大數據技術在循環水系統節能方面的應用

摘?要：隨著互聯網、物聯網、云計算等大數據技術的不斷發展和應用，萬物互聯已經不再是暢想或者空談，而是切實體現在我們生活的方方面面。近年來，大數據技術在工業領域的應用逐漸深入，在幫助企業實現生產轉型和效率提升的同時，也為企業的節能減排工作提供了強有力的支撐。本文對工業生產中循環水系統所面臨的問題，以及能耗監測云平臺所起到的作用進行討論與分析。

關鍵詞：大數據技術;循環水系統;主要問題

一、 冷卻循環水系統

（一）基本概念

冷卻循環水系統是以冷卻水為換熱媒介，經輸送、換熱、降溫和再循環的一套給水系統，按照運行方式主要可分為敞開式和密閉式兩大類。本文主要討論在工業生產領域中應用最為廣泛的敞開式冷卻循環水系統（以下簡稱“循環水系統”）。

循環水系統主要包括循環水泵、風機、冷卻塔、集水池、輸送管道、控制閥門和換熱器等設備和設施。循環水系統在石油、化工、鋼鐵和水泥等重點用能單位的生產過程中，承擔著重要的輔助功能，是不可或缺的環節，所以對該系統實施有效的節能改造，可以幫助企業節約能源成本、提高綜合競爭力。

（二）研究趨勢

對于工業循環水系統節能降耗問題，我國有許多學者進行了討論與分析。其中，鄧鳴研究發現，我國工業循環水用量約占全部工業用水總量的70%，且循環水系統能耗普遍較高，運行效率比發達國家低約20%。郭雷等基于某多晶硅廠循環水系統的運行現狀和能耗分析，提出了更換高效水泵的節能建議，改造后綜合節電率約為31%。劉國亮等從我國循環水系統存在的問題出發，探討了系統優化方案，對循環水系統的節能改造具有一定的指導意義。

二、 存在的主要問題

（一）設備選型不匹配。部分企業的循環水系統存在選型盲目、供需不匹配等現象，高揚程、低流量、“大馬拉小車”等狀況時有發生，進而造成流速慢、換熱差、效率低等不良后果，能源浪費較為明顯。

（二）運行工況不經濟。大量企業在調整循環水系統運行模式時，往往以冷卻水最遠端的需求為量綱，確定投運水泵機組的數量，這一方式最為簡單，卻也往往造成了近端管壓較高、換熱溫差小等現象，不利于循環水系統的經濟運行。

（三）參數監控存盲區。傳統的循環水系統監控參數主要包括：進出口壓力、進出口溫度、主管流量、支管流量等，監測點較少、數據較為籠統，對于各單元的實際需求和冷卻效果存在一定的監控盲區。

（四）巡檢維護憑經驗?；旧纤衅髽I對于循環水系統的巡檢維護仍停留在“頭痛醫頭腳痛醫腳”的階段，對于反復出現的故障或者損壞，缺乏系統性的判斷與分析。

三、 能耗監測云平臺優勢——以A平臺為例

（一）云平臺概況簡介

A平臺依托于CFD軟件Fluent源程序，并通過與國內外行業專家合作，以及多達百余家高能耗用能企業現場實驗與論證，從而研發出應用于流體、熱傳遞和化學反應等工業能耗數學模型。該模型通過采集溫度、壓力、流量、電流等一系列工藝參數和能耗數據，高精度還原出邊界范圍內生產運行狀況，評估出各部分的用能需求，準確查找出能源浪費的節點，并提出具有針對性的節能建議，幫助企業提高能源利用效率，降低能源成本。

（二）云平臺主要功能

1. 設備能效監測，實時顯示出企業耗電設備的電力參數，主要包括：電壓、電流、功率和功率因素等，實現設備能效的實施監控。

2. 節能概況總覽，直觀展示出項目節能改造前后的負荷對比和用能量，并可以顯示出單位節能量、累計節能效益及減少二氧化碳排放量等數據。

3. 電量監測分析，對接入平臺用戶的日耗電量、月耗電量進行連續統計，并實現同期對比和環比分析等功能，為企業用電的精細化管理提供保障。

4. 智能報警系統，以多節點傳感器監測為基礎，實現目標企業的全面生產管理（TPM），對于系統異常、設備故障等突發狀況進行有效的監控和預警，保障企業生產的安全穩定運行。

四、 實例應用——以某企業X車間循環水系統為例

（一）X車間循環水系統運行現狀

該車間循環水泵運行方式為2用1備;供水平均溫度為32.2℃，回水平均溫度為34.6℃;回水總管分兩路上塔，閥門開度分別為50%和40%。根據采集的設備和運行參數進行建模分析可知：系統中循環水泵運行工況不經濟，供水系統阻力較大，運行電耗較高;若通過調節閥門開度來縮減系統阻力，又可能導致水泵電機超電流，進而造成設備損壞。因此，該循環水系統能效較低，有較大提升空間。

（二）節能改造措施

在X車間循環水系統的供水、回水和主要換熱設備處，加裝溫度、壓力等傳感設備，采集基礎數據上并傳至A平臺。在此基礎上，結合底庫數據建立流體換熱模型，并提出具體的節能措施：對原循環水系統3臺循環水泵中的2臺實施高壓變頻改造;剩余1臺轉為備用應急泵，在高壓變頻裝置等設備出現故障或者運行維護期間啟動，保障循環水系統的正常運行。

改造后，在遵循系統安全的前提下，根據云平臺數據監測和系統模型的分析結果，對循環水系統中的母管主閥、換熱調節閥門、水泵運行工況等進行精確調控，替代原有的粗放管理模式，在滿足換熱要求的前提下，盡可能做到系統能效最優化，節電率保守評估約為25%。與此同時，A平臺數據每秒更新一次，對于系統異常和設備故障均有實時報警功能，實現了全天候監控，為企業的安全生產保駕護航。

五、 結論

隨著經濟社會的飛速發展，能源資源日趨緊張，各企業對于節能降耗、降本增效的意愿也愈發強烈，如何挖掘節能潛力，并提出切實有效的節能措施，成為企業關注的重點。大數據技術為人們指明了方向，它可以實現實時監測、動態平衡、系統優化和整體提升，未來在工業節能領域大數據技術會得到更多的應用和發展。

作者簡介：張祥，南京市節能技術服務中心。