、著火的隱患。

（5）振動和噪音大，對環境的影響較大。

這些問題在化工廠循環水裝置普遍存在，對循環水裝置的安全、長期、穩定、高效運行造成一定的影響。為解決上述問題，分公司于2009年初開始組織攻關小組進行技術攻關，并對國內同類化工裝置循環水裝置進行實地調研。經多方交流與考察，最終確定采用水動風機技術解決循環水裝置風機因采用電機驅動存在電耗高、維修難、不易控制的問題。

2 水動風機技術特點

水動風機技術體現了節能、環保、經濟、安全、性能穩定的理念，是一種新型高效節能技術。其核心是用水動風機取代傳統的電機作為風機動力，使風機由原來的電力驅動改為水力驅動。水動風機的工作動力完全來自于循環水系統的能量，把循環水系統的能量回收二次利用，確保不增加循環水水泵的電耗。

水動風機的特點如下。

（1）在保證冷卻塔溫降設計參數的前提下，以水動風機取代風機電機，改電力驅動為水力驅動，完全省去電機的能耗。

（2）水動風機冷卻塔省去了風機電機及減速箱，大大降低冷卻塔的震動和噪聲，減少對環境的污染。

（3）水動風機冷卻塔省去了電機、連軸節、減速箱、電控、電纜等，減少日常的維修保養費用。

（4）水動風機冷卻塔上無電氣設備，避免了漏電漏油現象，從而可在防爆環境下安全運行。

（5）水動風機的轉速可隨季節變化，按照需要調整風量，使冷卻塔的氣水比穩定在最佳的狀態，以達到最佳的冷卻效果。

3 現場實施情況

2010年3月，攻關小組經多方調研與技術交流，最終確定采用國內某公司生產的水動風機為試驗設備，在分公司第三循環水場1＃冷卻塔應用。該塔設計流量為3 000m3／h。經采集現場實際運行數據，編制技術方案，簽訂技術協議，進行所需設備和材料的加工采購及現場管線改造，項目于2011年3～4月進行現場設備安裝，2011年5月現場調試，2011年6月完成了夏季工況數據采集。

3.1 現場改造情況

（1）拆除原風機電機、傳動軸、變速器，改為水動風機。

（2）冷卻塔進水管由原直接進布水器改為風筒直接進水動風機。

（3）改造后水動風機四條出水管連接到原布水器支管。

3.2 現場調試、運行情況

3.2.1 轉速測試（表1）

表1 轉速測試結果（5月17日10：00 1＃水塔）

轉速測試數據表明，水動風機隨著循環水流量的增加，轉速也不斷增加，并且在水流量沒有達到設計最大流量（3 000m3／h）的前提下，轉速已達到風機的額定滿轉速（149r／min），完全可以滿足生產實際需要。

3.2.2 流量、泵電流等其他指標測試（表2）

表2 流量及其他指標測試結果（5月20日9：00～5月26日9：00）

從以上測試數據可以看出，1＃水塔塔頂水動風機轉速達到技術要求，在2 750m3／h 水量時，風機即可達到額定轉速149r／min，同時循環水水泵電流沒有變化，系統功耗沒有增加，單塔冷卻能力達到生產指標要求。實現每小時節電160kW·h（原塔頂風機電機額定功率），日節電3 800kW·h。

另外，對噪聲指標也進行了檢測，結果是小于75dB，符合技術協議要求。

3.2.3 運行階段數據（表3）

從6月份和7月份采集的夏季工況數據，可以得出以下結論：

·水動風機轉速可根據送水溫度需要進行調節；

·風機在設計流量下可達到額定滿轉速；

·風機運行對循環水泵功耗沒有影響；

·風機最大轉速時進出水溫差可達9℃；

·風機可實現連續穩定無故障運行。

表3 運行數據 （2011年）

4 效益分析

4.1 單機節電費用

第三循環水場1＃冷卻塔風機每年按7 200h運行考慮，年可節電70.272萬元。

4.2 電機和減速箱日常保養費和維修成本

原電機驅動方式的日常管理和維修保養成本約為1.5萬元／年。

4.3 固定資產折舊

按照14 年折舊期計算，年折舊為85.5／14＝6.11萬元。

綜合以上數據，甲醇分公司第三循環水場1＃塔頂風機由電機改為水動風機年效益為65.7萬元。

5 市場前景

本項目自2011年6月投入運行至今，設備運行平穩，達到了預期的各項指標，解決了循環水裝置冷卻塔風機原采用電機驅動存在的電耗高、維修難、不易控制的問題，并且達到節能降耗目的。

甲醇分公司目前三個循環水場共有冷卻塔頂風機12臺，除本項目已應用的三循1＃塔頂風機外，剩余風機的總電機功率為895kW，如果全部推廣應用，按照年運行7 200h計算，年可節電895×7 200＝644.4×104kW·h，年可節約電費644.4×0.61＝393萬元，節約設備維護檢修費用約15萬元。合計年可創效408萬元，可取得良好的經濟效益。