循环水系统冷却塔风机节能改造

董兆挺　陈　军

(中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶部，上海200540)



循环水系统冷却塔风机节能改造

董兆挺陈军

(中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶部，上海200540)

摘要：结合中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶部北组循环冷却塔风机节能改造的应用实例，介绍循环水系统富余扬程利用的原理，评价了水轮机取代电机轴流风机的节能效果，并指出该技术在炼化企业推广应用的意义。

关键词：循环水冷却塔水轮风机节能

循环水冷却塔是炼油化工企业必备的公用工程设备之一，在炼油化工行业中普遍存在扬程设计偏大的现象，采用传统工艺设计时，循环冷却回水富余扬程被自然释放未得到有效的利用，在一定程度上增加了公用工程装置的动力消耗和运行成本。

中国石化上海石油化工股份有限公司腈纶部北组循环水场(以下简称北组循环水场)于2001年8月初建成，共有抽风式逆流冷却塔4座(位号为F-501-01、02、03、04)，其风机由4台电机驱动，主要负责五效装置的循环冷却水供应，其回水压力达到0.2 MPa以上,回水能量未能有效利用。为实现节能降耗的目的，通过分析研究循环冷却水系统运行现状，利用北组循环水泵的富余能量作为水轮机的动能，使冷却塔风机的驱动方式由电力改为水力。

2011年12月和2013年7月北组循环水场分别对F-501-01、03冷却塔风机进行了改造，用BYSFT-WP2500水轮机取代L80型轴流风机电机作为动力源，带动叶片旋转，满足冷却塔降温要求，而F-501-02、04继续使用L80型轴流风机。

1节能改造前设备概况

北组循环水场冷却塔为方形敞开式逆流机械通风混凝土组合塔，组合形式为一组四间，北组循环水场布置见图1。冷却塔单塔处理量为2 500 m3/h，总循环水量4 920～5 200 m3/h，温差6～8 K，回水压力0.15～0.25 MPa；单塔平面尺寸12 m×12 m。循环水泵流量2 100 m3/h，扬程56 m，配用功率为500 kW的高压电机。

图1　北组循环水场布置

改造前，北组循环水场使用L80型电动轴流风机主要参数见表1。

表1　L80型电动轴流风机参数

2水轮机性能参数和应用原理

循环水冷却塔的高效低耗是冷却塔技术发展中的永恒目标，近年来逐步开始应用的水轮风机是一种利用循环冷却水回水富余扬程的设备，使用该设备可以在现场设施改造很小的基础上实现对循环水富余扬程的利用，从而达到节能的目的。BYSFT-WP2500型水轮机运行效率为90%，设计进水量2 460 m3/h，入口压力10 m，额定转速128.25～141.75 r/min，叶片直径8 m，叶片安装角度14°，传动方式为循环水回水富余动能驱动。

循环水系统设计时，在计算设备和管路阻损及提升高度、输送距离的每个环节中均有一定余量。北组循环水场冷却水系统的换热器位于10～20 m高的平台上，计算出总的阻损后还应放大1.1～1.3 倍，并以此作为循环泵选型的依据。在水泵选型时，因没有恰好与选定参数一致的扬程，从而往往选择扬程较大的水泵。由于用户用量瞬时变化，水泵系统在设计时不仅有富余扬程而且还有富余热量[1]。在系统设计时的热力学、传热学计算中，从换热设备热负荷、换热面积到冷却水需求量的各个环节均有一定的余量，这就形成了系统中充裕的富余量，从而使循环回水的富余扬程被自然释放。冷却塔水轮机就利用这些富余能量来带动风机转动，水轮机的输出轴与风机相连，带动风机旋转取风，完成气水热量交换。水动风机冷却塔的核心是高效率水轮机，它把循环水进入布水器时直接释放而浪费的能量收集起来用于驱动风机，省去原来为风机提供动力的电机，达到节能目的。因此，水轮机替代电机驱动风机节能改造后，完全可以满足换热设备的工艺要求，这种节能改造是“系统能量的二次利用或回收”。

3改造方法及内容

北组循环水场有4座冷却塔，由于该系统流量仅有4 920 t/h，冷却塔风机按2 500 t/h 流量配置，故现有的流量只能改造2台，本次改造F-501-01及03，将4座冷却塔分成2组(01和02一组、03和04一组)。改造时通过整合流量，由原来的进两座塔的水量整合给一台水轮机，水轮机出水后再均匀分配给两塔布水，使改造后四塔布水和未改造前布水基本一致。每一组中都有两个冷却塔，其中一座冷却塔由风机电机驱动改为水轮机驱动，而另一座冷却塔的风机仍为电机驱动。改造时原冷却塔结构基本不变，只改动电动风机驱动部件及部分配水管部件，以下为改造基本步骤。

(1)拆除电机、减速机、轴，根据实际情况，新增水轮机基础。

(2)对上塔水管管路系统进行调整，使循环水在经过水轮机以后再流入布水系统进行布水。改造后系统工况有所改变，须对系统阀门进行调节，使工况满足水轮机设计标准。

(3)增加旁通管和旁通阀，在因特殊情况而需停开风机时，使冷却塔仍能正常使用。

(4)进出水管、水轮机底座做支撑，风筒开孔并加固。

改造后的北组循环水场水轮机流程见图2。

图2　北组循环水场水轮机流程

4改造效果

4.1运行评价

两组水轮机经过夏季高温季节和冬季低温季节的运行跟踪，水轮机的转速随循环水流量的增减而变化，风量也随之变化，对于季节变化时的温度调整非常有利，可使冷却塔的气水比保持在最佳状态。夏季模式因循环水量大，水轮机满负荷运行，水轮机转速在135 r/min，使F-501-01～04四塔布水分布基本均匀，可以充分发挥冷却塔降温效用。冬季模式时因循环水量低，通过控制阀门，调节F-501-01、03布水量，水轮机转速在110 r/min，F-501-02、04轴流风机电机可停用，通过F-501-02、04自然冷却降温。

同时循环水供水水泵压力基本不变，回水压力较投运前稍有提高。五效换热器设备运行正常，水温能满足工艺需求，利用回水压力作为风机动力源是可行和有效的。由水轮机替代电动机以后，100%达到了节能目的，同时杜绝了电机和电控系统漏电等故障的发生。

4.2节能效果评价

项目投运后，可替代原90 kW电机驱动，直接节约电量按风机负荷90%计算，每年工作8 000 h计算，则每年可节约用电2×90×8 000×0.9=1.296×106kWh，电价按0.5元/kWh计算，则每年可节约电费64.8万元。

5结语

北组循环水场两座冷却塔使用水轮机代替电机驱动风机，水轮机具有设备简单、改造少、易于操作、节电、无噪声、高效、安全等特点，在实际生产中运行平稳，循环水温差及流量等各参数均能满足实际生产需要。利用水轮机可以降低运行成本，节能效果明显，可在炼化企业推广应用。

参考文献

[1]慕星华，刘明，丁书文. 循环水场冷却塔风机节能改造[J].中外能源,2014,19(1):96-98.

Based on the application case of reconstruction of circulating water cooling tower in the North Section of Acrylic Fiber Division of SINOEPC Shanghai Petrochemical Co., Ltd., the principle of utilization of surplus lift in circulating watersystem was introduced, the energy-saving effectiveness of replacing the turbine motor axial fan with water turbine was evaluated, and the significance of promoting the technology in petrochemical enterprises was illustrated.

Keywords：circulating water, cooling tower, water turbine, energy-saving

收稿日期：2016-03-08。

作者简介：董兆挺，男，1981年出生，2003年毕业于集美大学机械工程学院热能与动力工程专业，工程师，现从事机械设备管理工作。

文章编号：1674-1099(2016)03-0056-03中图分类号：TQ051.5

文献标识码：A

Energy-saving Reconstruction of Circulating Water Cooling Tower Fan System

Dong Zhaoting，Chen Jun

(AcrydicFiberDivision，SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

ABSTRACT