工藝冷卻循環水系統節能運行探索

李明

摘 要：隨著產業的不斷發展，節能生產、提高經濟效益成為一項重要指標。目前，在我公司冷卻水循環系統上存在著效率低、能耗大等問題，影響著企業的經濟效益。采用降低流量方法，在不改變供水溫度和壓力的前提下對冷卻循環水系統進行優化。通過提高冷卻水溫差，使該套循環水系統泵組減少運行數量，具有可靠性強、節能效果顯著等優點。

關鍵詞：循環水系統；節能運行；探索

中圖分類號：TK01+8 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0058-02

西安微電子技術研究所長安產業園工藝冷卻循環水系統于2006年投入運行，主要供應生產設備使用。通過熱傳導方式，冷卻水吸收設備的熱量，維持設備正常工作溫度。

該套工藝冷卻循環水系統主要由1座蓄水箱、7臺水泵、2套過濾器、2套板式換熱器、管網等設備組成。冷卻水經水泵加壓、過濾器過濾、板式換熱器降溫后，進入管網，輸送到生產設備，然后返回水箱，如此反復循環。供水要求：溫度15±5℃，水壓0.65±0.05MPa。原運行方式為：5臺水泵并聯運行。水泵電費占總運行成本費用的99%。因此在滿足安全和工藝需求的情況下，節約用電是系統節能降耗的方向。

現場工藝冷卻循環水管網屬于開式系統，冷卻水回水箱管道上，冷卻水直接進入水箱。在這一過程中，流動的水變為靜態水。水流量越大能量損失越大，反之流量越小，能量損失越小。因此冷卻循環水系統節能降耗的關鍵是如何減少流量，減少運行水泵數量。

1 冷卻水節能降耗運行的分析

1.1 降低流量可行性分析

工藝冷卻循環水系統設計冷卻水出水溫度t=15℃，回水溫度t=20℃。溫升Δt=5℃。1天5次測量工藝冷卻水供回水溫度，如表1。

從表中看出，冷卻水回水溫度只升高了1.6℃，循環水溫升小于設計5℃，根據水吸收熱量公式[1]

Q=C×Δt×m

式中：Q-冷卻水吸收的熱量，J/kg；

C-水的比熱容，常數，J/kg·℃·kg；

Δt-冷卻水溫差，℃；m-冷卻水質量，kg。

在吸收一定量的熱量Q條件下，冷卻水進回的溫差Δt與冷卻水量m成反比。冷卻水流量m下降，溫升勢必會增大。而實際情況下回水溫升只有1.6℃，說明冷卻水回水沒有充分吸收的熱量就從生產線返回至水箱，因此現有條件下，提高溫升，以降低冷卻水流量，是可行的。

1.2 壓力變化的分析

根據的管路特性方程[1]H=H0+kQ2，將此方程的關系標繪在H-Q坐標圖上如圖1，既得所示的H-Q曲線，稱為管路特性曲線，式中的k為管路特性系數，它與管路長度、管徑、摩擦系數及局部阻力系數有關。在其他條件一定時，改變管路中的調節閥開關程度，則其局部阻力系數改變，因而管路特性系數k和管路特性曲線的斜率也隨著改變[2]。

減小調節閥門開度，k值增大，管路特性曲線斜率增大，水泵的工作點P將沿泵特性曲線向左移動，管網的流量Q減小，H增大，所需要水泵數量減少，出口壓力增大。因水泵采用變頻控制，出口壓力器自動調整，保證工藝冷卻水供水壓力穩定[3]。

2 現場調整及效果對比

系統運行時，逐步關小工藝冷卻循環水系統的回水閥門，待變頻器頻率將為最低頻率15Hz時關閉。待系統運行穩定后1個月后，檢查冷卻水供水壓力，供回水溫度。

2.1 供水壓力對比

調整前后，壓力曲線、供回水溫度對比如圖2所示

經過調整后，按照預想結果，變頻器通過頻率變化，調整水泵轉速，保證工藝冷卻水供水壓力穩定在0.64Mpa。

2.2 冷卻水溫升對比

調整前后，冷卻水供回水溫度對比如表2所示。

從表中可得知，管網經過調整后，供水溫度提高1℃，仍在供水溫度區間（15±5℃），回水溫度提高3℃，接近設計值20℃。且調整后，溫度差值由1.6℃升高到3.3℃，表明冷卻水充分吸收了機臺熱量，利用率得到大幅度提高。吸收同樣的熱量所需冷卻水量下降，那么返回至水箱的冷卻水流量減少，動壓頭損失減少，能量損失減少。

2.3 運行水泵數量對比

通過調整管網后，關閉了兩臺30kW的變頻水泵，該水泵每年運行電費約1.5*30*24*365*0.95=37.45萬元，不僅節約了水泵日常使用的電費、備件費用，還延長水泵、變頻器使用壽命。

3 結束語

工藝冷卻循環水系統，365天×24小時運行，任何微小的節能措施累積下來產生顯著節能效果。通過對工藝冷卻水循環水系統進行科學分析，并進行初步探索，尋找管網特性與水泵性能匹配的工況點，提高利用率，達到最佳、高效經濟的運行工況，節電效果明顯，值得在各循環水系統節能運行中借鑒。

參考文獻：

[1]王志魁.化工原理（第二版）[M].化學工業出版社，2003：22.

[2]王云鵬，林永輝.流體高效輸送節能技術的應用[J].能源工程，2005.

[3]申付俊.淺析水泵節能技術途徑[J].科技創新與應用，2013（16）：124.