冷卻水循環系統中流體輸送節能技術的有效應用

任永勝

摘 要：傳統的冷卻循環水系統效率低、能耗大，已不能滿足現代企業對生產過程中高效、節能的要求，降低了企業的經濟效益。而采用流體輸送高效節能技術，可在不改變系統流量和壓力的前提下提高冷卻循環水系統效率，且節能效果顯著，可靠性強。本文通過分析傳統冷卻水循環系統存在的問題及流體輸送節能技術的特點，探討了流體輸送節能技術在冷卻水循環系統中的應用方法及節能效果。

關鍵詞：冷卻水循環系統 流體輸送 節能

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0058-02

傳統的冷卻循環水系統實際工作過程中，狀態點偏離最佳工況點，無效阻力大，出現能耗大、效率低的現象。傳統的“變頻節電”、“三元流葉輪”等節電技術局限性大，節能效果不顯著，難以滿足企業的生產要求。流體輸送高效節能技術是一種系統糾偏優化技術，能有效糾正系統運行時的工況點，使之恢復到系統的最佳工況點，提高設備的工作效率，降低能耗。

1 冷卻水循環系統高能耗問題及其原因分析

改進前的冷卻水循環系統為3臺110 kW冷卻水泵和末端冷卻設備組成，屬于開式回路機械循環系統。通常在標準工況下，冷卻水由水泵從冷卻水池送到系統換熱，換熱后被送回冷卻塔中冷卻，如此循環利用。冷卻水的損耗由供水系統補給。但實際情況下，冷卻水循環系統的水泵配套管路設計與施工不理想或運行工況發生變化，水泵運行的實際工況會不可避免的偏離最佳工況點，甚至會較大偏離，這就降低了泵機組的運行效率，加之國內大部分的水泵及電機結構設計、制造工藝都相對落后，水泵運行效率低，增加了整個系統的運行能耗。同時，由于管網設計落后，造成水循環過程中管網無效阻力較大，無效耗能大，這也是系統效率低、能耗高的重要因素。另外，原有系統往往存在水泵型號與系統裝置不匹配的情況，使得水泵在超流量、低揚程區運行，效率很低，造成水泵的運行功率超出軸功率，甚至超過了電機的配套功率。為了防止超電流，企業通常會關閉一部分水泵的出口閥門，這就造成了能源的浪費。

2 流體輸送節能技術

傳統冷卻水循環系統多采用變頻技術節能，只是在原有系統上安裝變頻器及相應控制系統，單純通過變頻調速，調整輸送流量，節能效果不明顯且無法計量，可靠性差。而流體輸送節能技術不同于變頻節能技術，它是利用管路流體力學特性，對循環水系統進行糾偏，使之按照最佳工況運行的高效節能技術。其技術原理為：針對化工企業冷卻水循環系統運行中普遍存在的低效率、高能耗的情況，以使系統按照最佳工況運行為原則，以降低能耗、提高效率為目標，采集系統各項運行的數據，利用“CFD”數據模擬技術，建立專業的水力數學模型以及參數采集標準[1]，對系統進行數據分析、系統診斷、系統優化，來準確找到最佳的工況點，使泵送設備和管路系統匹配，然后通過整改不利因素，按最佳運行工況的參數定做高效節能泵，以替換原有的不利工況、低效運行的水泵，消除增加系統能耗的各項因素，徹底解決循環水系統的高能耗問題，實現節能最大化。可見，流體輸送節能技術采用的水泵是為冷卻水循環系統量身定做的，比標準泵更符合系統的要求，更貼近系統的最佳工況點。系統管路結合流體力學特性進行設計，并于水泵設備相匹配，管網阻力小，能耗顯著降低。

3 流體輸送節能技術在冷卻水循環系統中的應用

3.1 流體輸送節能技術設計

流體輸送系統中，泵類機械通常是與特定的管路相連的，其工作狀態點取決于泵類機械的性能曲線和管路的特性曲線[2]。因此，確定系統管路的特性曲線是提高循環水系統運行效率的關鍵。由于系統已經實際運行，我們可以通過對系統運行工況的在線檢測，采集系統運行中水泵組、管網、末端換熱裝置及冷卻塔等系統的壓力和流量數據，采用計算機模擬仿真進行研究分析，導出系統管路的特性曲線，然后根據泵類機械的性能曲線，找到泵類設備運行中的最佳工況點及系統優化方案。

根據最佳工況點和系統管路的特性曲線，結合系統運行中各工況點的溫差數據，采用計算流體動力學及三元流理論，按照設計參數初步確定水泵機組形式和水泵參數，并進行水力設計。然后模擬計算整體泵機組流場數值，分析和優化不同狀況下的水力損失，最終確定符合系統需求的水力模型和水泵裝置形式，實現泵機組的最高運行效率。

3.2 流體輸送節能技術的實現

（1）定做水泵。根據流體輸送系統的設計，量身定做3臺高效節能泵（WKRL200-55）替換原來的水泵（250-B01 110），水泵點擊功率根據設計計算結果做出調整，由原來的90 kW降低為55 kW。

（2）調整進水管路。重新布局和調整冷卻循環水系統的進水管路，增加一個真空引流灌以及相應的補水裝置、流量儀表、壓力儀表。

（3）在控制柜內安裝計量用電能表及運行累時器。累時器是為了記錄水泵運行累計時間，當水泵運行時，則累時器開始計時，水泵停機則累時器停止計時，水泵再次運行時，累時器繼續從原來的累積時間開始計時。電能表型號為DTS866三相四線電子式，3×1.5（6）A；累時器型號為HB48L，累計計時數為99999小時，穿心式電流互感器型號為LMZ1-250/5，精度為0.5級，穿心匝數1。

（4）拆除原有水泵。在對原有水泵進行拆除前，要關閉暫不運行的備用水泵的進出口閥門。為保證生產的正常運行，應統籌安排，按照順序逐步拆除備用水泵。

（5）高效節能泵的安裝。高效節能泵的安裝要嚴格按照施工圖紙進行，水泵安裝位置要適當，安裝牢固、平穩。安裝時，注意檢查節能泵的進出口處法蘭、短管材等部件是否完好，如需要應更換新部件。

（6）安裝真空引流罐，對出口截止閥DN250進行更換。

（7）對電氣控制柜內電氣保護部分做相應的調整或更換。

4 流體輸送節能技術應用后的能耗評價

某公司2011年5月應用流體輸送節能技術，總結分析流體輸送節能技術應用前后循環水系統運行參數及耗電指標（見表1）。

冷卻水循環系統在流體輸送節能技術應用前后耗電指標的分析，冷卻循環水系統小時耗電應用前的197.72 kW降低為應用后的74.11 kW，應用流體輸送節能技術后的節電率為62.5%。如果冷卻水循環系統按照年運行350天運行，即運行8400 h，則改進前的年用電總量為166.08萬 kWh，改進后的用電總量為62.25萬 kWh，系統每年可節省用電103.83萬 kWh，節約電費近60萬元，經濟效益顯著。

5 結語

目前，我國已把節能降耗提到了國民經濟發展非常重要的位置，其中水泵節能屬國家重點推進的十大節能領域之一的電機系統節能范疇。據2001年聯合同工業發發展組織及國家發展改革委員會“中國電機系統節能項目組”進行調查結果顯示：我國沒有改造的泵類產品效率平均比國外低5%～8%，而整個水泵系統的效率要低20%左右[3]。可見，泵類系統的節能改造勢在必行。流體輸送節能技術可對系統數據進行采集分析，實現系統診斷和系統優化，整改不利因素，按照系統最佳工況點運行，在實際應用過程中節能效果顯著，解決了企業傳統循環水系統存在的大流量、低效率、高能耗的狀況，提升了系統運行效率和能源利用率，顯著提高了企業的經濟效益，是值得大力提倡和推廣應用的現代化新型節能技術。

參考文獻

[1] 劉成基，鄧文勝.流體高效節能技術在冷卻水循環系統的應用[J].四川水泥，2012，2：80-84.

[2] 鄧永春，向波.流體高效節能技術在冷卻循環水系統的應用[J].四川有色金屬，2013，3：54-57，66.

[3] 張陽.循環水泵的節能改造技術及應用[J].化學工程與裝備，2013，12：118-121.endprint

摘 要：傳統的冷卻循環水系統效率低、能耗大，已不能滿足現代企業對生產過程中高效、節能的要求，降低了企業的經濟效益。而采用流體輸送高效節能技術，可在不改變系統流量和壓力的前提下提高冷卻循環水系統效率，且節能效果顯著，可靠性強。本文通過分析傳統冷卻水循環系統存在的問題及流體輸送節能技術的特點，探討了流體輸送節能技術在冷卻水循環系統中的應用方法及節能效果。

關鍵詞：冷卻水循環系統 流體輸送 節能

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0058-02

傳統的冷卻循環水系統實際工作過程中，狀態點偏離最佳工況點，無效阻力大，出現能耗大、效率低的現象。傳統的“變頻節電”、“三元流葉輪”等節電技術局限性大，節能效果不顯著，難以滿足企業的生產要求。流體輸送高效節能技術是一種系統糾偏優化技術，能有效糾正系統運行時的工況點，使之恢復到系統的最佳工況點，提高設備的工作效率，降低能耗。

1 冷卻水循環系統高能耗問題及其原因分析

改進前的冷卻水循環系統為3臺110 kW冷卻水泵和末端冷卻設備組成，屬于開式回路機械循環系統。通常在標準工況下，冷卻水由水泵從冷卻水池送到系統換熱，換熱后被送回冷卻塔中冷卻，如此循環利用。冷卻水的損耗由供水系統補給。但實際情況下，冷卻水循環系統的水泵配套管路設計與施工不理想或運行工況發生變化，水泵運行的實際工況會不可避免的偏離最佳工況點，甚至會較大偏離，這就降低了泵機組的運行效率，加之國內大部分的水泵及電機結構設計、制造工藝都相對落后，水泵運行效率低，增加了整個系統的運行能耗。同時，由于管網設計落后，造成水循環過程中管網無效阻力較大，無效耗能大，這也是系統效率低、能耗高的重要因素。另外，原有系統往往存在水泵型號與系統裝置不匹配的情況，使得水泵在超流量、低揚程區運行，效率很低，造成水泵的運行功率超出軸功率，甚至超過了電機的配套功率。為了防止超電流，企業通常會關閉一部分水泵的出口閥門，這就造成了能源的浪費。

2 流體輸送節能技術

傳統冷卻水循環系統多采用變頻技術節能，只是在原有系統上安裝變頻器及相應控制系統，單純通過變頻調速，調整輸送流量，節能效果不明顯且無法計量，可靠性差。而流體輸送節能技術不同于變頻節能技術，它是利用管路流體力學特性，對循環水系統進行糾偏，使之按照最佳工況運行的高效節能技術。其技術原理為：針對化工企業冷卻水循環系統運行中普遍存在的低效率、高能耗的情況，以使系統按照最佳工況運行為原則，以降低能耗、提高效率為目標，采集系統各項運行的數據，利用“CFD”數據模擬技術，建立專業的水力數學模型以及參數采集標準[1]，對系統進行數據分析、系統診斷、系統優化，來準確找到最佳的工況點，使泵送設備和管路系統匹配，然后通過整改不利因素，按最佳運行工況的參數定做高效節能泵，以替換原有的不利工況、低效運行的水泵，消除增加系統能耗的各項因素，徹底解決循環水系統的高能耗問題，實現節能最大化。可見，流體輸送節能技術采用的水泵是為冷卻水循環系統量身定做的，比標準泵更符合系統的要求，更貼近系統的最佳工況點。系統管路結合流體力學特性進行設計，并于水泵設備相匹配，管網阻力小，能耗顯著降低。

3 流體輸送節能技術在冷卻水循環系統中的應用

3.1 流體輸送節能技術設計

流體輸送系統中，泵類機械通常是與特定的管路相連的，其工作狀態點取決于泵類機械的性能曲線和管路的特性曲線[2]。因此，確定系統管路的特性曲線是提高循環水系統運行效率的關鍵。由于系統已經實際運行，我們可以通過對系統運行工況的在線檢測，采集系統運行中水泵組、管網、末端換熱裝置及冷卻塔等系統的壓力和流量數據，采用計算機模擬仿真進行研究分析，導出系統管路的特性曲線，然后根據泵類機械的性能曲線，找到泵類設備運行中的最佳工況點及系統優化方案。

根據最佳工況點和系統管路的特性曲線，結合系統運行中各工況點的溫差數據，采用計算流體動力學及三元流理論，按照設計參數初步確定水泵機組形式和水泵參數，并進行水力設計。然后模擬計算整體泵機組流場數值，分析和優化不同狀況下的水力損失，最終確定符合系統需求的水力模型和水泵裝置形式，實現泵機組的最高運行效率。

3.2 流體輸送節能技術的實現

（1）定做水泵。根據流體輸送系統的設計，量身定做3臺高效節能泵（WKRL200-55）替換原來的水泵（250-B01 110），水泵點擊功率根據設計計算結果做出調整，由原來的90 kW降低為55 kW。

（2）調整進水管路。重新布局和調整冷卻循環水系統的進水管路，增加一個真空引流灌以及相應的補水裝置、流量儀表、壓力儀表。

（3）在控制柜內安裝計量用電能表及運行累時器。累時器是為了記錄水泵運行累計時間，當水泵運行時，則累時器開始計時，水泵停機則累時器停止計時，水泵再次運行時，累時器繼續從原來的累積時間開始計時。電能表型號為DTS866三相四線電子式，3×1.5（6）A；累時器型號為HB48L，累計計時數為99999小時，穿心式電流互感器型號為LMZ1-250/5，精度為0.5級，穿心匝數1。

（4）拆除原有水泵。在對原有水泵進行拆除前，要關閉暫不運行的備用水泵的進出口閥門。為保證生產的正常運行，應統籌安排，按照順序逐步拆除備用水泵。

（5）高效節能泵的安裝。高效節能泵的安裝要嚴格按照施工圖紙進行，水泵安裝位置要適當，安裝牢固、平穩。安裝時，注意檢查節能泵的進出口處法蘭、短管材等部件是否完好，如需要應更換新部件。

（6）安裝真空引流罐，對出口截止閥DN250進行更換。

（7）對電氣控制柜內電氣保護部分做相應的調整或更換。

4 流體輸送節能技術應用后的能耗評價

某公司2011年5月應用流體輸送節能技術，總結分析流體輸送節能技術應用前后循環水系統運行參數及耗電指標（見表1）。

冷卻水循環系統在流體輸送節能技術應用前后耗電指標的分析，冷卻循環水系統小時耗電應用前的197.72 kW降低為應用后的74.11 kW，應用流體輸送節能技術后的節電率為62.5%。如果冷卻水循環系統按照年運行350天運行，即運行8400 h，則改進前的年用電總量為166.08萬 kWh，改進后的用電總量為62.25萬 kWh，系統每年可節省用電103.83萬 kWh，節約電費近60萬元，經濟效益顯著。

5 結語

目前，我國已把節能降耗提到了國民經濟發展非常重要的位置，其中水泵節能屬國家重點推進的十大節能領域之一的電機系統節能范疇。據2001年聯合同工業發發展組織及國家發展改革委員會“中國電機系統節能項目組”進行調查結果顯示：我國沒有改造的泵類產品效率平均比國外低5%～8%，而整個水泵系統的效率要低20%左右[3]。可見，泵類系統的節能改造勢在必行。流體輸送節能技術可對系統數據進行采集分析，實現系統診斷和系統優化，整改不利因素，按照系統最佳工況點運行，在實際應用過程中節能效果顯著，解決了企業傳統循環水系統存在的大流量、低效率、高能耗的狀況，提升了系統運行效率和能源利用率，顯著提高了企業的經濟效益，是值得大力提倡和推廣應用的現代化新型節能技術。

參考文獻

[1] 劉成基，鄧文勝.流體高效節能技術在冷卻水循環系統的應用[J].四川水泥，2012，2：80-84.

[2] 鄧永春，向波.流體高效節能技術在冷卻循環水系統的應用[J].四川有色金屬，2013，3：54-57，66.

[3] 張陽.循環水泵的節能改造技術及應用[J].化學工程與裝備，2013，12：118-121.endprint

摘 要：傳統的冷卻循環水系統效率低、能耗大，已不能滿足現代企業對生產過程中高效、節能的要求，降低了企業的經濟效益。而采用流體輸送高效節能技術，可在不改變系統流量和壓力的前提下提高冷卻循環水系統效率，且節能效果顯著，可靠性強。本文通過分析傳統冷卻水循環系統存在的問題及流體輸送節能技術的特點，探討了流體輸送節能技術在冷卻水循環系統中的應用方法及節能效果。

關鍵詞：冷卻水循環系統 流體輸送 節能

中圖分類號：TQ172 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（b）-0058-02

傳統的冷卻循環水系統實際工作過程中，狀態點偏離最佳工況點，無效阻力大，出現能耗大、效率低的現象。傳統的“變頻節電”、“三元流葉輪”等節電技術局限性大，節能效果不顯著，難以滿足企業的生產要求。流體輸送高效節能技術是一種系統糾偏優化技術，能有效糾正系統運行時的工況點，使之恢復到系統的最佳工況點，提高設備的工作效率，降低能耗。

1 冷卻水循環系統高能耗問題及其原因分析

改進前的冷卻水循環系統為3臺110 kW冷卻水泵和末端冷卻設備組成，屬于開式回路機械循環系統。通常在標準工況下，冷卻水由水泵從冷卻水池送到系統換熱，換熱后被送回冷卻塔中冷卻，如此循環利用。冷卻水的損耗由供水系統補給。但實際情況下，冷卻水循環系統的水泵配套管路設計與施工不理想或運行工況發生變化，水泵運行的實際工況會不可避免的偏離最佳工況點，甚至會較大偏離，這就降低了泵機組的運行效率，加之國內大部分的水泵及電機結構設計、制造工藝都相對落后，水泵運行效率低，增加了整個系統的運行能耗。同時，由于管網設計落后，造成水循環過程中管網無效阻力較大，無效耗能大，這也是系統效率低、能耗高的重要因素。另外，原有系統往往存在水泵型號與系統裝置不匹配的情況，使得水泵在超流量、低揚程區運行，效率很低，造成水泵的運行功率超出軸功率，甚至超過了電機的配套功率。為了防止超電流，企業通常會關閉一部分水泵的出口閥門，這就造成了能源的浪費。

2 流體輸送節能技術

傳統冷卻水循環系統多采用變頻技術節能，只是在原有系統上安裝變頻器及相應控制系統，單純通過變頻調速，調整輸送流量，節能效果不明顯且無法計量，可靠性差。而流體輸送節能技術不同于變頻節能技術，它是利用管路流體力學特性，對循環水系統進行糾偏，使之按照最佳工況運行的高效節能技術。其技術原理為：針對化工企業冷卻水循環系統運行中普遍存在的低效率、高能耗的情況，以使系統按照最佳工況運行為原則，以降低能耗、提高效率為目標，采集系統各項運行的數據，利用“CFD”數據模擬技術，建立專業的水力數學模型以及參數采集標準[1]，對系統進行數據分析、系統診斷、系統優化，來準確找到最佳的工況點，使泵送設備和管路系統匹配，然后通過整改不利因素，按最佳運行工況的參數定做高效節能泵，以替換原有的不利工況、低效運行的水泵，消除增加系統能耗的各項因素，徹底解決循環水系統的高能耗問題，實現節能最大化。可見，流體輸送節能技術采用的水泵是為冷卻水循環系統量身定做的，比標準泵更符合系統的要求，更貼近系統的最佳工況點。系統管路結合流體力學特性進行設計，并于水泵設備相匹配，管網阻力小，能耗顯著降低。

3 流體輸送節能技術在冷卻水循環系統中的應用

3.1 流體輸送節能技術設計

流體輸送系統中，泵類機械通常是與特定的管路相連的，其工作狀態點取決于泵類機械的性能曲線和管路的特性曲線[2]。因此，確定系統管路的特性曲線是提高循環水系統運行效率的關鍵。由于系統已經實際運行，我們可以通過對系統運行工況的在線檢測，采集系統運行中水泵組、管網、末端換熱裝置及冷卻塔等系統的壓力和流量數據，采用計算機模擬仿真進行研究分析，導出系統管路的特性曲線，然后根據泵類機械的性能曲線，找到泵類設備運行中的最佳工況點及系統優化方案。

根據最佳工況點和系統管路的特性曲線，結合系統運行中各工況點的溫差數據，采用計算流體動力學及三元流理論，按照設計參數初步確定水泵機組形式和水泵參數，并進行水力設計。然后模擬計算整體泵機組流場數值，分析和優化不同狀況下的水力損失，最終確定符合系統需求的水力模型和水泵裝置形式，實現泵機組的最高運行效率。

3.2 流體輸送節能技術的實現

（1）定做水泵。根據流體輸送系統的設計，量身定做3臺高效節能泵（WKRL200-55）替換原來的水泵（250-B01 110），水泵點擊功率根據設計計算結果做出調整，由原來的90 kW降低為55 kW。

（2）調整進水管路。重新布局和調整冷卻循環水系統的進水管路，增加一個真空引流灌以及相應的補水裝置、流量儀表、壓力儀表。

（3）在控制柜內安裝計量用電能表及運行累時器。累時器是為了記錄水泵運行累計時間，當水泵運行時，則累時器開始計時，水泵停機則累時器停止計時，水泵再次運行時，累時器繼續從原來的累積時間開始計時。電能表型號為DTS866三相四線電子式，3×1.5（6）A；累時器型號為HB48L，累計計時數為99999小時，穿心式電流互感器型號為LMZ1-250/5，精度為0.5級，穿心匝數1。

（4）拆除原有水泵。在對原有水泵進行拆除前，要關閉暫不運行的備用水泵的進出口閥門。為保證生產的正常運行，應統籌安排，按照順序逐步拆除備用水泵。

（5）高效節能泵的安裝。高效節能泵的安裝要嚴格按照施工圖紙進行，水泵安裝位置要適當，安裝牢固、平穩。安裝時，注意檢查節能泵的進出口處法蘭、短管材等部件是否完好，如需要應更換新部件。

（6）安裝真空引流罐，對出口截止閥DN250進行更換。

（7）對電氣控制柜內電氣保護部分做相應的調整或更換。

4 流體輸送節能技術應用后的能耗評價

某公司2011年5月應用流體輸送節能技術，總結分析流體輸送節能技術應用前后循環水系統運行參數及耗電指標（見表1）。

冷卻水循環系統在流體輸送節能技術應用前后耗電指標的分析，冷卻循環水系統小時耗電應用前的197.72 kW降低為應用后的74.11 kW，應用流體輸送節能技術后的節電率為62.5%。如果冷卻水循環系統按照年運行350天運行，即運行8400 h，則改進前的年用電總量為166.08萬 kWh，改進后的用電總量為62.25萬 kWh，系統每年可節省用電103.83萬 kWh，節約電費近60萬元，經濟效益顯著。

5 結語

目前，我國已把節能降耗提到了國民經濟發展非常重要的位置，其中水泵節能屬國家重點推進的十大節能領域之一的電機系統節能范疇。據2001年聯合同工業發發展組織及國家發展改革委員會“中國電機系統節能項目組”進行調查結果顯示：我國沒有改造的泵類產品效率平均比國外低5%～8%，而整個水泵系統的效率要低20%左右[3]。可見，泵類系統的節能改造勢在必行。流體輸送節能技術可對系統數據進行采集分析，實現系統診斷和系統優化，整改不利因素，按照系統最佳工況點運行，在實際應用過程中節能效果顯著，解決了企業傳統循環水系統存在的大流量、低效率、高能耗的狀況，提升了系統運行效率和能源利用率，顯著提高了企業的經濟效益，是值得大力提倡和推廣應用的現代化新型節能技術。

參考文獻

[1] 劉成基，鄧文勝.流體高效節能技術在冷卻水循環系統的應用[J].四川水泥，2012，2：80-84.

[2] 鄧永春，向波.流體高效節能技術在冷卻循環水系統的應用[J].四川有色金屬，2013，3：54-57，66.

[3] 張陽.循環水泵的節能改造技術及應用[J].化學工程與裝備，2013，12：118-121.endprint