基于温度控制的冷却循环水节能技术研究及应用

林婷婷，朱承山，张新鹏

（1.国网镇江供电公司，江苏 镇江 212001；2.山东潍焦控股有限公司，山东 潍坊 261000）

冷却循环水系统广泛应用于石油、化工、电力、钢铁等重要国民经济领域的生产中，其运行操作方式粗放，能源浪费现象非常严重[1]。一套冷却循环水装置一般为多个生产车间或多组换热装置供应冷却水，形成多条并联冷却支路[2—3]，需要人工调节循环水泵出口阀门或管路阀门以满足每条冷却回路的温度要求。由于每条冷却回路的换热功率和管路特性各不相同，对冷却水或被冷却原料的温度要求也不同，因此流量需求也不同[4—5]。如果仅调节水泵出口阀门或主管路阀门，为满足工况最差的冷却支路要求，必然造成部分冷却回路流量过大，浪费电能；如果调节分支管路阀门，多支路人工操作繁琐，浪费人力资源，同时不能准确控制温度，无法利用温度的范围要求实现最大节能的目的[6—7]。

本文针对上述当前循环水系统中存在的问题，研究设计一套智能温度控制冷却循环水装置，并应用于某化工厂的冷却循环水系统节能改造，结合冷却循环水系统节能改造后的运行工况分析论证所设计循环水系统的技术可靠性和可行性。

1 智能温度控制原理

文中研究冷却循环水装置由冷却塔、循环水池、循环水泵、管路及阀门、换热装置、智能温度调节阀、温度变送器等组成，如图1所示。其中循环水泵出口阀门及主管路阀门开度设置为100%，作为检修阀使用。每个换热装置作为一条冷却支路，换热装置的进水口管路安装智能温度调节阀，换热装置的原料出口管路安装温度变送器。智能温度调节阀集成了电动比例阀和PID控制系统的功能，通过PID控制系统设定原料需要控制的温度，温度变送器将监测到的原料温度反馈给PID控制器，PID控制系统经过运算调整电动比例阀的开度，使管路中的冷却水流量刚好可以冷却原料至设定温度。每条冷却回路的温度根据原料要求不同独立设定，每个智能温度调节阀独立控制，这样各个冷却回路能够根据环境条件和生产负荷的变化自动调节管路中的流量，且不会相互影响。

图1 典型冷却支路示意图

2 循环水系统概况及分析

某化工厂一套冷却循环水系统共3台水泵，运行方式两用一备，如图2所示。循环水泵额定流量1 100 m3/h，额定扬程50 m，额定功率185 kW，配套电机额定功率220 kW。经过现场测量，循环水实际流量约为950 m3/h，单台电机运行功率约为207 kW，2台水泵运行工况相同，此时水泵效率75.4%，水泵机组综合效率62.8%。

图2 某化工厂循环水系统流程图

从图2可以看出，该套冷却系统共为6台换热器供应冷却水，相当于是6条分支回路，而6台换热器设备是通过管路流量调节阀阀控制流量的，由于6条分支回路的管径、管长、管路布局、阀门设置、换热器结构尺寸等都有所不同，因此6条回路的流阻特性也各不相同，为保证所有换热器设备的温度满足工艺要求，而造成管路水力严重失衡，流阻最小的分支回路能耗浪费最严重。

按照智能温度控制原理，每条冷却支路的流量都有相应的减小，实际需水流量为825 m3/h，节约用水量125 m3/h。由于循环水泵额定工况与实际需求工况偏差过大，因此智能温度调节节能改造必然与更换高效节能泵的传统节能改造方法配合实施。

3 节能技术应用

在原有冷却循环水系统的基础上，所有的阀门都完全打开，以减少能量在阀门处的损失。根据智能温度控制的要求，在留有一定安全余量的情况下将原有的循环水泵更换为额定流量为850 m3/h的高效节能泵。并根据智能温度控制原理，每台换热器冷却水入口阀门更换为智能温度调节阀，换热器原料出口端安装温度变送器以监测原料温度，并将该温度值反馈给智能温度调节阀，根据环境条件的变化及时调节通过各个换热器的冷却水流量，使其满足原料的冷却要求，进出水温差又不会太小造成浪费。

4 改造效果分析

该冷却循环水系统在不同的工况下，其节电率也是不同的。在常规运行工况时，泵的扬程约为53 m，流量约为950 m3/h，单台运行功率为207 kW，按照新设计的定制水泵，在效率提高的基础上，管道阀门开度也相应的得到优化，单台泵的运行功率约为174 kW，节电率约为15.9%。在历史数据最小流量工况运行时，泵的运行功率约为193 kW,节能改造后运行功率约为167 kW，节电率13.4%。在历史数据最大流量工况运行时，泵的运行功率约为229 kW,节能改造后运行功率约为186 kW，节电率为18.7%。

单台水泵年综合节电量为：

（207-174）×24×30×6（kWh）+（193-16）×24×30×3（kWh）+（229-186）×24×30×3（kWh）=291600kWh

则该套冷却循环水系统的年节电量约为：

291 600kWh×2=583 200 kWh

即每年该冷却循环水系统可节电583 200 kWh。

按照工业电价0.7元/kWh计算，该套冷却循环水系统每年可节约电费408 240元。

5 结束语

文中研究的智能温度控制冷却循环水系统节能技术将PID控制原理应用于管路调节，属于将成熟的传统技术应用在新的角度，技术实现方式简单可行，提高了冷却循环水系统的自动化程度，节约了人力资源，同时提高了对被冷却原料的温度控制精度。

[1]杨贵州，刘进波.冷却循环水系统节能技术研究及应用[J].化肥设计，2011（6）：56-57.

[2]李伟.循环水系统的优化分析[J].节能技术，2006（5）：70-73.

[3]邹明，窦明琪.化工厂循环水冷却系统改造方案经济性分析[J].能源研究与利用，2012（10）：48-50.

[4]龚明启,冀兆良.水系统节能技术分析[J].制冷，2005（增刊）：65-71.

[5]王杰，张生安，燕增伟.论循环水系统节能技术的应用[J].化工装备技术，2011（3）：54-58.

[6]吴和英.变流量水系统及其节能[J].中国科技信息，2008（6）：28.

[7]刘成基，邓文胜.流体输送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（9）：54-57.