循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)優(yōu)化探討

趙瑋 侯毅 冉學(xué)良

摘 要：水資源對于我們的日常生活起著非常重要的作用，維持著人們的正常起居。另一方面，水也是一種比熱容大的資源，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著自己的應(yīng)用空間。在現(xiàn)代工業(yè)的領(lǐng)域范圍內(nèi)，循環(huán)水應(yīng)用非常廣泛。本文將以工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)作為例子，對工業(yè)領(lǐng)域的冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行分析，針對現(xiàn)階段的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的安全與節(jié)能技術(shù)以及制定出最佳的對策進(jìn)行詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：工業(yè)生產(chǎn)；循環(huán)水；冷卻水系統(tǒng)；安全與節(jié)能技術(shù)

在進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的過程中，生產(chǎn)的設(shè)備會造成能源的消耗導(dǎo)致出現(xiàn)很多的熱量，這些熱量使得生產(chǎn)的設(shè)備溫度逐漸變高，這時候就需要對設(shè)備進(jìn)行循環(huán)冷卻操作，從而保證工作人員與生產(chǎn)的設(shè)備處在安全的環(huán)境之下。這個冷卻操作就需要用到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。但是現(xiàn)階段環(huán)境下，很多的工廠在進(jìn)行生產(chǎn)的運(yùn)行中，它們的設(shè)備基本是根據(jù)需要進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，而不是全天候的不間斷運(yùn)行工作，這就造成工廠在進(jìn)行生產(chǎn)時的設(shè)備以及對冷卻水的需求量就存在著差異與不同。一旦循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計的過程中出現(xiàn)了使用不當(dāng)、設(shè)計不合理等問題的發(fā)生，就會直接造成對能源的浪費(fèi)。這就需要我們的設(shè)計人員能夠結(jié)合新型工業(yè)的發(fā)展道路，對能源能夠做到充分的有效利用，更高程度的提升對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的技術(shù)，在滿足系統(tǒng)符合冷卻的功能前提下，對能源也進(jìn)行節(jié)約，最終實現(xiàn)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)保雙贏的效果。

一、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)構(gòu)成內(nèi)容以及運(yùn)行原理

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要是由監(jiān)測換熱系統(tǒng)、單級雙吸式離心泵、冷卻塔、風(fēng)機(jī)、旁濾系統(tǒng)幾個部分組成，整個系統(tǒng)的流程是將涼水塔池內(nèi)的水通過離心泵打到生產(chǎn)的換熱器中，這樣就能夠為換熱器進(jìn)行有效的降溫作用，之后循環(huán)的水就通過泵流向了塔頂?shù)奈恢茫笠詸M流以及逆流的冷卻塔對換熱器進(jìn)行降溫，這樣進(jìn)行不斷地循環(huán)降溫，水就形成了循環(huán)的冷卻效果。

二、傳統(tǒng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用問題

在對傳統(tǒng)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計的過程中，如果因為設(shè)計技術(shù)不合理等原因造成嚴(yán)重的浪費(fèi)問題，就需要進(jìn)行及時的優(yōu)化改良。

（一）系統(tǒng)終端高差偏大

當(dāng)化工企業(yè)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，始終會遇到一個問題，那就是循環(huán)水供水高程不足，高程不足一般都與系統(tǒng)的工藝設(shè)計有著緊密的關(guān)系。譬如，對于一般的冷卻塔它的實際標(biāo)高是46m左右，但是系統(tǒng)的設(shè)計高程標(biāo)高卻為35m，這樣一個強(qiáng)大的偏差就會使得循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)行的過程中出現(xiàn)不利終端的情況發(fā)生。因此，如果在進(jìn)行生產(chǎn)的時候，選擇關(guān)閉冷卻塔就會對塔閥的閥門造成蹩壓，但是如果對水泵的輸出揚(yáng)程進(jìn)行強(qiáng)行提高，輸配管網(wǎng)的壓力就會長期停留在一個高水平之上，直接導(dǎo)致水泵輸出揚(yáng)程浪費(fèi)。

（二）管網(wǎng)水力不平衡

傳統(tǒng)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在進(jìn)行水路設(shè)計的時候一般都會設(shè)計的很復(fù)雜，且對系統(tǒng)終端需求非常多樣化，這樣的設(shè)計方式就會導(dǎo)致管網(wǎng)對的整體水力會出現(xiàn)不平衡的情況發(fā)生。譬如說，當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)在一些時間段內(nèi)進(jìn)行換熱器過流，就有可能會發(fā)生換熱器欠流的情況，直接就會出現(xiàn)循環(huán)的水流量沒有辦法進(jìn)行合理的分配，導(dǎo)致資源浪費(fèi)。

（三）泵站供給量持續(xù)調(diào)控能力不強(qiáng)

傳統(tǒng)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行的時候，自身會有很大的工藝負(fù)荷，當(dāng)運(yùn)行作業(yè)的過程中系統(tǒng)不僅要承受負(fù)荷的壓力還要對環(huán)境的溫度變化進(jìn)行適應(yīng)，當(dāng)僅僅只是依靠水泵的臺數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)的話，就沒有辦法對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中出現(xiàn)的連續(xù)循環(huán)供水的水量，進(jìn)行及時有效的調(diào)節(jié)與控制，間接性的導(dǎo)致本組的系統(tǒng)能耗量太大，出現(xiàn)極大的成本浪費(fèi)現(xiàn)象。

三、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

（一）參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)整個的系統(tǒng)設(shè)備功能消耗的數(shù)據(jù)分析來看，循環(huán)水泵以及風(fēng)機(jī)是最耗能的兩個部件，而且這兩大部件對于在流量設(shè)計以及揚(yáng)程方面的耗能非常關(guān)鍵。同時，水、隔離層、空氣以及填料之間也會因為相互受到影響而決定耗能的消耗。結(jié)合循環(huán)系統(tǒng)的工作原理來進(jìn)行分析得出，將氣水比的比例進(jìn)行固定，然后對空氣干球的溫度以及換熱器的面積進(jìn)行提升后，水與氣之間進(jìn)行蒸發(fā)以及接觸的傳熱量就都會獲得增長；如果對氣水比以及空氣干球的溫度同時進(jìn)行固定，生產(chǎn)所需要的空氣與循環(huán)的水量就會隨之減少，這樣整體的運(yùn)行耗能也在發(fā)生降低的改變，整體的成本得到降低與節(jié)約。這就意味著，在進(jìn)行生產(chǎn)的過程中，要根據(jù)實際生產(chǎn)的需求來找尋最佳的一個負(fù)荷與耗能的平衡點(diǎn)支撐，然后以數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行條件的優(yōu)化設(shè)置，就能夠得到最合理的一個參數(shù)。

（二）熱泵技術(shù)

熱泵是在最近幾年來才被逐步應(yīng)用起來的一種節(jié)能技術(shù)，它主要是將熱量通過對高位能的有效利用從低到高進(jìn)行熱源流向的節(jié)能裝置，因為自身使用的是可再生的清潔能源，在使用的過程中能夠有效的進(jìn)行節(jié)能環(huán)保導(dǎo)向。很多的一些企業(yè)譬如鋼鐵制造企業(yè)在進(jìn)行煉鐵、熱軋等生產(chǎn)工作的時候就需要利用循環(huán)冷卻水的技術(shù)，直接為熱泵技術(shù)的使用奠定基礎(chǔ)。一般情況下，水的溫度在冬季為12-22℃，整體溫度比空氣的溫度要高一些，如此一來，水源熱泵機(jī)組就可以充分利用好這個溫差效果，來對熱泵循環(huán)進(jìn)行蒸發(fā)與供暖能力的功能提升。到了夏天的時候，水的溫度一般都在18-35℃，這時候的溫度會比空氣的溫度低很多，導(dǎo)致冷凝的溫度進(jìn)行了降低，此時的冷卻效果要比冷卻塔的效果好的多，從而對機(jī)組的運(yùn)行效率進(jìn)行了提高。通過四季環(huán)境溫度的變化對比顯示，熱泵技術(shù)無論在哪個季節(jié)都能夠依據(jù)自身溫差實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的功效。

（三）變頻調(diào)速技術(shù)

在進(jìn)行節(jié)能環(huán)保的技術(shù)改造過程中，對于變頻調(diào)速技術(shù)的應(yīng)用，直接減少了設(shè)備發(fā)生故障的頻率，對能源進(jìn)行了有效的節(jié)約。在進(jìn)行變頻調(diào)速技術(shù)操作，主要就是通過變頻來控制循環(huán)水泵電機(jī)以及冷卻塔風(fēng)機(jī)，以此來調(diào)整水泵以及冷卻塔的運(yùn)行情況。具體的操作過程就是，第一步，對PLC程序進(jìn)行設(shè)計工作，即對水溫度以及電機(jī)電流進(jìn)行兩者之間的參數(shù)模型比例關(guān)系的建立，就可以對參數(shù)進(jìn)行控制、比較以及顯示功能；第二步，結(jié)合PLC來進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)運(yùn)算，通過查看溫度的變化來對變頻器輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就可以進(jìn)行人工指令的設(shè)計，來進(jìn)行溫度的選擇控制。這些基本的參數(shù)，能夠在不一樣的水溫、季節(jié)的變化之下，對動力設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，來改變設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，這樣就可以確保設(shè)備在各種負(fù)荷之下都能夠進(jìn)行冷卻工作。

（四）余熱利用

在進(jìn)行循環(huán)冷卻水的運(yùn)行時，當(dāng)冷凍機(jī)的溫度降低到32℃的時候，就會有一些冷凝熱在沒有進(jìn)行合理的利用就被從冷卻塔中給排出去。因此，如果能夠?qū)@些冷凝對的余熱進(jìn)行有效的利用之后，也能夠起到很大的節(jié)能作用。對冷卻水的余熱進(jìn)行充分利用，一般有兩種方法，一種為直接法，即通過對熱交換器的增加設(shè)置將冷卻水的熱量進(jìn)行交換出去；另外一種是間接法，即專門增加一個熱回收冷凝器，從冷凝器中分割一部分添加制冷劑，然后將熱量進(jìn)行釋放，釋放出的熱量就通過冷卻水進(jìn)行釋放，無論是哪一種方法，都能夠?qū)崃康挠酂徇M(jìn)行很好的利用與回收作用。

結(jié)束語：

在進(jìn)行化工生產(chǎn)的過程中，因為對循環(huán)水的使用數(shù)量非常大，就需要對它的系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行不斷的設(shè)計與優(yōu)化，才能夠使水系統(tǒng)循環(huán)水得到最大的功能發(fā)揮。工業(yè)企業(yè)要對水系統(tǒng)中所存在的問題結(jié)合系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行深入的分析，通過建立PLC變頻控制程序，并同時充分運(yùn)用熱泵技術(shù)、余熱回收利用技術(shù)等對循環(huán)冷卻水的系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能化改造，全面提升循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行的安全、穩(wěn)定與節(jié)能。

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