化工设计通讯 第４０卷第５期 ・２４・ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ２０１４年ｌ０月 混流式水轮机替代电动风机的节能改造 陈俊勇 （中海石油化学股份有限公司，海南东方５７２６００） 摘 要：基于循环水系统的实际状况，探讨敞开式冷却塔的抽风用混流式水轮机替代电动风机的可行 性，并对水轮机的优点、改造过程、节能效益进行了阐述。 关键词：闭路循环水；敞开式冷却塔；电动风机；混流式水轮机；节能改造 中图分类号：ＴＨ３１３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００３—６４９０（２０１４）０５ ００２４—０２ Ｅｎｅｒｇｙ－Ｓａｖｉｎｇ Ｒｅｖａｍｐ ｏｆ Ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆａｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｆｒａｎｃｉｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ ＣＨＥＮ Ｊ ｕｎ—ｙｏｎｇ （Ｃｈｉｎａ ＢｌｕｅＣｈｅｍｉｃａｌ Ｌｔｄ．，Ｄｏｎｇｆａｎｇ Ｈａｉｎａｎ ５７２６００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ，ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆａｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｒａｎｃｉｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｅｎ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ｅｘｈａｕｓｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ａｎｄ ａｌｓｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ，ｔｈｅ ｒｅｖａｍｐ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｂｅｎｅｆｉｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｌｏｓｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ；ｏｐｅｎ ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆａｎ；ｆｒａｎｃｉｓ ｔｕｒｂｉｎｅ； ｅｎｅｒｇＹ—ｓａｖｌｎｇ ｒｅｖａｍｐ 我公司循环水冷却塔为传统的ＬＦ－９２１１１型敞 额定扬程 ５０ ｍ 开式冷却塔，共８台，采用逆流机械抽风，即通 出口阀门开度 ５５ 过电动风机（Ｊ０２０５Ｃ）抽风。闭路循环水设计总量 １．１．２风机部分 ３２ ０００ｍＳ／ｈ，单塔设计冷却水量为４ ０００ ｍ。／ｈ； 电机功率２００ｋｗ 闭路循环水给水总管压力≥０．４５ ＭＰａ、回水总 风机直径 ９ １４０ ｍｍ 管压力≥０．２５ ＭＰａ，循环冷却水给水温度≤３３ 风机转速１２７ ｒ／ｍｉｎ ℃、回水温度≤４３℃（温差１Ｏ。Ｃ）；２０１２年３ 风量２ ５６０ ｋｍ。／ｈ 月，利用主装置停车检修机会，将Ｊ０２０５Ｃ改为 １．１．３冷却塔部分 混流式水轮机，利用循环水系统中位差势能及浪 型号 ＬＦ一９２ｌｌ１ 费的能量（各处阀门节流的能量）来推动转轮做 结构型式 方形逆流水泥组合塔 功，使水能转换成机械能，从而替代传统电机， 额定流量４ ０００ｍ。／ｈ 节约大量电力费用，其效果显著。现就此项改造 额定温差ｌ０℃ 作一简介。 数量８台 １现场概况 １。２实际工况 循环水总管流量２８ ２００ ｍ。／ｈ １．１冷却塔原设计参数 单台塔平均流量３ ５２５ ｍ。／ｈ １．１．１ 水泵部分 冷却塔上水压力０．４６ ＭＰａ 型号 １ ０００×７ＯＯＣＤＧＴ 冷却塔回水压力０．２６ ＭＰａ 数量４台（开３备１） 额定流量９ ５００ ｍ。／ｈ ２改造依据及相关参数的计算 电机功率１ ６５０ ｋＷ 据冷却塔设计原理，气水比为一定值，多大 收稿日期：２０１４—０５—１９ 作者简介：陈俊勇（１９８２一），男，海南东方人，助理工程师，从事工艺操作。 第５期 陈俊勇：混流式水轮机替代电动风机的节能改造 ‘２５。 的流量匹配多大的风量；在湿球温度不变的情况 下，富余的风量并不会明显提升冷却效果。所 以，我们可计算，冷却塔工作过程中，循环水 （实际流量）冷却时所需的实际风量。 （１）冷却塔设计额定流量为４ ０００ ｍ。／ｈ，设 计风量为２ ５６０ ｋｍ。／ｈ，据采用的设计风量计算 公式“设计风量一冷却塔额定流量×气水比× １ ０００÷１．２（ｋｇ）”，可算得气水比＝＝＝２ ５６０ ０００× １．２÷４ ０００÷１ ０００—０．７６。 （２）化工系统循环水实际流量所需实际风量 的计算。由于化工系统循环水实际流量为３ ５２５ ｍ。／ｈ，则按上述公式计算，所需实际风量一 ３ ５２５×０．７６×１ ０００÷１．２—２ ２３２ ５００（ｍ。／ｈ）。 （３）实际风量所需的风机转速的计算。已知 风机额定转速Ｎ 一１２７ ｒ／ｒａｉｎ、风机额定风量Ｇ 一２５６０ｋｍ。／ｈ、风机实际风量Ｇ２—２ ２３２．５ｋｍ。／ｈ， 据风机转速与风量的关系式Ｎ ／Ｎ 一Ｇ ／Ｏ ，则 风机实际转速Ｎ２—１２７×２ ２３２ ５００÷２ ５６０ ０００— １１１（ｒ／ｍｉｎ）。 据以上计算可知，当循环水实际单塔流量在 ３ ５２５ｍ。／ｈ时，所需风量为２２３２ ５００ｍ。／ｈ，理论 上风机转速１１１ ｒ／ｒａｉｎ即可达到冷却效果。 （４）采用水轮机对４ ０００ｍ。／ｈ冷却塔实施节 能改造时，据核算，水轮机进水压头不低于 ０．１３ ＭＰａ、系统冷却塔回水总管压力为０．２５ ＭＰａ，即可满足水轮机的工况要求。 ３混流式水轮机简介 ３．１水轮机的工作原理 混流式可调速水轮机又叫法兰西斯式水轮 机，主要工作部件是叶轮，流体的能量驱动叶轮 旋转，带动风机叶片；其旋转叶片之间水流有自 由表面，水流变化较大时适应能力较好，转轮前 后水流压差是主要的动能，能量的转换效率较 高；增设尾水管回收能量，并使布水压力恒定。 ３．２混流式可调速水轮机的优点 （１）节电。改造后拆除了风机电机，节电效 果一目了然。 （２）环保。冷却塔改造以后，振动、噪音远 远小于传统的机械通风冷却塔。 （３）冷效高。水轮风机转速在压力不变时与 流量的三次方呈正比，风量随之增减，气水比始 终稳定在较好状态。 （４）可靠性好。水轮机设计严谨合理，运转 平稳，易损件少，维修方便；水轮机的设计使用 寿命在１０ ａ以上，不存在电机、减速机长期暴 露在室外易引起电机漏电、烧毁、短路、漏油等 机械故障。 （５）毋需防爆。混流式水轮机可适用于冷却 塔任意工况下安全运行，毋需增加防爆措施，不 仅节省了费用，还增加了生产安全系数。 ４设备更新改造内容 保持塔体结构不变，将塔内部的减速器及其 机座、外部电机部件拆除，在原减速器机处安装 混流式可调速水轮机；冷却塔上塔水管升高至塔 上与水轮机进水口相接，水轮机出水口与塔支管 相接，并增设旁路系统（选装电控阀ｆ１），用来调 节水轮机入口流量，进而控制转速，以及检修时 使用。另外，设在线监测转速、油温和振动的 ＤＣＳ系统，利用原有风机油温、振动探头（振动 监测使用三维的），并新增转速探头；温度、振 动、转速与旁路电动阀联锁，当任何一个参数超 过设计值时，旁路电动阀打开，大部分水走原来 的管线，风机转速降低，以便对风机实施保护。 安装水轮机后冷却塔墙体剖面如图１所示。 ５ 改造效果及经济效益 改造前，冷却塔给水压力０．４６ ＭＰａ、回水 压力０．２６ ＭＰａ、循环水温差９．７。Ｃ、循环水泵 电机电流１５５ Ａ；改造后则分别为０．４８ ＭＰａ、 ０．２７６ ＭＰａ、９．７。Ｃ、１５２ Ａ。从上述数据可看 出，冷却塔给回水压力较改造前略有上涨，循环 水泵电机能耗略有下降，循环水温差维持不变。 采用混流式可调速水轮机后，每年节约的电 费是相当可观的，按３００ ｄ／ａ，电机功率２００ ｋＷ，电费０．６８元／ｋＷ・ｈ计，则１台水轮机节 约的电费大约是２００ ｋＷ×２４ ｈ／ｄ ｘ ３００ ｄ／ａ× ０．６８元／ｋＷ・ｈ一９７．９２万元／ａ。 用水轮机替代电机驱动冷却塔风机是一项节 ０１新技术，符合国家节能减排的要求。单塔每 年可节约１ ４４００００ｋＷ・ｈ电，相当于每年可减少 二氧化碳排放１ ４３５．６８ｔ、节约标煤５７６ｔ（据中国 碳排放计算标准：１ ｋｗ・ｈ电＝＝＝０．９９７ ｋｇ二氧化 碳、１ ｋｗ・ｈ电一０．４ ｋｇ标煤）。 （下转第２９页） 第５期 李飞：氨气压缩机干气密封故障原因分析及改进措施 ‘２９。 染。 了安装质量验收卡，确保安装万无一失。 ４．３加强干气密封的检维修管理 检修也是可能造成干气密封污染的原因之 ５ 结 语 一，因此要格外重视。检修时需要拆卸干气密封 古语云：吃一堑，长一智。干气密封在运行 管线，而这些管线如果保护不好、安装不当，会 中难免会出现这样那样的故障，但只要我们本着 造成干气密封被污染，从而损坏干气密封。目前 实事求是的精神，查找出原因，提出有针对性的 采用的方式是，检修时对拆下的管线进行封头， 改进措施，就一定能够使用好干气密封。经过不 安装之前用氮气进行整体吹扫，然后在工艺人员 断改进后，目前氨气压缩机干气密封运行状况良 的配合下由保运部进行最后安装。安装前需要填 好。 写质量确认卡，由相关人员进行签字确认。 ４．４加强干气密封修复件的质量及安装管理 参考文献： 干气密封的修复，一般要求由专业厂家进行 ［１］侯立山．干气密封的故障及运行费用浅析口］．辽宁化工， 修复，有着严格的检修程序及质量验收标准，检 ２００４，３３（４）：２２５～２２７． 修好的干气密封需要进行试漏实验并打开检查。 ［２］刘点，赵国华，杨春卉，等．氨压缩机干气密封泄漏分析 与国产化探讨ＥＪ］．化工进展，２００６，２５（４）：４５２～４５５． 目前我公司对于重要的干气密封修复件都会进行 Ｅ３］刘亚莉，赵丽丽，张强，等．干气密封技术研究［Ｊ］．郑 现场检查验收，一般由保运部组织使用部门配合 州轻工学院学报（自然科学版），２０１０，２５（２）：５１～５４． 进行联合验收。 Ｅ４］吴金龙，张车宇．干气密封的污染及其预防［Ｊ］．化工设 对于干气密封的现场安装，公司保运部制定 备与管道，２００７，４４（４）：４５～４７． 了安装规范，并对施工人员进行培训，而且制订 ［５］约翰克兰干气密封安装、操作和维护手册Ｅｚ］． （上接第２５页） 图１ 安装水轮机后冷却塔墙体剖面示意图 ６ 结 语 各厂还要根据自身实际情况进行论证，并结合循 环水泵工况正确地选用水轮机。 采用混流式可调速水轮机替代循环水冷却塔 传统的电动风机，能够充分利用循环水泵富裕扬 参考文献： 程及余压达到节能的目的，循环水泵能耗没有增 ［１］周本省主编．工业水处理技术（第二版）［Ｍ］．北京：化 加，循环水温差不变，可满足工艺需求，具有明 学工业出版社，２００３． 显的经济、环保和运行管理效益。而是否可行， Ｅ２３郑源，陈德新主编．水轮机ＥＭ］．北京：中国水利水电出 版社，２０１１．
