水動風機在循環(huán)水裝置上的應用

張俊慶，陳 震

（大慶油田化工有限公司甲醇分公司，黑龍江大慶 163411）

1 項目概述

大慶油田化工有限公司甲醇分公司是一個以天然氣為原料，生產甲醇及其下游產品為主的中型化工廠，公司擁有兩套甲醇生產裝置、一套液氨生產裝置，年可生產甲醇200kt、液氨50kt。分公司各生產裝置在生產過程中產生大量的熱，大部分高位熱能可通過熱回收裝置回收利用，另一部分低位熱能因工藝需要，須使用大量冷換設備進行冷卻降溫，而這些冷換設備的換熱介質一般采用循環(huán)水，工業(yè)生產中的熱量經(jīng)循環(huán)水帶到循環(huán)水場后，主要通過冷卻塔將水溫降低。塔頂風機是通過機械強制通風的方式，加快空氣與水滴的熱交換，從而把熱量帶走，因此，塔頂風機的工作效率以及穩(wěn)定性直接影響了循環(huán)水裝置送水指標的穩(wěn)定性，在生產過程中起著關鍵的保障作用。

甲醇分公司現(xiàn)有三套循環(huán)水冷卻裝置，分別為一、二甲醇及合成氨裝置提供循環(huán)冷卻水。這三套循環(huán)水冷卻裝置冷卻塔均為敞開式，其中，第一、三循環(huán)水場為橫流式冷卻塔，第二循環(huán)水場為逆流式冷卻塔，塔頂風機均采用電機驅動，電機驅動風機存在以下問題。

（1）電耗大。以處理量3 000t／h的塔為例，電機功率160kW。

（2）維修維護費用大。風機采用電機驅動，通過長軸與風機減速器相連，機械傳動部件多，功損大，維修維護工作量大。

（3）飄水量大。電機驅動風機無法調節(jié)風機轉速，不能根據(jù)季節(jié)和環(huán)境溫度變化隨時調整，水的損失較大。

（4）在生產裝置的換熱設備出現(xiàn)內漏問題時，存在可燃氣體濃度超標后發(fā)生爆炸、著火的隱患。

（5）振動和噪音大，對環(huán)境的影響較大。

這些問題在化工廠循環(huán)水裝置普遍存在，對循環(huán)水裝置的安全、長期、穩(wěn)定、高效運行造成一定的影響。為解決上述問題，分公司于2009年初開始組織攻關小組進行技術攻關，并對國內同類化工裝置循環(huán)水裝置進行實地調研。經(jīng)多方交流與考察，最終確定采用水動風機技術解決循環(huán)水裝置風機因采用電機驅動存在電耗高、維修難、不易控制的問題。

2 水動風機技術特點

水動風機技術體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟、安全、性能穩(wěn)定的理念，是一種新型高效節(jié)能技術。其核心是用水動風機取代傳統(tǒng)的電機作為風機動力，使風機由原來的電力驅動改為水力驅動。水動風機的工作動力完全來自于循環(huán)水系統(tǒng)的能量，把循環(huán)水系統(tǒng)的能量回收二次利用，確保不增加循環(huán)水水泵的電耗。

水動風機的特點如下。

（1）在保證冷卻塔溫降設計參數(shù)的前提下，以水動風機取代風機電機，改電力驅動為水力驅動，完全省去電機的能耗。

（2）水動風機冷卻塔省去了風機電機及減速箱，大大降低冷卻塔的震動和噪聲，減少對環(huán)境的污染。

（3）水動風機冷卻塔省去了電機、連軸節(jié)、減速箱、電控、電纜等，減少日常的維修保養(yǎng)費用。

（4）水動風機冷卻塔上無電氣設備，避免了漏電漏油現(xiàn)象，從而可在防爆環(huán)境下安全運行。

（5）水動風機的轉速可隨季節(jié)變化，按照需要調整風量，使冷卻塔的氣水比穩(wěn)定在最佳的狀態(tài)，以達到最佳的冷卻效果。

3 現(xiàn)場實施情況

2010年3月，攻關小組經(jīng)多方調研與技術交流，最終確定采用國內某公司生產的水動風機為試驗設備，在分公司第三循環(huán)水場1＃冷卻塔應用。該塔設計流量為3 000m3／h。經(jīng)采集現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù)，編制技術方案，簽訂技術協(xié)議，進行所需設備和材料的加工采購及現(xiàn)場管線改造，項目于2011年3～4月進行現(xiàn)場設備安裝，2011年5月現(xiàn)場調試，2011年6月完成了夏季工況數(shù)據(jù)采集。

3.1 現(xiàn)場改造情況

（1）拆除原風機電機、傳動軸、變速器，改為水動風機。

（2）冷卻塔進水管由原直接進布水器改為風筒直接進水動風機。

（3）改造后水動風機四條出水管連接到原布水器支管。

3.2 現(xiàn)場調試、運行情況

3.2.1 轉速測試（表1）

表1 轉速測試結果（5月17日10：00 1＃水塔）

轉速測試數(shù)據(jù)表明，水動風機隨著循環(huán)水流量的增加，轉速也不斷增加，并且在水流量沒有達到設計最大流量（3 000m3／h）的前提下，轉速已達到風機的額定滿轉速（149r／min），完全可以滿足生產實際需要。

3.2.2 流量、泵電流等其他指標測試（表2）

表2 流量及其他指標測試結果（5月20日9：00～5月26日9：00）

從以上測試數(shù)據(jù)可以看出，1＃水塔塔頂水動風機轉速達到技術要求，在2 750m3／h 水量時，風機即可達到額定轉速149r／min，同時循環(huán)水水泵電流沒有變化，系統(tǒng)功耗沒有增加，單塔冷卻能力達到生產指標要求。實現(xiàn)每小時節(jié)電160kW·h（原塔頂風機電機額定功率），日節(jié)電3 800kW·h。

另外，對噪聲指標也進行了檢測，結果是小于75dB，符合技術協(xié)議要求。

3.2.3 運行階段數(shù)據(jù)（表3）

從6月份和7月份采集的夏季工況數(shù)據(jù)，可以得出以下結論：

·水動風機轉速可根據(jù)送水溫度需要進行調節(jié)；

·風機在設計流量下可達到額定滿轉速；

·風機運行對循環(huán)水泵功耗沒有影響；

·風機最大轉速時進出水溫差可達9℃；

·風機可實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定無故障運行。

表3 運行數(shù)據(jù) （2011年）

4 效益分析

4.1 單機節(jié)電費用

第三循環(huán)水場1＃冷卻塔風機每年按7 200h運行考慮，年可節(jié)電70.272萬元。

4.2 電機和減速箱日常保養(yǎng)費和維修成本

原電機驅動方式的日常管理和維修保養(yǎng)成本約為1.5萬元／年。

4.3 固定資產折舊

按照14 年折舊期計算，年折舊為85.5／14＝6.11萬元。

綜合以上數(shù)據(jù)，甲醇分公司第三循環(huán)水場1＃塔頂風機由電機改為水動風機年效益為65.7萬元。

5 市場前景

本項目自2011年6月投入運行至今，設備運行平穩(wěn)，達到了預期的各項指標，解決了循環(huán)水裝置冷卻塔風機原采用電機驅動存在的電耗高、維修難、不易控制的問題，并且達到節(jié)能降耗目的。

甲醇分公司目前三個循環(huán)水場共有冷卻塔頂風機12臺，除本項目已應用的三循1＃塔頂風機外，剩余風機的總電機功率為895kW，如果全部推廣應用，按照年運行7 200h計算，年可節(jié)電895×7 200＝644.4×104kW·h，年可節(jié)約電費644.4×0.61＝393萬元，節(jié)約設備維護檢修費用約15萬元。合計年可創(chuàng)效408萬元，可取得良好的經(jīng)濟效益。