采用多供水回路的循环水系统模拟与分析

发布时间：2020-06-12 00:27

【摘要】：循环水系统遍布工业生产的诸多行业,是石油化工等领域必不可少的基本环节。目前循环水系统普遍存在循环量偏大、能耗偏高的现象,因而亟需优化。在石化企业中,供水泵作为循环水系统主要的供能设备,其耗电量占企业总用电量的比重较大。为降低循环水系统的能耗,目前主要通过进行循环水的串级利用、使用高效泵等方式。以往的循环水系统的优化往往只局限在循环水系统的单个装置区内,事实上循环水系统中通常有多个装置区。在循环水系统中,每个装置区的管路特性均不相同,但在目前企业中通常采用一个供水回路统一供水的方式,忽略了管路特性的不同,造成了能量的浪费。因此,本文会提出多供水回路的结构,以更好匹配装置管路特性的不同。同时,采用模拟的手段,以双供水回路为案例,探究现有改造过程中,双供水回路适用的条件以及不同因素对循环水系统单双供水回路耗电量的影响。依据上述改造事实,提出一种针对多个装置区循环水系统的多供水回路优化模型。以带有常规泵网络的循环水系统作为基础案例分析,考虑装置区和泵站之间的距离、工厂布局、冷却器的串并联方式等因素,对比基础案例与多供水回路循环水系统的耗电量。考虑冷却器网络、泵网络、冷却塔及管路布局等循环水系统组成之间的相互作用,将其视为整体考虑,将相应费用视为优化变量,建立混合整数非线性规划(MINLP)问题模型,利用GAMS软件对该模型进行求解,从而得到年费用最小的循环水系统。在多供水回路循环水系统优化模型之外,对现有主辅泵网络的循环水系统优化模型进行改进,对比基础案例、多供水回路循环水系统、改进的主辅泵网络的循环水系统三者之间的耗电量。为了说明上述两种结构能够有效的节电,将进行案例分析。在结构优化之后,提出在循环水系统中安装水轮机回收能量的思路,并以案例分析证明其可行性。模拟结果表明:单供水回路可改造为双供水回路,在考虑沿用原泵、调整阀门开度以及重新选泵等实际情况后,均可能实现节电目的;多供水回路结构及改进的主辅泵网络结构均可有效节电,但两种结构之间适用情况有所区别。多供水回路结构比较适用于管路布局较复杂、冷却器数量较多的循环水系统;而在较简单的循环水系统中,改进的主辅泵网络结构则更加合适。同时水轮机能够有效的回收循环水系统中可能浪费的能量,从而节省能量。
【图文】：

注 1）： E1、E2-装置区；A1、A2、B、C、D-管道图 2.1 循环水系统单供水回路示意图Fig.2.1 Singular supply loop of cooling water system注 1）：E1、E2-装置区；a1、b1、c1-管道图 2.2 循环水系统双供水回路示意图Fig.2.2 Dual supply loop of cooling water system

注 1）：E1、E2-装置区；a1、b1、c1-管道图 2.2 循环水系统双供水回路示意图Fig.2.2 Dual supply loop of cooling water system管路特性曲线方程、泵特性曲线方程进行模拟分析中采用的泵为 10SH-13 型双吸离心泵，，泵入口处位 4403 1m h ；中，电机效率假设为 1，电功率 P QH g/ ；体流动进入阻力平方区， =0.0001 ， 1/ 1.1压降设为定值，为 60 kPa 。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ085;TE65

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本文编号：2708716