一種節能的冷卻循環水系統的製作方法

2023-05-16 17:17:31 1

專利名稱：一種節能的冷卻循環水系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於冷卻循環水傳送系統技術領域，涉及一種節能的冷卻循環水系統。
背景技術：
冷卻循環水系統作為一套重要的配套系統，應用於包括鋼鐵、石化、熱電等國民經濟生產各個領域，當前基本上處於粗放式運作，其能源浪費現象非常嚴重。目前，循環水系統運作缺乏一種直觀、便捷、操作簡便的方法，不能及時判斷水泵運行效率、不能及時準確進行水泵工況調整等，均會導致出現當前能源浪費嚴重的現象。現有技術中，已經有幾種方式實現如何進行系統配套的水泵重新選型，但其仍存在以下方面的弊端I、單純的將現有流量糾正到額定流量，若現有流量大於額定流量，但系統存在嚴重水力失衡現象，存在多個換熱瓶頸，修正到額定流量往往會使換熱瓶頸暴露出來，影響系統正常使用；2、單純提高水泵運行效率，供水能力達到當前供水能力，此方法雖然不對當前冷卻效果產生影響，但該技術節電效果仍然有更大的空間挖掘，不屬於最先進的節能技術；3、只是簡單通過維修、清洗、更換等方式解決因設備本身導致的閥門阻力損失、局部回流損失、管路堵塞引起損失等，但處理起來有一定的局限性，不屬於最先進的節能技術；4、單純根據整體供回水溫度判斷就進行流量調整(理論上系統產能一定情況下，超流量運行會導致溫差偏小)，這只能在水力平衡優秀的系統中才能夠達到節能的目的，但系統若存在水力分布不平衡、或由於換熱器結垢嚴重導致熱量帶不出來，則會導致減少流量往往會暴露出來水力條件或換熱條件不好的區域使用效果變差的現象，影響生產正常進行；5、對設備進行更換後，只是單純進行設備更換，存在著泵站運行模式上優化潛力沒有實現，節能不徹底的現象。故，針對目前現有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研究，以提供一種方案，解決現有技術中存在的缺陷，實現冷卻循環水系統的節能降耗。
發明內容為解決上述問題，本實用新型的目的在於提供一種節能的冷卻循環水系統，以降低冷卻循環水系統的能耗，使系統能耗最低。為實現上述目的，本實用新型的技術方案為一種節能的冷卻循環水系統，包括有循環水泵、冷卻塔、冷水池、採集與循環水系統有關的設備配置參數及測試設備的實際運行參數的採集與測試單元、連接採集與測試單元用於根據測試數據分析當前供水能力是否合理的數據分析與優化單元、連接數據分析與優化單元用於初步確定複數個運行模式的運行模式初選單元、以及連接運行模式初選單元對初步確定的複數個運行模式進行比較，選出能耗最低的搭配模式的運行模式比較確定單
J Li ο進一步地，所述採集與測試單元包括有設備參數採集部分以及設備實際運行參數測試部分；其中，所述設備參數採集部分用於採集當前與循環水系統有關的所有設備配置參數；而所述設備實際運行參數測試部分用於測試設備的實際運行參數數據。進一步地，所述設備配置參數包括設備的生產廠家、型號規格、額定參數，以及管道布置、換熱器位置信息參數；所述實際運行參數數據包括壓力、溫度、流量、以及運行功率。進一步地，所述數據分析與優化單元根據測試數據分析當前供水能力是否合理，並對系統中不合理地方進行優化改造。·[0016]進一步地，所述對系統進行優化改造主要包括優化系統水力平衡、解決系統管道不良問題，提高管路系統運行效率、調整系統，計算正常管路阻力特性曲線、統計生產負荷變化，確定合理供水流量指標、選擇不同負荷下高效節能水泵、以及按照泵站經濟運行原則，在特定供水流量前提下，確定水泵的運行模式。進一步地，還包括有採用半導體製冷片組合的電堆，用同類型的電堆串、並聯的方法組合成製冷系統。本實用新型通過採集與測試單元、數據分析與優化單元、運行模式初選單元以及運行模式比較確定單元，綜合考量當前水泵運行的效率、管路附件(閥門、過濾器、高處虹吸管等)異常、系統水力平衡以及所需要的供水流量，開啟泵站設備臺數及模式，使系統能耗最低，以實現節能降耗的目的。

圖I為本實用新型系統的模塊框圖。圖2為本實用新型的泵站不同運行模式性能疊加流量-揚程(Q-H)圖。圖3為本實用新型的單臺水泵運行曲線圖。圖4為本實用新型的水泵特性曲線與管路性能曲線關係圖。其中，圖2中，al為I臺小泵運行曲線，a2為2臺小泵並聯運行曲線，a3為I臺大泵2臺小泵並聯運行曲線，a4為I臺大泵運行曲線，a5為2臺大泵並聯運行曲線，a6為系統要求流量線，a7為系統要求揚程線。圖3中，bl為流量-揚程(Q-H)曲線，b2為流量-效率(Q-η)曲線，b3為流量-功率(Q-P)曲線，b4為流量-汽蝕(Q-NPSHr)曲線；圖4中，Cl為管路特性曲線，c2為水泵性能曲線，c3為為水泵運行工況點。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。[0028]請參照圖I至圖4所示，本實用新型節能的冷卻循環水系統包括有循環水泵(未圖示)、冷卻塔(未圖示)、冷水池(未圖示)、以及採集與循環水系統有關的設備配置參數及測試設備的實際運行參數的採集與測試單元、連接採集與測試單元用於根據測試數據分析當前供水能力是否合理的數據分析與優化單元、連接數據分析與優化單元用於初步確定複數個運行模式的運行模式初選單元以及連接運行模式初選單元對初步確定的複數個運行模式進行比較，選出能耗最低的搭配模式的運行模式比較確定單元。其中採集與測試單元包括有設備參數採集部分以及設備實際運行參數測試部分。所述設備參數採集部分用於採集當前與循環水系統有關的所有設備配置參數，包括設備的生產廠家、型號規格、額定參數等，以及管道布置、換熱器位置等信息參數。而所述設備實際運行參數測試部分用於測試設備的實際運行參數數據，包括壓力、溫度、流量、以及運行功率。其獲取當前系統使用效果，設計及實際產能等信息，為系統優化節能提供分析依據。所述數據分析與優化單元根據測試數據分析當前供水能力是否合理，並對系統中不合理地方進行優化改造。循環水系統的作用為將生產過程中散發出來熱量通過水介質進 行熱交換，帶到涼水塔進行散熱冷卻，其中熱量根據生產負荷變化而變化，一般系統設計有特定的指導溫差，如石油化工行業設計溫差為10°c，發熱量M、溫差AT、流量Q之間有如下關係M = kX ATXQ則當發熱量一定時，溫差與流量成反比，若溫差偏小，則供水能力有調整的空間的可能。所述運行模式初選單元用於初步確定複數個運行模式。系統根據當前供回水溫度計算出溫差，判斷當前實際需要供水流量，通過該泵站不同泵組合性能疊加圖，初步確定複數種運行模式。如圖2所示，其示出了泵站不同運行模式的性能疊加圖。所述運行模式比較確定單元通過對運行模式初選單元所確定的複數個運行模式進行比較，選出能耗最低的搭配模式在運行模式初選單元所確定的每種運行模式下，計算出該種模式下單臺泵的運行流量、揚程，再通過單臺單泵的性能曲線圖，如圖3所示，根據水泵功率計算公式計算出每臺泵運行的功率及總功率，通過對幾種模式下的總功率比較，選擇能耗最低的搭配模式，並在人機街面上直觀顯示，並提示每臺泵出口壓力控制數據。其中，水泵功率計算公式P = (0.00272 X QX Η) + (η電機X η水泵)，Q表示流量，單位t/h ；H表示揚程,單位m ;而η表示效率。本實用新型實際應用中，需要根據系統實際情況進行系統優化及調整。根據調查情況，判斷系統是否存在水力失衡、換熱器性能欠佳等現象，若存在以上現象，則先進行調整或者更換設備。其中，系統的優化改造主要包括有優化系統水力平衡、解決系統管道不良問題，提高管路系統的運行效率、調整系統，計算正常管路阻力特性曲線、統計生產負荷變化，確定合理供水流量指標、選擇不同負荷下高效節能水泵、以及按照泵站經濟運行原則，在特定供水流量前提下，確定水泵運行模式。水力不平衡是指當前供水流量達不到由各種因素下導致換熱效果不好的現象，包括由於裝置很高供水壓力不足導致流量無法正常通過、由於換熱器結垢需要增加流量但沒有達到一定的量、由於各支路阻力係數差異導致流量分配不均等。目前很多系統存在著實際供水流量大於設計要求流量，運行供回水溫差也比較小，達不到設計標準溫差，但系統流量減小又會引起系統局部換熱效果不好，影響生產。該現象並不是當前供水能力不夠，而絕大部分是因為由於水力平衡導致系統存在換熱瓶頸。因此解決系統水力不平衡現象是系統優化節能技改的關鍵一步，也是系統能否做到節電潛力最大關鍵一步。(I)解決裝置很高導致水力不平衡的問題針對某個換熱裝置比較高的系統，當前水系統管理者往往通過提升整體供水壓頭來滿足局部流量要求很小的高區的換熱器供水要求，而絕大部分換熱器又存在這供水能力過剩現象，大幅提高泵站供水能耗，因水泵能耗與流量、壓頭一次方成正比(Pm =O. 00272XQ,6 · Hg,6/n ,6)，對於高區換熱器，不採用提升整體壓頭方式(整體流量很大)，而是通過採用局部加壓方式(Pif= O. 00272XQif · Hif/η J1),泵站整體供水能耗下降值遠大於增壓泵能耗增加值，達到整體經濟運行目的，若原系統供水總流量10000t/h，一般裝置需要供水揚程30m，高區供水需要供水揚程45m，高區換熱器需水量150t/h，則需要增壓15m情況下，不採用局部增壓泵站需要消耗總電量為1600kW，通過增壓後泵站需要消耗總 電量為1067kW，增壓泵需要消耗功率8kW，總耗電量減少1600-(1067+8) = 525kW，能耗下降32. 8%。(2)解決換熱器換熱性能低下導致水力不平衡的問題根據換熱量計算公式Q = AK(Tr-At)(其中Q為換熱量，A為換熱面積，K為導熱係數，Tr為熱介質平均溫度，At為冷介質平均溫度)，當換熱器結垢嚴重，換熱性能(導熱係數K)降低時，當前一般是通過加大整體供水量達到At減小，從而使換熱量達到一定要求，但整體能耗增加很大。因此在換熱器不更換及換熱面積不變情況下，要使換熱量加大，必須減小冷介質平均溫度At，通過降低該支路供水溫度可以達到要求。因此本實用新型實施例中採用一種無須制冷機即可達到降低供水溫度，且安裝方便，不必要使系統停產、且不額外增加水系統等投資，利用半導體製冷技術，因半導體製冷片的單個製冷元件對的功率很小，本實用新型實施例中採用半導體製冷片組合的電堆，用同類型的電堆串、並聯的方法組合成很大製冷量的製冷系統，理論上半導體製冷片的溫差範圍，從正溫90°C到負溫度130°C都可以實現。利用半導體製冷，將電堆以包裹形式安裝在管道外壁，達到給供水管路降溫目的。若系統正常要求供水流量10000t/h，由於局部換熱效果不好導致需要增加系統整體流量，增加10%為11000t/h，由於系統阻力正比於流量的平方，則阻力增加約I. 21倍，能耗增加約33%，採用該方式後，將流量修正到要求值10000t/h，則能耗有降低33%的可倉泛。另外，解決水力平衡問題還包括有調節各支路阻力係數達到調節各支路流量分配目的等。一套系統對各支路供回水總管壓力差相同，即為供水總管與回水總管壓力差，由Λ P = SQ2 (其中Λ P為供回水壓力差，S為支管阻力係數，Q為供水流量)，在管路系統水力失衡不是很嚴重情況下，通過閥門調節改變該支路阻力係數，從而達到改變流量分配的目的。管道不良問題包括閥門損壞不能達到全開位置、過濾器堵塞、真空度控制不合理導致水汽化形成汽堵等，此種現象往往會導致管路局部阻力上升，根據水泵功率公式，P-Q-H,局部阻力每上升10% (如20米揚程局部阻力有2米，則能量讓費10% )，能耗讓費 10 % ο判斷管路阻力是否異常，採用實際壓力降與標準壓力降比較，標準壓力降通過查閱設備廠家資料(如開利離心機組19XR8787505EPS冷卻水系統在額定流量1067t/h情況下，查閱標準壓力降為10. 42米)，利用超聲波測試實際流量Q3m，利用高精度壓力表測試進出口等高度壓力差APm，經換算與標準值進行比較，若實際壓力差大於標準壓力差，則阻力異常。
△ P標準=AP額定X ( I ) 2
Qm&當ΛΡ·明顯大於ΛΡ標準時，則阻力異常，對阻力異常的設備，採取更換、維修方法·解決。對於系統沒有測壓點，可以採用帶壓開孔器現場開孔測壓，該帶壓開孔器具有開孔方便，能夠在任何防暴、非防暴區域均能使用的特點。通過解決上述水力平衡及管路不良問題後，泵站以外系統處於優秀狀態運行，通過調節水泵出口閥門，並將串聯於管道上分散的壓力損失集中到水泵出口處，使系統能夠在正常運行的基礎上，降低供水量及壓力，待系統穩定後，測定調整後管路特性曲線，管路特性曲線即對應流量下，管路系統所需要阻力關係。管路系統特性關係式H總=H 淨高+SQ2H,6為系統需要經濟總揚程(通過壓力表測量壓力值後換算)，H淨高為水池至冷卻塔出水高度差(通過捲尺測量)，S為系統整體阻力係數，Q為系統總流量(通過超聲波流量計測量)。其中Hg換算方式如下Hj6= (P總管-P慄進口)X 102+(h總管_h慄進口)+ AhP表示壓強，單位MPa ;h表示總管壓力表相對基準面高度，單位m ;hsan表示泵進口壓力表相對基準面高度，單位m ; Λ h表示泵進出口動能損失，單位m，一般取I. 5m。由測試及換算值H,計算出整體阻力係數S，繪製管路特性曲線圖，如圖4所示。統計生產負荷變化，確定合理供水流量指標。生產負荷往往根據市場行情不同而改變，不同生產負荷其系統熱負荷也不一樣，需水流量也不一樣，選擇典型的高負荷、低負荷兩種模式，確定兩種模式下需水量Qgt ，通過計算公式Hg = H^+SQ2或查閱管路特性曲線，得出不同負荷下需要的水泵揚程。根據核算特定負荷下，確定的流量Q值，及計算出所需的水泵揚程，選擇在該工況點下效率最高的高效節能泵，此時水泵所消耗功率P為
P=O. 00272 X QxH
水泵x打電機P表示功率,單位kW ；Q表示流量,單位t/h ；H表示揚程,單位m ； η表示效率。最後，按照泵站經濟運行原則，在特定供水流量前提下，確定水泵運行模式。其中，針對泵站有多臺設備，為了達到某一需求流量，可以有多種運行模式組合，每種組合都會有一個消耗功率值，通過以下方式確定在某一需求流量下使能耗最低(I)在同一坐標系(橫坐標為流量，縱坐標為揚程)中，按照水泵性能曲線將各單臺水泵流量一揚程性能曲線在坐標中畫出，如圖2所示。(2)將泵站各種水泵之間性能曲線進行組合疊加，疊加模式的數量有Cnp(n為泵臺
數；P為運行臺數，P = 1、2.......η)，水泵並聯繫統疊加方法為，流量——揚程曲線所對應
縱坐標不變，橫坐標相加，得出疊加後組合運行性能曲線，如圖2所示。(3)將正常管路特性曲線繪製在同一坐標系統中，得出管路特性曲線與多種運行模式疊加曲線交點，可選擇的運行模式為水泵疊加性能曲線與管路特性曲線交點流量值>要求值，揚程值>該流量下管道特性曲線對應揚程值，如圖2所示。(4)確定可以達到要求的組合運行模式後，以要求流量點為起點，繪製一條垂直於橫坐標(流量坐標)直線，與各疊加曲線形成交點，此交點對應的縱坐標揚程值也對應於單臺水泵運行的揚程值，即此時流量為組合運行下的運行總流量，揚程為組合運行下的運行總揚程，因並聯關係，也即單臺水泵運行揚程，如圖2所示。(5)將每種組合模式下所對應的水泵運行揚程( )對應到單臺泵性能曲線中，計算單臺泵的運行流量(Q)、效率(H)、功率(P)，計算出該種模式下各臺水泵的運行功率之和(Σ P)，取Σ P最小數值的運行模式，並將單臺水泵揚程調整到組合性能曲線對應的揚程工況下運行，如圖3所示。(6)以表格或人機界面形式反映各負荷下水泵的運行模式，顯示內容包括傳感器的顯示溫差、需要的流量範圍、泵組的運行模式(位號)、水泵出口的控制壓力等。另外，需要流量要核算考慮系統流量分配最低要求，並不是當前負荷只有滿負荷10%，流量就是額定流量10%的概念。按照表格或人機界面形式反映的運行方式，運行管理人員可以直觀的根據操作提示進行操作。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種節能的冷卻循環水系統，包括有循環水泵、冷卻塔、以及冷水池，其特徵在於，還包括有採集與循環水系統有關的設備配置參數及測試設備的實際運行參數的採集與測試單元、連接採集與測試單元用於根據測試數據分析當前供水能力是否合理的數據分析與優化單元、連接數據分析與優化單元用於初步確定複數個運行模式的運行模式初選單元、以及連接運行模式初選單元對初步確定的複數個運行模式進行比較，選出能耗最低的搭配模式的運行模式比較確定單元。
2.如權利要求I所述節能的冷卻循環水系統，其特徵在於所述採集與測試單元包括有設備參數採集部分以及設備實際運行參數測試部分；其中，所述設備參數採集部分用於採集當前與循環水系統有關的所有設備配置參數；而所述設備實際運行參數測試部分用於測試設備的實際運行參數數據。
3.如權利要求I所述節能的冷卻循環水系統，其特徵在於所述循環水系統還包括有採用半導體製冷片組合的電堆，用同類型的電堆串、並聯的方法組合成製冷系統。
專利摘要本實用新型公開了一種節能的冷卻循環水系統，包括有循環水泵、冷卻塔、冷水池、採集與循環水系統有關的設備配置參數及測試設備的實際運行參數的採集與測試單元、連接採集與測試單元的數據分析與優化單元、連接數據分析與優化單元的運行模式初選單元以及連接運行模式初選單元的運行模式比較確定單元。通過採集與測試單元、數據分析與優化單元、運行模式初選單元以及運行模式比較確定單元，綜合考量當前水泵運行的效率、管路附件(閥門、過濾器、高處虹吸管等)異常、系統水力平衡以及所需要的供水流量，開啟泵站設備臺數及模式，使系統能耗最低，以實現節能降耗的目的。
文檔編號F25D1/00GK202581992SQ20122000749
公開日2012年12月5日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者林永輝, 陶冬生, 呂偉, 萬文杰 申請人:浙江科維節能技術有限公司