杭州泵浦循环水系统高效节能技术介绍报告

节能是我国可持续发展的一项长远发展战略、基本国策。节能就是加强用能管理，采用技术上可行，经济上合理以及环境和社会可以承受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效、合理地利用能源。也就是说节能是在利用现有技术可以实现，可获得适当的投入产出比，能够减少对环境的污染并在指标上达到环保要求，而且不影响正常的生产与生活水平的提高，有效降低能源的损失与浪费。

循环水系统包括工业冷却循环水系统、中央空调冷却、冷冻循环水系统等。系统广泛配置在化工（包括石油化工、煤化工、盐化工、农药化工、医药化工）等，冶金行业，热电行业，民用公共设施（包括机场、高星级酒店、医院、大型写字楼、商业综合体）等。其功能是通过热交换的形式，降低生产工艺（设备）在运行中所产生的热量。是工业经济和其他社会经济不可缺少的重要组成部分。

目前我国循环水系统普遍存在一些问题。一是实际运行工况与设计工艺不匹配。我国循环水系统研究还没有完整体系，导致循环水系统建设、运行等环节与设计存在偏差，造成实际运行工况偏离设计工况。二是系统运行效率偏低。循环水系统设备老化，运行效率不高，部分流体输送设备与现有管路不匹配；部分装置的高位循环水系统未充分利用虹吸原理，造成系统整体功耗较高。三是运行管理手段有待优化。循环水系统大多使用手动操作，作为生产辅助系统，能满足冷却设备温度要求，但在自动化控制技术、智能检测与反馈执行上相对粗放，存在一定提高空间。据节能服务企业对20家不同类型的化工企业和18家钢铁企业进行节能技改抽样调查、检测和研发，循环水系统普遍节电率在30~55％之间，节能的潜力巨大。按工业领域循环水系统节电潜力的20％概算，年节电效益在680亿度以上，年可节约标煤2380万吨以上，减少二氧化碳排放量超过6200万吨。

2016年4月23日，北京国际能源专家俱乐部推出“清洁能源技术评估与推广平台（简称TAD）”。作为系列评估的第二个项目，TAD于2016年7月2日组织专家对杭州泵浦节能技术有限公司（以下简称“杭州泵浦”）的循环水系统高效节能技术进行评估与推广。

本文就该技术的性能属性、应用领域和实际案例作一简要介绍。

一、杭州泵浦节能技术有限公司介绍

杭州泵浦（www.hzpump.cn）专业从事循环水系统整体节能技术研发、设计、生产及合同能源管理（EMC）服务，形成了完整的循环水系统节能技改业务链，公司起源于浙江省工业设计研究院流体输送节能设计研究所。具有较强设计研发能力，公司创始人范昌海先后取得《一种在线流体系统的纠偏方法》、《一种空调水系统增压排气装置》、《一种高位循环水系统降低循环泵扬程的方法与装置》、《水冷散热系统中循环泵的组配与工况检测方法》等一系列发明专利、专有技术和应用成果，有着丰富实践经验的专业团队。

此外，“杭州泵浦”总设计师范昌海先生及其技术团队还设计了以范昌海拼音字头命名的、按照所技改的循环水系统在整体优化以后量身定做的FCH高效节能水泵：简称FCH泵。FCH泵 也成为“杭州泵浦”节能技术有限公司专有的国家注册商标。

截止目前，“杭州泵浦”已成功实施了数百套循环水系统节能技改项目，没有任何失败案例，为客户产生了年总节电量达7亿度的效益。公司凭借卓越的理念，领先的技术，专业的水平，科学的态度和丰富的经验为众多客户提供了先进、合理、安全、有效的流体输送系统技改方案。能够根据不同用能企业的技改要求，灵活采取“合同能源管理”、“项目总承包”等合作模式。公司有多家金融机构提供支持，能够承担大型钢铁、化工、冶金等行业的循环水系统节能技改业务。技改技术成熟可靠，在不影响用能企业正常安全、生产的前提下，为用能企业降本增效、技术升级提供有效服务，是相关节能服务企业难以比拟的。公司已成为国家发改委、财政部推荐的节能技改目录企业，是国内唯一专利法保护及专业从事流体输送研究的专业节能公司。2011年被列为国家第二批节能服务公司。2015年被批准为国家高新技术企业。

迄今，采用“杭州泵浦”专利技术进行节能改造的企业有中石化、中石油、中海油、中国铝业、中化集团，神华集团、钢铁企业等。其中在中石油已经成功改造了大庆炼化四循扩建系统；在中石化已经成功改造了中沙天津石化、上海赛科石化、扬子石化、燕山石化、齐鲁石化等。在巨化集团、株洲冶炼集团、永城煤电控股集团、昊华宇航等大型企业成功实施技术服务或节能技改。在济南钢铁厂、安阳钢厂、巨化集团、杭州钢铁厂、莱芜钢铁厂、日照钢铁厂、唐山中厚板材有限公司等冶金钢铁企业也有几十套技改成功的系统，得到了国家、省、市有关部门以及相关企业的普遍认可，取得了良好的社会效益和经济效益。

二、循环水系统高效节能技术概要及原理

1、循环水系统高效节能技术概要

循环水系统高效节能技术是针对目前循环水系统普遍存在闭阀门操作、管路局部不合理、管道特性同循环水最高效率点不匹配等问题，调整不合理的运行模式，在设备、工艺和运营制度等方面给出系统节能的整体解决方案，达到循环水系统高效节能效果。目前高效节能技术领域已经产生国家发明专利：“一种在线流体输送系统的纠偏方法”，专利号：ZL20071066873.2（现为范昌海先生专有技术）：“水冷散热系统中循环泵的组配与工况检测方法”，专利申请号：201310062873.0：“一种高位循环水系统降低循环泵扬程方法装置”，专利号：ZL201010204888.2。

正在研究和综合运用“冷却循环水系统冷却工艺最佳化”技术，“循环水系统自动控制技术”和“循环水系统水处理技术”。

2、循环水系统高效节能技术原理

循环水系统高效节能技术的核心是在线流体系统的纠偏。通过对流体输送系统原设计工况的检测及参数采集，按系统最佳工况运行原则，建立专业水力数学模型，判断引起高耗能的因素，找到系统的最佳运行工况点，设计生产出与系统最匹配的高效流体传输设备，替换原有设备，使系统始终保持在最佳运行工况，以达到节能降耗的目的。（原理见图1）

按设计热交换量要求水量QA、计算的循环水系统总阻力为HA(即设计扬程)，设计运行工况点A的设计水泵效率ηA最高，水泵轴功率NA最低。当设计的水泵安装完成调试时，实际运行的工况点在B点，运行参数为流量QB、扬程HB轴功率NB，当运行水泵轴功率远大于安装电机额定功率时，水泵振动严重、噪声很大，甚至烧毁电机。此时操作人员会人为增加系统阻力，如闭阀门操作使水泵电机在不超额定电流的C点工况运行，以保证水泵能连续运行。根据上述分析，当前循环水系统运行状况普通存在“设计高扬程水泵，而实际在低扬程、大流量、低效率、高功耗运行”这是循环水系统节能的突出问题。

图1. 水泵机械特性曲线与管路特性曲线图

三、“杭州泵浦”专利技术简介

1､一种在线流体系统的纠偏方法

国家专利技术《一种在线流体系统的纠偏方法》，专利号：ZL200710066873.2（现为范昌海先生专有技术）。

通过对循环水系统运行工况进行精确测定，将各项参数输入专利技术数学模型，计算实际工况管路特性曲线，找出系统运行最佳工况点，重新设计与管路特性曲线相匹配的高效水泵，并确保该系统最大热交换所需的流量，通过置换水泵的技改手段达到降低能耗的目标，同时消除水系统运行中常见的水泵气蚀、震动、闭阀门、超电流、电机高温等不正常现象，从本质上完成系统优化。

2、水冷散热系统中循环泵的组配与检测方法

国家专利技术《水冷散热系统中循环泵的组配与检测方法》，专利申请号：201310062873.0。通过对循环水系统运行工况的检测及参数采集，按系统最佳工况运行原则，建立专业水力数学模型，判断引起高耗能的因素，找到系统的最佳运行工况点，设计生产出与系统最匹配的高效流体传输设备，替换原有循环水系统设备，使系统始终保持在最佳运行工况，以达到节能降耗的目的。

3、一种高位循环水系统降低循环泵扬程的方法与装置

国家专利技术《一种高位循环水系统降低循环泵扬程的方法与装置》，专利号：ZL201010204888.2。特别涉及一种解决高位循环水系统高压回水问题的方法及装置。所述高位循环水系统包括冷却塔、水池、循环泵、热交换设备及连接管路，热交换设备包含若干位于不同水位高度的热交换器，循环水由供水总管经过增压泵送至热交换器，然后经热交换器支回水管汇集至回水母管，送入冷却塔，其特征在于所述循环水从热交换器支回水管送入冷却塔的过程中便于泄压步骤。利用该方法将使得系统高压循环泵改为低压循环泵，降低了循环泵的扬程，解决了人们一直渴望解决但始终未能获得成功的能源浪费问题。

4、一种空调水系统增压排气装置

国家专利技术《一种空调水系统增压排气装置》，专利号：ZL200520116220.7发明简况：本实用新型属于空调水系统技术领域，具体地说，涉及一种中央空调中的水系统增压排气装置。

为保持中央空调水系统有稳定的正压力，通常在楼顶设置一膨胀水箱，然后通过水管与空调水系统的回水缸直接相连。运行时尤其是在开机时，由于压力波动而容易产生气泡。当顶层处于低水压力时，无法将水管内的气泡排出，从而造成空气滞留，形成“气堵”，严重影像空调的散冷和散热效果。《一种空调水系统增压排气装置》，既不改变空调水系统的设施，又能排除“气堵”使其正常运行，从而解决空调水系统中亟需解决的技术难题。

四、循环水系统高效节能技术先进性分析

“杭州泵浦”循环水系统高效节能技术的先进性体现在高效性、普遍性及经济可行性。

（1）高效性：根据用能企业各种能耗不利因素，有针对性的提出节能技改方案，从系统整体优化着手，从源头上解决循环水系统运行能耗偏高的现实，从而降低循环水系统总体运行能耗。循环水高效节能技术是以流体输送纠偏技术为核心的多技术综合解决方案。通过水处理技术降低循环水管阻及提高换热器热交换效率；通过流体输送纠偏技术，量身订做与循环水系统工况相匹配的设备，提高循环水泵的效率至最高点，实现最佳工况；通过变流量调节自动控制系统消除因气候原因产生的循环水流量余差。从多层面消除循环水系统能耗不利因素，完全彻底的降低循环水系统不合理的能耗。

（2）普遍性：循环水高效节能技术不仅适用大型化工、冶金等工业企业，也适用于民用宾馆、机场、医院等大型商业综合体；具有较大的节能范围和节电潜力，改变单一技术节能治标不治本的现象。

（3）经济可行性：循环水系统节能技改投资与节能收益相比相对较小，循环水系统节能技改投资项目在短期内可回收成本，用能企业可以较大幅度的实现降本增效，收回成本后，可以享受长久的节能收益和技改知识产权成果，同时不影响用能企业的正常生产和安全，具备较高的市场推广价值。

五、循环水系统高效节能技术运作流程

（1）调查工况：对重点用能企业循环水系统进行系统调查，检测关键节点压力、进出车间温差、水流量等多项数据。

（2）查找问题：对系统进行全面检测、对系统性能进行定量分析评价、为挖掘节能量提供理论及数据基础。利用专利成果和软件分析、诊断循环水系统存在的不利因素，克服弊端，并优化系统，使其水阻力最低。

（3）确定方案：调整系统运行参数、对硬件设备进行改造、优化调节控制策略与方式、实现系统最优运行。根据不同用能企业工艺状况及各项运行指标，确定技改方案，包括：①按最佳工况运行原则建立专业水力数学模型，获得系统最佳运行工况点，设计生产与系统最匹配的高效流体输送设备(设备的总体设计、制造及验收符合GB／T5657－1995，IS09906－1999，Q/FP2112－2006标准要求)；②根据冷却设备工艺条件，确定自动化控制方案；③针对循环水系统存在高、低位冷却设备共存的情况，可采用高位循环水纠偏技术提供节能解决方案；④根据水质条件确定水处理方案：⑤调整设定循环水系统运行模式及管理规范。

（4）项目实施：按整体循环水技改方案进行设备安装、工艺优化调整、运行调试、安全测试、节电效果测试等内容。

循环水系统改造节能空间的组成部分：

1、循环水系统水泵高效改造：采用最新CFD叶轮技术，配套设计水泵蜗壳及泵体，整体更换现有水泵，增加最佳工况点及高效率区间，相应减少水泵输出功耗。

2、供水压力调整：充分利用大气压力及虹吸原理，对密闭循环系统降低7-8米供水压力，此技术可节约循环水系统耗电量10%-25%。

3、供水流量调整：根据各换热设备换热量大小按工艺要求合理分配供水量，节约不必要水量，减少水泵出力。

4、阀门等管件设备优化：将原有水泵出口止回阀更换成水泵出口多功能一体阀系统，降低管路局部阻力损失，优化弯头等不合理管道，降低管路沿程损失，从而降低水泵工作扬程，达到节能目的。

5、水轮风机改造：对换热设备安装位置较高或循环水回水压力要求较高的系统改造高效水轮风机，代替原冷却塔风机驱动电机，此技术可节约系统冷却塔驱动电机耗电量。

6、自动控制系统：在水泵驱动电机上加装变频装置，根据循环水供回水流量、压力、温差变化智能控制水泵转速或启停，达到控制流量及压力的目的，此技术适应于流量、压力变化较大较为频繁的系统，可大大减少人工操作启停水泵和开关阀门的工作量，节能同时增加循环水系统的自动化程度。

循环水系统专业检测工具：

循环水系统专业的研发平台：

六、循环水系统高效节能技术应用范围及节能潜力

1、应用范围：

循环水系统包括工业冷却循环水系统，中央空调冷却、冷冻循环水系统等。系统广泛配置在化工(包括石油化工、煤化工、盐化工、农药化工、医药化工)等，冶金行业，热电行业，民用公共设施(包括机场、高星级酒店、医院、大型写字楼、商业综合体)等。其功能是通过热交换的形式，降低生产工艺(设备)在运行中所产生的热量，是工业经济和其他社会经济不可缺少的重要组成部分，也是国家节能减排的重点领域。

2、节能潜力评估：

2012年全国工业耗电量3.6万亿度，循环水系统能耗约占工业企业总电耗的11％左右，全国工业循环水年耗电3960亿度，其中，80％以上的循环水系统具备15％以上的节电潜力，节电率25%以上的系统占50%以上，年总节电700亿度。

同时，每年工业投资以一定的比例递增，其中，新建循环水系统每递增约5％，通过对新增循环水系统的节能改造，每年可节电新增35亿度以上。

重点行业分类调查潜力分析：

（1）石油化工行业潜力分析

石化行业(包括中石化、中石油、中海油等各类大型化工企业)，循环水系统年耗电量1600亿度以上。循环水系统由于水泵等设备型号老，并且水泵与管路匹配较差，系统调节能力差，水系统效率较低，能耗浪费大。经统计，仅中石化循环水系统具备改造节电潜力的超过90％，平均节电率可达25％以上，年节电43亿度以上。以此类比：三家国有石化集团公司年节电空间接近100亿度。全国各类化工企业年节电规模约在450亿度以上。

（2）钢铁冶金行业潜力分析

年产量200万吨粗钢的钢铁企业循环水系统全面实施节能改造后年节约用电约3000万度，平均到每吨钢节约15度电。

全国钢铁行业年产能7亿吨以上，循环水系统全面实施节能改造后年节约用电105亿度以上。

（3）社会公用事业中央空调节电潜力分析

全国300多家三甲医院、4000多家四星级以上酒店及多家大型机场等城市综合体，公用中央空调循环水系统年消耗电量90亿度以上，通过已完成节能技改的100多家中央空调系统来看，平均节电率50％左右，故全国中央空调循环水系统年节电潜力达40亿度以上。

七、杭州泵浦高效节能技术与其他节能技术的比较

（1）单一变频节能技术：当系统水流有富余或生产需要调节(或控制)水流量时，采用变频调节不失为既节能又达到工艺控制的目的，但单纯的，没有智能控制系统支撑的变频技术可能会因不恰当的流量调节影响正常的设备冷却与生产，需要谨慎使用。同时，高压循环水泵变频调节装置由于其高成本投入也影响变频技术在高压电机节能领域的应用。

（2）水轮机技术：水轮机技术的基本原理是更换冷却塔上风扇电机为水轮机，用冷却塔进口端循环水的余压推动水轮机转动，完成冷却塔散热功能。水轮机的应用条件是循环水冷却塔进口端有足够的余压。需要牺牲循环水泵的扬程的。因此水轮机的节能是以牺牲循环水泵的能耗为前提的，只是循环水系统一种局部特定的节能方式，运用不好适得其反。

（3）叶轮切割技术：该技术针对循环水系统闭阀门操作，阀门完全打开时出现流量过大，过载现象的系统进行的节能，原理是通过叶轮切割的方式，同时降低循环水泵的流量和扬程，确保在改造后，阀门完全打开时循环水系统流量同原系统流量一致，能耗根据叶轮切割程度降低。该技术可有效的消除闭阀门操作、循环泵需要克服阀门阻力做功而浪费的能耗，但叶轮切割是有一定范围的，超过此范围将导致循环水泵的运行效率降低，故叶轮切割技术节能应用范围非常局限。

循环水系统节能技术综合比较：

八、循环水系统高效节能技术应用案例

1、上海中石化三井化工有限公司的循环水系统技改项目

上海中石化三井化工有限公司是由中国石化和日本三井化学于2006年4月各出资50%成立合资组建的中日合资企业，首期年产12万吨的双酚A生产装置，于2008年12月竣工投产。中国石化是著名的世界500强企业之一，在中国拥有最大的苯酚丙酮生产能力，可为双酚A生产提供可靠的原料保证；三井化学是亚洲最大、也是世界上最主要的双酚A生产企业之一，拥有国际一流的双酚A生产技术。

一期循环水系统因水泵扬程与实际的管路阻力损失不一致，且因换热位置都处于高位，导致系统回水阀门必须关小，使水泵运行在高效区，从而不至于水泵超流量超功率运行。阀门关小，则阀门处的阻力损失增大，水泵富裕扬程在此处均被无效地损失掉。实际运行中，泵的进出的阀门基本都要关小到50%，开一半，所以能源消耗是非常大的。

一期循环水系统技改总结：

1、节能改造后节能设备运行平稳，振动噪音符合要求，安全可靠，功能指标达到了设备技术要求。

2、大泵换成了小泵。节能改造后循环水泵出口压力由0.54MPa降低至0.33MPa，循环水泵效率由74%提高至91%。

3、节能改造后达到设备用水需求，满足生产工艺需求。

4、综合节电率达到了令人吃惊的54%，达到了合同约定的节电率。

各泵节电效果如下表。

2、濮阳龙宇化工有限责任公司的循环水系统技改项目

濮阳龙宇化工有限责任公司，是按照濮阳市人民政府与永城煤电控股集团签定的《关于重组濮阳市甲醇厂、投资建设濮阳甲醇项目》协议成立的现代化大型化工企业。公司成立于2007年2月 1日，位于河南省濮阳市黄河西路，注册资本壹亿元，为永城煤电控股集团全资子公司。

公司于2014年同“杭州泵浦”采用合同能源管理方式合作，对气化循环水与精馏循环水进行节能改造。该项目采用“杭州泵浦”专利技术，对濮阳龙宇化工有限责任公司“气化循环水水泵、甲醇精馏循环水水泵”系统进行改造。通过对水泵运行工况检测资料进行系统分析研究，结合系统管路流体力学特性，通过整改系统存在的不利因素，按最佳运行工况参数订做 FCH 高效泵5台替换原有处于不利工况、低效率运行的 3 台气化系统循环水泵和 2 台甲醇精馏系统循环水水泵，原有的 1 台气化系统循环水备用水泵和 1 台甲醇精馏系统循环水备用水泵仍保留做备用，降低“无效能耗”，提高输送效率，实现系统节能。

公司聘请第三方审核机构（江苏省节能技术服务中心），对循环水系统技改项目的节能效果进行了现场核查，提出了核查报告。现场核查的主要结论如下：

1、改造项目于 2014 年 4 月开始，于2014 年 8 月 26 日竣工验收并开始运行。项目改造前，主体设备已稳定运行2年以上。

2、本项目采用“杭州泵浦”专利技术，整改濮阳龙宇化工有限责任公司气化循环水系统、甲醇精馏循环水系统存在的不利因素，优化管路系统，更换气化循环水系统3台水泵、甲醇精馏循环水系统2台水泵，原有的1台气化系统循环水备用水泵和1台甲醇精馏系统循环水备用水泵仍保留做备用。

3、5台水泵的综合节电率为31.36%，达到合同预定20%以上的要求。系统节能改造后运行稳定，各项技术与经济指标均达到要求。

4、本项目为节能效益分享型合同能源管理项目，合同约定分享期为设备运行时间35000小时，节能效益分享方式在合同中规定。

5、本项目改造前对7台水泵均分别安装电表，濮阳龙宇化工有限责任公司提供能耗报表，计量器具配备齐全，满足要求。

6、本项目节能改造内容属于财政奖励资金支持范围。项目审核节能量为2521吨标煤。

如需了解该技术的其他信息，请联系：

杭州泵浦节能技术有限公司副总经理 郭玉梅：1370 129 5586

杭州泵浦节能技术有限公司副总经理 沈鑫国：1390 650 5004