冷却水循环系统中流体输送节能技术的有效应用

任永胜

摘 要：传统的冷却循环水系统效率低、能耗大，已不能满足现代企业对生产过程中高效、节能的要求，降低了企业的经济效益。而采用流体输送高效节能技术，可在不改变系统流量和压力的前提下提高冷却循环水系统效率，且节能效果显著，可靠性强。本文通过分析传统冷却水循环系统存在的问题及流体输送节能技术的特点，探讨了流体输送节能技术在冷却水循环系统中的应用方法及节能效果。

关键词：冷却水循环系统 流体输送 节能

中图分类号：TQ172 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0058-02

传统的冷却循环水系统实际工作过程中，状态点偏离最佳工况点，无效阻力大，出现能耗大、效率低的现象。传统的“变频节电”、“三元流叶轮”等节电技术局限性大，节能效果不显著，难以满足企业的生产要求。流体输送高效节能技术是一种系统纠偏优化技术，能有效纠正系统运行时的工况点，使之恢复到系统的最佳工况点，提高设备的工作效率，降低能耗。

1 冷却水循环系统高能耗问题及其原因分析

改进前的冷却水循环系统为3台110 kW冷却水泵和末端冷却设备组成，属于开式回路机械循环系统。通常在标准工况下，冷却水由水泵从冷却水池送到系统换热，换热后被送回冷却塔中冷却，如此循环利用。冷却水的损耗由供水系统补给。但实际情况下，冷却水循环系统的水泵配套管路设计与施工不理想或运行工况发生变化，水泵运行的实际工况会不可避免的偏离最佳工况点，甚至会较大偏离，这就降低了泵机组的运行效率，加之国内大部分的水泵及电机结构设计、制造工艺都相对落后，水泵运行效率低，增加了整个系统的运行能耗。同时，由于管网设计落后，造成水循环过程中管网无效阻力较大，无效耗能大，这也是系统效率低、能耗高的重要因素。另外，原有系统往往存在水泵型号与系统装置不匹配的情况，使得水泵在超流量、低扬程区运行，效率很低，造成水泵的运行功率超出轴功率，甚至超过了电机的配套功率。为了防止超电流，企业通常会关闭一部分水泵的出口阀门，这就造成了能源的浪费。

2 流体输送节能技术

传统冷却水循环系统多采用变频技术节能，只是在原有系统上安装变频器及相应控制系统，单纯通过变频调速，调整输送流量，节能效果不明显且无法计量，可靠性差。而流体输送节能技术不同于变频节能技术，它是利用管路流体力学特性，对循环水系统进行纠偏，使之按照最佳工况运行的高效节能技术。其技术原理为：针对化工企业冷却水循环系统运行中普遍存在的低效率、高能耗的情况，以使系统按照最佳工况运行为原则，以降低能耗、提高效率为目标，采集系统各项运行的数据，利用“CFD”数据模拟技术，建立专业的水力数学模型以及参数采集标准[1]，对系统进行数据分析、系统诊断、系统优化，来准确找到最佳的工况点，使泵送设备和管路系统匹配，然后通过整改不利因素，按最佳运行工况的参数定做高效节能泵，以替换原有的不利工况、低效运行的水泵，消除增加系统能耗的各项因素，彻底解决循环水系统的高能耗问题，实现节能最大化。可见，流体输送节能技术采用的水泵是为冷却水循环系统量身定做的，比标准泵更符合系统的要求，更贴近系统的最佳工况点。系统管路结合流体力学特性进行设计，并于水泵设备相匹配，管网阻力小，能耗显著降低。

3 流体输送节能技术在冷却水循环系统中的应用

3.1 流体输送节能技术设计

流体输送系统中，泵类机械通常是与特定的管路相连的，其工作状态点取决于泵类机械的性能曲线和管路的特性曲线[2]。因此，确定系统管路的特性曲线是提高循环水系统运行效率的关键。由于系统已经实际运行，我们可以通过对系统运行工况的在线检测，采集系统运行中水泵组、管网、末端换热装置及冷却塔等系统的压力和流量数据，采用计算机模拟仿真进行研究分析，导出系统管路的特性曲线，然后根据泵类机械的性能曲线，找到泵类设备运行中的最佳工况点及系统优化方案。

根据最佳工况点和系统管路的特性曲线，结合系统运行中各工况点的温差数据，采用计算流体动力学及三元流理论，按照设计参数初步确定水泵机组形式和水泵参数，并进行水力设计。然后模拟计算整体泵机组流场数值，分析和优化不同状况下的水力损失，最终确定符合系统需求的水力模型和水泵装置形式，实现泵机组的最高运行效率。

3.2 流体输送节能技术的实现

（1）定做水泵。根据流体输送系统的设计，量身定做3台高效节能泵（WKRL200-55）替换原来的水泵（250-B01 110），水泵点击功率根据设计计算结果做出调整，由原来的90 kW降低为55 kW。

（2）调整进水管路。重新布局和调整冷却循环水系统的进水管路，增加一个真空引流灌以及相应的补水装置、流量仪表、压力仪表。

（3）在控制柜内安装计量用电能表及运行累时器。累时器是为了记录水泵运行累计时间，当水泵运行时，则累时器开始计时，水泵停机则累时器停止计时，水泵再次运行时，累时器继续从原来的累积时间开始计时。电能表型号为DTS866三相四线电子式，3×1.5（6）A；累时器型号为HB48L，累计计时数为99999小时，穿心式电流互感器型号为LMZ1-250/5，精度为0.5级，穿心匝数1。

（4）拆除原有水泵。在对原有水泵进行拆除前，要关闭暂不运行的备用水泵的进出口阀门。为保证生产的正常运行，应统筹安排，按照顺序逐步拆除备用水泵。

（5）高效节能泵的安装。高效节能泵的安装要严格按照施工图纸进行，水泵安装位置要适当，安装牢固、平稳。安装时，注意检查节能泵的进出口处法兰、短管材等部件是否完好，如需要应更换新部件。

（6）安装真空引流罐，对出口截止阀DN250进行更换。

（7）对电气控制柜内电气保护部分做相应的调整或更换。

4 流体输送节能技术应用后的能耗评价

某公司2011年5月应用流体输送节能技术，总结分析流体输送节能技术应用前后循环水系统运行参数及耗电指标（见表1）。

冷却水循环系统在流体输送节能技术应用前后耗电指标的分析，冷却循环水系统小时耗电应用前的197.72 kW降低为应用后的74.11 kW，应用流体输送节能技术后的节电率为62.5%。如果冷却水循环系统按照年运行350天运行，即运行8400 h，则改进前的年用电总量为166.08万 kWh，改进后的用电总量为62.25万 kWh，系统每年可节省用电103.83万 kWh，节约电费近60万元，经济效益显著。

5 结语

目前，我国已把节能降耗提到了国民经济发展非常重要的位置，其中水泵节能属国家重点推进的十大节能领域之一的电机系统节能范畴。据2001年联合同工业发发展组织及国家发展改革委员会“中国电机系统节能项目组”进行调查结果显示：我国没有改造的泵类产品效率平均比国外低5%～8%，而整个水泵系统的效率要低20%左右[3]。可见，泵类系统的节能改造势在必行。流体输送节能技术可对系统数据进行采集分析，实现系统诊断和系统优化，整改不利因素，按照系统最佳工况点运行，在实际应用过程中节能效果显著，解决了企业传统循环水系统存在的大流量、低效率、高能耗的状况，提升了系统运行效率和能源利用率，显著提高了企业的经济效益，是值得大力提倡和推广应用的现代化新型节能技术。

参考文献

[1] 刘成基，邓文胜.流体高效节能技术在冷却水循环系统的应用[J].四川水泥，2012，2：80-84.

[2] 邓永春，向波.流体高效节能技术在冷却循环水系统的应用[J].四川有色金属，2013，3：54-57，66.

[3] 张阳.循环水泵的节能改造技术及应用[J].化学工程与装备，2013，12：118-121.endprint

摘 要：传统的冷却循环水系统效率低、能耗大，已不能满足现代企业对生产过程中高效、节能的要求，降低了企业的经济效益。而采用流体输送高效节能技术，可在不改变系统流量和压力的前提下提高冷却循环水系统效率，且节能效果显著，可靠性强。本文通过分析传统冷却水循环系统存在的问题及流体输送节能技术的特点，探讨了流体输送节能技术在冷却水循环系统中的应用方法及节能效果。

关键词：冷却水循环系统 流体输送 节能

中图分类号：TQ172 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0058-02

传统的冷却循环水系统实际工作过程中，状态点偏离最佳工况点，无效阻力大，出现能耗大、效率低的现象。传统的“变频节电”、“三元流叶轮”等节电技术局限性大，节能效果不显著，难以满足企业的生产要求。流体输送高效节能技术是一种系统纠偏优化技术，能有效纠正系统运行时的工况点，使之恢复到系统的最佳工况点，提高设备的工作效率，降低能耗。

1 冷却水循环系统高能耗问题及其原因分析

改进前的冷却水循环系统为3台110 kW冷却水泵和末端冷却设备组成，属于开式回路机械循环系统。通常在标准工况下，冷却水由水泵从冷却水池送到系统换热，换热后被送回冷却塔中冷却，如此循环利用。冷却水的损耗由供水系统补给。但实际情况下，冷却水循环系统的水泵配套管路设计与施工不理想或运行工况发生变化，水泵运行的实际工况会不可避免的偏离最佳工况点，甚至会较大偏离，这就降低了泵机组的运行效率，加之国内大部分的水泵及电机结构设计、制造工艺都相对落后，水泵运行效率低，增加了整个系统的运行能耗。同时，由于管网设计落后，造成水循环过程中管网无效阻力较大，无效耗能大，这也是系统效率低、能耗高的重要因素。另外，原有系统往往存在水泵型号与系统装置不匹配的情况，使得水泵在超流量、低扬程区运行，效率很低，造成水泵的运行功率超出轴功率，甚至超过了电机的配套功率。为了防止超电流，企业通常会关闭一部分水泵的出口阀门，这就造成了能源的浪费。

2 流体输送节能技术

传统冷却水循环系统多采用变频技术节能，只是在原有系统上安装变频器及相应控制系统，单纯通过变频调速，调整输送流量，节能效果不明显且无法计量，可靠性差。而流体输送节能技术不同于变频节能技术，它是利用管路流体力学特性，对循环水系统进行纠偏，使之按照最佳工况运行的高效节能技术。其技术原理为：针对化工企业冷却水循环系统运行中普遍存在的低效率、高能耗的情况，以使系统按照最佳工况运行为原则，以降低能耗、提高效率为目标，采集系统各项运行的数据，利用“CFD”数据模拟技术，建立专业的水力数学模型以及参数采集标准[1]，对系统进行数据分析、系统诊断、系统优化，来准确找到最佳的工况点，使泵送设备和管路系统匹配，然后通过整改不利因素，按最佳运行工况的参数定做高效节能泵，以替换原有的不利工况、低效运行的水泵，消除增加系统能耗的各项因素，彻底解决循环水系统的高能耗问题，实现节能最大化。可见，流体输送节能技术采用的水泵是为冷却水循环系统量身定做的，比标准泵更符合系统的要求，更贴近系统的最佳工况点。系统管路结合流体力学特性进行设计，并于水泵设备相匹配，管网阻力小，能耗显著降低。

3 流体输送节能技术在冷却水循环系统中的应用

3.1 流体输送节能技术设计

流体输送系统中，泵类机械通常是与特定的管路相连的，其工作状态点取决于泵类机械的性能曲线和管路的特性曲线[2]。因此，确定系统管路的特性曲线是提高循环水系统运行效率的关键。由于系统已经实际运行，我们可以通过对系统运行工况的在线检测，采集系统运行中水泵组、管网、末端换热装置及冷却塔等系统的压力和流量数据，采用计算机模拟仿真进行研究分析，导出系统管路的特性曲线，然后根据泵类机械的性能曲线，找到泵类设备运行中的最佳工况点及系统优化方案。

根据最佳工况点和系统管路的特性曲线，结合系统运行中各工况点的温差数据，采用计算流体动力学及三元流理论，按照设计参数初步确定水泵机组形式和水泵参数，并进行水力设计。然后模拟计算整体泵机组流场数值，分析和优化不同状况下的水力损失，最终确定符合系统需求的水力模型和水泵装置形式，实现泵机组的最高运行效率。

3.2 流体输送节能技术的实现

（1）定做水泵。根据流体输送系统的设计，量身定做3台高效节能泵（WKRL200-55）替换原来的水泵（250-B01 110），水泵点击功率根据设计计算结果做出调整，由原来的90 kW降低为55 kW。

（2）调整进水管路。重新布局和调整冷却循环水系统的进水管路，增加一个真空引流灌以及相应的补水装置、流量仪表、压力仪表。

（3）在控制柜内安装计量用电能表及运行累时器。累时器是为了记录水泵运行累计时间，当水泵运行时，则累时器开始计时，水泵停机则累时器停止计时，水泵再次运行时，累时器继续从原来的累积时间开始计时。电能表型号为DTS866三相四线电子式，3×1.5（6）A；累时器型号为HB48L，累计计时数为99999小时，穿心式电流互感器型号为LMZ1-250/5，精度为0.5级，穿心匝数1。

（4）拆除原有水泵。在对原有水泵进行拆除前，要关闭暂不运行的备用水泵的进出口阀门。为保证生产的正常运行，应统筹安排，按照顺序逐步拆除备用水泵。

（5）高效节能泵的安装。高效节能泵的安装要严格按照施工图纸进行，水泵安装位置要适当，安装牢固、平稳。安装时，注意检查节能泵的进出口处法兰、短管材等部件是否完好，如需要应更换新部件。

（6）安装真空引流罐，对出口截止阀DN250进行更换。

（7）对电气控制柜内电气保护部分做相应的调整或更换。

4 流体输送节能技术应用后的能耗评价

某公司2011年5月应用流体输送节能技术，总结分析流体输送节能技术应用前后循环水系统运行参数及耗电指标（见表1）。

冷却水循环系统在流体输送节能技术应用前后耗电指标的分析，冷却循环水系统小时耗电应用前的197.72 kW降低为应用后的74.11 kW，应用流体输送节能技术后的节电率为62.5%。如果冷却水循环系统按照年运行350天运行，即运行8400 h，则改进前的年用电总量为166.08万 kWh，改进后的用电总量为62.25万 kWh，系统每年可节省用电103.83万 kWh，节约电费近60万元，经济效益显著。

5 结语

目前，我国已把节能降耗提到了国民经济发展非常重要的位置，其中水泵节能属国家重点推进的十大节能领域之一的电机系统节能范畴。据2001年联合同工业发发展组织及国家发展改革委员会“中国电机系统节能项目组”进行调查结果显示：我国没有改造的泵类产品效率平均比国外低5%～8%，而整个水泵系统的效率要低20%左右[3]。可见，泵类系统的节能改造势在必行。流体输送节能技术可对系统数据进行采集分析，实现系统诊断和系统优化，整改不利因素，按照系统最佳工况点运行，在实际应用过程中节能效果显著，解决了企业传统循环水系统存在的大流量、低效率、高能耗的状况，提升了系统运行效率和能源利用率，显著提高了企业的经济效益，是值得大力提倡和推广应用的现代化新型节能技术。

参考文献

[1] 刘成基，邓文胜.流体高效节能技术在冷却水循环系统的应用[J].四川水泥，2012，2：80-84.

[2] 邓永春，向波.流体高效节能技术在冷却循环水系统的应用[J].四川有色金属，2013，3：54-57，66.

[3] 张阳.循环水泵的节能改造技术及应用[J].化学工程与装备，2013，12：118-121.endprint

摘 要：传统的冷却循环水系统效率低、能耗大，已不能满足现代企业对生产过程中高效、节能的要求，降低了企业的经济效益。而采用流体输送高效节能技术，可在不改变系统流量和压力的前提下提高冷却循环水系统效率，且节能效果显著，可靠性强。本文通过分析传统冷却水循环系统存在的问题及流体输送节能技术的特点，探讨了流体输送节能技术在冷却水循环系统中的应用方法及节能效果。

关键词：冷却水循环系统 流体输送 节能

中图分类号：TQ172 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（b）-0058-02

传统的冷却循环水系统实际工作过程中，状态点偏离最佳工况点，无效阻力大，出现能耗大、效率低的现象。传统的“变频节电”、“三元流叶轮”等节电技术局限性大，节能效果不显著，难以满足企业的生产要求。流体输送高效节能技术是一种系统纠偏优化技术，能有效纠正系统运行时的工况点，使之恢复到系统的最佳工况点，提高设备的工作效率，降低能耗。

1 冷却水循环系统高能耗问题及其原因分析

改进前的冷却水循环系统为3台110 kW冷却水泵和末端冷却设备组成，属于开式回路机械循环系统。通常在标准工况下，冷却水由水泵从冷却水池送到系统换热，换热后被送回冷却塔中冷却，如此循环利用。冷却水的损耗由供水系统补给。但实际情况下，冷却水循环系统的水泵配套管路设计与施工不理想或运行工况发生变化，水泵运行的实际工况会不可避免的偏离最佳工况点，甚至会较大偏离，这就降低了泵机组的运行效率，加之国内大部分的水泵及电机结构设计、制造工艺都相对落后，水泵运行效率低，增加了整个系统的运行能耗。同时，由于管网设计落后，造成水循环过程中管网无效阻力较大，无效耗能大，这也是系统效率低、能耗高的重要因素。另外，原有系统往往存在水泵型号与系统装置不匹配的情况，使得水泵在超流量、低扬程区运行，效率很低，造成水泵的运行功率超出轴功率，甚至超过了电机的配套功率。为了防止超电流，企业通常会关闭一部分水泵的出口阀门，这就造成了能源的浪费。

2 流体输送节能技术

传统冷却水循环系统多采用变频技术节能，只是在原有系统上安装变频器及相应控制系统，单纯通过变频调速，调整输送流量，节能效果不明显且无法计量，可靠性差。而流体输送节能技术不同于变频节能技术，它是利用管路流体力学特性，对循环水系统进行纠偏，使之按照最佳工况运行的高效节能技术。其技术原理为：针对化工企业冷却水循环系统运行中普遍存在的低效率、高能耗的情况，以使系统按照最佳工况运行为原则，以降低能耗、提高效率为目标，采集系统各项运行的数据，利用“CFD”数据模拟技术，建立专业的水力数学模型以及参数采集标准[1]，对系统进行数据分析、系统诊断、系统优化，来准确找到最佳的工况点，使泵送设备和管路系统匹配，然后通过整改不利因素，按最佳运行工况的参数定做高效节能泵，以替换原有的不利工况、低效运行的水泵，消除增加系统能耗的各项因素，彻底解决循环水系统的高能耗问题，实现节能最大化。可见，流体输送节能技术采用的水泵是为冷却水循环系统量身定做的，比标准泵更符合系统的要求，更贴近系统的最佳工况点。系统管路结合流体力学特性进行设计，并于水泵设备相匹配，管网阻力小，能耗显著降低。

3 流体输送节能技术在冷却水循环系统中的应用

3.1 流体输送节能技术设计

流体输送系统中，泵类机械通常是与特定的管路相连的，其工作状态点取决于泵类机械的性能曲线和管路的特性曲线[2]。因此，确定系统管路的特性曲线是提高循环水系统运行效率的关键。由于系统已经实际运行，我们可以通过对系统运行工况的在线检测，采集系统运行中水泵组、管网、末端换热装置及冷却塔等系统的压力和流量数据，采用计算机模拟仿真进行研究分析，导出系统管路的特性曲线，然后根据泵类机械的性能曲线，找到泵类设备运行中的最佳工况点及系统优化方案。

根据最佳工况点和系统管路的特性曲线，结合系统运行中各工况点的温差数据，采用计算流体动力学及三元流理论，按照设计参数初步确定水泵机组形式和水泵参数，并进行水力设计。然后模拟计算整体泵机组流场数值，分析和优化不同状况下的水力损失，最终确定符合系统需求的水力模型和水泵装置形式，实现泵机组的最高运行效率。

3.2 流体输送节能技术的实现

（1）定做水泵。根据流体输送系统的设计，量身定做3台高效节能泵（WKRL200-55）替换原来的水泵（250-B01 110），水泵点击功率根据设计计算结果做出调整，由原来的90 kW降低为55 kW。

（2）调整进水管路。重新布局和调整冷却循环水系统的进水管路，增加一个真空引流灌以及相应的补水装置、流量仪表、压力仪表。

（3）在控制柜内安装计量用电能表及运行累时器。累时器是为了记录水泵运行累计时间，当水泵运行时，则累时器开始计时，水泵停机则累时器停止计时，水泵再次运行时，累时器继续从原来的累积时间开始计时。电能表型号为DTS866三相四线电子式，3×1.5（6）A；累时器型号为HB48L，累计计时数为99999小时，穿心式电流互感器型号为LMZ1-250/5，精度为0.5级，穿心匝数1。

（4）拆除原有水泵。在对原有水泵进行拆除前，要关闭暂不运行的备用水泵的进出口阀门。为保证生产的正常运行，应统筹安排，按照顺序逐步拆除备用水泵。

（5）高效节能泵的安装。高效节能泵的安装要严格按照施工图纸进行，水泵安装位置要适当，安装牢固、平稳。安装时，注意检查节能泵的进出口处法兰、短管材等部件是否完好，如需要应更换新部件。

（6）安装真空引流罐，对出口截止阀DN250进行更换。

（7）对电气控制柜内电气保护部分做相应的调整或更换。

4 流体输送节能技术应用后的能耗评价

某公司2011年5月应用流体输送节能技术，总结分析流体输送节能技术应用前后循环水系统运行参数及耗电指标（见表1）。

冷却水循环系统在流体输送节能技术应用前后耗电指标的分析，冷却循环水系统小时耗电应用前的197.72 kW降低为应用后的74.11 kW，应用流体输送节能技术后的节电率为62.5%。如果冷却水循环系统按照年运行350天运行，即运行8400 h，则改进前的年用电总量为166.08万 kWh，改进后的用电总量为62.25万 kWh，系统每年可节省用电103.83万 kWh，节约电费近60万元，经济效益显著。

5 结语

目前，我国已把节能降耗提到了国民经济发展非常重要的位置，其中水泵节能属国家重点推进的十大节能领域之一的电机系统节能范畴。据2001年联合同工业发发展组织及国家发展改革委员会“中国电机系统节能项目组”进行调查结果显示：我国没有改造的泵类产品效率平均比国外低5%～8%，而整个水泵系统的效率要低20%左右[3]。可见，泵类系统的节能改造势在必行。流体输送节能技术可对系统数据进行采集分析，实现系统诊断和系统优化，整改不利因素，按照系统最佳工况点运行，在实际应用过程中节能效果显著，解决了企业传统循环水系统存在的大流量、低效率、高能耗的状况，提升了系统运行效率和能源利用率，显著提高了企业的经济效益，是值得大力提倡和推广应用的现代化新型节能技术。

参考文献

[1] 刘成基，邓文胜.流体高效节能技术在冷却水循环系统的应用[J].四川水泥，2012，2：80-84.

[2] 邓永春，向波.流体高效节能技术在冷却循环水系统的应用[J].四川有色金属，2013，3：54-57，66.

[3] 张阳.循环水泵的节能改造技术及应用[J].化学工程与装备，2013，12：118-121.endprint