健康的循环水冷却系统技术规范

健康的循环水冷却系统技术规范西安交大深圳宏事达曹琦2012-5•目录•1.循环水冷却系统现状•2.现行循环水冷却系统存在5大问题•3.健康的循环水冷却系统技术规范•4.循环水冷却系统存在问题诊断及节能改造程序•5.说明前言•循环水冷却系统是一个耗能系统，它应该是一个健康的有机系统整体。依据“系统节能”理论，提出了健康的循环水冷却系统技术规范。1.循环水冷却系统现状3-1循环水冷却系统的地位。循环水冷却系统的作用是给生产工艺设备提供一个安全、高效生产的温度环境，循环水冷却系统是工业生产不可缺少的组成部分。图1为某化工厂尿素生产线循环水冷却系统流程图。TW.Q4台4040m3/h,60m,6/800kWME03402闪蒸冷凝器E03501A/B/C氨冷凝器安全型惰洗器E03502惰气精洗器E03503DN400图1某化工厂尿素生产线循环水冷却系统流程图DN800DN200DN150冷却塔水质监测仪冷水池MP补水泵共14个末端PMPPPTF1.循环水冷却系统现状3-2循环水冷却系统的耗能巨大。用石化、煤电两个循环水用量最多的行业的数据来说明。据文献[1]介绍，2005年石化循环水冷却系统用水量29.6亿m3；火电循环水冷却系统用水量580亿m3，纺织56亿m3，造纸55.6亿m3，钢铁23.2亿m3。假定却水浓缩比为3.0，查表2-2-1用水量占循环水量的3.4%。[1]，以此计算2005年石化循环水冷却系统水泵装机容量为1.245×1010kW，年耗电8.96×1013kW.h；火电循环水冷却系统水泵装机容量2.44×1011kW，年耗电1.76×1015kW.h，工业循环水冷却系统消耗的能量是巨大的。全国系统水泵的平均效率仅为30%，比国外相差20%，运行效率很低[2]，所以工业循环水冷却系统节能改造有重大的意义。1.循环水冷却系统现状3-3没有认清循环水冷却系统的本质。由于对循环水冷却系统的内在本质、必然规律、固有特点认识不清，缺乏系统观思想，现行循环水冷却系统的节能改造基本上是换一个冷却塔或加一个变频器或换一个三元流叶轮高效水泵之类的头痛医头、脚痛医脚局部片面的模式，对设备容入系统其本质要发生根本变化的系统科学原理不清楚，换上或增加的设备在系统中的静态特性、动态特性以及对系统的影响说不清道不明，没有坚实的解决耗能系统节能问题的理论基础和逻辑基点，因此节能效果非常有限，甚至有时不节能，出现了众多节能的乱象。2.现行循环水冷却系统存在5大问题5-1传统循环水冷却系统设计思想。传统循环水冷却系统是按专业模块用“片面思考”的理念“土豆放在麻袋里”的模式，堆积叠加构成的。传统设计思想没有搞清循环水冷却系统的内在本质、必然规律和固有特点，缺乏“系统节能”理论思想的红线，构成的系统多是病态的。2.现行循环水冷却系统存在5大问题5-2•水泵的总耗能由公式（1）计算：••（1）••式中：•Wt——水泵总功耗，W；•ΔP——水泵扬程，Pa；•L——水泵流量，m3/s；•ηp——水泵轴效率，%；•ηm——水泵电机及传动总效率，%；•ηi——水泵变频器或变速器效率，%。imptLPWimptLPW2.现行循环水冷却系统存在5大问题5-3•由“系统节能”理论证明，循环水冷却系统节能终极运行模式是全相似变压变流量运行模式，水泵节能运行的流量范围是（60%~100%）L0(额定流量)。用“系统节能”理论审视，现行的循环水冷却系统存在5大问题：2.现行循环水冷却系统存在5大问题5-41).水泵配置不合理水泵配置裕度过大，大马拉小车，多处在大流量、小温差、低效能状态运行；2).水泵管道特性不匹配水泵管道特性不匹配，水泵不能时时在最高效率点运行，差者比水泵最高效率低5~10%；3).冷却塔不适应变水量运行原冷却塔标准没有变水量性能和系统性能考核项目，在（60%~100%）额定流量范围变水量节能控制运行时，不能都保证冷却塔布水均匀、热湿传质交换充分、蒸发冷却良好、耗能适当（(3~3.5kW)/(100m3/h)）；2.现行循环水冷却系统存在5大问题5-5•4).被冷却设备不能实现按需供水的要求多数循环水冷却系统未做水力平衡调节，未配动态水力平衡调节控制装置，做不到被冷却设备按需供水的要求；•5).不能充分利用大自然的冷量系统缺少“实时跟踪负荷变化”，没有“花最小的代价实现‘实时跟踪负荷变化’的过程（最小耗能原理）”的性能。不能充分利用大自然的冷量。3.健康的循环水冷却系统技术规范6-1•在“系统节能”理论指导下的循环水冷却系统节能改造，是个系统工程，它是依据彻底解决循环水冷却系统存在的五大问题的目的，整合水泵、管道、被冷设备、冷却塔、强弱电系统等要素，达到“配置合理，运行协调”整体优化境界的健康的有机系统整体，那么在有机系统整体层面上就会涌现出人们期望的简约、节能、自适应、大大降低运行管理的难度等等一系列健康的属性来。根据“系统节能”理论，健康的循环水冷却系统技术规范有5条：3.健康的循环水冷却系统技术规范6-21).水泵容量配置合理要消除大马拉小车的现象，新配置的水泵容量是实际需要的1.02~1.05倍；2).水泵时时在最高效率点运行消除水泵管道系统不匹配、水泵实际运行工况偏离最高效率点运行的问题，使水泵时时在最高效率点附近运行，流量偏差控制在最佳值的±5%之内；3).冷却塔有高的系统性能系数SCOP，适应变水量运行冷却塔有高的系统性能系数SCOP，在（60%~100%）额定流量范围，冷却塔都能布水均匀、热湿传质换热充分、蒸发冷却良好、耗能适当（(3~3.5kW)/(100m3/h)）；在任何水量运行，冷却塔出水温度减进风湿球温度（逼近）要小于国标规定的逼近值（普通冷却塔3℃~5℃，中温、高温冷却塔~5℃）。3.健康的循环水冷却系统技术规范6-3•4).被冷设备能实现按需供水系统配有动态水力平衡控制设备，能做到被冷却设备实时按需供水的要求；•5).能够充分利用大自然的冷量配置有“实时跟踪负荷变化”和“花最小的代价实现实时跟踪负荷变化过程”功能的智能循环水控制系统，使循环水冷却系统能够充分利用大自然的冷量。3.健康的循环水冷却系统技术规范6-4•达到这5条技术必要条件，循环水冷却系统就是健康的，那在健康的有机系统整体层面上就会自然而然涌现出人们期望的一系列优良属性：•1).节能效果特别显著：如果测算水泵容量是需要容量的1.3倍，通过“系统节能”理论指导节能改造成功的系统，理论计算年节能量至少60%；3.健康的循环水冷却系统技术规范6-5•2).系统是自适应的：不管遇到什么天气、什么负荷，根植有“实时跟踪负荷变化”和“花最小的代价实现实时跟踪负荷变化过程”两条生命红线的自适应的循环水冷却系统，能够始终处在最佳状态运行，节能效果显著且大大降低了循环水冷却系统节能运行管理的难度；•3).有清晰的物理模型和扎实的理论基础。理论是解决问题的逻辑基点，观察、行动渗透着理论，因此理论是最重要的。毛主席说：“感觉只解决现象问题，理论才解决本质问题”。“系统节能”理论是揭露耗能系统的本质、规律和特点的，它是构造任何形式的健康的耗能系统的思想基础和根本保障。•健康的循环水冷却系统优良属性远不止这3点，清晰、直观、简约……它会让用户明明白白地耗能，有“不同凡想”的体验。3.健康的循环水冷却系统技术规范6-6•图2是宏事达公司开发的SES-6型健康的循环水冷却智能控制系统图。•图3是SES-6型健康的循环水冷却智能控制系统网络拓扑图。MMMHTW.QTTTFFPPTTVFDAVWT负荷跟踪控制装置在线匹配控制装置多功能控制仪被冷却设备群泵群冷却塔群计算机主制台冷却塔性能监控仪12图2SES-6型健康的循环水冷却智能控制系统图被冷却介质图3SES-6健康的循环水冷却智能控制系统网络拓扑图循环泵群局域网终端计算机局域网终端计算机局域网终端计算机系统组态监控服务器工业级服务器，作系统后端应用层服务器，主要功能：1.西门子WinCC组态2.数据库数据管理3.报警处理与报表服务3.web发布与安全管理9US7-300型PLC系统现场PLC主控单元。。。1-20路泵回路总线协议桥总线协议桥以太网以太网在线匹配控制装置泵驱动控制单元循环泵MPFTPAB变频驱动在线匹配控制装置泵驱动控制单元循环泵MPFTPAB变频驱动PROFIBUS总线流量阀控群。。。1-30路阀冷却回路MODBUS总线ZETA智能阀控装置流量阀控单元MPFTPAB开度驱动被冷却设备群12被冷却介质ZETA智能阀控装置流量阀控单元MPFTPAB开度驱动被冷却设备群12被冷却介质西门子S7-300型PLC组成前端主控制器：1.总线服务2.现场设备过程控制3.现场控制安全控制局域网内计算机，远程通过WEB访问系统组态服务器，主要功能：1.现场工况远程监控2.远程报警信息处理3.打印服务西门子S7-200型PLC组成泵驱动控制单元：1.泵闭环变频控制2.泵进出口温度压力检测3.工作数据检测与上传服务ZETA智能阀控模块组成流量控制单元：1.流量调节阀闭环控制2.阀进出口温度压力检测3.工作流量等数据检测与上传服务数据库服务器4.循环水冷却系统存在问题诊断及节能改造程序1-1•按“系统节能”理论，循环水冷却系统存在问题诊断及节能改造流程如图4所示。如果严格按照图4流程执行，那么有头脑、有智商成为有机系统整体的一个健康的循环水冷却系统就会呈现在人们的面前。*熟悉系统结构、原理；了解系统大暑、大寒前后运行记录；*系统用能现状诊断：水泵、冷却塔工况确定；管道阻力特性测定：是否做水力平衡调节、管道系统状况、各阀门开度记录等。*出具系统用能现状诊断书，并请甲乙方及第3方确认；*出具节能改造计算书；*出具节能改造设计图纸。*“基准点跟踪法”水力平衡调节；*管道最佳阻力确定；*换和管道特性匹配的泵；*加全变频、水泵与管道特性在线匹配装置和负荷跟踪控制装置。*编制负荷跟踪、运行策略控制软件。*系统节能改造后性能测试，测试结果三方确认；*出具系统节能改造实际效果计算书、图纸；*召开某个级别的节能成果鉴定会。*出具工程总结报告。图4循环水冷却系统“系统节能”理论节能改造流程图5.说明4-1•健康的循环水冷却系统技术规范是从和传统按专业模块堆积叠加思维模式完全不同的“系统节能”理论提出的；而“系统节能”理论是依据普适的系统科学原理用“系统思考”理念提出的，它是揭露耗能系统本质、规律和特点的理论，因而也是普适的耗能系统节能的理论。健康的循环水冷却系统技术规范也是依据“系统节能”理论发明的有我国自主知识产权的系列发明专利思想提出的。•图5依据“系统节能”理论发明的三个发明专利证书图片3.200410073251.9号专利1.200410073119.8号专利2.200410073251.9号专利图5依据“系统节能”理论发明的三个发明专利证书图片5.说明4-2•图6为2011年宏事达公司用“系统节能”理论新申请的发明专利、实用新型专利中国专利局受理通知书。图6宏事达新申请专利受理通知书201110385555.9号专利201120482405.5号专利5.说明4-3•2011年10月12日深圳市宏事达实业发展有限公司应邀参加“第二届石油和化学工业节能技术交流及投融资大会”，并成为“中国节能化工理事单位”。图7为宏事达公司依据“系统节能”理论及发明专利技术推出的《SES系统节能技术》被协会推为优秀节能技术的通知。图8为宏事达公司的《SES系统节能技术》被评为优秀节能技术获得的荣誉证书。图7中国化工节能技术协会文件图8宏事达公司获得的优秀节能技术荣誉证书5.说明4-4•虽然“系统节能”理论具有扎实的基础、具有我国自主知识产权专利技术和广阔应用前景，但毕竟是第一次提出，涉及到的知识领域比较广，一时不一定能被人们接受，但以我们的诚心、精湛创新的“系统节能”理论和丰富的工程经验，“系统节能”理论一定能够在我国节能减排的工作中作出巨大的贡献。愿和各位同仁共同探讨系统节能的问题，也希望同仁们多多质疑、询问。谢谢！曹琦教授2011-1