梅武丰
（海洋石油富岛有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］节能降耗是化工企业的生存之本。海洋石油富岛有限公司化肥二部循环水泵系统原始设计时考虑采用“2台透平泵、1台电泵运行+1台电泵备用”的运行模式，实际生产中，由于蒸汽量不足，只能采用“1台透平泵、2台电泵运行+1台透平泵备用”的运行模式，1台在运透平泵或电泵一旦故障跳车会造成循环水系统供水量降低1/3、备用透平泵无法保证及时启动，以及冷却塔电动风机耗电量较大、冷却系统风机启动电流过大易引起用电设备晃电跳闸、风机需全部运行而无备机等问题。为此，富岛公司化肥二部通过可行性分析，决定采用水力透平技术对循环水系统风机实施节能改造。实践表明，改造后冷却塔风机实现了100%无电化运行，粗略估算每年可节约用电成本约779.328万元，达到了节能降耗的目的。
［关键词］循环水系统；冷却塔；风机；电机驱动；水力透平驱动；循环水泵；节能改造
［中图分类号］TK735 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2021）02-0051-04
1 概 述
海洋石油富岛有限公司（简称富岛公司）化肥二部循环水装置主要由冷却系统、循环水泵系统、旁滤系统和加药系统四部分组成；其中，冷却系统采用逆流敞开式冷却塔，共8座，设计进（冷却）水量为8×4 000 m3/h，利用电机驱动风机（J0205A/B/C/D/E/F/G/H，单台功率200 kW）机械抽风使空气与水在填料层中进行对流传热，达到对循环水冷却降温的目的；循环水泵系统由4台循环水泵（2001J A/B/C/D）采用三开一备的方式向化肥二部合成氨、尿素及甲醛装置供应循环水，循环水泵扬程50 m、（单台）设计流量9 500 m3/h，其动力源为2台中压蒸汽透平和2台6 kV高压电机；旁滤系统和加药系统作为辅助系统，主要完成循环水的除浊和缓蚀阻垢、杀菌灭藻工作。
整个循环水系统循环水量约25 000 m3/h，给水总管压力≥0.45 MPa、回水总管压力≥0.25 MPa，给水温度≤33 ℃、回水温度≤43 ℃，冷却前后温差为（10±0.3）℃。循环水系统流程简图见图1。
2 循环水系统节能改造的必要性
节能降耗是化工企业的生存之本。对于富岛公司而言，对化肥二部循环水系统进行节能改造，不仅可以带来可观的经济效益，而且对于解决循环水系统存在的以下问题具有现实意义。
（1）循环水泵系统原始设计时考虑采用“2台透平泵、1台电泵运行+1台电泵备用”的运行模式。实际生产中，由于蒸汽量不足，只能采用“1台透平泵、2台电泵运行+1台透平泵备用”的运行模式。后一种运行模式下，一旦出现1台透平泵或电泵故障跳车将会带来以下两个问题：一是蒸汽透平开车操作复杂，启动前需暖管预热，启动耗时在0.5 h以上，而用水单元是无法承受循环水量降低1/3的压力的；二是若出现电泵跳车，由于蒸汽量不足，备用透平泵是否可启动取决于各蒸汽使用单元能否及时协调出多余的蒸汽，显然此时备用透平泵能否真正起到备用的作用尚不确定。
（2）冷却系统风机启动电流过大（启动电流为额定电流的6～8倍，即有可能达到2 400～3 200 A），易引起用电设备晃电跳闸。2012年11月18日13:00，启动风机J0205B时，因启动电流过大引发1#变压器400 V进线开关过流跳闸，导致另2台风机（J0205A、J0205D）和冷凝液泵（2003J）、加药泵（U0201JA）跳车，同时400 V母联备自投动作合闸；继续启动J0205A、J0205B、J0205D，又引发2#变压器6 kV馈线开关过流跳闸，低压全部失电，6台风机J0205A/B/E/F/G/H和冷凝液泵（2003J/JA）、旁滤泵（J0202A）跳车。
（3）2012年8月海南省工信厅下文要求各企业逐步淘汰高耗能设备，使用节能型设备，而富岛公司化肥二部循环水系统全年大部分时间运行8台电动风机，按年运行330 d粗略估算，年耗电量为8×200×330×24=12 672 000 kW·h，能耗较高。
综合分析上述情况，结合国内同行业在节能领域的经验，富岛公司化肥二部决定采用水力透平技术对循环水系统进行改造。
3 循环水系统改造方案
3.1 改造的可行性分析
3.1.1 水力风机转速的计算
（1）冷却塔气水比。富岛公司化肥二部循环水系统冷却塔单塔设计进水量（Q水）为4 000 m3/h，单塔设计风量（Q风）为2 568 000 m3/h，据气水比（μ）计算公式μ= Q风ρ气/（ Q水ρ水）（式中：ρ气为空气在20 ℃时的密度，取1.205 kg/m3；ρ水为水的密度，取1 000 kg/m3），可得冷却塔设计气水比μ=0.774。
（2）冷却塔的实际风量。富岛公司化肥二部循环水系统最大循环水量为26 478 m3/h，则单塔实际最大进水量（Q水′）为3 310 m3/h，由气水比计算公式可得Q风′=μQ水′ρ水/ρ气，即单塔实际风量（Q风′）为2 126 091 m3/h。
（3）水力风机的转速。富岛公司化肥二部循环水系统电动风机的额定转速（n）为127 r/min，单塔设计风量（Q风）为2 568 000 m3/h、实际风量（Q风′）为2 126 091 m3/h；风机风量与转速成正比，即Q风/ Q风′= n / n′，可得水力风机的实际转速（n′）为105 r/min。
结论一：当冷却塔单塔实际进水量为3 310 m3/h 时，冷却塔单塔所需风量为2 126 091 m3/h，理论上风机转速达105 r/min即可满足冷却要求。
3.1.2 水力风机输出功率的计算
更多内容详见《中氮肥》2021年第2期