惠州煉化循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造

慕星華 劉 明 丁書(shū)文 閆乃鋒

(中海石油煉化有限責(zé)任公司惠州煉油分公司， 516086)

項(xiàng)目評(píng)價(jià)

惠州煉化循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造

慕星華 劉 明 丁書(shū)文 閆乃鋒

(中海石油煉化有限責(zé)任公司惠州煉油分公司， 516086)

結(jié)合中海石油煉化有限責(zé)任公司惠州煉油分公司第一循環(huán)水場(chǎng)冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造的實(shí)際應(yīng)用，介紹合理利用循環(huán)水回水的富余能量，評(píng)價(jià)了水輪風(fēng)機(jī)取代電動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)的節(jié)能效果及在煉油企業(yè)推廣的意義。

循環(huán)水冷卻塔 水輪風(fēng)機(jī) 節(jié)能

水輪風(fēng)機(jī)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種利用循環(huán)水回水富余動(dòng)能的設(shè)備，使用該設(shè)備可以在工程改造量很小的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水回水富余揚(yáng)程的利用，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

中海石油煉化有限責(zé)任公司惠州煉油分公司第一循環(huán)水場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱一循)共有5個(gè)冷卻塔，其風(fēng)機(jī)由5臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要負(fù)責(zé)加氫裝置和芳烴聯(lián)合裝置的循環(huán)水供應(yīng)。為了最大限度的挖掘節(jié)能能力，可利用一循循環(huán)水泵的富余能量作為水輪機(jī)的動(dòng)能，使冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式由電力改為水力，2010年10月至2013年5月依次對(duì)2#、3#、4#、5#冷卻塔風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，即用HLW-4000型水輪風(fēng)機(jī)取代LF92型軸流風(fēng)機(jī)作為動(dòng)力源，帶動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，滿足冷卻塔抽風(fēng)降溫需求。1#冷卻塔繼續(xù)使用LF92型軸流風(fēng)機(jī)。

1 節(jié)能改造前設(shè)備概況

一循冷卻塔為方形敞開(kāi)式逆流機(jī)械通風(fēng)水泥塔，組合形式為1組5間，單塔處理量為4 000 m3/h，總循環(huán)水量15 000～20 000 m3/h,溫降4～6 K，回水壓力0.12～0.24 MPa，單塔平面尺寸16 m×17 m，框架高度25 m，上水管高度9.6 m。

5臺(tái)循環(huán)水泵選用自吸式離心泵，4臺(tái)大泵流量為5 700 m3/h，揚(yáng)程50 m，配用電機(jī)額定功率1 120 kW,工作電壓6 kV；一臺(tái)小泵流量為3 100 m3/h，揚(yáng)程50 m，配用電機(jī)額定功率630 kW,工作電壓6 kV。

改造之前一循冷卻塔使用的LF92型電動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 LF92型電動(dòng)軸流風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù)

2 水輪風(fēng)機(jī)工藝原理及性能參數(shù)

2.1 水輪風(fēng)機(jī)工藝原理

工業(yè)循環(huán)冷卻水在熱交換設(shè)備和冷卻塔之間通過(guò)循環(huán)水泵來(lái)驅(qū)動(dòng)，為保證水循環(huán)系統(tǒng)熱交換效率和滿足熱交換設(shè)備對(duì)冷卻介質(zhì)的壓力要求，在設(shè)計(jì)水循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，水泵的揚(yáng)程和流量都留有合理的富余量。

循環(huán)水泵的選型，要考慮設(shè)備和管路阻損、提升高度以及輸送距離，計(jì)算得出的總阻損值再擴(kuò)大1.1～1.3倍作為確定循環(huán)水泵揚(yáng)程的依據(jù)[1]，且一循冷卻水系統(tǒng)的換熱器位于25 m高的框架上。由于換熱設(shè)備的阻力及壓力的存在，在設(shè)計(jì)時(shí)為了克服這些阻力而對(duì)循環(huán)水泵的揚(yáng)程都留有一定的富余量，因此整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中水泵的揚(yáng)程一定是富裕的。

同時(shí)文獻(xiàn)表明[1]，由于裝置的循環(huán)水用量瞬時(shí)變化，因此循環(huán)水泵在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要留有富余揚(yáng)程而且還要有富余熱量。熱力學(xué)、傳熱學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，換熱設(shè)備熱負(fù)荷、換熱面積和冷卻水均有一定的余量，因此循環(huán)水系統(tǒng)中必然存在可轉(zhuǎn)化為富余揚(yáng)程的富余流量。冷卻塔水輪機(jī)就是合理利用這些富余能量來(lái)帶動(dòng)冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

水輪風(fēng)機(jī)既是根據(jù)冷卻塔熱力特性和循環(huán)系統(tǒng)的水力特性而研發(fā)的，可充分挖掘和利用水循環(huán)系統(tǒng)的富裕能量，從而優(yōu)化系統(tǒng)資源配置，實(shí)現(xiàn)冷卻塔無(wú)電運(yùn)行。通過(guò)調(diào)查和研究，將能量轉(zhuǎn)化效率高，渦流、喘振現(xiàn)象不明顯的超低比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)運(yùn)用于冷卻系統(tǒng)并形成通用裝置，是冷卻系統(tǒng)低成本運(yùn)行與維護(hù)的有效途徑。

2.2 HLW-4000型水輪風(fēng)機(jī)性能參數(shù)

HLW-4000型水輪風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率為80%，設(shè)計(jì)進(jìn)水量3 800～4 200 m3/h，進(jìn)水壓力0.08～0.12 MPa，額定轉(zhuǎn)速120～130 r/min，軸功率126～175 kW，葉片直徑9.14 m，葉片安裝角度13°～15°(共6片)，傳動(dòng)方式為循環(huán)回水富余動(dòng)能驅(qū)動(dòng)。

3 水輪風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況分析

3.1 單臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)性能標(biāo)定

考證單臺(tái)設(shè)備性能是否達(dá)到要求，分別對(duì)2#、3#、4#水輪風(fēng)機(jī)進(jìn)行單臺(tái)性能標(biāo)定，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 單臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)性能數(shù)據(jù)

從表2可以看出：2#、3#、4#水輪風(fēng)機(jī)進(jìn)水流量為3 600～4 600 m3/h時(shí)均達(dá)到120～130 r/min的額定轉(zhuǎn)速范圍。

3.2 水輪風(fēng)機(jī)改造后與歷史同期工況下的對(duì)比

為考察水輪風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，調(diào)試模擬與2011年同期相似工藝及天氣可比條件下，相同供水流量時(shí)，分別比較一循4臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)與4臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)或3臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)加1臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)3種工況下，一循電耗(包括水泵和風(fēng)機(jī))的差別、熱負(fù)荷及冷卻效果。

3.2.1 運(yùn)行4臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)與4臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)兩種工況下的對(duì)比

調(diào)整循環(huán)水泵出口閥及各間冷卻塔上塔閥或水輪機(jī)進(jìn)水閥，控制供水壓力、回水壓力、供水流量與2011年同期基本相同，具體運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 4臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)與4臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

由表3可以看出：最高氣溫比2011年同期低1 K，最低氣溫相同，在同樣運(yùn)行2臺(tái)大泵和1臺(tái)小泵的情況下，水泵的電耗、供水流量、供水壓力等和2011年同期基本相同，供回水溫差均大于5 K，說(shuō)明一循熱負(fù)荷基本一致，冷卻效果基本相同，但電耗減少550 kWh。

3.2.2 運(yùn)行3臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)和1臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)與4臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)兩種工況下的對(duì)比

調(diào)整循環(huán)水泵出口閥及各間冷卻塔上塔閥或水輪機(jī)進(jìn)水閥，控制供水壓力、回水壓力、供水流量與2011年同期基本相同，運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 3臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)和1臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)與4臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

由表4可以看出:最高氣溫、最低氣溫相同，在同樣運(yùn)行2臺(tái)大泵和1臺(tái)小泵的情況下，循環(huán)水泵的電耗、供水流量、供水壓力等和2011年同期基本相同，供回水溫差均大于5 K，說(shuō)明一循熱負(fù)荷基本一致，冷卻效果基本相同，但電耗減少420 kWh。

根據(jù)表3、表4中實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)觀察，各臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)的平均轉(zhuǎn)速為115 r/min，不需要達(dá)到額定轉(zhuǎn)速就可滿足一循的生產(chǎn)需要。因此一循水輪風(fēng)機(jī)節(jié)能改造相當(dāng)成功，利用回水富余能量做循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)的動(dòng)力源是可行和有效的。

4 改造效果分析

4.1 改造投資

本次改造將2#、3#、4#、5#冷卻塔風(fēng)機(jī)原軸流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)軸、減速箱、輪轂及葉片拆除，改造為水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)，還包括風(fēng)機(jī)及電機(jī)基礎(chǔ)改造、重做，水輪風(fēng)機(jī)安裝，水輪風(fēng)機(jī)進(jìn)出水管線全套管路及附件配管、支撐及防腐處理，相應(yīng)的還需修改循環(huán)回水上塔管道的配管，增設(shè)旁通管道及切換閥門(mén)，塔體及塔頂清理。循環(huán)回水先通過(guò)水輪機(jī)推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)做功后再進(jìn)入循環(huán)水配水系統(tǒng)，調(diào)整循環(huán)水供水、回水壓力，小流量進(jìn)水、試漏、沖洗水輪機(jī)，風(fēng)機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行，磨合水輪風(fēng)機(jī)，水輪風(fēng)機(jī)試運(yùn)合格后轉(zhuǎn)投運(yùn)等。

本次技術(shù)改造費(fèi)用總計(jì)400萬(wàn)元，包括設(shè)備費(fèi)用220萬(wàn)元，管線材料、附件、防腐等費(fèi)用80萬(wàn)元，施工費(fèi)4臺(tái)共計(jì)80萬(wàn)元，維護(hù)及保養(yǎng)費(fèi)共計(jì)20萬(wàn)元。

4.2 節(jié)能效果評(píng)價(jià)

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)，4臺(tái)水輪風(fēng)機(jī)運(yùn)行平均用電功率為2 860.8 kW,4臺(tái)電動(dòng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行平均用電功率為3 410.8 kW,按此計(jì)算，冷卻塔使用水輪風(fēng)機(jī)比使用電動(dòng)風(fēng)機(jī)可節(jié)電550 kWh。循環(huán)水冷卻塔按照每年工作8 400 h計(jì)，則每年可節(jié)約用電4.62×106kWh,按照電價(jià)0.6元/kWh計(jì)，則每年節(jié)約電費(fèi)約277.2萬(wàn)元。4臺(tái)水輪機(jī)改造總投入400萬(wàn)元，兩年可以收回成本。

5 結(jié)論

惠州煉化一循2#、3#、4#、5#冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造后，每年節(jié)約用電4.62×106kWh，可節(jié)約電費(fèi)約277.2萬(wàn)元。實(shí)際生產(chǎn)中，水輪風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、循環(huán)水溫差及流量均能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)煉油廠循環(huán)水冷卻風(fēng)機(jī)按照電動(dòng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)，且循環(huán)水泵都存在富余揚(yáng)程，利用水輪風(fēng)機(jī)可以降低運(yùn)行成本，取得明顯的節(jié)能效果。

[1] 王凱肖,韓軍鎖. 循環(huán)水冷卻塔風(fēng)機(jī)節(jié)能改造[J].石化技術(shù),2011,18(1):52-54.

3個(gè)煤化工項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)收

由中國(guó)石化寧波工程有限公司、寧波技術(shù)研究院和中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司、華東理工大學(xué)、中鋼集團(tuán)洛陽(yáng)耐火材料研究院、西安拓沃能動(dòng)科技有限公司等單位聯(lián)合承擔(dān)的3個(gè)煤化工技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，通過(guò)了中國(guó)石油化工股份有限公司科技部組織的專家鑒定和驗(yàn)收。

此次通過(guò)鑒定和驗(yàn)收的3個(gè)項(xiàng)目，其一為水煤(焦)漿氣化爐新型工藝燒嘴研制及應(yīng)用，該項(xiàng)目研制的新型水煤漿氣化燒嘴使用壽命達(dá)103 d，創(chuàng)造了目前水煤漿氣化燒嘴使用時(shí)間最長(zhǎng)的紀(jì)錄；其二是水煤漿氣化爐用新型錐底磚研制，該項(xiàng)目研制的新型錐底磚顯著提高了其抗熔渣滲透和耐沖蝕能力，目前已使用超過(guò)5 000 h，并還在繼續(xù)使用中；其三為煤化工關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化研制前期研究，該項(xiàng)目為中國(guó)石油化工股份有限公司茂名分公司煤制氫、中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司和中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司等煤化工項(xiàng)目中的大型、超大型和超標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范關(guān)鍵設(shè)備的自主設(shè)計(jì)和制造提供了技術(shù)支持。

鑒定和驗(yàn)收委員會(huì)專家認(rèn)為，這3個(gè)項(xiàng)目為中國(guó)石化煤氣化裝置實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行、提高裝置效益和運(yùn)行可靠性、降低裝置投資和操作運(yùn)行費(fèi)用作出了貢獻(xiàn)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

(中國(guó)石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿)

中國(guó)科學(xué)院二代煤制乙二醇技術(shù)項(xiàng)目簽約

中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所(以下簡(jiǎn)稱物構(gòu)所)與貴州京宇能源投資有限公司、興仁縣人民政府簽訂了二代煤制乙二醇中試項(xiàng)目合作合同和興仁縣600 kt/a煤制乙二醇項(xiàng)目合作合同，合作方將加快推進(jìn)二代煤制乙二醇技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

在一代煤制乙二醇技術(shù)的基礎(chǔ)上， 物構(gòu)所開(kāi)發(fā)出包含新型高效低成本催化劑與技術(shù)、全新工藝技術(shù)流程等在內(nèi)的一整套具有完整知識(shí)產(chǎn)權(quán)的二代煤制乙二醇技術(shù)。相較于一代技術(shù)， 二代煤制乙二醇技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化了工藝流程， 實(shí)現(xiàn)了催化劑貴金屬負(fù)載量的降低和有毒金屬的替代， 催化劑性能和壽命有了較大提升， 成本大幅度降低。

(中國(guó)石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿)

Energy Conservation Transformation of Fan in Circulating Water Cooling Tower of Huizhou Refining Plant

Mu Xinghua,Liu Ming,Ding Shuwen,Yan Naifeng

(CNOOCPetroleumRefiningandChemicalCo.,Ltd.HuizouRefiningCompany, 516086)

In association with the practical application of energy conservation transformation of fan in circulating water cooling tower of Huizhou refining plant, the reasonable using of surplus energy in backwater of circulating water was introduced, the energy-saving effectiveness of replacing electric axial fan with turbine fan was assessed, and its significance of popularization in refining enterprises was analyzed.

circulating water cooling tower, turbine fan, energy conservation

2015-03-18。

慕星華，男，1984年出生，2006年畢業(yè)于重慶科技學(xué)院熱動(dòng)專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事煉化生產(chǎn)調(diào)度管理工作。

1674-1099 (2015)02-0013-04

TU279.7+42

A