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[摘 要]随着经济的发展和社会的进步，能源问题逐渐凸现出来，石油化工行业的节能改造日益受到重视。在石油化工行业中，循环水系统的能量消耗较大，应用有效的节能技术提升循环水系统的能源利用率，实现节能，这对于提升石油化工企业竞争力，促进石油化工企业的可持续发展有着重要的意义。基于以上，本文简要研究了石油化工行业循环水系统节能技术及其应用，旨在为相关石油化工企业循环水系统的节能实践提供参考。
[关键词]石油化工；循环水；节能
中图分类号：S683 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0162-01
1 循环水系统的运行现状
由于我国工业化进程起步比较晚，因此对循环水系统的探索工作开展的也不够全面，与国际领先水平还有差距。横贯整个行业来看，主要表现为以下幾个方面：
（1）循环水系统浓缩倍数较低。浓缩倍数的高低直接决定了循环水系统的用水量，当浓缩倍数高时，对应的工况便是低排污量和低补充水量，当浓缩倍数低时，对应的便是高排污量和高补充水量，补充水量的多少直接决定了工业用水量的多少，就目前我国的工业行情来看，一般控制在2.5-3.5，石油石化行业略高，一般能达到4左右，而工业发达的国家其浓缩倍数能达到5，甚至更高。
（2）循环水系统能耗高。目前我国的循环水系统中耗能设备的操作方式还比较粗犷，还未形成系统有效的解决方案，在很多地方循环水的给水量，给水压力以及温度都未根据工况和外部环境进行适当的调整，有的地方甚至是全年满负荷运行。简单来说，在实际生产当中，夏季和冬季气温相差很大，因此冬季回水温度相对要低5-10℃，若在冬季仍然采用夏季的风机运行模式，将会造成电能浪费。
（3）系统水力状况不匹配。很多地方存在泵的水力特性和管网的水力特性不匹配，出现“杀鸡用牛刀”的情况，更进一步出现了浪费。
（4）水质优化手段粗犷。没有系统的水质优化手段，检测加药系统落后，响应慢，也导致了换热器腐蚀结垢严重，换热效率低，增加维护成本等。
经济的迅猛发展对国家、社会、人民来讲都是好事，但是高能耗，低效率的生产模式与现代化的工业生产相互矛盾的，唯有低能耗，高效率的经济模式才能更有效推进社会发展进行。因此循环水系统目前的问题是必须要得到解决才行的。
2 石油化工循环水系统节能优化技术
2.1 水轮机改造节能技术及其应用
水轮机改造技术指的是对冷却塔风机的驱动方式进行改变，将原本的电机驱动改为循环水回水余压驱动，这就节省了冷却塔风机的电耗，对于循环水系统中存在较多高位用冷却水装置的工况来说，其化工生产装置会产生较大的回水压力，回水余压也就较大，能够驱动冷却塔风机，对于这种工况的循环水系统来说，可以应用水轮机改造节能技术。水轮机改造节能技术能够直接节约电机能耗，节能有着直接性的特点，因此许多化工企业中都在推广应用此项节能技术。但需要注意的是，在水轮机改造之后，冷却塔的驱动力来源于循环水系统回水余压的动能，而回水余压的动能则由水泵的机械能提供，因此本质上来讲，水轮机改造节能过程是水泵机械能向冷却塔风机动能的转化，中间还涉及到回水动能的转化，在两次转化过程中会损耗一部分能量，转化效率低下，从能量守恒的角度来讲，水轮机改造节能技术实质上是能量的转化过程，如何提升能量转化效率是关键，此外，应用能够水轮机改造节能技术过程中还会导致冷却塔的频繁震动，使得冷却塔容易损坏，增加了维修成本，因此，水轮机改造节能技术还有待进一步的改进。
2.2 叶轮切削节能技术及其应用
叶轮切削指的是对循环水系统的水泵叶轮边缘进行切削，这就能够有效降低水泵出力，实现流量和扬程的降低，水泵在运行过程中会降低能耗，从而实现节能效果。叶轮切削节能技术相对简单，如果化工企业最初水泵选型过大，存在明显的大马拉小车问题则可以应用叶轮切削节能技术。
叶轮切削节能技术操作简单、施工方便、经济性良好，但需要注意的是，在对水泵叶轮进行切削处理之后，水泵的运行效率也随着降低，还可能降低水泵与循环水系统的匹配性，有时甚至会加大能耗，因此在应用叶轮切削节能技术的过程中应当保持慎重。
2.3 变频技术在循环水系统中的应用
循环水系统再设计之初就可能存在循环水量大于实际用量，某延迟焦化装置两台循环水泵编号CP101/CP102，电动机额定功率450kW，一台水泵出口全开，一台出口开50%，两台电动机全速运行能耗浪费严重。通过对其中一台电机进行变频改造优化，通过降低电机转速大大降低电机能耗。以冷量“按需供应”的原则调整运行电动机的频率，通过对供水量以及水温的合理调节，变更设备的传统控制方式，实际运行中转速调至885转/分运行，则节电效益可作如下计算：电机输入功率减少系数为1-（885/985）3=1-0.725=0.275，则输入功率节省0.275×450=123.75kW，每年按照运行8000h，则节省电能为：123.75×8000=990000kW/h，电费0.73元/kW，则每年节能：990000×0.73元=722700（元）。然而高压变频系统存在以下弊端，高压变频技术成熟度低，变频设备占地较大，且高压变频投入较高等，这些因素限制了高压变频在循环水系统中的广泛应用。
2.4 闭路循环水系统应用
闭路循环水系统最大的优势循环水系统冷却水不与外界接触，进而避免空气中的杂质进入到循化水系统。循环水使用除盐水或软化水，降低换热器的结垢，很大程度提高整个系统的换热效率，同时能够节省大量的助剂投入。通过对国内外蒸发式冷却研究情况来看，美国对蒸发式冷却研究较为深入，通过蒸发式冷却技术的大量研究，推动了蒸发式冷却理论体系的建立，推动该技术转向闭式冷却塔的优化设计、传热传质强化以及工业应用等领域。对某循环水场进行闭路循环改造，原有开式凉水塔处理量为4000m3/h，占地约为：30m×14m，钢筋混凝土框架。风机直径8m，风机功率90×2=180kW，进塔水温：冬季16℃，夏季40℃；出塔水温：冬季12℃，夏季33℃。现有开式凉水塔在使用过程中，由于水质较差，工艺设备循环水侧结垢情况较为严重，严重影响换热性能，直接影响到装置的工艺操作，难以保证装置长时间正常运行。将上述开式凉水塔改造为闭式空冷塔系统。闭式空冷循环冷却水系统分为内循环部分和外循环部分组成。内循环部分包括：空冷器，循环水泵，循环水旁滤器，膨胀水箱，加药装置；外循环部分包括：喷淋水泵，喷淋水旁滤器，外循环加药等。闭式空冷循环冷却水系统与开式循环冷却水系统相比较，其主要优点如表1所示。
工业水费2.35元/t，电费0.73元/kWh，污水处理费15元/t，除盐水12元/t，工业耗水29万吨，除盐水水耗3万吨，运行费用及比较如表2。
闭路循环系统具有以下优点：污水量大大降低，运行费用低，药剂量减少，换热器结垢减缓。但投资费用较高，回收期较长，限制其石油化工行业的推广应用。
3 结语
本文主要循环水优化技术进行简要介绍，旨在为石油化工行业循环水系统的节能优化提供参考。
[关键词]石油化工；循环水；节能
中图分类号：S683 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）24-0162-01
1 循环水系统的运行现状
由于我国工业化进程起步比较晚，因此对循环水系统的探索工作开展的也不够全面，与国际领先水平还有差距。横贯整个行业来看，主要表现为以下幾个方面：
（1）循环水系统浓缩倍数较低。浓缩倍数的高低直接决定了循环水系统的用水量，当浓缩倍数高时，对应的工况便是低排污量和低补充水量，当浓缩倍数低时，对应的便是高排污量和高补充水量，补充水量的多少直接决定了工业用水量的多少，就目前我国的工业行情来看，一般控制在2.5-3.5，石油石化行业略高，一般能达到4左右，而工业发达的国家其浓缩倍数能达到5，甚至更高。
（2）循环水系统能耗高。目前我国的循环水系统中耗能设备的操作方式还比较粗犷，还未形成系统有效的解决方案，在很多地方循环水的给水量，给水压力以及温度都未根据工况和外部环境进行适当的调整，有的地方甚至是全年满负荷运行。简单来说，在实际生产当中，夏季和冬季气温相差很大，因此冬季回水温度相对要低5-10℃，若在冬季仍然采用夏季的风机运行模式，将会造成电能浪费。
（3）系统水力状况不匹配。很多地方存在泵的水力特性和管网的水力特性不匹配，出现“杀鸡用牛刀”的情况，更进一步出现了浪费。
（4）水质优化手段粗犷。没有系统的水质优化手段，检测加药系统落后，响应慢，也导致了换热器腐蚀结垢严重，换热效率低，增加维护成本等。
经济的迅猛发展对国家、社会、人民来讲都是好事，但是高能耗，低效率的生产模式与现代化的工业生产相互矛盾的，唯有低能耗，高效率的经济模式才能更有效推进社会发展进行。因此循环水系统目前的问题是必须要得到解决才行的。
2 石油化工循环水系统节能优化技术
2.1 水轮机改造节能技术及其应用
水轮机改造技术指的是对冷却塔风机的驱动方式进行改变，将原本的电机驱动改为循环水回水余压驱动，这就节省了冷却塔风机的电耗，对于循环水系统中存在较多高位用冷却水装置的工况来说，其化工生产装置会产生较大的回水压力，回水余压也就较大，能够驱动冷却塔风机，对于这种工况的循环水系统来说，可以应用水轮机改造节能技术。水轮机改造节能技术能够直接节约电机能耗，节能有着直接性的特点，因此许多化工企业中都在推广应用此项节能技术。但需要注意的是，在水轮机改造之后，冷却塔的驱动力来源于循环水系统回水余压的动能，而回水余压的动能则由水泵的机械能提供，因此本质上来讲，水轮机改造节能过程是水泵机械能向冷却塔风机动能的转化，中间还涉及到回水动能的转化，在两次转化过程中会损耗一部分能量，转化效率低下，从能量守恒的角度来讲，水轮机改造节能技术实质上是能量的转化过程，如何提升能量转化效率是关键，此外，应用能够水轮机改造节能技术过程中还会导致冷却塔的频繁震动，使得冷却塔容易损坏，增加了维修成本，因此，水轮机改造节能技术还有待进一步的改进。
2.2 叶轮切削节能技术及其应用
叶轮切削指的是对循环水系统的水泵叶轮边缘进行切削，这就能够有效降低水泵出力，实现流量和扬程的降低，水泵在运行过程中会降低能耗，从而实现节能效果。叶轮切削节能技术相对简单，如果化工企业最初水泵选型过大，存在明显的大马拉小车问题则可以应用叶轮切削节能技术。
叶轮切削节能技术操作简单、施工方便、经济性良好，但需要注意的是，在对水泵叶轮进行切削处理之后，水泵的运行效率也随着降低，还可能降低水泵与循环水系统的匹配性，有时甚至会加大能耗，因此在应用叶轮切削节能技术的过程中应当保持慎重。
2.3 变频技术在循环水系统中的应用
循环水系统再设计之初就可能存在循环水量大于实际用量，某延迟焦化装置两台循环水泵编号CP101/CP102，电动机额定功率450kW，一台水泵出口全开，一台出口开50%，两台电动机全速运行能耗浪费严重。通过对其中一台电机进行变频改造优化，通过降低电机转速大大降低电机能耗。以冷量“按需供应”的原则调整运行电动机的频率，通过对供水量以及水温的合理调节，变更设备的传统控制方式，实际运行中转速调至885转/分运行，则节电效益可作如下计算：电机输入功率减少系数为1-（885/985）3=1-0.725=0.275，则输入功率节省0.275×450=123.75kW，每年按照运行8000h，则节省电能为：123.75×8000=990000kW/h，电费0.73元/kW，则每年节能：990000×0.73元=722700（元）。然而高压变频系统存在以下弊端，高压变频技术成熟度低，变频设备占地较大，且高压变频投入较高等，这些因素限制了高压变频在循环水系统中的广泛应用。
2.4 闭路循环水系统应用
闭路循环水系统最大的优势循环水系统冷却水不与外界接触，进而避免空气中的杂质进入到循化水系统。循环水使用除盐水或软化水，降低换热器的结垢，很大程度提高整个系统的换热效率，同时能够节省大量的助剂投入。通过对国内外蒸发式冷却研究情况来看，美国对蒸发式冷却研究较为深入，通过蒸发式冷却技术的大量研究，推动了蒸发式冷却理论体系的建立，推动该技术转向闭式冷却塔的优化设计、传热传质强化以及工业应用等领域。对某循环水场进行闭路循环改造，原有开式凉水塔处理量为4000m3/h，占地约为：30m×14m，钢筋混凝土框架。风机直径8m，风机功率90×2=180kW，进塔水温：冬季16℃，夏季40℃；出塔水温：冬季12℃，夏季33℃。现有开式凉水塔在使用过程中，由于水质较差，工艺设备循环水侧结垢情况较为严重，严重影响换热性能，直接影响到装置的工艺操作，难以保证装置长时间正常运行。将上述开式凉水塔改造为闭式空冷塔系统。闭式空冷循环冷却水系统分为内循环部分和外循环部分组成。内循环部分包括：空冷器，循环水泵，循环水旁滤器，膨胀水箱，加药装置；外循环部分包括：喷淋水泵，喷淋水旁滤器，外循环加药等。闭式空冷循环冷却水系统与开式循环冷却水系统相比较，其主要优点如表1所示。
工业水费2.35元/t，电费0.73元/kWh，污水处理费15元/t，除盐水12元/t，工业耗水29万吨，除盐水水耗3万吨，运行费用及比较如表2。
闭路循环系统具有以下优点：污水量大大降低，运行费用低，药剂量减少，换热器结垢减缓。但投资费用较高，回收期较长，限制其石油化工行业的推广应用。
3 结语
本文主要循环水优化技术进行简要介绍，旨在为石油化工行业循环水系统的节能优化提供参考。