一种循环冷却水系统的整体优化技术

摘要

本发明涉及工业领域，尤其涉及一种循环冷却水系统的整体优化技术。包含如下步骤：获取换热器本身的换热效率；采集换热系统中的冷却水温和流量及压力；预测污垢系数变化情况，预测冷却水出口温度、冷却水流量、工艺流出口温度随着污垢系数改变而变化的情况；揭示冷却水流量对换热量的影响规律，确定系统整体最优运行方式和不同工况下的最优运行参数。有益效果：解决了换热器污垢系数难以预测的难题；解决了循环水系统中水泵最低扬程的最大值H

说明书

技术领域

本发明涉及工业领域，尤其涉及一种循环冷却水系统的整体优化技术。

背景技术

循环冷却水系统是指以水为冷却媒介，由换热设备、冷却塔轴流风机、 水泵、管网及阀门等有关设备组成，通过水的循环流动，不间断地将工业生产中 产生的废热传递给环境的系统，可分敞开式和闭式系统。

一般而言，一个循环水系统由多个用水装置、多条回水支路、多间不同 的冷却塔、多台循环水泵组成。用水装置的最佳循环水需求量，随生产装置的工 艺热负荷、污垢系数、外界环境温度、换热器性能的变化而变化。由于影响因素 多且复杂，目前尚不能在循环水系统正式投运前精确预测用水设备的最佳用水 量，为了安全起见就增加系统的供水压力和流量，从而导致系统能耗偏高，造成 能量浪费。这种能量浪费现象普遍存在于循环水系统中。

在循环水系统实际运行中，循环水量的调节普遍是通过控制泵出口母管 的压力，也就是控制水泵实际运行扬程来实现的。操作法中明确有最高控制压力 P₁和最低控制压力P₂。最高控制压力P₁一般情况都是根据设计扬程H₁折算过来， 最低控制压力P₂通常靠经验取值，再折算为水泵扬程H₂。

发明内容

发明的目的：提供一种循环水系统的在线压力、流量、温度的调整方法 及整体优化技术，在确保系统安全运行的前提下，使循环水系统能耗大幅降低。

为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：

测试并计算分析换热器本身的换热效率；

采集换热系统的中的循环水温、流量及压力；

预测污垢系数变化趋势；

预测冷却塔出水温度、冷却水流量、工艺流出口温度的变化情况；

揭示冷却水流量对换热量的影响规律，确定系统整体最优运行方式及不同工况下 最优运行参数。

根据不同工况的最优运行参数确定管网系统、热力系统、调节控制系统的优化改 造方案。

本发明进一步技术方案在于，包含如下步骤：

采集换热器外形数据：换热面积、列管直径、壁厚、材质、流动型式等数据；

精确采集换热器运行数据：工艺侧流量、温度、压力和循环水的流量、压力、温 度；

收集循环水全年温度变化情况；通过模拟分析，预测污垢系数变化情况，模拟出 循环水温度对传热的影响；

在假定工艺负荷不变的情况下，预测冷却水出口温度、冷却水流量、工艺流出口 温度的变化情况；

再根据工艺负荷实际变化情况，预测冷却水出口温度、冷却水流量、工艺流出口 温度的随着污垢系数改变而变化的情况，最终确定换热器的最优流量，从而确定 整个循环水系统的最优流量；

根据系统最优流量和管网水力性能确定整个循环水系统的最优压力；

根据不同工况的最优运行参数确定水泵最优设计参数、管路最优配置型式、最优 调节控制策略，实现能耗大幅下降。

采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：解决了 换热器污垢系数难以预测的难题；解决了循环水系统中水泵最低扬程的最大值 H₃难以精确计算的困难；提供了一种循环水系统的整体优化技术，有效节约能 源。

附图说明

为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：

图1为循环水系统实际运行状态图；

图2为循环水出口温度随污垢系数变化情况；

图3为循环水流量随污垢系数变化情况；

图4为换热量随循环水进口温度变化情况；

图5为换热量随循环水流量变化情况。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限 制：

图1是系统运行一个大修周期的情况，曲线是系统随着时间和环境温度变化而需 要的最低水泵扬程。H₃是一个大修期内，系统需要的水泵最低扬程的最大值。 从理论上看，水泵设计扬程，只需要大于H₃即可，造成系统浪费的能耗。但是 设计人员缺乏设计计算依据，无法求出H₃，只能沿用过去的设计成果，甚至为 求盲目的安全，还提高H₁，导致系统富裕量较大。

通过具体计算和分析每一台换热器的运行状况，计算出每一台换热器的 极限条件下的需用水状况，结合管道输送条件检测，就可以得出运行周期内系统 需要的水泵最低扬程的最大值H₃。换热器极限用水计算的具体步骤：

采集换热器外形数据：换热面积、列管直径、壁厚、材质、流动型式等数据。

精确采集换热器运行数据：工艺侧流量、温度、压力和循环水的流量、 压力、温度。

收集循环水全年温度变化情况。

通过模拟分析，预测污垢系数变化情况，并在假定工艺流运行流量不变 的情况下，预测冷却水出口温度、冷却水流量、工艺流出口温度的随着污垢系数 改变而变化的情况，如图2和图3所示。

通过建模分析，模拟出循环水温度对传热的影响，如图4和图5所示；

模拟工艺负荷变化对传热的影响。

本发明的有益效果是：通过该发明，可以在确保循环水系统安全稳定运行 的前提下实现整个系统的安全充分节能。

具体实施示例为：

中石化某厂，我们对烟气轮机进行建模计算后，认为系统运行参数可大幅下降， 下降后对它的影响为0.3℃左右，甲方对我方数据质疑。为此，我们和车间的技 术人员，共同做了降压实验，通过进口手动阀，将压力调整到0.09MPa，运行参 数变化如下表。

表烟气轮机冷却水降压试验数据

从上表，可分析出，参数调整对烟气轮机的温度影响，不超过0.5℃。

经过全面数据计算，系统运行压力调整情况：

名称 优化前母管压力 优化后母管压力 下降幅度 高压区出水 0.60-0.65MPa 0.51MPa 0.9-0.14MPa 低压区出水 0.55-0.60Mpa 0.46MPa 0.09-0.14MPa

计算效益，能耗大约下降20％，水泵能耗全年大约为2600万度，一年能耗节约 520万度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领 域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描 述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会 有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。