摘要：深圳市盛波光电科技有限公司老生产线使用的溶液循环系统在生产循环的过程中，发现循环泵选型不合理，管道管径选型不合理；同时，运行过程中，参数设置不当、阀门调整不当等问题，不但造成生产工艺的不稳定，还造成能源的大量浪费。在日益严峻的能源环境下，如何保证现有系统能源利用最大化，同时为后期类似新建项目提供有力支撑，是本文讨论的重点。
关键词：节能；溶液循环；温度；泵；工艺管道。
目前，深圳市盛波光电科技有限公司使用大循环系统的有两套，其中一套是2011年建设，一套是2017年新建，还在测试当中。在2011年建设的四号线溶液配制系统，在建设时，节能环保方面考虑不是很充分，造成能源的不合理利用与浪费；在2017年的新项目中，我们吸取经验，对项目进行了相关改进，取得了较好的效果。这也为后续生产线的建设积累了经验。
1、现状
整个溶液配制系统按照三大主线分为预处理线用溶液配制循环系统、延伸线溶液配制循环系统、涂布线配胶输送系统.这三套系统中尤其以延伸机溶液配制循环系统耗能多，其包含膨润循环系统、染色液配制循环系统、延伸液配制循环系统和补正液循环系统。本文以延伸循环系统为例，来进行说明。
如下图1所示，延伸液配制系统采用一用一备的模式来设置配液罐，配制罐1（33.6m³）和配制罐2相互备用，和线上槽（26m³）循环通过控制电磁阀来切换。通过两路管路的泵来循环，泵可以变频控制，以满足工艺需求。
图1：项目系统简图
加热方式采用蒸汽加热的热水加热和电热棒辅助加热的方式，自动控制；泵采用的是500l/min的磁力泵，频率可设，液位控制；管道采用的是HTPVC耐高温管道，采用聚氨酯发泡材料保温；搅拌采用的变频搅拌，手动设置。
在使用过程中，发现以下问题，虽能基本满足工艺要求，但造成不良品的增多，以及能源的浪费。具体如下：
a）、热水加热功率偏小，无法实现以热水加热为主，电加热为辅的加热初衷。我司蒸汽价格相对于电费较便宜，且有富余。使用过程中需要同时开启热水加热和电加热才能工艺所需的温度。
b）、泵采用变频控制，设计时工作点功率为额定功率。由于泵选型的扬程流量和实际无法匹配，实际操作中根据工艺需求，频率一般设置较低，无法实现节能运行；循环一次的时间比设计时间长，也无法实现工艺运行最优化。
c）、配制罐温度和线上槽温差大，最大值达到5℃。热量散失较严重。
2 节能改造的方向
为了解决以上问题，在六号线的建设过程中，我们采用了以下的方式来处理：
（1）加热方式的调整
为了解决加热问题，回归原设计电加热为辅的初衷，我方增加了50%的换热面积，如上图2所示。同时，增大热水的供应量，综合其他系统的热水用量以及多个系统的温度需求，将循环热水流量从17m³/h，提升到40m³/h，扬程不变。提高了热水和溶液的换热效率，
经过几个月的使用，正常，升温时间（20℃升到60℃）大约4小时，正常运行时热水进出口温差约为7℃，电加热在温度设置在65℃以上时，才需要辅助使用。
（2）泵的选型
变频调速节能是相对于阀门调节而言，采用变频调速器后，将阀门全开，通过改变电机电源频率的方法来改变电机转速。由流体力学可知，流量Q与转速n的一次方成正比，风压H与转速n的平方成正比，功率P与转速n的立方成正比，即：Q=Qe×（n/ne），H=He×（n/ne）2，P=Pe×（n/ne）3，式中，Qe为水泵的额定流量，He为水泵的额定压力，Pe为水泵的额定功率，ne为水泵的额定转速。
图2 水泵系统特性曲线
假定水泵最佳效率工作点是A点，当需减少水泵的供水量时，采用传统的阀门调节方式，增加系统阻力来满足要求，使水泵工作点由A点转移到B点。采用变频调速技术后，通过变频调速，降低异步电机的转速，使系统重新达到平衡，工作点由A点转移到C点。如果在采用变频调速的同时辅助阀门节流，水泵的工作状态理论上可以调整到ABC所包围区域的任何一个状态点。
旧生产线四号线在使用过程中，发现如果输送泵频率设置偏高如45Hz，就会对工艺造成影响，设置成25Hz，基本可以满足使用，但存在的缺点就是溶液循环一次的时间翻倍，对药液的浓度。成份的调整反应时间延长；另外，泵在运行过程中会出现大马拉小车的现象，不经济，花费了较多的成本，却没有得到预期的效果。
经分析，泵高频率不适用，是由于出水口的压力太高（泵的扬程偏高）致出口溶液的流速太快进而溶液扰动激烈导致，为此在新建的六号线项目中，我们对泵的参数进行调整，泵的额定流量从500L/min调整到800L/min，额定扬程从30m降低到20m。配合将出水口管径增大，出水口变多、均匀分布的布置，问题得到了较好的解决，目前试运行阶段运行较好。虽然能源没有节约，但工艺效果明显。
（3）管道选型与设计
在四号线的运行过程中，发现溶液在管道内的流速非常高，基本上是经济流速的两倍，个别管道的流速甚至达到了4倍。这一方面降低了管道系统的使用寿命，另一方面增大了管道阻力，也增大了溶液的输送压力。
在新生产线过程中，结合现场的实际情况，我方经济流速对管道进行放大，同时考虑到变频因素，泵在额定功率下，使溶液在管道内的最大流速接近经济流速的上限。目前新线投入使用后，频率设置在35HZ~50HZ之间，比四号线有明显的提高。
（4）保温的处理
为了解决循环系统的温度差问题，我们主要从两方面入手：
①一方面是从管道入手：对管道加强保温，将保温棉加厚，由原来的10mm，增加到20mm；将保温棉材质从聚氨酯发泡型材更换为PEF高压聚乙烯材质；对原来没有保温的过滤器顶部和底部、阀组、管件等部件进行保温。
②另一方面是从槽体入手：对线上槽底部进行保温；对线上槽开口部位（面积约58㎡）加盖板；对配制罐四周加强保温。对原来没保温的罐底罐顶进行保温。
经过以上两方面的处理，成功将系统温差控制在1.5℃以内。减少了热能的散失。在同等条件下，使配制罐的设定为温度比四号线设置低3℃。
3、运行过程中的节能措施
为了达到节能的目的，除了设计时要尽量优化外，使用过程中的管理也很重要，下面就相关点做一个讨论：
（1）泵体频率的设置
泵的频率和效率的关系在刚才也有讨论，根据泵的特性曲线我们可以知道，泵在工频运行时效率最高，为此，应尽量将频率设置在50Hz，如图1所示，假设配制罐1和线上槽循环，那么，将送液泵P11、P12设置为50Hz，回液泵P31设置在50Hz，由于管路特性，P11、P12单台的流量小于P31的流量，两台流量和大于P31的流量，循环开启后，线上槽多余的溶液通过溢流口，排到中继槽收集，在中继槽通过液位控制回液泵P32的启停来达到平衡。为了保证P32能持续运行，试机过程中，通过泵的频率设置在35~40Hz可以保证循环的持续。后续根据工艺需求，对泵的频率也进行了微调，保证泵在高效区内或接近高效区运行。
（2）阀门的调节
为了配合泵流量扬程的选择，参照图2，需要将泵出口的阀门开度进行调节，以满足需求，另外，为了解决气泡的问题，也需要调整溶液出口的压力。
4、结论
通过以上方式处理，新建六号线相对于旧的四号线有了较为明显的提高，在装机功率提高（从254KW提高到286KW）且正常运行的情况下，每天消耗的电量反而有所降低（从1814KWh降低到1745KWh，取一个月的平均值）。
当然，以上方法不是最优方案，但作为节能方面的一个实践，或许可以作为后续技改的一个参考，为后续我司7、8号线的建设提供实践依据，。
参考文献：
[1] 原宝龙，基于PLC与变频技术的节能应用研究，OFweek中国高科技行业门户，2012。
[2] 张燕宾，高级工程师，大马拉小车的节能问题，变频技术应用，2007。
论文作者:徐楠
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/15
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