李楚玉，肖云
（四川能投化学新材料有限公司，四川 南充637939）
［摘 要］四川能投化学新材料有限公司1 200 kt/a精对苯二甲酸装置配套2套循环水系统，共有10台循环水泵（正常生产时六开四备），具有耗电高、耗水量大的缺点。统计2020年4月1日—2021年3月31日1年内循环水泵的实际运行数据，以此作为循环水系统节能改造的基准能耗数据，基于主生产系统工艺流程及循环水系统流体换热情况，对PTA装置循环水系统和换热网络进行优化建模。经分析与评估，通过增设变频设备、调节阀、多变量控制系统等，可据主生产系统工艺参数及时作出调整，降低循环水泵功耗、调整循环水阀开度、增大循环水进水与回水温差，达到降低电耗的目的。本项技改预计投资3 000万元，于2022年11月开始实施，预计2023年6月投用，预期可取得良好的经济效益。
［关键词］PTA装置；循环水系统；循环水泵；节能降耗；用电统计；系统建模；改造措施；预期效果
［中图分类号］TQ085+.2 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2023）03-0069-03
0 引 言
四川能投化学新材料有限公司（简称能投化学）1 200 kt/a精对苯二甲酸（PTA）装置于2019年5月投产，采用美国英威达（INVISTA）工艺，生产系统主要由氧化系统、精制系统组成；配套2套风冷循环水系统，主要为PTA装置四合一压缩机组及换热器提供冷却水，循环水压力分别为0.35 MPa和0.50 MPa，循环水量分别为29 000 m3/h和25 000 m3/h。
PTA装置在化工行业属于大型生产装置，其工艺流程复杂，工艺介质具有高温高压、易腐蚀、易燃等特性。PTA装置蒸汽管网等级多，用循环水冷却工艺介质的换热设备多，循环水用量大，具有耗电高、耗水量大的缺点，在节能环保日益受到重视的大趋势下，循环水系统节能减排尤为重要。为此，基于能投化学PTA装置循环水系统的实际情况，拟通过优化建模的方式探索循环水系统的节能降耗方法。以下对有关情况作一简介。
1 循环水系统用电情况统计
能投化学PTA装置循环水系统配套10台循环水泵，正常生产时六开四备。2021年6月对循环水系统运行情况进行统计分析，统计时间为2020年4月1日—2021年3月31日，1年之内除了PTA装置大修期间循环水系统停运或冬季因气温低而减少循环水泵运行台数外，基本保持6台循环水泵在线运行——0.35 MPa循环水系统运行3台1 400 kW的循环水泵、0.50 MPa循环水系统运行2台2 100 kW的循环水泵和1台1 120 kW的循环水泵，在此期间，循环水系统累计用电量及小时平均耗电量统计见表1（数据源自统计台账）。可以看到，正常运行时6台循环水泵小时电耗基本保持在9 087.2 kW·h（加入修正系数修正后小时电耗为9 061 kW·h，可以印证循环水泵小时运行电耗基本保持不变）。这些数据可以用作循环水系统节能改造的基准能耗数据。
2 建模过程
2.1 系统建模
根据能投化学PTA装置循环水系统管网布局（包括支管管道长度、直径、弯头状态等）、物理参数（包含环境气压、温度以及用水点高程、介质密度、水管材质等）、各点需求量（含压力、流量、温度、温差等）等采集数据，通过建立数学模型模拟循环水系统的实际运行状况（此数学模型利用循环水流体机理模型及热量平衡机理模型）。以循环水泵P40030101A/B/C/D为例，在系统上进行建模，系统实时展现各循环水泵耗电量、扬程及总管压力、阀门开度等，结合智能平台系统对循环水系统各参数进行分析、整理。
2.2 动态模拟分析
现场勘察，测得循环水进水温度29 ℃、回水温度36 ℃，循环水系统进水与回水温差约7 ℃。据流体热量平衡原理，进行循环水泵自身分析及系统分析，可获得循环水系统泵组效率、单泵效率，并计算出各循环水泵的实时效率。对于效率较高者继续进行监控，对于偏离最佳运行工况的泵组分析原因，据其实际运转情况及时调整。简言之，在保证循环水系统稳定运行的前提下，通过动态模拟分析，调整循环水泵各参数，提高其运转效率。
2.3 建立换热网络模型
基于主生产系统工艺流程及循环水系统流体换热情况，对PTA装置换热网络进行建模。将系统负荷和大气温度变化以及工艺系统调整等引起的换热量变化值在换热网络中实时展现，通过对换热量变化的监控，实时调整各换热器循环水流量（如及时调整各换热器循环水调节阀开度、主管道循环水泵流量等）。
更多内容详见《中氮肥》2023年第3期