浅谈浮法玻璃冷却水供水系统效率分析及节能改造

宋辉

摘要：工业循环冷却水系统作为主工艺生产的生命线，对维护设备正常运行和保证生存安全至关重要，同时冷却水供水系统的能耗也是极高的。本文以浮法玻璃生产线的循环水系统实际案例，通过对供水系统运行参数进行分析，找出影响效率关键问题点，并通过节能方案设计、实施，实现节能增效，同时可为类似工程提供借鉴和参考。

关键词：浮法玻璃工厂 冷却水供水系统 效率分析 节能 改造措施

随着国家对浮法玻璃生产能耗的要求，及目前浮法玻璃市场产能过剩的现状，节能降本是企业赖以生存和发展的趋势，而循环冷却水供水系统的能耗问题则是浮法玻璃生产中的一个不可忽视的节能点。中国南玻集团下属某公司浮法玻璃生产线的循环水系统，多数水泵和管路等设备陈旧，存在水泵流量、扬程、管路设计与实际使用不匹配的情况，造成较大的电能浪费。

一、冷却水供水系统效率基础知识

1.理想状态下，1吨水克服1米的扬程阻力时，耗电量为0.0027KW.H。

2.水泵及其系统所需能量：P（KW）=0.0027*ρ*Q/K。

其中：Q-流量m3/H，H-扬程M，K-泵系统效率=K电*K泵* K阀*K管：

3.影响系统供水效率的因素主要有设计、设备选型、材质、施工和运行维护等5个方面。其中，1）设计方面主要在：①流量偏大，扬程偏高，②管径、走向的不合理，③管路连接方式的设计不合理等；2）设备选用方面：①水泵、电机未选择高效率设备，②厂家制造水平造成的效率低下等；3）材质方面：①阀门阻力大，②阀门关闭不严，③管道内部粗糙；4）施工方面：①管路连接方式的施工不合理，②管道变向不合规范等。

二、工厂冷却水供水系统效率分析

目前，工厂冷却水供水系统是由5个水泵、冷却塔、冷却水池和热水池组成。工厂冷却水系统（图1）及运行参数（表2）：

1.供水系统需要的流量、扬程：

分析基准：DN400总管末端（设备前）要求压力0.20Mpa，要求流量1200m3/h。

1）.DN400主管管路揚程损失：

管路长度按300m，管道水利计算，DN400总管的扬程损失为8.93M。

2）.总管过滤器后的压力：

总管过滤器后需要的压力为0.20Mpa+8.93*0.0098 Mpa =0.288 Mpa。总管过滤器后的实测压力为0.30Mpa稍大于其需求0.288 Mpa压力，稍考虑裕量，其实际供水压力合理。

3）.总管过滤器前的压力：

总管过滤器前的实测压力为0.32Mpa，过滤器的压差为0.02 Mpa。

结论：为保证工艺设备的冷却需求，在供水流量达到1200m3/h时，DN400总管始端压力应保持在0.32Mpa。

2.工艺冷却水水泵供水系统的效率水平分析：

1）.水质所需的电功率：

理想状态下，1200m3/h 水质、0.32Mpa需要的能量=0.0027*Q*H==106KW。

2）.实际用电功率：

水泵房1#、3#、5#水泵运行，其实际用电功率分别为85KW、56KW、121KW，合计262KW。

3）.供水系统的综合效率K：

在理想的（水）泵、（电）机情况下，供水系统的效率水平：80%*95%=76%。工艺冷却水泵系统的实际效率K=水质输出所需功率/总输入用电功率=106/262=0.40（40%）

结论：供水系统实际效率远低于供水系统的理想效率水平76%。

3.供水系统效率低下的原因分析：

1）.同一系统水泵参数不同，扬程高泵对扬程低泵出水有压制。

2）.泵出口与泵出口总管“Π”型连接，水流对冲，能耗大。

3）.1#-3#泵、4#-5#泵与DN400分总管间“T”型连接，分总管与总管间倒“T”型连接。1#-3#间、4#-5#间各有水泵运行时，水流对冲，能耗大。

4）.现有水泵出口的止回阀在关闭不严时，供水共管（压力高）通过水泵出口闸阀-止回阀-水泵-进口过滤器-冷却水池形成水流小循环。

三、工厂冷却水供水系统效率提升对策、效果

1.供水系统效率提升对策：

1）.用低阻的止回阀更换现有的各水泵出口止回阀，以减少供水阻力、防止停运水泵止回阀渗漏形成的水流小循环所造成的电能浪费。

2）.水泵出口支管与室内总管的连接方式、室内总管与输水主管的连接方式改造，减少水流对冲所造成的流量损失。

3）.高效水泵、电机的应用。

4）.使运行水泵、电机的参数相同。

5）.减少水泵运行台数，以减少流量的损失。两台水泵并列，单台泵流量损失5%；三台水泵并列，单台泵流量损失26%；两台水泵并列，单台泵流量损失29%；两台水泵并列，单台泵流量损失40%.

2.供水系统效率提升的效果：

1）.最小的效率提升改进方案：

①五台水泵出口的现有止回阀更换：减少止回阀阻力、杜绝备用泵的止回阀渗漏。②选定参数相同的两台水泵、高效化选型生产：杜绝水泵压头现象、水泵本身效率提高5%。

改造后：两台水泵运行、室内总管维持0.39Mpa供水压力、总管供水流量1200m3/h，考虑到两台泵的流量损失5%（1200*5%），水泵的供水总量为1260 m3/h，单台泵的其轴功率为81KW，配套电机的额定功率选90KW。考虑到电机的损耗为5%，两台泵的实际用电功率为2*（80+90*1.05）=169KW，与改造前的262KW相比较，供水系统效率（节电率）提升35.5%。

2）.最大的效率提升改进方案：

① 五台水泵出口的现有止回阀更换：减少止回阀阻力、杜绝备用泵的止回阀渗漏。②选定参数相同的两台水泵、高效化选型及生产、水泵运行一台：杜绝水泵压头现象、水泵本身效率提高5%、减少水泵并列运行的流量损失、室内总管-输出总管的供水对冲现象。

一台水泵供水，室内总管维持0.32Mpa供水压力、总管供水流量1200m3/h，单台泵的其轴功率为127KW，配套电机的额定功率选160KW。考虑到电机的损耗为5%，水泵的实际用电功率为127+160*1.05=135KW，与改造前的262KW相比较，供水系统效率（节电率）提升48.5%。

综合评估，通过分析计算，根据不同的效率提升方案，经过改造，水泵系统的效率可提升36%-49%，达到了节能降耗的目标；同时对存在类似问题的公司提供的改善方法和思路。

参考文献：

[1]GB50050-2007， 工业循环冷却水处理设计规范[S]

[2]蔡世军， 赵新义， 王莹莹. 循环冷却水节水技术研究进展[J]. 工业水处理. 2009（3）： 6

[3]祁鲁梁， 李本高. 冷却水处理和管理问答. 北京中国化学出版社， 2012