風機降低能耗提高風量的技術應用

王乃充，張洪亮

（1.中國石油吉林石化公司乙二醇廠，吉林吉林 132022；2.吉林吉化建修有限公司，吉林吉林 132021）

0 引言

風機是循環水散熱主要設備之一，對其進行改造是提高其散熱能力的主要方式之一。目前吉林石化公司乙二醇廠的風機動能來自電機，不能改變風機動力系統也是制約改造的因素。在當今高質量發展的要求下，很有必要進行技術改進，達到節能和發展目的。

本項目著重對風機葉片進行物理結構上技術改造及效果分析。

1 項目概述

冷卻塔是石化企業的重要設備，均采用軸流風機輸送空氣，其狀態好壞直接影響整個產線的穩定順行。風機葉輪是唯一和氣體作功的部件，風機的效率與葉片的型式有關。現役軸流風機葉片是普遍葉型，現擬更新成三維型高效節能軸流風機葉片，其葉片按照空氣動力學原理沿徑向設計成不同的扭曲度，實現相同風量工況下運行能耗降低目的。

新型葉片采用中空結構且通過高壓包模工藝制造，中空部分沒有任何金屬嵌件、探條，并添加碳纖維及防腐防紫外線材料，因此風機葉片能夠達到最適宜的強度、硬度、耐腐蝕、防水、抗紫外線侵蝕。葉片迎風面涂有額外防腐蝕環氧油漆，以確保風機在高溫、潮濕的環境下正常運行。

2 翼型的理論、指標及特點

2.1 翼型定義

葉片翼型的氣動性能具有決定性的影響，高性能的翼型研究及運用一直是葉片的發展方向，風機升阻比是重要的參數。本次擬采用風機獲得國家專利（發明專利證書號：第1674631）的葉片生產單位產品。具有效率高、噪聲低、運行平穩等特點。

2.1 升阻比K

葉片在運動過程中，在同一迎角的升力L 與阻力D 的比值，也是升力系數CL與與阻力系數CD的比值，即K=L/D=CL/CD。其中，升力系數CL、與阻力系數CD由翼型來決定。

升阻比K 是評定風量大小特性重要的指標，也是體現葉片效率的一個重要參數。對于已經確定的風機電機，葉片制作及迎角的設計是關鍵。影響翼型葉片參數，其中葉片異形是設計關鍵，該企業具備設計和生產能力并有業績。

2.3 新葉片性能及特點

應用空氣動力學原理，設計出高效能的最佳形狀的葉片。新設計的葉片異形，其相關參數見表1。

表1 葉片異形的相關參數

新型葉片有如下特點：①更低吸水性；②更好的表面拋光；③唯一性，量身定制、一對一、面對面；④簡單，只需更換葉輪與輪轂，電機、減速機等其他部保不變；⑤高效性，運用空氣動力學原理進行設計，提高葉輪的升阻比，從而將效率可以提高到86%～90%；⑥安全性，葉片原料的特性，采用碳纖維，在動力學條件下，安全因素超出10 倍；⑦平衡性，進行動、靜平衡測試，風機葉片和輪轂；⑧節能率達到10%以上，可在較短時間內回收成本；⑨安環評價無新的環保、消防及安全問題。

3 計算過程

3.1 節能率計算

根據公式，節能率η＝（I2-I1）/I2。其中，I1為改前電流（由電氣儀表鉗形表測出），I2為不改葉片情況下風量從Q1（改造前實際測量）到Q2（改后并調整葉片角度的風量）所需要電流。

根據風量和電流的關系，可知I2＝（Q2/Q1）3I1。進而可以計算得到節能率。

3.2 數據采集

測點布置根據風筒直徑，在兩條相互垂直的直徑上，按等環形面積法各布置10 個測點（圖1），用風速儀測試各點流速。其中，ΦD為風筒直徑，Φd為無效區直徑。

體積流量用Q 表示，指風筒各點流速平均值乘以風筒有效面積，Q=v×A×3600。其中，A 為有效面積，m2；v 為平均風速，m/s。，其中，R 為測量點直徑，R0為無效區直徑。

圖1 測點布置

3.3 節能估算

3.3.1 設備的節電量計算

風機規格為ZJK470，單臺設備功率30 kW。按全年運行7200 h（300 d）、電費0.88 元/（kW·h）、電機消耗功率為0.85、節能率為0.1 計算，年節能18 360.00 kW·h（相當于噸標煤值1.35），每年節電費用16 156.00 元。即：年節電金額＝電機消耗功率×節能率×年運行時間×電費×負載率，即30×7200×0.1×0.88×0.85＝16 156 元。

3.3.2 風量和水場水蒸發的速度、水溫及環境溫度關系

不更換電機改造前、后的實測電流不變的情況下，風機實測風量平均增加5%以上。

一定大氣壓下，在水的溫度一定時，一定風量，環境溫度比水大時，水的蒸發速度快，環境溫度比水小時，換熱快，同時蒸發主要看風量。當環境溫度比水小時，水與風的接觸面積一定下，風量越大水的蒸發速度快，反之則慢。

這里有很多先決條件，它實際上涉及很多方面，是各種各樣的因素的組合，情況非常復雜。熱力學公式具體情況下時按相應進行計算。

3.4 投資回報

更改一臺的費用約4.7 萬元，相當于4.7/1.6156＝2.9 年可以收回投資。

目前，101 廠水汽車間（動力形式為電機）已經改造一臺，丙烯睛廠一循車間（動力形式為水輪機）改造兩臺。

4 驗收標準及雙方職責界定

改造后設備的驗收標準見表2。

表2 改造后的驗收標準

雙方職責的界定。

甲方（設備使用方）：①負責對乙方人員進行安全教育與危險源交底；②為乙方人員提供作業過程中的安全防護措施，并派專員現場安全監督；③負責舊風機拆卸和新風機的安裝；（改造不含安裝費）④負責檢測用的腳手架搭設等工作。

乙方（設備提供方）：①乙方人員應遵守甲方的各項制度與安全規程；②現場作業聽從安全監督員的指揮，服從管理；③做好新、舊風機相關性能參數的檢測，并做好記錄；④對新安裝的風機進行認真調試，滿足業主使用要求。

5 設備安裝的注意事項

（1）人員。人員進入現場前進行安全教育。

（2）安裝前檢測。安裝前期調研檢測，現場了解現役風機型號規格、設計風量、配套電機、運行電流、安裝尺寸等基礎數據；并對實際風機運行的風量、風壓進行測試。時間兩周。

（3）設計制作。產品設計制造，分析設備現狀與不足，針對性的設計及制作，確保改造有效性。周期兩個月。

（4）現場組裝。現場安裝調試，不影響生產，利用設備停機檢修或系統熱負荷較小時間更換安裝葉輪。安裝隊人員、落實施工材料，風機葉片組件、輪轂組件等運至現場。

（5）工機具準備。配備相應噸位的吊車，安排現場吊裝作業及其它配套工作準備。

（6）更換。配合施工單位組織檢修人員（5 名），且配備力矩扳手，在設備提供方現場技術人員指導下按照風機安裝說明書，進行作業。

（7）更換檢測。風機安裝結束，進行試車。并測試改后的風量和運行電流情況。

（8）周期。預計整個安裝周期為3 個月。

6 設備的維修

日常維修需要按照企業檢修標準，設備的管理維護要求和專業特點以及合同條款組織檢修，以保證裝置安全穩定長周期運行。