摘要：硝酸行業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)能耗占據(jù)系統(tǒng)整個(gè)能耗比重大，對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)從運(yùn)行管理、技術(shù)改造兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，對整個(gè)系統(tǒng)降低能耗起著關(guān)鍵作用，本文結(jié)合我司目前已經(jīng)成功為企業(yè)提供優(yōu)化服務(wù)項(xiàng)目的總結(jié)，提出循環(huán)水系統(tǒng)如何優(yōu)化的幾種關(guān)鍵手段。

　　關(guān)鍵詞：交通運(yùn)輸論文,硝酸,冷卻循環(huán)水,系統(tǒng)優(yōu)化,節(jié)能降耗

　　一、引言

　　根據(jù)國家“十二五”規(guī)劃，節(jié)能減排關(guān)系著我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，國家將加大對節(jié)能減排政策的扶持力度，促進(jìn)企業(yè)進(jìn)行節(jié)能降耗，不僅有利于國民經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展，還有利于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。硝酸行業(yè)節(jié)能降耗切入點(diǎn)較多，如工藝優(yōu)化、換熱設(shè)備熱平衡優(yōu)化、循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化等，本文重點(diǎn)闡述冷卻循環(huán)水系統(tǒng)從運(yùn)行管理、技術(shù)改造兩個(gè)方面達(dá)到節(jié)能降號的目的。

　　二、當(dāng)前硝酸行業(yè)循環(huán)水能耗現(xiàn)狀

　　稀硝酸一般是以氨為原料進(jìn)行生產(chǎn)的， 生產(chǎn)步驟分為氨的接觸氧化和氧化氮吸收兩步：

　　4NH3+5O2─→4NO+6H2O+226kJ(放熱)

　　2NO+O2─→2NO2+57kJ(放熱)

　　3NO2+H2O←→2HNO3+NO+59Kj(放熱)

　　硝酸(包括濃硝酸等)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中，發(fā)出大量的熱量，為了提高硝酸領(lǐng)域生產(chǎn)速度，降低生產(chǎn)過程中消耗的能耗，所發(fā)出大量熱需要通過冷卻循環(huán)水進(jìn)行冷卻，以便維持持續(xù)生產(chǎn)。

　　據(jù)調(diào)查，目前我國硝酸領(lǐng)域冷卻循環(huán)水系統(tǒng)普遍存在著高能耗現(xiàn)象，主要由于以下幾個(gè)方面原因：

　　1、水管網(wǎng)系統(tǒng)存在水力不平衡現(xiàn)象，為了滿足某部分換熱瓶頸，加大供水量;

　　2、泵站設(shè)備配置(循環(huán)水泵)由于機(jī)械加工水平、偏工況運(yùn)行等使運(yùn)行效率低下，未能達(dá)到高效供水，能耗偏高;

　　3、用水裝置處于粗放管理方式，未能根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行即時(shí)、有效地調(diào)節(jié)水量，增加泵送能耗;

　　4、泵站管道附件(如閥門等)質(zhì)量不高，存在“跑冒滴漏”現(xiàn)象比較嚴(yán)重，流量有效利用率不高;

　　5、按照常規(guī)思路，當(dāng)初系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在“富裕量”偏大，各參數(shù)設(shè)計(jì)層層加碼，導(dǎo)致系統(tǒng)存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，增加泵送能耗;

　　6、泵站配置缺乏經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，不便于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理，整體運(yùn)行效率不高。

　　三、流體輸送Go・well技術(shù)在硝酸領(lǐng)域的應(yīng)用

　　1、技術(shù)思路

　　以最佳工況運(yùn)行、最合理能耗為指導(dǎo)原則，從影響水泵能耗最根本的三大要素(輸送流量、合理阻抗、高效運(yùn)行)入手，著眼于系統(tǒng)整體優(yōu)化。首先憑借專有的參數(shù)采集標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算機(jī)仿真模擬等技術(shù)手段，通過檢測復(fù)核系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行工況，準(zhǔn)確判斷引起高能耗的各種原因，提出系統(tǒng)節(jié)能的最佳解決方案。然后通過整改網(wǎng)絡(luò)不利因素、解決換熱瓶頸、優(yōu)化水力參數(shù)設(shè)定、量身定制高效節(jié)能泵等多種技術(shù)手段，消除因設(shè)置不合理引起的高能耗;對負(fù)荷變化較大的系統(tǒng)，再針對性安裝變流量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變工況節(jié)能運(yùn)行。標(biāo)本兼治，整體節(jié)能，達(dá)到最佳節(jié)能效果!

　　2、技術(shù)手段應(yīng)用說明

　　2.1水力平衡優(yōu)化調(diào)整

　　系統(tǒng)水力平衡是循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行關(guān)鍵，直接影響到系統(tǒng)實(shí)際需水能力即泵站需要供水量，對循環(huán)水系統(tǒng)能耗起著直接、決定性的作用。制酸系統(tǒng)裝置用水換熱器數(shù)量多，種類各不相同，性能也有所差異，各換熱設(shè)備通過管網(wǎng)進(jìn)行連接，形成一個(gè)大的管道網(wǎng)絡(luò)，因管道規(guī)格、施工現(xiàn)場實(shí)際情況、設(shè)備布置高低不一、換熱器結(jié)垢導(dǎo)致?lián)Q熱性能下降等各種原因，導(dǎo)致整個(gè)管網(wǎng)很容易存在水力失衡現(xiàn)象，在正常供水指標(biāo)情況下，輕則導(dǎo)致局部換熱器換熱效果欠佳，重則出現(xiàn)局部換熱器回水溫度嚴(yán)重偏高或根本使水流無法通過，要使系統(tǒng)全部換熱設(shè)備達(dá)到正常換熱效果，目前管理人員普遍使用加大供水量、提高供水壓頭的方法，一方面能夠使換熱效果原本不好的換熱器使用效果得到改善，另外一方面也為原本換熱效果正常的裝置提供更大的水量，泵站整體能耗大幅上升。針對系統(tǒng)水力失衡現(xiàn)象，可以通過以下手段進(jìn)行處理：

　　2.1.1調(diào)節(jié)各支路阻力系數(shù)，達(dá)到合理分配水流量目的

　　整個(gè)供水管網(wǎng)可以看成一個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)，即并聯(lián)于供水總管于回水總管之間，各支路供回水壓力差△P相同，各支路供水流量與該支路阻力系數(shù)關(guān)系如下：

　　△P1=ξ1×Q12

　　△P2=ξ2×Q22

　　△P3=ξ3×Q32

　　……

　　則：ξ1×Q12=ξ2×Q22=ξ3×Q32……

　　通過調(diào)整各支路換熱器進(jìn)出口閥門，改變該支路阻力系數(shù)，從而改變該回路供水流量，此方法適用于系統(tǒng)水力失衡現(xiàn)象不太嚴(yán)重情況，也是最簡單、最快捷的一種手段，只需要平時(shí)加強(qiáng)裝置管理。

　　2.1.2采取局部加壓，解決高區(qū)或遠(yuǎn)區(qū)換熱瓶頸問題

　　中大型硝酸生產(chǎn)裝置供水最高點(diǎn)一般均在30米以上，因此供水泵站常規(guī)設(shè)計(jì)需要按照最高供水點(diǎn)滿足正常用水條件為首要條件，使整體供水壓力提高，而一般用水設(shè)備布置位置不高，按照最高點(diǎn)設(shè)計(jì)供水壓力綽綽有余，存在著能耗浪費(fèi)現(xiàn)象，雖然某些系統(tǒng)可以適當(dāng)下調(diào)供水壓力，但高位壓力控制根不合理，往往會(huì)產(chǎn)生水汽化形成斷流、擾流形成非滿管流增加管路阻力等不利影響。如一般高度用水設(shè)備需水壓力0.3MPa，為了滿足高點(diǎn)使用要求，供水壓力提高到0.35MPa，所需要水泵供水揚(yáng)程提高16.7%。據(jù)水泵消耗功率計(jì)算公式：

　　即水泵所消耗功率與揚(yáng)程一次方成正比，水泵能耗也增加16.7%

　　因局部高點(diǎn)需水量所占整體供水量不大，因此系統(tǒng)壓力按照正常換熱器要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，對局部高點(diǎn)進(jìn)行局部加壓，可使系統(tǒng)能耗大幅降低。該方式我公司成功應(yīng)用于江蘇大和氯堿有限公司、嘉興慶安化工有限公司、張家港華昌化工有限公司等企業(yè)，取得良好的使用效果，節(jié)電率基本達(dá)到30%以上。

　　2.1.3采取局部降溫，降低該支路供水溫度，提高換熱器冷卻效果：

　　針對局部加壓處理方式，主要是針對高區(qū)換熱設(shè)備供水壓力欠缺的系統(tǒng)，但當(dāng)前往往存在系統(tǒng)換熱瓶頸不是在高區(qū)，而是在低區(qū)，由于換熱器本身設(shè)計(jì)缺陷等原因，通過加大供水量還不能有效解決換熱效果問題，我公司開發(fā)出針對單個(gè)支回路管道進(jìn)行局部降溫技術(shù)，該技術(shù)通過半導(dǎo)體使通過該支路水溫較整體循環(huán)水供水溫度下降4℃左右。使夏季在冷卻塔正常冷卻能力達(dá)到32℃時(shí)供水溫度，通過局部降溫技術(shù)處理，供應(yīng)給該支路溫度只有28℃左右。

　　2.2更換現(xiàn)場處于低效率運(yùn)行水泵為與系統(tǒng)相匹配的高效節(jié)能泵

　　現(xiàn)有水泵效率低下，主要由兩個(gè)方面導(dǎo)致：一、本身機(jī)械性能、水力模型不優(yōu)秀;二、水泵性能曲線與管路特性不相匹配，導(dǎo)致偏工況運(yùn)行，偏離高效區(qū)。水泵額定工況與實(shí)際運(yùn)行工況關(guān)系圖如下：

　　ECOWELL高效節(jié)能泵采用先進(jìn)水力模型，每臺(tái)泵出廠之前需經(jīng)嚴(yán)格地性能試驗(yàn)，確保泵體本身水力性能優(yōu)異。同時(shí)，更換高效節(jié)能泵之前，對系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查測試，并通過計(jì)算機(jī)模擬軟件分析，能夠準(zhǔn)確分析出管路特性曲線，并根據(jù)管路特性曲線，提供與系統(tǒng)相匹配、“量身定做”的高效節(jié)能泵，能夠使水泵處于高效區(qū)運(yùn)行。

　　2.3提供能源管理系統(tǒng)，為泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供管理、決策依據(jù)

　　泵站作為循環(huán)水系統(tǒng)消耗能源主要部分，對于配置多臺(tái)水泵、多種規(guī)格的泵站，按照泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則，我公司開發(fā)具有針對性的泵站能源管理系統(tǒng)，硝酸生產(chǎn)過程中，需水量需要根據(jù)不同負(fù)荷進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)在需要特定供水能力前提下，通過各種規(guī)格水泵性能參數(shù)疊加、組合、模擬等手段，提供開機(jī)模式?jīng)Q策依據(jù)，包括開啟哪種組合模式，該種模式下各臺(tái)水泵運(yùn)行在什么樣的工況下，使供水能耗最低。該系統(tǒng)可以集成以下功能：

　　A、顯示系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。包括流量、壓力、溫度、設(shè)備開啟狀態(tài)等，可以為現(xiàn)場操作人員提供集中監(jiān)控的人機(jī)界面;

　　B、判斷運(yùn)行模式合理性。根據(jù)當(dāng)前供水要求及實(shí)際運(yùn)行模式，判斷當(dāng)前運(yùn)行模式是否合理、經(jīng)濟(jì)，若不經(jīng)濟(jì)，系統(tǒng)自動(dòng)提示合理的運(yùn)行模式，指導(dǎo)操作人員合理操作;

　　C、提供每臺(tái)泵運(yùn)行合理工況決策。對于復(fù)雜系統(tǒng)，在正確的操作模式下，能夠根據(jù)預(yù)先編制程序自動(dòng)計(jì)算出各臺(tái)設(shè)備具體運(yùn)行工況，使能耗最低，如某系統(tǒng)實(shí)際需要供水能力為9300t/h，開啟泵位號為A#、B#、C#，并計(jì)算出維持三臺(tái)泵出口壓力分別為多少為該系統(tǒng)最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式;

　　D、統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間及定期更換易損件提示，現(xiàn)在絕大部分系統(tǒng)或企業(yè)只是在換易損件損壞時(shí)再更換，達(dá)不到預(yù)防效果，該系統(tǒng)增加易損件維修記錄窗口，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間，及時(shí)提示易損件需要更換，提高設(shè)備運(yùn)行保障能力;

　　E、該集成系統(tǒng)可以獨(dú)立組成一個(gè)系統(tǒng)，也可以根據(jù)需要，與現(xiàn)有DCS等系統(tǒng)對接，方便企業(yè)操作管理。

　　四、應(yīng)用案例

　　從○四年開始，目前流體輸送Go・well技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)，包括鋼鐵、石油、化工、中央空調(diào)、鋁業(yè)、熱電、合成氨等，并為國內(nèi)多家硝酸系統(tǒng)成功進(jìn)行節(jié)能技改。

　　序號 企業(yè)名稱 技改前功率

　　(kW) 技改后功率

　　(kW) 小時(shí)節(jié)電量

　　(kW) 節(jié)電率

　　(%) 備注

　　1 山東華鴻化工有限公司 164.7+164.7+115.2 131.3+135.9+58.09 119.31 26.8

　　2 山東華陽迪爾化工有限公司 223+224.8+223.9 197.4+199.3+197.3 77.7 11.56

　　3 山東寧陽迪爾化工有限公司 128.3+125.7 109.2+106.9 37.9 14.92

　　4 廣西柳州化工股份有限公司 842.5+793.4+700.4 638.6+610.8+572.0 514.9 22

　　5 南京化學(xué)工業(yè)有限公司 1761.7(總) 1186(總) 575.7 32.6 稀硝酸系統(tǒng)

　　6 南京化學(xué)工業(yè)有限公司 401.7+401.7 320+320 163.4 20.3 濃硝酸系統(tǒng)

　　五、結(jié)束語

　　流體輸送Go・well技術(shù)從系統(tǒng)優(yōu)化入手，技改方式可靠，節(jié)電效果顯著，不對系統(tǒng)正常運(yùn)行產(chǎn)生任何影響，并能夠合理運(yùn)用各種技術(shù)手段，解決系統(tǒng)換熱瓶頸問題，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。