流體高效輸送節能技術(shù)在硫酸、磷肥裝置循環(huán)水系統中的應用分析

硫磷設計與粉體工程.2014年第2期SP & BMH RELATED ENGINEERING .流體高效輸送節能技術(shù)在硫酸、磷肥裝置循環(huán)水系統中的應用分析季譽(yù)勝' ,孫國超2(1.南京優(yōu)能達科技有限公司,江蘇南京210000;2. 中石化南京工程有限公司,江蘇南京211100)摘要:目前我國大部分硫酸、磷肥生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統中普遍存在水泵運行效率低、高能耗、震動(dòng)噪音大以及汽蝕等問(wèn)題。經(jīng)流體高效輸送節能技術(shù)技改后,可以在節能的同時(shí)改善這些問(wèn)題,通過(guò)大量的實(shí)驗及成功的改造案例,證明了流體高效輸送節能技術(shù)的可行性,并且能夠取得良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。關(guān)鍵詞:硫酸;磷肥;循環(huán)水系統;高能耗;流體高效輸送技術(shù);節能改造中圖分類(lèi)號:TQ442. 14文i獻標識碼:B文章編號:1009- 1904(2014 )02-0001 -04在冷卻循環(huán)水系統技術(shù)領(lǐng)域中，我國與先進(jìn)國當前硫酸、磷肥企業(yè)水系統存在的問(wèn)題家相比水泵運行效率差距較大,據統計發(fā)達國家的循環(huán)運行效率在75%以上,而我國僅40%左右甲,目前我國硫酸、磷肥企業(yè)工藝循環(huán)水輸送中能源浪費嚴重,節能潛力巨大。造成運行效率低的“ 大流量、低效率、高能耗”的現象嚴重,泵與系統嚴根本原因在于系統設計理念、技術(shù)手段項目決策和重不“匹配”,往往致使泵出現過(guò)載、效率低、高能耗系統運行管理上均與發(fā)達國家存在較大差距。目前等情況,有時(shí)需減小閥門(mén)開(kāi)度來(lái)保護電機,大大增加的水循環(huán)系統為了彌補設計時(shí)存在的不確定因素及了無(wú)效功耗。相關(guān)設備性能的不穩定,往往采用容量大于系統要引起工藝循環(huán)水系統高能耗的主要原因:①設求的水泵,在實(shí)際實(shí)施運行時(shí)出現過(guò)流量、高功耗現計選型偏差大,致使水泵嚴重偏離最佳工況點(diǎn)運行;象,這種現象無(wú)法靠管理達到有效改善,只能靠有效②設計、施工或運行等過(guò)程中局部阻力偏高或系統的技術(shù)改造來(lái)解決?？梢酝ㄟ^(guò)將流體高效輸送節能回路阻力嚴重不平衡,增加了送水能耗;③循環(huán)回路技術(shù)應用于工藝循環(huán)水系統，縮短在系統設計理念、滲漏、旁通,增加無(wú)效流量輸送功耗;④配置不合理，技術(shù)手段.項目決策和系統運行管理上與發(fā)達國家水泵自身效率低、系統運維管理不當等,增加能耗。的差距，大大提升運行效率,平均節電率在35%2節能技改的解決方法及分析以上。流體高效輸送節能技術(shù)由數據采集(檢測)技南京優(yōu)能達科技有限公司多年來(lái)一直致力于流術(shù)、系統診斷分析技術(shù)、系統配置及運行優(yōu)化技術(shù)、體高效輸送節能技術(shù)的研究和推廣應用。流體高效系統水力學(xué)性能優(yōu)化及自動(dòng)控制技術(shù)所組成。該技輸送節能技術(shù)是對水系統進(jìn)行徹底的節能技術(shù)改術(shù)構成循環(huán)水系統高效節能的系統綜合解決方案，造,中國煤化工據每個(gè)系統運行的特它克服了循環(huán)水系統傳統節能改造技術(shù)(如變頻、點(diǎn),MYHCNMHG因素,讓系統處于最佳葉輪切削等)忽略系統,只針對系統中某個(gè)環(huán)節、某工況運行,達到最佳節能效果。整改系統回路阻力個(gè)參數節能改造的缺點(diǎn),是對系統徹底的優(yōu)化改造不平衡或局部阻力偏高引起的無(wú)效能耗增加的不利技術(shù)。因素;整改系統回路中管件滲漏、水流旁通引起無(wú)效硫磷設計與粉體工程2●S P & BMH RELATED ENGINEERING2014年第2期能耗增加的不利因素;用量身定做高效節能水泵替通過(guò)對水系統實(shí)際運行工況的檢測分析,獲得換原水泵,從根本上解決過(guò)流量運行引起無(wú)效能耗系統的管路特性曲線(xiàn)(詳見(jiàn)圖1< II >系列曲線(xiàn)),曲增加這個(gè)技術(shù)難題;糾正不合理的運行模式，降低系線(xiàn)上的流量為設計流量Q.的C點(diǎn),即為水系統最統運行能耗;施工過(guò)程中逐- -更換水泵,不停產(chǎn),不佳工況(Q,H、)運行點(diǎn)。系統最佳工況為:流量影響系統正常運行;保留原系統備用泵,可隨時(shí)切換Q,揚程Hc ,軸功率Nc,效率neo到備用泵運行。圖1中面積Smr B-0-r0為原設計運行時(shí)的能耗，流體高效輸送節能技術(shù)根據不同系統的特點(diǎn),面積Sμe c-0.-。為采用高效節能泵運行時(shí)的能耗,二從系統配置優(yōu)化人手,消除因配置不合理引起的高者面積差Se 1_0-_0_--即為可節約的水泵能耗。能耗;再從系統運行優(yōu)化人手,降低因負荷改變引起經(jīng)研究發(fā)現,當水泵在其設計點(diǎn)運行時(shí),水泵內的高能耗;然后從泵的水力性能優(yōu)化入手,提高水泵部流體運動(dòng)是最規則的,而當工作點(diǎn)偏離其設計點(diǎn)的效率,標本兼治,達到最佳節能效果。時(shí),水泵內流體將變得逐漸系亂,從而導致水泵的效3節 能技改的原理及方案率下降。圖2~5是采用CFD技術(shù)模擬的某水泵分對循環(huán)水系統中常遇到的高能耗、低效率、振動(dòng)別在60%、80%、100%和120%設計流量(該泵設計噪音異常、汽蝕等問(wèn)題,通過(guò)對系統的檢測、分析,采流量為900m'/h)時(shí)水泵內局部的速度矢量圖[2]。用CFD(計算流體動(dòng)力學(xué))技術(shù),模擬出管網(wǎng)性能,由速度矢量圖可以看出,當水泵在其設計點(diǎn)運描繪出系統的管網(wǎng)性能曲線(xiàn),并根據現場(chǎng)情況,合理行時(shí),其內部流體流動(dòng)最為規則,而當水泵偏離設計地優(yōu)化管網(wǎng)不利因素,模擬出優(yōu)化后的管網(wǎng)性能曲點(diǎn)越多的時(shí)候,水泵內部的流體流動(dòng)會(huì )逐漸紊亂,從線(xiàn),找出優(yōu)化后管網(wǎng)性能曲線(xiàn)上水泵的運行區域或而導致水泵的效率下降。者運行點(diǎn),根據該運行區域或者運行點(diǎn)去設計最佳對循環(huán)水系統,一方面整改管網(wǎng)的不利因素,另-方面采用優(yōu)秀的水力模型,針對系統量身定做高水力模型、最佳匹配的高效節能泵。圖1是采用流體高效輸送節能技術(shù)技改系統性效節能泵,提高水泵的運行效率。高效節能泵本身的效率比原水泵的效率高,水泵的高效區域比原水能曲線(xiàn)分析圖。泵寬廣,而且水泵是根據系統最佳運行工況量身定管路特性曲線(xiàn)原設計安裝水泵做,較為完美的保證了水泵實(shí)際運行的高效性。<1>H-Q另外,在節能技改的時(shí)候也遇到--些系統,在技Hs改前由于水泵選小了,導致水系統中流量不足,或電Hg tη-Q機超電流運行以增加流量，通過(guò)流體高效輸送節能.nc t<1>n-Q技術(shù)技改后,在提高水泵的運行效率同時(shí)增加部分罩He高效節能泵流量,滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，取得了很好的效果。<>H-Q .N:<1>N-QVc |<1I>N-Q0QA2n流程/m.h-'圖1水泵(風(fēng)機)機械特性曲線(xiàn)與管路特性曲線(xiàn)注:< I >系列曲線(xiàn)為原設計安裝的水泵(風(fēng)機)性能曲線(xiàn);< I>中國煤化工入個(gè)系列曲線(xiàn)為技改后水泵(風(fēng)機)性能曲線(xiàn)。MYHCNMHGA為原設計工況點(diǎn):流量Q, ,揚程HA ,軸功率N.,水泵效率ηA。由于系統實(shí)際的阻力沒(méi)有那么大,實(shí)測的工況點(diǎn)為B:流量Qn ,揚程Q= 540m’/hHp,軸功率Ng,水泵效率ηp。表明原設計高揚程,而實(shí)際是低揚程,大流量,低效率,高功耗狀態(tài)運行,嚴重的甚至燒毀電機。圖2在60%設計流量運行時(shí)水泵內局部的速度矢量2014年第2期季譽(yù)勝,等。流體高效輸送節能技術(shù)在硫酸、磷肥裝置循環(huán)水系統中的應用分析平穩,提高了軸的抗疲勞強度;④降低了轉子運行撓度值,減少葉輪口環(huán)的磨損及功率損耗;⑤減小了密封的磨損,延長(cháng)了使用壽命;⑥采用全三維立體設計,優(yōu)化水力設計，提高葉輪效率;⑦能加工到的葉輪表面全部采用機械加工,對葉輪流道采用精密鑄serw造,全面提高葉輪光潔度，減小水力損失。優(yōu)能達高效節能泵,由于轉子重量的極大降低，減小了相關(guān)零件的磨損,故障率降低,從而增大了泵Q=720 m2/h組運行的平穩性、可靠性，減少維修,提高了壽命,延圖3在80%設計流量運行時(shí)水泵內局部的速度矢量長(cháng)了泵組大修期。5化工企業(yè)成功技改案例1.案例1某化工企業(yè)硫酸磷肥裝置循環(huán)水系統共有2臺水泵,循環(huán)水系統A泵運行電流155 A,運行功率1442kW,全年運行8640h,系統年用電量為1245.89x10*kW.h(依據項目技改前能耗測定報告)。由于水泵與管路系統匹配不佳,單泵及系統運行效率低,系統能耗高。Q= 900m2/h實(shí)施流體高效輸送節能技術(shù)技改后,對循環(huán)水圖4在100%設計流量運行時(shí)水泵內局部的速度矢量系統A泵進(jìn)行了運行工況的測試,運行數據為:總管壓力0.465MPa,回水壓力0.22MPa,總管流量6 410 m'/h,運行總功率923 kW。將運行參數數據120與技改前裝置循環(huán)水用量進(jìn)行比對分析,計算出改10*00造后循環(huán)水系統水泵耗電量,見(jiàn)表1。根據技改前1p國的能耗報告得知,改造前年總耗電量為1 245. 89x104kW.h,從而得出技改后的節能量、節電率統計1中國數據,見(jiàn)表2。14*00表1改造后循環(huán)水 系統耗電情況Q=1 080 m'/h系統年用電量/圖5在120%設計流量運行時(shí)水泵內局部的速度矢量運行模式運行時(shí)間/h運 行功率/kW10*kW .h-1A泵8 640923797. 474優(yōu)能達高效節能泵的優(yōu)勢表2改造后節電效果優(yōu)能達高效節能泵采用三元流技術(shù)設計,流道系統年節電量/年 平均節電率分項更流暢,結構更合理。新型三元流葉輪采用流道錯104 kW .h-/1中國煤化工位設計,減少了泵內流體由低壓區經(jīng)流道至高壓區時(shí)產(chǎn)生的沖擊,提高了流體的輸送效率。優(yōu)能達高.MYHCNMH G448.42效節能泵具有以下優(yōu)點(diǎn):①具有較好的抗汽蝕性能;②減小了泵的轉子重量,降低了泵組的徑向力,提高通過(guò)對以上實(shí)際數據分析,該廠(chǎng)循環(huán)水系統節了軸承壽命;③增高了泵組的臨界轉速,泵的運行更能技改后,能保證生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)運行,通過(guò)應用節硫磷設計與粉體工程4●S P & BMH RELATED ENGINEERING2014年第2期能水泵和優(yōu)化系統運行方式,對該廠(chǎng)循環(huán)水系統實(shí)節能技改后,能保證生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)運行,通過(guò)應用施了節能技術(shù)改造,已達到顯著(zhù)的節能效果。節能水泵和優(yōu)化系統運行方式，對化工廠(chǎng)循環(huán)水系本項目采用合同能源管理模式運作(簡(jiǎn)稱(chēng)EPC統實(shí)施了節能技術(shù)改造,已達到顯著(zhù)的節能效果。模式),即由節能服務(wù)公司負責項目節能技改投資本項采用EPC模式運作,化工廠(chǎng)與節能服務(wù)公(包括資金、技術(shù)),雙方按約定的比例分享節電收司公司按照2 :8比例分享節能收益5年,以高效節益,合同期滿(mǎn)后耗能企業(yè)全額享受節電收益,并無(wú)償能水泵最低15年以上壽命計,電價(jià)為0.65元/歸用所有技改設備。該廠(chǎng)與節能服務(wù)公司按照2:(kW .h),化工廠(chǎng)可以獲得總節能收益6098萬(wàn)元，8比例分享節能收益5年,以高效節能水泵最低15節能服務(wù)公司可以獲得總節能收益2218萬(wàn)元。年以上壽命計，電價(jià)為0.65元/(kW .h),該廠(chǎng)可以結束語(yǔ)獲得總節能收益3206.2萬(wàn)元，節能服務(wù)公司可以獲得總節能收益932. 7萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)理論分析及多個(gè)系統節能技改的成功案例2.案例2證明,流體高效輸送節能技術(shù)具有很好的技術(shù)可靠某化工廠(chǎng)硫酸、磷肥裝置循環(huán)水系統共有9臺性,能夠在節能的同時(shí)解決用戶(hù)存在的許多實(shí)際問(wèn)水泵，主要滿(mǎn)足化工廠(chǎng)各裝置循環(huán)水需求,其中4臺題,大大的降低了水泵的故障率,延長(cháng)了維修周期，泵年運行1 560 h,總功率5240 kW,5臺泵年運行提高了水泵的使用壽命,給用戶(hù)創(chuàng )造了良好的經(jīng)濟7200 h,總功率6 606 kW,全年耗電5 589. 36x 10*效益及社會(huì )效益。據國家工業(yè)普查統計,泵的耗電kW.h。由于水泵與管路系統匹配不佳，單泵及系量約占全國發(fā)電量的21%,其中工業(yè)循環(huán)水系統用統運行效率低,系統能耗高。泵能耗占到70%以上,化工行業(yè)是循環(huán)水系統耗電實(shí)施流體高效輸送節能技術(shù)技改后,對循環(huán)水的最大用戶(hù),據推算我國各類(lèi)化工及石化行業(yè)循環(huán)系統水泵各種運行模式進(jìn)行了運行工況的測試,運水 年耗電量約1600x108 kW . h,運用流體高效輸行數據列于表4及表5。根據技改前的能耗報告得送技術(shù)綜合節電率在30%左右,年節能潛力至少在知,改造前年總耗電量為5589. 36x104 kW . h,從480億元以上。而得出技改后的節能量、節電率統計數據,見(jiàn)表6。我國硫酸、磷肥生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)數年發(fā)展，技術(shù)上已達世界水平,要想在技術(shù)上有較大突破較難。今后表4各模式運行數據匯總一段時(shí)期內,我國硫酸、磷肥生產(chǎn)裝置的技術(shù)發(fā)展方項目三大一小 三大 四大 二大二小_向是節能、環(huán)保的技術(shù)改進(jìn),而硫酸、磷肥生產(chǎn)裝置總管壓力/MPa0.4900.428 0. 5040.484都配有較大規模的循環(huán)水系統。以一套800 kt/a硫總管流量/m3 .h-I30 96629 09232 12729 389運行總功率/kW5561474458575 355磺制酸和一-套300kt/a磷酸裝置為例,經(jīng)改進(jìn)每年可節約電耗大約為600x10* kW●h,在上述裝置中表5改造后循環(huán)水 系統耗電情況引進(jìn)流體高效輸送節能技術(shù)，具有較大的經(jīng)濟效益運行模式運行時(shí)間/h 運行功率/kW 用電量/104 kW .h-I和社會(huì )效益。三大一小2 2085 561 227. 87二大二小6 5523508.60.參考文獻:合計8 7604 736.47[1]劉立初.高效流體輸送技術(shù)在氯堿循環(huán)水系統中的應用[J].表6改造后節電效果中國煤化工:2]:重慶大學(xué)出版社,2007.系統年用電量/系統年節電量/年平均分項10* kW .h-I104 kW .h-節電率/1FHCN M H G蘇南京人，總經(jīng)理，教授級高改造前5 589. 36級工程師,多年從事循環(huán)水系統節能研究和工作。電話(huà): 13805180439 ,改造后4 736. 47852. 8915.26%E-mail:younengda@ yeah. net;孫國超( 1965-),男,江蘇揚中人,副總工程師,教授級高工，從事磷肥及磷化工設計, E-mail:njsgcl@ 126. com。通過(guò)對以上實(shí)際數據分析,化工廠(chǎng)循環(huán)水系統(收稿日期:2014-01 -16)