一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)冷卻循環(huán)水節(jié)能【技術領域】，具體地說是一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法。優(yōu)化方法具體如下：將約束條件及優(yōu)化變量計算得出理論指標要求；將理論指標要求計算得出最佳用水量；將現(xiàn)場測量數據及管網模型模擬數據加入至最佳用水量并判斷最佳用水量是否合理，計算得出理論供水壓力；計算得出關鍵線路、次關鍵線路及非關鍵線路；分別計算并判斷出是否有壓損潛力挖掘；計算出最小供水壓力；理論供水壓力與最小供水壓力比較是否合理，調節(jié)水場設備。同現(xiàn)有技術相比，可監(jiān)測循環(huán)水系統(tǒng)運行狀況，診斷循環(huán)水系統(tǒng)存在的問題，提出優(yōu)化方案，保證循環(huán)水系統(tǒng)在長周期安全運行下進行節(jié)電、節(jié)水，提高循環(huán)水系統(tǒng)的運行效率。
【專利說明】一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)冷卻循環(huán)水節(jié)能【技術領域】，具體地說是一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002]工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是以水作為冷卻介質，并循環(huán)使用的一種冷卻水系統(tǒng)，由涼水塔、循環(huán)水泵、循環(huán)水管網、換熱設備等組成。循環(huán)冷卻水作為工業(yè)生產不可或缺的公用工程，應用于石油、化工、鋼鐵等各個領域，其水泵電耗占總用電量的20%，冷卻水占工業(yè)用水量的70%左右。
[0003]循環(huán)水系統(tǒng)作為生產輔助系統(tǒng)，過去只要能滿足生產所需，其耗能并未受重視，能源浪費較嚴重。循環(huán)水系統(tǒng)常見問題如下:
[0004]1、水冷負荷過大，冷卻了一些“不該冷卻”的負荷，“偏遠”與“高位”冷卻系統(tǒng)對水壓力的要求造成低位及附近冷卻系統(tǒng)水耗偏大。
[0005]2、系統(tǒng)總管壓力偏聞。
[0006]3、循環(huán)水上回水溫度總體偏低，但局部偏高的矛盾突出；循環(huán)水泵不匹配，揚程有富余，回水壓力高，增大循環(huán)水泵的電耗。
[0007]4、循環(huán)水場間負荷分配不優(yōu)化，涼水塔冷卻效果差、涼水塔冷卻效率下降增大風機的電耗。
[0008]5、水冷器長期運行、生物黏泥、循環(huán)水水質變差和操作不當等原因導致水冷器結垢，不僅引起冷卻效果下降，而且增大了管線的阻力。同時水冷器因結垢導致的垢下腐蝕，以及應力腐蝕等因素會造成水冷器管束腐蝕穿孔發(fā)生泄漏，縮短換熱器的使用壽命，污染循環(huán)水系統(tǒng)，影響裝置的長周期運行。還增加了冷卻塔補水和排污。
[0009]上述問題之間會相互作用和影響，從而增大整個循環(huán)水系統(tǒng)能耗，降低循環(huán)水系統(tǒng)整個能效。
[0010]隨著水資源的日益緊張和能源價格的上漲，循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能工作也愈發(fā)重要，節(jié)電和節(jié)水是循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能的兩個重要方面?，F(xiàn)有的循環(huán)水節(jié)能方法主要包括涼水塔改造、循環(huán)水泵改造和風機改造等，這些節(jié)能技術主要是針對單系統(tǒng)改造，但仍存在以下幾個方面的弊端:
[0011]1、未能深入分析循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能潛力，只是對局部進行改造，節(jié)能效果有限，甚至沒有節(jié)能效果。如片面的根據循環(huán)水量改造循環(huán)水泵，或根據循環(huán)水回水壓力改造涼水塔風機，而沒有從根本上解決循環(huán)水壓力偏高問題。
[0012]2、未從用水端、輸送管道、涼水塔、循環(huán)水泵等多方面進行綜合優(yōu)化，忽視了用水環(huán)節(jié)和循環(huán)水輸送環(huán)節(jié)，整體效果未達到最優(yōu)。如:用水端被冷卻介質溫度高，余熱未充分回收，致使水冷負荷過大；循環(huán)水管內流速低，導致水冷器結垢及腐蝕嚴重，引起冷卻效果下降，同時增加管道阻力，管網壓力損失大。
[0013]3、缺乏監(jiān)控管理平臺。循環(huán)水廠雖然設有DCS監(jiān)控系統(tǒng)，但缺乏對用水終端(水冷器)的實時監(jiān)控和診斷，沒有實現(xiàn)數據化、精細化管理。
[0014]4、管理措施不合理。如為滿足循環(huán)水上回水溫差指標，而進行的節(jié)水措施，容易引起水冷器流速過低，造成設備結垢和腐蝕問題。
【發(fā)明內容】
[0015]本發(fā)明為克服現(xiàn)有技術的不足，根據流體力學、熱力學和“三環(huán)節(jié)”系統(tǒng)節(jié)能理念，提出了一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化系統(tǒng)，以降低循環(huán)冷卻水的能耗，使改造和管理達到整體效果最優(yōu)。
[0016]為實現(xiàn)上述目的，設計一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法，其特征在于:所述的優(yōu)化方法具體如下:
[0017](a)將約束條件及優(yōu)化變量進行理論計算得出理論指標要求；
[0018](b)將理論指標要求計算得出最佳用水量；
[0019](c)將現(xiàn)場測量數據及管網模型模擬數據加入至最佳用水量并進行比較判斷最佳用水量是否合理，然后計算得出理論供水壓力；
[0020](d)通過管網模型計算得出關鍵線路、次關鍵線路及非關鍵線路；
[0021](e)在關鍵線路、次關鍵線路及非關鍵線路中分別計算并判斷出是否有壓損潛力挖掘；
[0022](f)然后計算得出最小供水壓力；
[0023](g)將理論供水壓力與最小供水壓力進行比較是否合理，若合理，則根據最小供水壓力調節(jié)水場設備；
[0024](h)在調節(jié)水場設備的同時，結合實際環(huán)境中的多工況核算及操作彈性。
[0025]所述的管網模型為把循環(huán)水管網中的每根管段看作是具有一定的物理特性的線段，各線段之間有一定的物理和邏輯關系，然后可以將實際的循環(huán)水管網模型化為管網拓撲圖。
[0026]所述的壓損潛力挖掘是對關鍵線路上重要位置布置測量元件，實時測量并計算管網目前運行的情況，清楚富余壓力損失的地方，計算關鍵線路上管網流程、設備、管件、背壓，確定可減少的壓降損失。
[0027]所述的約束條件為理論流速及理論水側管壁溫度。
[0028]所述的優(yōu)化變量為換熱前后的溫差。
[0029]本發(fā)明同現(xiàn)有技術相比，提出的工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化系統(tǒng)依次進行用水端換熱網絡優(yōu)化、輸水端即循環(huán)水管網壓力優(yōu)化、供水端即循環(huán)水場優(yōu)化和運行管理優(yōu)化等。可監(jiān)測循環(huán)水系統(tǒng)運行狀況，診斷循環(huán)水系統(tǒng)存在的問題，提出優(yōu)化方案，保證循環(huán)水系統(tǒng)在長周期安全運行下進行節(jié)電、節(jié)水，提高循環(huán)水系統(tǒng)的運行效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)流程圖。
[0031]圖2為本發(fā)明系統(tǒng)圖。
[0032]圖3為管網拓撲示意圖。
[0033]參見圖2，I為冷卻塔，2為清水池，3為冷卻風機，4為循環(huán)水泵入口閥，5為循環(huán)水泵，6為循環(huán)水泵出口閥，7為水冷器，8為循環(huán)水系統(tǒng)管道，9為冷卻塔前閥門。
【具體實施方式】
[0034]下面根據附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
[0035]如圖1所示，優(yōu)化方法具體如下:
[0036](a)將約束條件及優(yōu)化變量進行理論計算得出理論指標要求；約束條件為理論流速及理論水側管壁溫度；優(yōu)化變量為換熱前后的溫差；
[0037](b)將理論指標要求計算得出最佳用水量；
[0038](C)將現(xiàn)場測量數據及管網模型模擬數據加入至最佳用水量并進行比較判斷最佳用水量是否合理，然后計算得出理論供水壓力；
[0039](d)通過管網模型計算得出關鍵線路、次關鍵線路及非關鍵線路；
[0040](e)在關鍵線路、次關鍵線路及非關鍵線路中分別計算并判斷出是否有壓損潛力挖掘；
[0041](f)然后計算得出最小供水壓力；
[0042](g)將理論供水壓力與最小供水壓力進行比較是否合理，若合理，則根據最小供水壓力調節(jié)水場設備；
[0043](h)在調節(jié)水場設備的同時，結合實際環(huán)境中的多工況核算及操作彈性。
[0044]如圖3所示，管網模型為把循環(huán)水管網中的每根管段看作是具有一定的物理特性的線段，各線段之間有一定的物理和邏輯關系，然后可以將實際的循環(huán)水管網模型化為管網拓撲圖。由于循環(huán)水的網絡與電的網絡相似，將基爾霍夫1、II定律應用到循環(huán)水的網絡中，假設網絡W有m根外支管，η根內管，j個節(jié)點。m根外支管外端的壓力值分別為PpP2、……、Pm ;每根管段的兩個未知數，即壓降ΛΡ和流量G。
[0045]按物料平衡原則:對于任意節(jié)點j，按照下式計算:
[0046]
【權利要求】
1.一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法，其特征在于:所述的優(yōu)化方法具體如下: Ca)將約束條件及優(yōu)化變量進行理論計算得出理論指標要求； (b)將理論指標要求計算得出最佳用水量； (C)將現(xiàn)場測量數據及管網模型模擬數據加入至最佳用水量并進行比較判斷最佳用水量是否合理，然后計算得出理論供水壓力； Cd)通過管網模型計算得出關鍵線路、次關鍵線路及非關鍵線路； (e)在關鍵線路、次關鍵線路及非關鍵線路中分別計算并判斷出是否有壓損潛力挖掘； (f)然后計算得出最小供水壓力； (g)將理論供水壓力與最小供水壓力進行比較是否合理，若合理，則根據最小供水壓力調節(jié)水場設備； (h)在調節(jié)水場設備的同時，結合實際環(huán)境中的多工況核算及操作彈性。
2.根據權利要求1所述的一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法，其特征在于:所述的管網模型為把循環(huán)水管網中的每根管段看作是具有一定的物理特性的線段，各線段之間有一定的物理和邏輯關系，然后可以將實際的循環(huán)水管網模型化為管網拓撲圖。
3.根據權利要求1所述的一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法，其特征在于:所述的壓損潛力挖掘是對關鍵線路上重要位置布置測量元件，實時測量并計算管網目前運行的情況，清楚富余壓力損失的地方，計算關鍵線路上管網流程、設備、管件、背壓，確定可減少的壓降損失。
4.根據權利要求1所述的一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法，其特征在于:所述的約束條件為理論流速及理論水側管壁溫度。
5.根據權利要求1所述的一種工業(yè)循環(huán)冷卻水能量集成優(yōu)化方法，其特征在于:所述的優(yōu)化變量為換熱前后的溫差。
【文檔編號】G06Q50/06GK103984999SQ201410243105
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權日:2014年6月3日
【發(fā)明者】孫虎良, 余金森, 朱渝, 阮慧娟, 吳佶, 馬素娟, 焦洋 申請人:上海優(yōu)華系統(tǒng)集成技術有限公司