应用三元流技术实施循环水系统节能改造

节能工程上海节能应用三元流技术实施循环水系统节能改造中国石化.上海石油化工股份有限公司杨胜宇车永军摘要:根据循环水泵的实际运行工况,在原来循环水系统的水泵主体、系统管路、电机等不作改动前提下,采用三元流叶轮改造技术,重新设计高效三元流叶轮,更换于原水泵叶轮,并且对水泵的过流部件进行特殊的涂层处理优化水泵系统操作,使水泵运行效率大幅度提高,最终达到了系统节能目的。关键词:三元流;水泵;叶轮;节能.Apply Ternary-Flow Technology to Implement EnergySaving Reformation of Circulating Water SystemYang sheng yu, Che yong junAbstract: Under the premise of unchanged pump body, circulating water system piping,electrical units and based on actual operation of circulating water pump working condition, itapplies ternary-flow technology and redesigns efficient ternary- flow impeller to replace originalimpeller and finish special coating treatment for pumps flow components to optimize waterpump systems operation, to make the pump efficiency significantly improved. Eventually systemwill reach energy- -saving purpose.Keywords: ternary-flow, pumps, impeller, energy-saving1项目背景右,主要由P402、P404、P406、P407并联运行;低谷中国石化上海石油化工股份有限公司化工事期:流量为9300m/h,主要由P405、P406、P407并业部(以下简称化工部)成立于1998年11月,位于联运行。冷却循环水系统具体的运行方式根据生产金山区金-路700号,占地面积90余公顷。化工部系统的需求而定,系统的主要工艺指标是控制系统主要以乙烯、丙烯为原料,生产乙二醇、环氧乙烷、压力的稳定。聚乙烯醇、醋酸乙烯、丙烯腈、氰化钠、化学助剂等50余种产品。.2循环水系统高能耗和节能改造方法分析化工部供1 #乙二醇装置的冷却循环水系统改2.1影响水泵高能耗的主要因素造前，其用水高峰期运行时,流量在11500m/h左1)正常老化影响。化工部循环水泵已经运行近[作者简介]杨胜宇,男, 1971 年出生,现就职于上海石油化工股份中国煤化工工业大学工商管理专.业,本科学历,工程师。YHCNMHGSHANGHAI ENERGY CONSEHVATION372012年第5期， hanghai Energy Conservation上海节能节能工程20年,过流部件的表面经过长期运行磨损冲刷,部件论、国际先进的流体动力学技术(CFD)。“江苏大学表面变得凹凸不平,从而降低了水泵的运行效率;流体机械工程技术研究中心”引进世界先进的流体2)沿程阻力影响。系统管路配置等因素造成动力学分析软件FLUENT. CFX-TASCflow等,通过“流程阻力”而增加的能耗。如整个流程中的“沿程对水泵内部流动性能优化、预测技术进行研究,同阻力”和集中在很短流程内的流体收缩,扩大和拐时还配备了相应的硬件, 18CPU Linux操作系统并流等急剧变化的造成的能量损失;行机群以及美国的SGI Octance V10图形工作3)阀门开度影响。水管出口阀门开度的大小，站，结合多年在循环水泵系统节能改造的经验,并会直接影响水泵的耗能。如出口节流阀开度大(超通过生命周期成本分析(LCC ),提供最佳叶轮改造过工况额定点),也会降低泵的运行效率。能耗会增方案,实现系统改造投资的最小化,最低的运行成高(若采用调节吸入阀,会使吸入压力降低，因而产本和最佳的节能效果。生气蚀);叶轮机械三元流动理论,是把叶轮内部的三元4 )泵型落后:水泵本身的运行效率低;立体空间无限地分割,通过对叶轮流道内各工作点5)偏离工况:水泵的额定性能参数与实际工况的分析,建立起完整、真实的叶轮内流体流动的数所需的性能参数有较大偏离。学模型。依据三元流动理论设计出来的叶片形状为2.2水泵节能改造方法比较不规则曲面形状，叶轮叶片的结构可适应流体的真水泵节能改造的方法很多,通常采用以下几种实流态,能够控制叶轮内部全部流体质点的速度分方法:布。因此，应用三元流动理论设计的水泵,运行效率1 )叶轮切削。纠正水泵的额定性能参数与实际得以显著提高。工况所需要的性能的偏离现象，而采取叶轮切削，化工部本次循环水泵改造，就是通过与节能技这是最简单的“治标”节能改进方法;术服务公司合作,采用了“江苏大学流体机械工程2)变频调速。采用对电机进行变频调速,这是“成本高,对电网有干扰”的节能方法;3)更换为高效水泵。将以前运行效率较低的水泵,改为高效水泵。这种方法在一-般情况下需要变动原有管路、电机和水泵安装基础,需要投入的成本较大;4)三元流叶轮改造。保持原来水泵主体、管路和电机,根据水泵实际运行工况、性能等要求，更换“高效三元流叶轮”,这是“花费少,省钱多”的最佳节能方法。化工部通过综合考虑和认真分析,最终决定对循环系统水泵采用“三元流叶轮改造技术”,在原水泵上进行改造,力求获得改造周期短、节能收益快的效果。3三元流技术节能原理三元流叶轮改造技术是依据三维叶轮设计理中国煤化工翻及三维圉MHCNMHG38! SHANGHAI ENERGY CONSERVATIONI 2012年第5期节能工程上海节能技术研究中心”三元流技术的叶轮改造方案。根据按照高峰期年运行4800h,低谷期年运行现场系统管路及泵的安装布置,对系统中泵的实际3600h分析。运行参数进一步核算,实施最有效而简捷.又不影改造前系统年电耗为:响系统现场运行的实施方案，就是在原泵主体、系2555. 9KW x 4800h+2017KWx 3600h=统管路、电机等不作改动的前提下,对系统中的七1952.952(万kWh/a)台泵叶轮均进行水力改进,利用先进的CFD流体设2)项目改造后用电情况:计软件,及三元流叶轮设计方法,重新设计高效三对1 #乙二醇装置循环水系统水泵改造后运行元流叶轮(见图1),使泵的运行效率大幅度提高,从工况与改造前相同,根据流量和扬程对应关系对每而降低系统运行能耗。台泵对应的流量和运行效率做了评估,高峰期和低谷期能耗统计如表3.表4。4项目主要改造内容表3改造后高峰期能耗统计化工部循环水泵三元流节能改造项目,自2010年3月15~20日，先对1#循环水泵房的泵号P402T P404| P40EP407总能耗(P-401 )水泵进行改造测试，获得满意效果后,于能耗(kW)[ 379.7] 587.6 611.1 611.1 2189.3 J2010年10月对其余6台进行改造，至2010年12月全表4改造后低谷期能耗统计部完成改造安装。主要改造内容为:P405P406P407总能耗1 )对1#乙二醇装置循环水系统现有的水泵(共能耗(kW)584.81754.47台.3个型号)的运行情况进行效率评估,并对泵腔体的实际尺寸进行测绘(测绘3台泵);同样按照高峰期年运行4800h,低谷期年运行2)利用先进的流体设计CFD软件及三元流叶3600h分析 ,改造后循环水系统年电耗为:轮设计方法,重新设计高效的三元流叶轮;根据设2189. 3KW x 4800h+ 1754.4KW x 3600h=计结果,制造水泵的三元流叶轮;1682. 448万kWh/a3)调换现有循环水泵的普通叶轮为三元流叶3)项目改造后节电量计算:轮[共7台)。年节电量=改造前能耗-改造后能耗=1952. 952 - 1682.448 =270.504万KWh/a5项目改造前后水泵运行用电情况节电率=年节电量/改造前能耗x 100%5.1按照水泵电机额定功率来计算节电量= 270. 504/1952.952 x 100%= 13.85%1)项目改造前用电情况:5.2按照水泵实际电耗计算节电量根据流量和扬程对应关系对每台泵对应的流1 )2010年12月与2009年12月比较:量和运行效率做了评估,高峰期和低谷期电耗统计因2009年12月初装置有停车检修，泵房是从如表1、表2。2009年12月5日开始运行的.故12月份对比的有效表1高峰期电耗统计时间为27天。运行状况是:7台泵开4台备3台。4台P402 P404 P406 P408| 总能耗累计运行时间为2496h,用电量为140.67万kWh。|能耗(kW)[ 517.5[ 622.8 712.4 703.2 2555.92010年12月份，对比相同的27天。运行状况表2低谷期电耗统计是:7台泵开4台备3台。4台累计运行时间为2496h,用电量为12087万kWh.592.1721.7703.22017中国煤化工率为14.08%;THCNMHGSHANGHAI ENEAGY CONSERVTION 392012年第5期， hanghai Energy Conservation上海节能节能工程2)2011年1月与2010年1月比较: .化工部1#乙二醇装置循环水系统改造后,按2010年1月,全月对比时间为31天,运行状况照每月节电量20.6万kWh来计算,每年实际节约用是:7台泵开4台备3台。4台累计运行时间为2976h,电为:用电量为168.70万kWh; .20.6万KWh/月x 12月=247.2万kWh/a2011年1月,全月对比时间为31天,运行状况1)经济效益计算按照目前电费价格0.71元/kWh计算，化工部.用电量为145.51万kWh。.1#乙二醇装置循环水系统改造后，年节电247.2万节约电量23.20万kWh,节电率为13.75%。kWh,可降低运行成本175.5万元/a。3)2011年2月与2010年2月比较:2)社会效益计算2010年2月,全月对比时间为28天，运行状况根据专家计算口径，每节约综合能耗1t标准是:7台泵开4台备3台。4台累计运行时间为2688h,煤,将减少二氧化碳排放2.46t。按化工部循环水系用电量为152.24万kWh;统改造后年实际节约用电为247.2万kWh折合标准2011年2月,全月对比时间为28天,运行状况煤(按当量值计算)为303.8t,相当于减少二氧化碳排放747.4t。.用电量为133.44万kWh。节约电量18.80万度,节电率为12.36%。6结论改造前7台泵开4台备3台每月平均用电量为化工部通过1#乙二醇装置循环水系统进行三153.87万度,改造后7台泵开4台备3台平均每月用元流节能技术改造后,获得的经济效益社会效益电量为133.27万度，平均每月节约用电20.60万明显,三元流节能技术近年来已在石化系统得到了kWh,节电率为13.4%。广泛应用,取得了良好的效果,值得在循环水场系5.3经济、社会效益计算统推广应用。美国科学家利用无害病毒将机械能转换成电能最近，据美国物理学家组织网报道,美国能源好的病毒M13噬菌体，菌体可在几小时内复制数部科学家利用--种对人类无害的病毒开发出将机百万,以确保电能供应稳定。同时,利用基因工程添械能转换成电能的技术。.加了4个带负电荷的氨基酸残基到螺旋蛋白质并该新型发电技术是利用生物材料的压电性能覆盖在病毒上,这些残留物可增加蛋白质两端之间来产生电力。研究人员将经过特别设计的病毒涂在的电荷差异,从而提高了病毒的电压。电极.上,用手指轻敲邮票大小的电极,病毒即会将研究人员称,新技术首次向个人发电机、在纳敲击的力量转换成电流。由于病毒自身可进入一个米 器件中使用驱动器及基于滤过性毒菌的电子设有序的薄膜中以驱动发电机工作,该新型发电机为备迈出了很有前景的一步。制造微电子器件指出了-一个简单思路。据介绍,研究人员采用了只攻击细菌而对人友中国煤化工(摘自英大网)YHCNMHGI 40 SHANGHAI ENERGY CONSERVATION2012年第5期