专利名称：一种循环冷却水输送系统优化方法
技术领域：
本发明属于循环冷却水输送系统领域，特别涉及一种循环冷却水输送系统优化方法。
背景技术：
循环冷却水系统广泛应用于钢铁、化工、化纤、化肥、制药、热电等行业的工艺冷却 及设备和装置的冷却，在该技术领域中，我国与先进国家的水泵效率差距并不大，但系统运 行效率差距很大。据统计，发达国家的系统效率在75%左右，而我国仅45%左右，造成系 统效率较低的根本原因在于系统设计理念、技术手段以及项目决策和系统运行管理上的落后。设计时由于存在不确定因素及相关设备性能不稳定，因此往往采用容量大于系统 要求的机泵，在实际运行过程中则出现大马拉小车的现象，造成能源的极大浪费。技术手段 上，现代自动控制技术、信息技术、计算机技术和变频调速等技术手段从系统的角度研发、 开发应用于冷却循环水系统节能的力度不足，和发达国家造成差距。项目决策上，决策人 员在系统与设备规划设计时往往关注的是初期项目建设成本，而不是能源成本。管理运行 上，没有采用现代计算机管理系统，凭人工经验的落后管理手段造成系统无效能耗增加和 浪费。因此，提高循环冷却水输送系统的效率势在必行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种循环冷却水输送系统优化方法，以克服目前存在的系 统效率低下的问题，使循环冷却水输送系统运行效率得到提高。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下一种循环冷却水输送系统优化方法，包括循环冷却水系统各环节数据的采集、数 据的分析与系统的优化，通过数据采集与分析确定系统中实际需要的水泵型号以及相应消 除系统存在的阀门损失、局部环流、高低压混合、管路堵塞以及不必要的损失。所述的数据采集包括水泵和电机的铭牌资料，泵的连接方式、走向及运行方式，电 机实际运行功率，泵的进出口及上塔的阀门种类、开度和相应管径，水池液位及泵房位置标 高，泵的进出口及母管的压力和标高，泵的实际流量、末端最不利工况处即离泵最远的用水 设备及最大用水设备的进、出口压力，系统中水池与冷却塔喷嘴处的几何高差以及水池与 水泵中开面的几何高差。其中，系统中实际需要的水泵型号的确定方法如下首先查看水泵的流量与压力， 如均接近额定值，则不需更换水泵；否则通过采集的数据绘制系统管路的特性曲线以及水 泵的扬程曲线，以其交点为工况点，选择此工况时效率最高的水泵型号替换原系统中水泵。进一步，所述的替换原系统中的水泵时，为了留有放大的余量，新水泵的叶轮直径 一般选择水泵性能曲线的第II条所对应的直径。所述的水泵的性能曲线，由扬程、流量、功 率、效率组成。曲线I-III是根据水泵实验确定的，每种型号的泵都有对应的三条或四条叶轮的曲线。如系统实际流量变化不超过额定流量的30%，则不需更换水泵，可根据实际需要， 放大为水泵性能曲线I所对应的直径或缩小为水泵性能曲线III所对应的直径叶轮，以调 节流量的大小。本发明优化方法大致的流程与现有的一些优化方法是相同的，即现场数据的采 集、分析以及之后进行优化。其中，数据的采集不仅限于上文提到的具体项目，其他没有提到的属于本系统 的数据也包括在内。所述的电机实际运行功率N，低压电机(一般指额定电压为380V的 电机)的运行功率可直接通过多功能电能测量仪测出，高压电机(高压电机电压一般为 6000V和10000V等)可通过测量实际的电流I，电压U，功率因数cosO，按以下公式计算 N= V^UIcosC 。更进一步，结合附图，所述的优化可按照如下步骤进行1.对循环冷却水系统进行现场勘测，记录(1)泵站情况水泵数量以及使用及备用情况，并联/串联运行情况，水泵型号，额 定流量，额定扬程，转速，配套电机型号，额定功率，电压，额定电流，cos。等。(2)用多功能电能测量仪测出低压电机实际功率；对于高压电机，去配电房查得 实际运行电流I1,实际运行电压Up根据公式N= V^uicos Φ计算出实际功率。(3)泵进出口及上塔阀门开度，阀门种类，管径，水池液位，泵房位置。2.测量泵的进出口及母管压力并记录标高。(1)选取系统中正在运行的水泵2 (结合附图1)的进、出口分别记作a、b，测量水 泵进、出口压力H1, H2，标高Ih2，得出水泵实际工作扬程H= (H2+h2)-(H^h1)0可通过水 泵特性曲线图(见图幻，得知此水泵此扬程下的设计流量和效率；(2)选取系统母管测点C，用带压打孔器打孔，装置压力表，得知压力H3,标高Ii3 ；(3)选取末端最不利工况处的设备3的进、出节点d、e，测量其进、出口压力，数值 相减求得运行的热交换装置压差；(4)测量开路系统的水池1与冷却塔喷嘴处的几何高差，得到静扬程Hst ；(5)测量开路系统的水池1与水泵中开面的几何高差H4 ；(6)此系统实际所使用压力为H = Hst+H4。3、选择水泵出口 b采用便携式超声波流量计测量水泵实际流量Q，如果水泵出口 无合适条件，也可选择水泵入口、总管或上塔管中水利条件较好者来测量水泵的实际流量。4、分析循环冷却水系统存在的不利工况，如阀门损失、局部环流、高低压混合、管 路堵塞、水泵实际运行效率低、其他不必要的损失等现象，具体方法为(1)阀门损失阀门前后存在压差，说明阀门有一定关度，或是阀门已经坏掉，可 通过打开或更换阀门解决。(2)局部环流用超声波流量计，测量管道的流量，若其供水母管(包含补水)和 出水母管流量不一致，则说明存在局部环流，可通过调整管路解决。(3)高低压混合不同末端设备进口处压力相差较大(如0. 4Mpa和0. 16Mpa)，即 为高低压混合现象，可通过高低压分区或增加管道泵等解决。(4)管路堵塞采用带压打孔器，对可疑点进行压力检测，如果在没有较大阻力点的情况下，损失较大，可判定管路阻塞，可通过清理管路解决。(5)水泵效率看水泵的流量与压力，是否均接近额定值，可通过更换水泵解决。(6)其他不必要的损失如一套冷水机组已知换热温差最佳为5°C，而实际长期运 行温差只有;TC，系统水量偏多，能量消耗大。生产物料(介质)上的过冷却，由于水系统 流量上的不优化，导致生产物料(介质)热量的过度冷却。公式Q = mcAt(即能量=质 量X比热容X温度差)，如质量是IOOOKg的水，温差相差1°C，Q= 1000X4. 2X103X1 =4.2X106焦耳，也就是说，如果我们能使循环水温差增大1°C，就可以得到相应的优化节 能目的。5、替换系统的相关问题设备进行系统优化，特别是当水泵效率不高时对水泵的更换。(1)绘制管路特性曲线根据水力学知识，管路中的水头损失Σ h，对于给定的管路系统，有Σ h = Σ hf+ Σ h1D/ 2式中Σ hf_管路系统的沿程水头损失。Σ、=At7^，式中λ-沿程阻力系数；d 2g查阻力系数表。1——管道的长度；测量得出。d——管道的直径；管道上直接标注或通过测 量得出。ν-有效断面上的平均流速；根据速度公式v = f通过超声波流量计测出流量，由 管径得出断面积(A= Jir2)，从而算出流速。g——重力加速度，9.8m/s2。Σ h「管路系统的局部水头损失。Zhl=C^r，式中ζ —局部阻力系数；查局部 阻力系数表。ν——有效断面上的平均流速；g——重力加速度。采用比阻公式表示时，可写成Σ h = SQ2——①(S为管路系统阻力参数，与管径、 管长、粗糙系数、管路布置及管件个数有关，对于已知系统，其为定值)将式①带入水泵设计扬程的计算公式Hd = Hst+ Σ h，则得H = HST+SQ2。此开口向 上的抛物线，就是管路特性曲线。(2)确定工况点管路特性曲线与水泵流量-扬程曲线0H1)的交点，就是二者相 互平衡的点，即为工况点。(3)替换水泵按工况点O^H2)，选择此工况时效率最高的水泵型号，替换原系统中水泵。具体的，系统实际所需要的水力功率为N=:，式中Q为水泵的实际流量，H为水泵的实际使用压力(即扬程)，η为电机效率和水泵效率的乘积。所述的H按阻力最小原 则配置，按此(Q，H)重新量身定做水泵进行替换。新水泵的叶轮直径要在所选型号水泵的 中间位置，即一般选择水泵性能曲线的第II条，使其留有一定余量，以便循环冷却水系统扩产。循环冷却水系统节能改造前后效果对比如图3所示。上面的线条为原设计安装的 水泵性能曲线；下面的线条为通过循环冷却水输送系统优化方法优化后水泵的性能曲线。 A为原设计水泵工况点，通过系统局部优化后，系统管道特性改变，水系统实际的阻力变小， 水量不变，热交换量不变的情况下实际工况点为B。
所述的优化方法中，可能会运用的工具有超声波流量计、带压打孔器、高精度压力 表、红外线测温器、多功能电能测量仪、数显卡尺等。本发明的优化方法可用于多种工业行业设备冷却，如钢铁厂高炉、焦化、制氧、除 尘水系统，化工厂PVC、氯碱水系统，化肥厂合成氨、尿素、脱硫、造气水系统，水泥厂余热发 电水系统等。本发明相对于现有技术，有以下优点通过本发明的优化方法可使因循环冷却水系统阻力过大引起的电机功率过大，温 度过高、水泵气蚀、运行效率低等不利工况运行得以改善，其中还着重解决了循环冷却水系 统中管路特性匹配问题，按实际所需工况定制的水泵，将处于高效区运行，机组效率比原泵 高出15%以上，气蚀现象得到明显缓解，电机得到保护，寿命更长；节能效果也大大提高， 可达25%以上，系统的实际运行效率也大大提高。
图1为循环冷却水系统检测示意图；图2为水泵特性曲线图；图3为循环水系统节能改造前后效果对比图，其中A为改造前工况点，B为改造后 工况点，H1、H2、B、A所围成的阴影部分为所节省的能量。
具体实施例方式以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此实施例1某钢铁厂1080高炉循环中压循环冷却水系统优化方法。循环冷却水系统各环节数据的采集共3台水泵(常年2用1备)，并联运行， 水泵型号500S-100TD，额定流量M22m7h，额定扬程81. 8m，转速980r/min，配套电机型号 YJK5004-6，额定功率800KW，电压6KV，额定电流97. 2Α,οο8Φ = 0. 83。去配电房查得实际 运行电流分别为75Α和67. 5Α，实际运行电压6300V。计算得出实际运行功率分别为679KW 和611KW。泵进口及上塔阀门全开，泵出口内螺纹闸阀开1/8，出口止回阀不能完全打开，管 径均为DN600，水池液位2. 8m,泵房位于大地面。水泵出口压力1. 09MPa,系统供给高炉冷 却，总管压力为0. 58MPa，总流量3747m7h。将泵出口内螺纹闸阀全开，止回阀更换成微阻止回阀。相应消除系统存在的阀门 损失。查找局部环流、高低压混合、管路堵塞以及不必要的损失(如温差过低)，取消或 使其降至最低，经勘查，本系统不存在这些问题。同时更换水泵型号绘制管路特性图，找出工况点，确定工况点对应的最高效率的 水泵型号，确定采用两台500S-59，改造前后系统实测运行工况如表1所示。表 权利要求
1.一种循环冷却水输送系统优化方法，包括循环冷却水系统各环节数据的采集、数据 的分析与系统的优化，其特征在于，通过数据采集与分析确定系统中实际需要的水泵型号 以及相应消除系统存在的阀门损失、局部环流、高低压混合、管路堵塞以及不必要的损失。
2.如权利要求1所述的循环冷却水输送系统优化方法，其特征在于，所述的数据采集 包括水泵和电机的铭牌资料，泵的连接方式、走向及运行方式，电机实际运行功率，泵的进 出口及上塔的阀门种类、开度和相应管径，水池液位及泵房位置标高，泵的进出口及母管的 压力和标高，泵的实际流量、离泵最远的用水设备及最大用水设备的进、出口压力，系统中 水池的水平面与冷却塔喷嘴处的几何高差以及水池与水泵中开面的几何高差。
3.如权利要求1所述的循环冷却水输送系统优化方法，其特征在于，系统中实际需要 的水泵型号的确定方法如下首先查看水泵的流量与压力，如均接近额定值，则不需更换水 泵；否则通过采集的数据绘制系统管路的特性曲线以及水泵的扬程曲线，以其交点为工况 点，选择此工况时效率最高的水泵型号替换原系统中水泵。
4.如权利要求3所述的循环冷却水输送系统优化方法，其特征在于，替换原系统中的 水泵时，新水泵的叶轮直径应选择水泵性能曲线的第二条所对应的直径。
5.如权利要求3所述的循环冷却水输送系统优化方法，其特征在于，如系统实际流量 变化不超过额定流量的30%，则不需更换水泵，可根据实际需要，放大为水泵性能曲线第一 条所对应的直径或缩小为水泵性能曲线第三条所对应的直径叶轮，以调节流量的大小。
全文摘要
本发明属于循环冷却水输送系统领域，特别涉及一种循环冷却水系统输送优化方法。所述方法包括循环冷却水系统各环节数据的采集、数据的分析与系统的优化，通过数据采集与分析确定系统中实际需要的水泵型号以及相应消除系统存在的阀门损失、局部环流、高低压混合、管路堵塞以及不必要的损失。本发明的优化方法使因循环冷却水系统阻力过大引起的电机功率过大，温度过高、水泵气蚀、运行效率低等不利工况得以改善，还着重解决了循环冷却水系统中管路特性匹配问题，按实际所需工况定制的水泵，机组效率比原泵高出15%以上，气蚀现象得到明显缓解，电机得到保护，寿命更长；节能效果也大大提高，可达25%以上。系统的实际运行效率也大大提高。
文档编号F17D1/14GK102052564SQ20101053886
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年10月27日
发明者吴迎新, 杨宝良 申请人:杨宝良