專利名稱：一種循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、化工、化纖、化肥、制藥、熱電等行業(yè)的工藝?yán)鋮s 及設(shè)備和裝置的冷卻，在該技術(shù)領(lǐng)域中，我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家的水泵效率差距并不大，但系統(tǒng)運(yùn) 行效率差距很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家的系統(tǒng)效率在75%左右，而我國(guó)僅45%左右，造成系 統(tǒng)效率較低的根本原因在于系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念、技術(shù)手段以及項(xiàng)目決策和系統(tǒng)運(yùn)行管理上的落后。設(shè)計(jì)時(shí)由于存在不確定因素及相關(guān)設(shè)備性能不穩(wěn)定，因此往往采用容量大于系統(tǒng) 要求的機(jī)泵，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中則出現(xiàn)大馬拉小車的現(xiàn)象，造成能源的極大浪費(fèi)。技術(shù)手段 上，現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和變頻調(diào)速等技術(shù)手段從系統(tǒng)的角度研發(fā)、 開發(fā)應(yīng)用于冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能的力度不足，和發(fā)達(dá)國(guó)家造成差距。項(xiàng)目決策上，決策人 員在系統(tǒng)與設(shè)備規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)往往關(guān)注的是初期項(xiàng)目建設(shè)成本，而不是能源成本。管理運(yùn)行 上，沒(méi)有采用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，憑人工經(jīng)驗(yàn)的落后管理手段造成系統(tǒng)無(wú)效能耗增加和 浪費(fèi)。因此，提高循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)的效率勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法，以克服目前存在的系 統(tǒng)效率低下的問(wèn)題，使循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)運(yùn)行效率得到提高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法，包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集、數(shù) 據(jù)的分析與系統(tǒng)的優(yōu)化，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與分析確定系統(tǒng)中實(shí)際需要的水泵型號(hào)以及相應(yīng)消 除系統(tǒng)存在的閥門損失、局部環(huán)流、高低壓混合、管路堵塞以及不必要的損失。所述的數(shù)據(jù)采集包括水泵和電機(jī)的銘牌資料，泵的連接方式、走向及運(yùn)行方式，電 機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率，泵的進(jìn)出口及上塔的閥門種類、開度和相應(yīng)管徑，水池液位及泵房位置標(biāo) 高，泵的進(jìn)出口及母管的壓力和標(biāo)高，泵的實(shí)際流量、末端最不利工況處即離泵最遠(yuǎn)的用水 設(shè)備及最大用水設(shè)備的進(jìn)、出口壓力，系統(tǒng)中水池與冷卻塔噴嘴處的幾何高差以及水池與 水泵中開面的幾何高差。其中，系統(tǒng)中實(shí)際需要的水泵型號(hào)的確定方法如下首先查看水泵的流量與壓力， 如均接近額定值，則不需更換水泵；否則通過(guò)采集的數(shù)據(jù)繪制系統(tǒng)管路的特性曲線以及水 泵的揚(yáng)程曲線，以其交點(diǎn)為工況點(diǎn)，選擇此工況時(shí)效率最高的水泵型號(hào)替換原系統(tǒng)中水泵。進(jìn)一步，所述的替換原系統(tǒng)中的水泵時(shí)，為了留有放大的余量，新水泵的葉輪直徑 一般選擇水泵性能曲線的第II條所對(duì)應(yīng)的直徑。所述的水泵的性能曲線，由揚(yáng)程、流量、功 率、效率組成。曲線I-III是根據(jù)水泵實(shí)驗(yàn)確定的，每種型號(hào)的泵都有對(duì)應(yīng)的三條或四條葉輪的曲線。如系統(tǒng)實(shí)際流量變化不超過(guò)額定流量的30%，則不需更換水泵，可根據(jù)實(shí)際需要， 放大為水泵性能曲線I所對(duì)應(yīng)的直徑或縮小為水泵性能曲線III所對(duì)應(yīng)的直徑葉輪，以調(diào) 節(jié)流量的大小。本發(fā)明優(yōu)化方法大致的流程與現(xiàn)有的一些優(yōu)化方法是相同的，即現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采 集、分析以及之后進(jìn)行優(yōu)化。其中，數(shù)據(jù)的采集不僅限于上文提到的具體項(xiàng)目，其他沒(méi)有提到的屬于本系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)也包括在內(nèi)。所述的電機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率N，低壓電機(jī)(一般指額定電壓為380V的 電機(jī))的運(yùn)行功率可直接通過(guò)多功能電能測(cè)量?jī)x測(cè)出，高壓電機(jī)(高壓電機(jī)電壓一般為 6000V和10000V等)可通過(guò)測(cè)量實(shí)際的電流I，電壓U，功率因數(shù)cosO，按以下公式計(jì)算 N= V^UIcosC 。更進(jìn)一步，結(jié)合附圖，所述的優(yōu)化可按照如下步驟進(jìn)行1.對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，記錄(1)泵站情況水泵數(shù)量以及使用及備用情況，并聯(lián)/串聯(lián)運(yùn)行情況，水泵型號(hào)，額 定流量，額定揚(yáng)程，轉(zhuǎn)速，配套電機(jī)型號(hào)，額定功率，電壓，額定電流，cos。等。(2)用多功能電能測(cè)量?jī)x測(cè)出低壓電機(jī)實(shí)際功率；對(duì)于高壓電機(jī)，去配電房查得 實(shí)際運(yùn)行電流I1,實(shí)際運(yùn)行電壓Up根據(jù)公式N= V^uicos Φ計(jì)算出實(shí)際功率。(3)泵進(jìn)出口及上塔閥門開度，閥門種類，管徑，水池液位，泵房位置。2.測(cè)量泵的進(jìn)出口及母管壓力并記錄標(biāo)高。(1)選取系統(tǒng)中正在運(yùn)行的水泵2 (結(jié)合附圖1)的進(jìn)、出口分別記作a、b，測(cè)量水 泵進(jìn)、出口壓力H1, H2，標(biāo)高Ih2，得出水泵實(shí)際工作揚(yáng)程H= (H2+h2)-(H^h1)0可通過(guò)水 泵特性曲線圖(見(jiàn)圖幻，得知此水泵此揚(yáng)程下的設(shè)計(jì)流量和效率；(2)選取系統(tǒng)母管測(cè)點(diǎn)C，用帶壓打孔器打孔，裝置壓力表，得知壓力H3,標(biāo)高Ii3 ；(3)選取末端最不利工況處的設(shè)備3的進(jìn)、出節(jié)點(diǎn)d、e，測(cè)量其進(jìn)、出口壓力，數(shù)值 相減求得運(yùn)行的熱交換裝置壓差；(4)測(cè)量開路系統(tǒng)的水池1與冷卻塔噴嘴處的幾何高差，得到靜揚(yáng)程Hst ；(5)測(cè)量開路系統(tǒng)的水池1與水泵中開面的幾何高差H4 ；(6)此系統(tǒng)實(shí)際所使用壓力為H = Hst+H4。3、選擇水泵出口 b采用便攜式超聲波流量計(jì)測(cè)量水泵實(shí)際流量Q，如果水泵出口 無(wú)合適條件，也可選擇水泵入口、總管或上塔管中水利條件較好者來(lái)測(cè)量水泵的實(shí)際流量。4、分析循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在的不利工況，如閥門損失、局部環(huán)流、高低壓混合、管 路堵塞、水泵實(shí)際運(yùn)行效率低、其他不必要的損失等現(xiàn)象，具體方法為(1)閥門損失閥門前后存在壓差，說(shuō)明閥門有一定關(guān)度，或是閥門已經(jīng)壞掉，可 通過(guò)打開或更換閥門解決。(2)局部環(huán)流用超聲波流量計(jì)，測(cè)量管道的流量，若其供水母管(包含補(bǔ)水)和 出水母管流量不一致，則說(shuō)明存在局部環(huán)流，可通過(guò)調(diào)整管路解決。(3)高低壓混合不同末端設(shè)備進(jìn)口處壓力相差較大(如0. 4Mpa和0. 16Mpa)，即 為高低壓混合現(xiàn)象，可通過(guò)高低壓分區(qū)或增加管道泵等解決。(4)管路堵塞采用帶壓打孔器，對(duì)可疑點(diǎn)進(jìn)行壓力檢測(cè)，如果在沒(méi)有較大阻力點(diǎn)的情況下，損失較大，可判定管路阻塞，可通過(guò)清理管路解決。(5)水泵效率看水泵的流量與壓力，是否均接近額定值，可通過(guò)更換水泵解決。(6)其他不必要的損失如一套冷水機(jī)組已知換熱溫差最佳為5°C，而實(shí)際長(zhǎng)期運(yùn) 行溫差只有;TC，系統(tǒng)水量偏多，能量消耗大。生產(chǎn)物料(介質(zhì))上的過(guò)冷卻，由于水系統(tǒng) 流量上的不優(yōu)化，導(dǎo)致生產(chǎn)物料(介質(zhì))熱量的過(guò)度冷卻。公式Q = mcAt(即能量=質(zhì) 量X比熱容X溫度差)，如質(zhì)量是IOOOKg的水，溫差相差1°C，Q= 1000X4. 2X103X1 =4.2X106焦耳，也就是說(shuō)，如果我們能使循環(huán)水溫差增大1°C，就可以得到相應(yīng)的優(yōu)化節(jié) 能目的。5、替換系統(tǒng)的相關(guān)問(wèn)題設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，特別是當(dāng)水泵效率不高時(shí)對(duì)水泵的更換。(1)繪制管路特性曲線根據(jù)水力學(xué)知識(shí)，管路中的水頭損失Σ h，對(duì)于給定的管路系統(tǒng)，有Σ h = Σ hf+ Σ h1D/ 2式中Σ hf_管路系統(tǒng)的沿程水頭損失。Σ、=At7^，式中λ-沿程阻力系數(shù)；d 2g查阻力系數(shù)表。1——管道的長(zhǎng)度；測(cè)量得出。d——管道的直徑；管道上直接標(biāo)注或通過(guò)測(cè) 量得出。ν-有效斷面上的平均流速；根據(jù)速度公式v = f通過(guò)超聲波流量計(jì)測(cè)出流量，由 管徑得出斷面積(A= Jir2)，從而算出流速。g——重力加速度，9.8m/s2。Σ h「管路系統(tǒng)的局部水頭損失。Zhl=C^r，式中ζ —局部阻力系數(shù)；查局部 阻力系數(shù)表。ν——有效斷面上的平均流速；g——重力加速度。采用比阻公式表示時(shí)，可寫成Σ h = SQ2——①(S為管路系統(tǒng)阻力參數(shù)，與管徑、 管長(zhǎng)、粗糙系數(shù)、管路布置及管件個(gè)數(shù)有關(guān)，對(duì)于已知系統(tǒng)，其為定值)將式①帶入水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程的計(jì)算公式Hd = Hst+ Σ h，則得H = HST+SQ2。此開口向 上的拋物線，就是管路特性曲線。(2)確定工況點(diǎn)管路特性曲線與水泵流量-揚(yáng)程曲線0H1)的交點(diǎn)，就是二者相 互平衡的點(diǎn)，即為工況點(diǎn)。(3)替換水泵按工況點(diǎn)O^H2)，選擇此工況時(shí)效率最高的水泵型號(hào)，替換原系統(tǒng)中水泵。具體的，系統(tǒng)實(shí)際所需要的水力功率為N=:，式中Q為水泵的實(shí)際流量，H為水泵的實(shí)際使用壓力(即揚(yáng)程)，η為電機(jī)效率和水泵效率的乘積。所述的H按阻力最小原 則配置，按此(Q，H)重新量身定做水泵進(jìn)行替換。新水泵的葉輪直徑要在所選型號(hào)水泵的 中間位置，即一般選擇水泵性能曲線的第II條，使其留有一定余量，以便循環(huán)冷卻水系統(tǒng)擴(kuò)產(chǎn)。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能改造前后效果對(duì)比如圖3所示。上面的線條為原設(shè)計(jì)安裝的 水泵性能曲線；下面的線條為通過(guò)循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法優(yōu)化后水泵的性能曲線。 A為原設(shè)計(jì)水泵工況點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)局部?jī)?yōu)化后，系統(tǒng)管道特性改變，水系統(tǒng)實(shí)際的阻力變小， 水量不變，熱交換量不變的情況下實(shí)際工況點(diǎn)為B。
所述的優(yōu)化方法中，可能會(huì)運(yùn)用的工具有超聲波流量計(jì)、帶壓打孔器、高精度壓力 表、紅外線測(cè)溫器、多功能電能測(cè)量?jī)x、數(shù)顯卡尺等。本發(fā)明的優(yōu)化方法可用于多種工業(yè)行業(yè)設(shè)備冷卻，如鋼鐵廠高爐、焦化、制氧、除 塵水系統(tǒng)，化工廠PVC、氯堿水系統(tǒng)，化肥廠合成氨、尿素、脫硫、造氣水系統(tǒng)，水泥廠余熱發(fā) 電水系統(tǒng)等。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)本發(fā)明的優(yōu)化方法可使因循環(huán)冷卻水系統(tǒng)阻力過(guò)大引起的電機(jī)功率過(guò)大，溫 度過(guò)高、水泵氣蝕、運(yùn)行效率低等不利工況運(yùn)行得以改善，其中還著重解決了循環(huán)冷卻水系 統(tǒng)中管路特性匹配問(wèn)題，按實(shí)際所需工況定制的水泵，將處于高效區(qū)運(yùn)行，機(jī)組效率比原泵 高出15%以上，氣蝕現(xiàn)象得到明顯緩解，電機(jī)得到保護(hù)，壽命更長(zhǎng)；節(jié)能效果也大大提高， 可達(dá)25%以上，系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效率也大大提高。


圖1為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)檢測(cè)示意圖；圖2為水泵特性曲線圖；圖3為循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能改造前后效果對(duì)比圖，其中A為改造前工況點(diǎn)，B為改造后 工況點(diǎn)，H1、H2、B、A所圍成的陰影部分為所節(jié)省的能量。
具體實(shí)施例方式以下以具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此實(shí)施例1某鋼鐵廠1080高爐循環(huán)中壓循環(huán)冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化方法。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集共3臺(tái)水泵(常年2用1備)，并聯(lián)運(yùn)行， 水泵型號(hào)500S-100TD，額定流量M22m7h，額定揚(yáng)程81. 8m，轉(zhuǎn)速980r/min，配套電機(jī)型號(hào) YJK5004-6，額定功率800KW，電壓6KV，額定電流97. 2Α,οο8Φ = 0. 83。去配電房查得實(shí)際 運(yùn)行電流分別為75Α和67. 5Α，實(shí)際運(yùn)行電壓6300V。計(jì)算得出實(shí)際運(yùn)行功率分別為679KW 和611KW。泵進(jìn)口及上塔閥門全開，泵出口內(nèi)螺紋閘閥開1/8，出口止回閥不能完全打開，管 徑均為DN600，水池液位2. 8m,泵房位于大地面。水泵出口壓力1. 09MPa,系統(tǒng)供給高爐冷 卻，總管壓力為0. 58MPa，總流量3747m7h。將泵出口內(nèi)螺紋閘閥全開，止回閥更換成微阻止回閥。相應(yīng)消除系統(tǒng)存在的閥門 損失。查找局部環(huán)流、高低壓混合、管路堵塞以及不必要的損失(如溫差過(guò)低)，取消或 使其降至最低，經(jīng)勘查，本系統(tǒng)不存在這些問(wèn)題。同時(shí)更換水泵型號(hào)繪制管路特性圖，找出工況點(diǎn)，確定工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的最高效率的 水泵型號(hào)，確定采用兩臺(tái)500S-59，改造前后系統(tǒng)實(shí)測(cè)運(yùn)行工況如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法，包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù) 的分析與系統(tǒng)的優(yōu)化，其特征在于，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與分析確定系統(tǒng)中實(shí)際需要的水泵型號(hào) 以及相應(yīng)消除系統(tǒng)存在的閥門損失、局部環(huán)流、高低壓混合、管路堵塞以及不必要的損失。
2.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集 包括水泵和電機(jī)的銘牌資料，泵的連接方式、走向及運(yùn)行方式，電機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率，泵的進(jìn) 出口及上塔的閥門種類、開度和相應(yīng)管徑，水池液位及泵房位置標(biāo)高，泵的進(jìn)出口及母管的 壓力和標(biāo)高，泵的實(shí)際流量、離泵最遠(yuǎn)的用水設(shè)備及最大用水設(shè)備的進(jìn)、出口壓力，系統(tǒng)中 水池的水平面與冷卻塔噴嘴處的幾何高差以及水池與水泵中開面的幾何高差。
3.如權(quán)利要求1所述的循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，系統(tǒng)中實(shí)際需要 的水泵型號(hào)的確定方法如下首先查看水泵的流量與壓力，如均接近額定值，則不需更換水 泵；否則通過(guò)采集的數(shù)據(jù)繪制系統(tǒng)管路的特性曲線以及水泵的揚(yáng)程曲線，以其交點(diǎn)為工況 點(diǎn)，選擇此工況時(shí)效率最高的水泵型號(hào)替換原系統(tǒng)中水泵。
4.如權(quán)利要求3所述的循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，替換原系統(tǒng)中的 水泵時(shí)，新水泵的葉輪直徑應(yīng)選擇水泵性能曲線的第二條所對(duì)應(yīng)的直徑。
5.如權(quán)利要求3所述的循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)優(yōu)化方法，其特征在于，如系統(tǒng)實(shí)際流量 變化不超過(guò)額定流量的30%，則不需更換水泵，可根據(jù)實(shí)際需要，放大為水泵性能曲線第一 條所對(duì)應(yīng)的直徑或縮小為水泵性能曲線第三條所對(duì)應(yīng)的直徑葉輪，以調(diào)節(jié)流量的大小。
全文摘要
本發(fā)明屬于循環(huán)冷卻水輸送系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)輸送優(yōu)化方法。所述方法包括循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的分析與系統(tǒng)的優(yōu)化，通過(guò)數(shù)據(jù)采集與分析確定系統(tǒng)中實(shí)際需要的水泵型號(hào)以及相應(yīng)消除系統(tǒng)存在的閥門損失、局部環(huán)流、高低壓混合、管路堵塞以及不必要的損失。本發(fā)明的優(yōu)化方法使因循環(huán)冷卻水系統(tǒng)阻力過(guò)大引起的電機(jī)功率過(guò)大，溫度過(guò)高、水泵氣蝕、運(yùn)行效率低等不利工況得以改善，還著重解決了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中管路特性匹配問(wèn)題，按實(shí)際所需工況定制的水泵，機(jī)組效率比原泵高出15%以上，氣蝕現(xiàn)象得到明顯緩解，電機(jī)得到保護(hù)，壽命更長(zhǎng)；節(jié)能效果也大大提高，可達(dá)25%以上。系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效率也大大提高。
文檔編號(hào)F17D1/14GK102052564SQ20101053886
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者吳迎新, 楊寶良 申請(qǐng)人:楊寶良