摘要：冷却装置对于生产过程和日常控制设施起着重要作用。布置过程及供水系统的相关设备和管道。冷却系统优化是为保证系统的安全和效率，为了确保能源的安全。循环泵布局优化方案，将大大提高冷却设备的安全性和可靠性。
关键词：冷却循环水装置；设备布置优化；自启动时间
我国是一个工业大国，循环水冷却对高温工业设备和设备的严格要求是必不可少的。科学数据表明，工业循环冷却水消耗占工业总用水量的70%，循环泵消耗的能源占工业总用水量的8-10%。近年来，国家制定了节约资源、保护环境的基本政策，提出要坚持可持续发展，推动建设美好中国。因此，重要的是优化改造实现工业循环用水能源效率。
1 循环水工艺流程
循环冷却水从各装置回流到管道内，进入再循环水区；剩余压力用于直接进入冷却塔。回流水通过供水系统在塔内循环，从上到下淋水填料；空气由下至上循环，通过蒸发和传质来冷却水。冷却后，循环的冷水被收集到塔底的水箱中；它进入一个吸水池，然后在压力下通过循环冷泵输送到每个单元的冷却设备。
2 设备布置
根据全年和夏季主导风向，确定单塔进风面，并在循环水冷却塔进风侧布置吸水池、循环供水泵。钢筋混凝土冷却塔和玻璃钢风筒在国内外都有广泛的应用。循环泵应放置在吸水池附近，以减少两者之间的距离。整个循环水系统的平面图设计严格符合现行的消防、防爆、安全和卫生法规。流程、方便管理、安全、易于维护，最大限度地利用土地、利用部门内的生产过程和每个组件的生产特点和火灾危害，考虑到周围的地质条件、地形、风向等等，布局紧凑，减少建筑面积、线长度缩短，降低能源消耗。
3 基本原理
优化工业冷却循环水改造具体内容的核心是通过冷却源、循环泵组和循环水用户对整个系统进行严格、全自动的控制，三个系统安装自动控制装置控制系统配电设备的能源消耗，循环水泵按照实时要求，按需供给用户水量。冷却塔风机工作效率点采用剩余静压调控技术，水泵并联管路分配调整技术等技术理念，采取经济的原则，根据循环水泵组的能量守恒，建立包括系统管网，换热设备，冷却塔的能耗优化控制系统，实时监控系统参数，确保复杂网络的动态液压平衡和动态热平衡。在满足工业过程冷却要求的前提下，使系统总流量和管道阻力最小化，最终提高整体效率。工业循环水节能改造优化技术装置由能耗控制优化中心设备、实时监控参数产品和高效节能配件组成。主要内容包括:（1）准确获取循环水系统中换热设备、管网、循环水泵的给水压力、流量、回流温度等历史运行参数。(2)计算整个系统中最不利的回路阻力、最大换热装置所在回路阻力、最大换热装置静压。(3)流量、管网强度、泵运行效率等实时调节系统。期间的操作系统，通过监测参数(流量、压力、温度)能源消耗控制中心，控制中心的命令后能源消耗数据的分析和处理启动电动调节阀的水泵和水管，确保实时交通流量，满足过程要求，减少管网流动阻力。
4 设备布置与管道布置优化研究
该循环水装置冷却塔由钢筋混凝土框架和防护板组成。3间带有玻璃钢风筒逆流式机械通风冷却塔；一个冷却塔处理的水量Q=4500 m3/h。3台卧式强自吸泵(2台备用)Q=6 750 m3/h为系统提供循环冷却水。
4.1 设备布局优化研究。末端各用水点回流的循环水在先在管道中收集，利用余压直接进入冷却塔。循环冷水泵本身具有强大的自吸系统。在泵启动阶段，通过自吸系统将水从泵箱内抽出。在相同循环泵的条件下，可降低冷循环泵的安装高度，降低循环泵的吸水量，从而缩短启动时间。减小系统体积，增加泵的空化余量，保证泵的正常运行。
4.2 循环水管道布置研究。在其他条件相同的情况下，降低循环泵的安装高度，改变循环管道的布置，将原吸水池的进口由吸水池顶部改为吸水池一侧进出。循环泵的安装高度越低，水池的水位越高，循环泵的空化余量越大，自启动时间越短。分析比较了循环泵安装前后的空化余量和启动时间。(1)循环泵空泡裕量。设备布置和管道布置分别如图1和图2所示。设备位置号调整前为p-001，调整后为p-002。
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图1立面布置图
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图2优化后的立面布置图
据《给水排水设计手册》，NPSHa=hg-hz-hs-zs是空化余量的计算公式。
npsha有效空化裕度，m高泵安装点大气压力，mH2O柱，其值取决于海拔高度，即10.011米(海拔高度为25.3米)；对应温度下液体饱和蒸汽压、hs-真空管管路压降和局部压降之和，m；Zs—吸入罐液位与泵轴液位差，图1和图2显示了循环泵的流量、进气管径、流量和长度。用达西•韦斯巴赫公式，hf=il，当v≥1.2m/s时，chevaliev沿途的损失系数i=0.00107v2/di1.3。吸水管的压降等于吸力管的压降与水池管件局部压降之和。从图1和图2可以看出，循环泵的安装高度降低了0.5m，水箱水平面设置为0.6m。卧式离心泵的安装高度应使动态计算空化余量水的实际规定工况大于所需的汽蚀余量，安全余量不小于0.5 m。将相关数据代入式(1)，结果如表1所示。通过对比两种方案的泵空化裕度，可以看出，通过降低设备安装水平，p-002的有效空汽蚀度比p-001高约1m，约15%。显然，对于同类型泵，减小系统高度可以大大降低气蚀的可能性，保证泵的正常运行。
表1吸水池液位与泵轴线的液位差
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（2）循环泵的启动时间。对于在现场循环的冷水泵，一般选用水平、中开式、自吸离心泵；考虑到公共工程对循环水稳定运行的要求，一般为循环水泵配置备用泵。每个泵都有一个独立的吸真空装置，因此即使其中一个泵发生故障，也不会影响其他泵的正常运行。采用强自吸系统运行的冷水泵，其结构使双吸单级离心泵并入真空抽真空系统；吸真空系统在泵取得动力开始工作，启动安全可靠。上水时间与下游装置的正常运行直接相关，过长可能导致下游装置停止；时间应以150秒为限。本项目吸气池正常水位为0.1 m(见图1)，循环泵安装高度降低后，气池正常水位降至0.7 m(见图2)。进气管道泵的正常液位上游p-001介于0.1米的入口管线弯头设备，调整后，进气管道泵的液位水平的流通p-002坐落在进气管道中心线。在自吸泵具有相同容量的情况下，未充水量与启动时间成正比。对比下泵的调试时间，两者的配置，显然降低安装标高降低了设备的安装调试的时间相比p-002 64秒p-001并给予下游装置足够的缓冲时间，从而提供了有利条件，循环水设施正常运作及下游生产设施平稳运行。
4.3 经济投资的比较。减少循环泵安装高度，调整管道布局，必然会导致建筑成本和材料成本的变化，而泵的选型则保持不变。平均每个循环泵周边52平方米的地表面积减少0.5米，挖掘出的土壤增加26米。水池高度抬升0.5m，深度增加1m，保证水池两侧的循环水泵取水管完全排出。三个循环泵的初始结构为72.6 m×6.0 m×4.6 m。调整管道布置后，循环水进口管道缩短1米，出口管道缩短0.5米。根据标准壁厚的计算，1 m管的质量为248.3公斤。表1显示根据当地标准计算项目的主要费用的演变情况。建筑和设备成本没有增加，但通过降低循环泵水平和调整管道布置降低了成本。显然，在相同的设备选择条件下，循环泵的布置不仅提高了运行的可靠性，而且降低了部分投资成本。
通过调整循环水泵设备的布置，可以节约工程投资，提高整个系统的运行可靠性，保证下游系统的稳定生产。目前，该模式的优化还没有充分讨论循环泵的最优增容值，我们希望在未来能够找到更合理的解决方案，以保证下游设施的运行和设施的波动，避免经济损失。
参考文献：
[1]张苗.循环水泵的优化调度及应用[D].华北电力大学（北京），2018.
[2]张涛.冷却循环水装置循环水泵布置及优化研究[J].上海化工，2018，43(02):23-26.
论文作者:刘冬平,肖飞,吕伟
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/14
标签：水泵论文; 循环泵论文; 设备论文; 装置论文; 余量论文; 系统论文; 吸水论文; 《基层建设》2020年第1期论文;