智慧阀门在石化企业循环冷却水节能中的应用.pdf

1 0 6 工业仪表与自动化装置 2 0 1 4年第 3期 智慧阀门在石化企业循环冷却水节能中的应用 方飞龙 ， 杨笑梅 ， 汤中彩 ， 麻剑锋。 ， 沈新荣 1 ． 杭州哲达科技股份有限公司， 杭州 3 1 0 0 1 2 ； 2 ． 浙江大学 流体工程研 究所， 杭州 3 1 0 0 2 7 摘要 智慧阀门是杭 州哲达科技 股份有限公 司 自主研 发生产 的一种基 于嵌入 式软件、 传感技 术、 智能控制器、 调 节阀与 电动执行机构一体化 的新一代阀 门装置 ， 该文简要介绍 了其构成及节能 原理 ， 以某石化企业为改造对象， 重点描述 了它在循环水节能中的应用， 旨在抛砖引玉 ， 推广这类实 用的集成能量感知功能的智慧阀门。 关键词 智慧阀门； 石化企业 ； 循环水； 节能 中图分类号 T P 2 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 4 0 3 0 1 0 6 0 4 Ap pl i c a t i o n o f s ma r t v a l v e i n t h e p e t r o c h e mi c a l e n t e r p r i s e’ S e ne r g y s a v i ng o f c i r c u l a t i o n c o o l i ng wa t e r F AN G F e i l o n g ，YANG Xi a o me i ，T ANG Z h o n g e a i ，MA J i a n f e n g ，S HE N Xi n r o n g 1 ． Ha n g z h o u Z ET A T e c h C o ． ， L t d， H a n g z h o u 3 1 0 0 1 2，C h i n a ； 2 ．I n s t i t u t e o f F l u i d E n g i n e e r i n g R e s e a r c h ， Z h e j i a n g U n iv e r s i t y ，H a n g z h o u 3 1 0 0 2 7， C h i n a Abs t r a c tS ma r t Va l v e i s a n e w g e n e r a t i o n o f i n t e g r a t e d v a l v e me a n s d e v e l o p e d b y Ha n g z h o u ZETA Te c h Co．，L t d．I t ’ S b a s e d o n e mb e d d e d s o f t wa r e，s e n s o r t e c hn o l o g y，i n t e l l i g e n t c o n t r o l l e r ，c o n t r o l v a l v e wi t h e l e c t ric a c t ua t o r ．Th i s p a p e r b r i e fly d e s c r i b e s i t s s t r uc t u r e a n d e n e r gy s a v i n g p rin c i pl e，t a k e s a p e t r o c h e m i c a l e n t e r p r i s e f o r t h e o b j e c t ， a n d i n t r o d u c e s i t s f o c u s o n t h e a p p l i c a t i o n o f e n e r gy s a v i n g i n c i r c u - l a t i o n c o o l i n g wa t e r ．T o a t t r a c t v a l u a b l e o p i n i o n s ，p r o mo t e s u c h p r a c t i c a l ，i n t e g r a t e d，e n e r gya w a r e s ma rt v a l v e ． Ke y wor ds s ma rt v a l v e；p e t r o c h e mi c a l e nt e rpr i s e；c i r c ul a t i o n c o o l i ng wa t e r ；e n e r gy s a v i n g 0 引言 随着人 口和经济的快速发展 ， 水资源短缺对可 持续性发展构成了极大的威胁 ， 到 2 0 3 0年中国工业 用水将从每年的 5 2 0亿立方米增加到 2 6 9 0亿立方 米 ， 水不仅影响工业的发展， 而且必将成为制约 国家 和企业经济发展的主要 因素。 工业用水 中主要是循环冷却水 ， 而循环冷却水 系统是石化企业最大的用水单元 ， 一般循环水系统 消耗 的水量 占工业 总用水 量 的 2 ／ 3 ， 甚 至更多 。 因此 ， 随着国家节能 、 节水政策 的推进 ， 找 出一条技 术可行、 经济实用的新技术， 有效解决循环水系统高 能耗的现状 ， 也是改变 目前拉 闸限电节能的最佳路 线。杭州哲达科技股份有限公司积极响应国家节能 减排 的号召， 其生产 的智慧阀门系列产 品能够很 好 收稿 日期 2 0 1 31 1 1 3 作者简介 方飞龙 1 9 8 8 ， 男 ， 安徽黄 山人 ， 航天工程 硕士 ， 研发 工程师 ， 专业从事水泵 、 空压机 、 风机等流体系统节能 改造项 目研究 。 地解决工业循环水系统普遍存在的动态水力失调和 热力失调 问题 ， 在 石化 企业 循环 水节 能 中应用 广泛。 1 智慧 阀门构成 智慧阀门产品由调节 阀阀体 1 、 智能控制器 2 、 配流板 3 、 电动执行器 4 、 压力传感器 5 、 温度传感器 6等构成 ， 具体结构如图 1 所示 。 图 1 智慧阀门构成 2 0 1 4年第 3期 工业仪表与 自动化装置 l 0 7 其中， 调节阀采用以 F l o w C o n 、 D A N F O S S为代表 的世界著名品牌动态平衡型电动调节 阀， 它具有机 械 自力式压差／ 流量 自动平衡控制功能 ； 控制器既可 以采用通用型智能控制器产品 ， 也可以采用专用智 能控制器进行二次开发 ； 配流板采用杭州哲达科技 股份有限公司的新型专利配流板 - 3 J ， 通过对称安装 在通用的调节 阀阀板上 ， 使电动调节阀具有线性 、 等 百分比、 抛物线等调节特性 J 。 2 智慧阀门节能原理和功能 集成能量感知功能和节流控制一体化的智慧阀 门， 是一种基于嵌入式软件 、 传感技术、 智能控制器、 调节阀与执行 机构等机电一体化 的新一代 阀 门装 置 ， 并具有压力、 流量 、 压差、 温度 、 温差 、 能量等管道 流体参数 的智能测量 、 智能控制和网络通信功能 ， 以 最小阻力实现与压力无关的智能流动 J 。 智慧阀门致力于提高水系统输配能效 ， 解决 了 输配能效 比中最关键的两个问题 1 所有末端设备均能分 配到最佳流量 。由于 智慧阀门控制的目标是实际通过阀门的流量 ， 而不 是阀门机械开度 ， 因此每个智慧阀 门在运行过程 中 始终跟随管网压力变化进行 自动平衡调整 压力无 关型调节 ， 保证控制流量的准确性 ， 不论在满负荷 或部分负荷状态下既不过流也不欠 流， 实现流量和 能量的最优按需分配 ； 2 输配系统 的动力水泵 以低能耗实现 最优运 行。水泵的能耗主要取决于流量和扬程， 降低流量 和减少管网阻力均能 降低水泵能耗 ， 智慧阀门实现 最佳流量控制， 保证管网整体水力平衡 ， 降低控制阀 自身阻力， 提高水泵运行点的内效率 ， 使水泵以低能 耗实现最优运行。 3 智慧阀门在循环水节能中的应用 3 ． 1 循环水系统现状 某石化企业主要从事 P T A产 品的生产， 其循环 水系统主要为氧化 、 精制等工艺 区换热设备提供冷 却水。该系统包括循环泵组、 输配管线、 冷却塔和终 端用户等 ， 循环流程如 图 2所示。系统 机房配有 4 台 1 6 0 0 k W 的循 环水泵 ， 采用二用二备 的模式运 行 ， 按一 年 8 0 0 0 h运 行 时 间统 计 ， 泵 房 年 耗 电 2 2 7 2 1 0 k W．h 图 2 循环水系统流程 电机和水泵的设计参数如表 1 所示。 表 1 电机及 水泵 设计 参数 当前循环水 系统运行 数据及 总管 压力如 表 2 所示。 表2 当前水泵运行数据及总管压力 3 ． 2 终端运行数据及 系统高能耗分析 通过实地现场测量 ， 得到各终端循环水运行数 据如表 3所示。 根据相关 流体力学原理 ， 结合现场调研与测量 获取的数据 ， 对循环水系统进行能效分析与诊断 ， 发 现 目前系统运行能耗高的主要原因有以下两点 1 管网存在严重 的水力不平衡现象 因为管路复杂、 用户需求多样及管路老化等多 种原因相互作用 ， 导致整个管网存在严重 的水力不 平衡 。因此 ， 有些用 户出现过流 ， 有些用户 出现欠 流， 没能实现循环水的高效按需供给， 造成能源的极 1 0 8 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 4年第 3期 大浪费 ； 2 水泵运行效率低 ， 能耗大 由分析数据可知 ， 在实际生产过程 中水泵运行 效率约为 7 9 ％ ， 而现有高效泵 随着设计及工艺水平 的提升 ， 效率可以进一步优化。所 以， 与高效节能泵 比较 ， 现行水泵运行效率偏低 ， 导致该系统能量浪费 严重 。 表 3 各终端循环水运行数据 3 ． 3 改造方案 1 高效输配技术 针对管路复杂 ， 由于终端用户较多而导致整个 管网出现严重的水力不平衡 的现象 ， 通过设定智慧 阀门开度 ， 为终端合理分配流量 ， 在满足工艺需求的 前提下 ， 实现 “ 小流量大温差” 的节 能运行模式 ， 消 除水力失调和热力失调现象 。 根据表 3 ， 将智慧 阀门安装 在换 热终端 的回水 管路 中 ， 统一 设定供 回水 温差为 8℃ 。使用 智慧 阀门前后 流量 比较 及 节水 量、 补水 量计 算 如表 4 所示。 表 4使用智慧阀门前后对 比 此外 ， 部分用户 由于处于高点或换热器易结垢 等原因， 循环水设计流速应相应提高， 故预留一定的 损失余 量， 总 的 节 约 用 水 量 保 持 在 2 0 0 0 r n ／ h 左右。 2 高效节能泵技术 在保证满足用户需求 以及管网实际运行参数 的 前提下 ， 更换合适 的、 高效的节 能泵 ， 以达到节能 的 效果。由前文分析 ， 通过加装智慧阀门， 可以将整个 循环水系统流量降低 2 0 0 0 m ／ h ， 故 可选单 台额定 流量为 6 5 0 0 m ／ h ， 扬 程 为 5 2 I n ， 效率 可 选定 为 9 1 ％的高效节能水泵 。 3 ． 4 节能量计算 改造前 ， 循环冷却水 系统单 台电机运行 的功率 为 1 4 2 0 k W， 则改造前系统总功率为 尸改造前 1 4 2 0 kW 22 8 4 0 k W 改造后 ， 高效节能泵的额定流量为 6 5 0 0 1T I ／ h ， 2 0 1 4年第 3期 工业仪表与 自动化装置 1 0 9 额定扬程为 5 2 IT I ， 泵 的效率为 9 1 ％ ， 电机的效率为 9 3 ％ ， 高效节能泵消耗的电功率为 P 改 造 后 。Q 。 [ t ／ 1 O 0 0 r ／ 。 叼 电 机9 ． 8 5 26 5 0 0 ／3 6 00 ／ 0． 91 ／ 0． 93 1 0 8 7 k W 若系统运行时间按照 8 0 0 0 h ／ a 计算 ， 则一年总 的节能量为 2 8 4 01 0 8 7 2 8 0 0 0 5 3 2 ． 8万 k W h 系统的节能率 H 2 8 4 0 1 0 8 7 x 2 ／ 2 8 4 01 0 0 ％ 2 3 ． 5 ％。 4 结论 采用杭州哲达科技股份有限公司 自主研发生产 的智慧阀门对石化企业循环水系统进行改造后 ， 配 合高效节能泵技术 ， 很好地解决了工业循环水系统 普遍存在的动态水力失调和热力失调问题 ， 节能效 果显著， 值得大力推广。 参考文献 [ 1 ] 梁秀文． 石化企业循环水系统的节水运行与管理[ J ] 工业水处理， 2 0 0 3 ， 1 1 1 1 1 8 2 0 ． 单力均． 流体管网系统的水力平衡优化研究 [ D] ． 浙江 大学 ， 2 0 0 9 ． 杭州哲达科技股份有 限公司． 配流板 中国， 2 7 9 9 9 9 9 [ P ] ． 2 0 0 6 0 7 2 6 ． 杭州哲达科技股份有 限公 司． 集 成能量 感知功 能 的节 流控制一体 化的智 慧阀门 中国， 2 0 2 3 4 9 3 1 0 U[ P] ． 2 01 2一O 725． 汤中彩， 麻剑锋 ， 沈新荣． 一种新型恒流量控制阀的研 究[ J ] ． 工业仪表与自动化装置， 2 0 1 2 1 1 01 2 ． 唐长忠， 汤中彩 ， 沈新荣． 工业循环水 WE C S 改造技术 的应用探讨[ J ] ． 工业仪表与 自动化装置， 2 0 1 3 2 586】． 传感器未来发展 呈现五个趋 势 传感器产业化发展的重要趋势 随着技术研发的持续深入， 成本的下降， 性能和可 靠性的提升， 在物联网、 移动互联网和高端装备制造快 速发展的推动下， 传感器的典型应用市场发展迅速。 交通 、 信息通信成为市场增长最快的领域。据 英泰诺咨询公司预测 ， 2 0 1 6年全球 汽车传感器规模 可达 4 1 9 ． 7亿欧元， 占全球市场的 2 2 ． 8 ％； 信息通 信行业至 2 0 1 6年也可达 4 2 1 ． 6亿欧元 ， 占全球市场 的 2 2 ． 9 ％ ， 且有可能成为最大的单一应用市场。 企业并购 日趋活跃。大公 司通过兼并重组 ， 掌 控技术标准和专利， 在“ 高、 精、 尖” 传感器和新型传 感器市场上逐步形成垄断地位。在大企业 的竞争压 力下 ， 中小企业则 向“ 小而精 、 小而专” 的方向发展 ， 开发专有技术 ， 产品定位特定细分市场。 传感器市场预测 随着全球经济的复苏以及新系统应用销售的回 暖， 2 0 1 4年， 传感器 以及执行器 的销售额预计 预计 将 增长 1 4 ％ ， 并 达 到历 史最 高 的 9 9亿 美元 。而 2 0 1 5 年， 这一数字将飙升至 1 1 4亿美元。据分析， 我国传感器行业发展落后， 国内传感器需求， 尤其是 高端需求严重依赖进口， 国产化缺口巨大， 目前传感 器进口占比8 0 ％， 传感器芯片进口占比达 9 0 ％。国 产化需求迫切。 传感器“ 五化” 发展 一 是智能化 ， 两种发展轨迹齐头并进 。一个方 向是多种传感功能与数据处理、 存储、 双向通信等的 集成 ； 另一个方向是软传感技术 ， 即智能传感器与人 工智能相结合。 二是可移动化 ， 无线传感网技术应用加快 。无 线传感 网技术的关键是克服节点资源限制 ， 并满足 传感器 网络扩展性 、 容错性等要求。 三是微型化 ， ME MS传感器研发异军突起 。随 着集成微电子机械加工技术的 日趋 成熟 ， ME MS传 感器将半导体加工工艺引入传感器 的生产制 造， 实 现了规模化生产 ， 并 为传感器微型化发展提供 了重 要的技术支撑。 四是集成化。传感器集成化包括两类 一种是 同类型多个传感器的集成 ， 另一种是多功能一体化。 五是多样化 ， 新材料技术的突破加快 了多种新 型传感器的涌现。新型敏感材料是传感器的技术基 础 ， 材料技术研发是提升性能 、 降低成本和技术升级 的重要手段。 传感器发展前景和应用领域正在不断扩大， 无 论是 自动化产业还是智慧城市建设， 包括物联网发 展趋势等， 都在向人们昭示着传感器产业将迎来多 么辉煌的发展 。 摘 自 h t t p ／ ／ w w w ． e n e l c ． c o rn ／ A r t i c l e ／ 1 ／ 1 4 0 5 2 1 ／ A D 1 0 0 1 9 2 3 0 0 1 ． h t m1 1 j 1 』1J