一种基于启发式规则的循环冷却水串级优化策略制造技术

本发明专利技术专利涉及循环冷却水系统领域，公开了一种循环冷却水串级优化策略：在实际的工业应用中，循环冷却水经过水冷器，仅经过一级换热输送回凉水塔冷却。考虑通过水的串级使用方式，经过一级冷却后，再通入二级水冷器进行换热，这样不仅可以减少循环水量，而且循环回水温度差也会升高。原来两股热物流，两股冷物流换热，串级后变为两股热物流，一股冷物流。该串级策略分别从能量的利用和回收环节对循环冷却水系统用水量进行优化。循环水串级时遵循“流量匹配”与“温度对口”的原则，且对循环冷却水系统进行实地调研，研究针对串级时可能存在的情况。考虑到实际水串级改造中，需要新增加装管线、水冷器产生的成本，及保证工艺流程的稳态操作。稳态操作。稳态操作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于启发式规则的循环冷却水串级优化策略


[0001]本专利技术专利涉及工业循环冷却水系统领域，尤其涉及到循环冷却水串级优化策略及技术方法。

技术介绍

[0002]循环冷却水主要用在过程工业系统中用于冷却工艺物流的介质：作为冷却介质冷却换热器中的工艺物流，作为机泵冷却水冷却泵体，作为冷却介质冷却电机、压缩机、汽轮机润滑油系统的润滑油等，带走系统中多余的热量。循环冷却水系统的电耗约占企业总电耗的15％。随着企业节能意识的逐步增强，循环冷却水的使用管理逐步被重视，系统改造优化需求增大。我国企业循环冷却水系统普遍存在低效率、高能耗等现象，循环水泵没有处于最佳工况运行。
[0003]循环水冷却设备的常规设计为一次通过式，每台水冷器之间并联，且循环水上水和回水的温差通常≤10℃。但实际运行过程中，水冷器上回水温差一般元小于设计值。因此对于位置较近的水冷器在用水量匹配时，对循环水回水和上水温差＜10℃的水冷器可考虑进行水冷器之间的循环冷却水串级优化，从而实现节约循环冷却水用量。如何科学合理地设计循环冷却水的串级使用是循环冷却水系统节能节水优化改造中亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术专利的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于启发式规则的循环冷却水串级优化方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术专利采用了如下技术方案：在实际的场景应用中，循环冷却水经过水冷器，仅经过一级换热就输送回凉水塔冷却。考虑通过水的串级使用方式，循环冷却水经过一级冷却后，再通入二级水冷器进行换热，这样不仅可以减少循环冷却水量，循环冷却水上水和回水温差也会升高。则原来两股热物流分别与两股循环冷却水换热，串级优化后，变为两股热物流与一股循环冷却水换热。
[0006]分别从过程工业系统能量的利用环节和回收环节对循环冷却水系统用水量进行优化，循环冷却水串级时应遵循流量匹配原则与温度匹配原则。且考虑到实际水串级改造中，加装管线、水冷器增加换热面积产生的成本，及保证工艺流程的稳定操作。循环冷却水串级一般只考虑两级串级，其串级时可能存在四种情况：
[0007]1.水量匹配、温度匹配。若一级只有一个换热器，建议直接进行串级。此情况多应用于循环水量较大的水冷器。若一级有多个换热器时，可以将换热器并联后进行串级。第一级可能存在n个水冷器，总循环水量为Q1。第二级也可能存在n个水冷器，总循环水量为Q2。可能存在多个水冷器串一个水冷器，也存在一个水冷器串多个水冷器的情况。若每一级都有多个水冷器的情况，考虑将其分解为多个串级，分别进行串级改造。
[0008]2.水量匹配、温度不匹配。此时有三种解决路径：(1)加大已有的循环冷却水通入流量，此时需调整第一级水冷器的工艺物流及进出口物流温度，改变第二级水冷器的面积
裕度；(2)在第二级水冷器前并入部分循环冷却水，此时需将二级水冷器等效面积增加，加装管道副线，一级水冷器无需改变；(3)降低热端物流温度，此温度高于需冷却的目标温度，增加水冷器用新鲜循环水冷却到目标温度。
[0009]3.水量不匹配，温度匹配。考虑通过增加水量满足串级需求，有两种解决方法：(1)增加原循环冷却水通入流量，保持热端物流不变，此时需要减小第一级换热器等效面积；(2)在第二级水冷器前通入新鲜循环冷却水，此时需增加第二级水冷器等效面积，改变裕度与换热面积。
[0010]4.水量不匹配、温度不匹配。若选择两串级水冷器出现水量不匹配，温度也不匹配的情况，应考虑串级改造加装管线成本和节水空间不多等，综合评估不建议将两水冷器进行串级。应考虑选择装置内的其他水冷器进行串级设计，将此类问题转换为以上可讨论的三类问题即可。
[0011]本专利技术专利具有如下有益效果：
[0012]1.以过程工业系统优化“温度对口、梯级利用”思想为指导，从能量的利用环节和回收环节对循环冷却水系统用水量进行优化；
[0013]2.面向实际循环冷却水系统节能节水优化改造，对循环冷却水系统进行实地调研及初步模拟计算，研究针对基于水串级可能存在的各种情况；
[0014]3.解决在循环冷却水串级过程中“与谁串，如何串”的实际问题，提出了系统性解决循环冷却水串级的策略和技术方法。
附图说明
[0015]图1为本专利技术专利提出的一种策略实施框架图；图2为两水冷器串级前冷却流程；图3为温度匹配水量匹配每级单个水冷串级流程；图4为温度匹配水量匹配每级多个水冷串级流程；图5为水量匹配温度不匹配每级单个水冷串级流程；图6为水量匹配温度不匹配每级多个水冷串级流程；图7为温度匹配水量不匹配每级单个水冷串级流程；图8为温度匹配水量不匹配二级水量过剩单个水冷串级流程；图9为温度匹配水量不匹配一级多个水冷串级流程；图10为温度匹配水量不匹配二级多个水冷串级流程。
具体实施方式
[0016]下面将结合本专利技术专利中的附图，对本专利技术专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术专利保护的范围。
[0017]本专利技术专利提供的一种实施例：如图2所示为水冷器的具体工艺物流，纵向为热物流，横向为循环冷却水。初始流程中，存在两台水冷器E101，E102。E101循环冷却水进料温度为E℃，换热后的温度为F℃，进料量为Q
111
，将热物料从A℃冷却到B℃。E102循环冷却水进料
温度为M℃，换热后的温度为N℃，进料量为Q
121
，将热物料从C℃冷却到D℃。
[0018]循环冷却水串级时，应遵循流量匹配原则与温度匹配原则。循环冷却水应先与出口温度较低的物流进行换热，再与温度较高的物流进行换热，这样才能保证两级都具有较大的传热温差。若高温热物流出口温度与低温热物流出口温度相差大于20℃时，属于温度匹配，反之不匹配。且考虑到实际水串级改造中，加装管线、水冷器增加换热面积产生的成本，及保证工艺流程的稳定操作。循环冷却水串级一般只考虑串两级，其串级时可能存在四种情况：
[0019]1.水量匹配，温度匹配
[0020]D1为出水冷器温度较高的热物流，当D1与B1温差大于20℃时，即D
‑
B>20℃，温度匹配。流量匹配可以是单级换热器匹配，也可以是一级多换热器匹配。如果一级只有D换热器，如图3所示，建议直接串级。这种情况主要适用于循环冷却水量较大的水冷器。
[0021]如果第一级有多台换热器，可以将换热器并联后进行串级，如图4所示。第一级可能存在n台水冷器，其循环水流量分别为Q311，Q312，
……
Q31N，总循环水量为Q1。第二级也可能存在n台水冷器，其循环水量为Q321，Q322，
……
Q32N，总循环水量为Q2。可能的情况是多个水冷却器串一台水冷却器，或者一个水冷却器串多个水冷却器。如果每级有多台水冷却本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于启发式规则的循环冷却水串级优化策略，其特征在于，包括以下步骤：分别从过程工业系统能量的利用环节和回收环节对循环冷却水系统用水量进行优化，循环冷却水串级时应遵循流量匹配原则与温度匹配原则。且考虑到实际水串级改造中，加装管线、水冷器增加换热面积产生的成本，及保证工艺流程的稳定操作。循环冷却水串级一般只考虑两级串级，其串级时可能存在四种情况：1)水量匹配、温度匹配。若一级只有一个换热器，建议直接进行串级。此情况多应用于循环水量较大的水冷器。若一级有多个换热器时，可以将换热器并联后进行串级。第一级可能存在n个水冷器，总循环水量为Q1。第二级也可能存在n个水冷器，总循环水量为Q2。可能存在多个水冷器串一个水冷器，也存在一个水冷器串多个水冷器的情况。若每一级都有多个水冷器的情况，考虑将其分解为多个串级，分别进行串级改造。2)水量匹配、温度不匹配。此时有三种解决路径：(1)加大已有的循环冷却水通入流量，此时需调整第一级水冷器的工艺物流及进出口物流温度，改变第二级水冷器的面积裕度；(2)在第二级水冷器前并入部分循环冷却水，此时需将二级水冷器等效面积增加，加装管道副线，一级水冷器无需改变；(3)降低热端物流温度，此温度高于需冷却的目标温度，增加水冷器用新鲜循环水冷却到目...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷杨，陈裕铭，古瑞，王科，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：