循环水系统的设计过程和总结.doc

循环水池设计与节能

概述
在我公司的生产过程中，普遍利用循环水池冷却塔将生产工艺中的废热置换排放出来。公司现有大小近20个（生产一区、二区、三区）冷却循环水池，其每年的用电量是公司总能源消耗量重要一部分，例：生产三区去年年总消耗电量约8954万千瓦时，单循环水池用电量3366.5万千瓦时，占用电总量的38%。由此可见，循环水池的节能设计是节能工作的重要环节。

关键词 循环水池 节能设计 循环水泵

公司目前循环水池现状
由于历史原因，公司目前的循环水池存在较多不合理的设计，主要表现在以下几点：
1、 为规划的美观和节约前期投资资金，循环水池早先设计尽可能采用集中方式建设，例现有生产二区9200立方循环水池，近可以向22分厂小赖氨酸车间供水，远可以向21分厂粉碎车间供水，充分反映了当初设计集中建设这一原则，同时，集中建设带来了运行生产浪费能源的弊端，在较长管线的输送过程中，将产生较大的压力降，降低供水泵的使用效率，21分厂至大循环水池循环水管线总长约800米，在输送过程中，可能带来的压力降约0.06Mpa。
2、 为了操作和设计方便，循环水泵的供给方式采用集中供水，即首先估算使用单位的用水压力，然后粗略降供水压力大致分级，以最高压力作为供水压力。例如，某项目需求用水如下：
单元装置区
需求用水压力
需求用水量
A
10米
2340立方/时
B
20米
1400立方/时
C
30米
1300立方/时
D
40米
1620立方/时
E
50米
1800立方/时
F
60米
2020立方/时
我们在设计时，可能考虑到为减少设备的占地面积和维修方便（能够做到零件互换和节约备品备件），将泵房供水能力大致分成压力0.3Mpa的循环水5040立方/时，0.6 Mpa的循环水5440立方/时。
根据调查结论：

循环水泵压力
循环水泵流量
须配电机功率
10米
2340立方/时
110KW
20米
1400立方/时
132 KW
30米
1300立方/时
160 KW
40米
1620立方/时
280 KW
50米
1800立方/时
400 KW
60米
2020立方/时
560 KW
合计总功率为1642 KW。
按照原先设计
循环水泵压力
循环水泵流量
须配电机功率
30米
5040立方/时
680KW
60米
5440立方/时
1115 KW
合计总功率为1795 KW。
由此可见，泵房压力集中供给带来的能源浪费。
3、 为节约泵房占地面积，采用大泵供给方式。例生产三区蒸馏循环水系统采用4台450KW循环水泵供给，当蒸馏车间循环水需求负荷变化时，常会出现供水系统开启一台泵不能满足生产需要，开启两台泵又会大马拉小车，只能简单的通过关闭泵的出口阀门来调节流量，造成能源浪费。
4、 设计时，循环水供给系统的供水管线和回水管线管径一样，即设计的出水流速和回水流速一样。此种情况容易造成车间在使用循环水的时候，循环水容易向低管阻区域涌流，而高管阻循环水流量偏小，出现“争水”现象，在操作上通常采用加大循环水供给流量的方式来满足需求。

5、 设计、施工完成后，即代表投资建设完成，并无跟踪调查，检查设计时的安全系数是否过高，检查设备使用是否在正常的工况范围内，设备的效率是否最高。
6、 管道经济流速通用，均为2~2.5米。在年使用率较高的管线中，能源浪费的钱远大于一次投资的钱。

目前冷却系统较为合理的泵房设计方案有：
1、 确定合理的循环水池位置，水池数量，原则是尽可能就地选址建造循环水池，较远处可以单独建造。
2、 泵房的供水压力以循环水需求流量大的压力为基准，可以兼顾部分很小流量的低压循环水。需求循环水压力较高的生产装置可以采用单独供给或二次加压方式供给。
3、 要选择高效率的水泵。
4、 水泵应大小搭配，合理组合。
5、 推广采用变频调速泵，节约能量。近年来，国内外广泛采用变频调速泵，即根据管网水量变化自动调节水泵转速达到节省能量的效果。实践表明泵站的经常运行费用（主要是动力费用）占水厂制水成本的50%甚至更大，为了降低水厂制水成本，在新水厂设计时，不但考虑水泵大小搭配合理，而且应采用变频调速这一新的节能技术。例如四川某厂在水厂设计时采用变频调速节能技术，一年为该厂节约运行费约10万元，所增加的投资在二年内收回。对已建成的水厂可进行技术改造、引入变频调连节能技术，虽说要投入一部分资金。但长年节能，所需费用可在短期内收回，并达到降低制水成本的目的。
6、 根据管道的年使用率，重新确定经济流速，同时供水管线流速要远大于回水管线流速。
7、 反向建设方式确定泵的型号，首先拟定泵的型号，投入正常生产后，检测泵是否在正常的合理范围之内，如果泵在此工况下，效率偏低，可以将检测数据提供给节能厂家，定做供水泵。

在今后的设计中如何考虑节能
1、循环水池位置的选择：
循环水池的建造位置应该就近建造需求循环水量最大的装置区周围，其余生产装置区尽可能建立在循环水池四周，以减少给排水管线长度和弯头，降低管阻损耗，对于较远的生产装置区，可采用单独建造循环水池的方式。
同时尽可能将循环水池建立在地势较高部位，高位供水系统中，生产装置区内的循环水进口压力和出口压力会同时加大，可以满足较多平面层的用水需求。
例如：某项目需求建设一个循环水池，分别向0.00平面、6.00平面和12.00平面供水，如果将水池建在0.00平面，供水压力必须达到0.12Mpa以上方能满足需要，如果将水池和泵房建在12.0平面，只需供水压力大于最远处的管阻压力便能满足供水需求，可以看出，产生很明显的节能效果。
2、设计时尽可能的降低泵的进口管阻。泵的进口管阻的影响，要比同样管阻泵的出口管阻影响大的多。因为在实际的生产运行过程中，泵的进口管阻除会产生压力降外，同时会因为泵的进口管阻大，容易造成泵的进水扩散的流态不稳，存在旋流现象，容易发生“喘振”及“气蚀”现象，降低了泵的吸水能力和效率，造成能源浪费。
3、打破原先循环水压集中供给的设计方式，根据各个项目的提姿对循环水的压力进行统计，按照压力进行分级，首先确定需求流量最大的压力，作为主要供给对象，对于压力低，流量很小的，可以并入确定的压力供给。对于，需求循环水压力大或压力小、流量大的生产单元或设备采用另选泵单独供给的方式。为确保生产的稳定，可以将各个压力区的泵群总管利用连通阀门连接起来，以满足各等级水压系统互为备用。
4、泵的选择
我国水泵耗能总量约占全国总发电量的20～25%，而我国水泵的平均设计效率为75％，比国际先进水平低约5个百分点，因此，泵型号的选择，存在着极大的节能潜力。我们在设计过程中，应当选择水力模型设计先进，高效率，高节能的泵，另外，每种型号的泵都有自身最合理、最高效的运行范围，泵的设计运行工况应该尽量选择或靠近泵自身的运行高效范围。

5、管道经济流速的选择
所谓经济流速是一次投资与运行费用之和最小时的流速为经济流速，而相应的管径即为经济管径。所以选择输配水管管径的大小涉及投资与耗电的大小，管径大基建费用高，电费却省，管径小一次投资省，但水头损失大，水泵扬程高，电费贵。故以往设计中以经济流速来控制。为了更合理设计管网，我们往往采用计算机对管网进行平差，以便降低能耗。根据以上设计原则，我们在计算管道的经济流速时，应当首先确定管道的使用年限、年使用率，多次拟定管径大小，并计算管道的投资和管道寿命内，管阻损失带来的经济浪费金额，以管道投资和运行浪费金额之和最小的管径和流速作为设计依据。为避免装置区或设备的“争水”现象，回水管线的经济流速还需重新确定，通常，为缓解“争水”现象，必须加大供水管线和回水管线的压力差，目前比较经济的方法就是降低回水管线的回水压力，如：一般设计，供水管线的经济流速我们选择1.8-2.5米/秒，回水管线，可以选择1.3-2.0米/秒。
6、 水泵大小搭配
在设计过程中，泵的选择尽可能选流量大、电机电压等级高的泵，通常，流量大、电机电压高泵的效率也同样高，同时配合部分小泵作为调节。在正常的生产过程中，当大泵不在最合理，最节能的工况范围内运行时（既大马拉小车或不能满足负荷需求时）。小泵的选择以大泵额定流量的50%为宜，当一台小泵不能满足需求时，可以再以小泵额定流量的50%添加一台小泵。
7、 跟踪调查
项目建设完毕后，对于已安装的泵进行实地技术测量，收集泵的出口压力、流量和消耗功率，计算泵的实际效率是多少，当泵的效率低于70%时，予以更换。或通过节能技术服务中心，根据测量的技术指标，定做或选择更高效的泵，将原泵予以拆除，更换新泵。此项技术，现已成熟并已推向市场，虽然前期投资较大，可能造成部分设备不能再利用，但节能效果明显。
8、 安装变频器
在一般情况下，水泵采用恒速交流电动机拖动，而用水量却是变化的，为了保证水池的正常供水，工人要在现场经常调节挡板或阀门开度大小来控制水泵的抽水量，或者将水池中用不完的水白白流掉。这样做不仅增大了工人的
劳动强度，而且有大量的电能浪费在水泵阀门阻力的损失上。因此就要求水泵处于变工况运行，若利用变频器进行调速，以调节电动机转速的方法取代调节挡板或阀门，则不仅可以减轻工人劳动强度，还能达到节约电能目的，对提高企业经济效益有重要意义。由电机特性分析可知，均匀改变电机供电频率F，就可以平滑地改变电动机的转速，从而改变泵机的转速；结合泵机特性分析，降低电动机转速，电动机输入功率也随之减少，泵机轴功率就相应减少。这就是变频器控制水泵的节能原理。