动力设备节能技术总结
动力设备节能技术小总结
在工业企业能源供给系统中,管道泵阀类设备占很大比重,广泛应用于供水、供热、供风系统。在这一领域，有很多有关节能的新技术、新材料、新工艺，现摘录其中几项，希望与大家共同探讨提高。一、低碳节能阀门。
低碳阀门分别为偏心半球阀、斜座式硬密封缓闭止回阀和全压高速排气阀。偏心半球阀阀体采用球体结构，刚性好、强度高；阀瓣采用半球结构，阀轴采用半轴结构，阀瓣全关全开为90°旋转。全开状态下，阀瓣全部进入体腔、使阀门内腔全部畅通。阀体和阀瓣密封面,均采用硬质合金堆焊技术,高硬度、高耐磨、能切断介质中金属或编织类杂物；可抵抗浆料或颗粒状两项流介质的冲刷。可自动清除密封面污垢。阀瓣采用大偏心距结构，密封面无摩擦启闭，开关灵活，使用寿命长。阀轴密封采用柔性石墨圈或O型圈，不拆卸驱动装即可更换和调整轴封。
斜座式硬密封缓闭止回阀阀座为倾斜式，阀门启闭行程短，启闭性能良好。蝶板为双偏结构，阀门启闭运动合理。采用不锈钢金属硬密封副，使用寿命长，免维护免更换。阀腔结构元件流动特性好，流阻小，节能。快关缓闭，能有效防止水锤。蝶板/阀轴启闭灵活、无卡滞。
有压供水管道排气问题，是几十年来世界性技术难题，由于有压输水管道排气不净，气水两相流非稳定运行，造成管道断流弥合水锤，其压力升高经常可达200~400m水柱，有的工程理论计算，甚至达到近千米，足以造成任何高强度的供水管道的破坏。我国大型输水工程和城市供水管网爆管事故是很多的。据有关资料，我国特大城市如北京、上海、香港等供水管网年爆管约201*次，一般性省会城市年爆管约1000次，其水力上的主要原因就是排气不畅。全压高速排气阀研究的目的，就是解决有压供水管道排气不净和不稳定问题，减少或彻底消除城市供水管道的爆管顽疾。
二、变频调速技术促进空调机组节能
将变频调速技术运用在在蒸发冷却空调机组中，能提高了设备效率，满足了生产工艺要求，并且还能大大减少了设备维护、维修费用，还降低了停产周期。直接和间接经济效益十分明显。为了提高蒸发冷却空调机组的制冷效率，必须时时控制二次风量与一次风量之比，同时控制直接段水泵流量，使系统制冷效率达到最佳同时降低风机水泵能耗。本控制系统由PLC可编程控制器、触摸屏、变频器等构成。PLC可编程控制器实现控制程序的运行和执行，触摸屏实现显示系统状态和修改系统参数，变频器实现风机水泵的流量控制，风速传感器和流量传感器对风机水泵的风量和流量进行采集，经过PLC内部程序的计算对风机水泵进行变频转速控制。控制系统软件设计中时时对一二次风量及水泵流量进行测量，通过变频器调整其二次风量与一次风量比值在0.6～0.8的范围内同时调整直接段水泵流量，保证直接段、间接段冷却器在较高的效率区运行，同时达到节约能耗的目的。程序设计中采用了PID调节。PLC终端软件采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件采用了数字滤波，故障自诊、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。程序设计采用了模块化、功能化结构，便于维护、扩展。
变频调速技术改变了普通电动机只能以定速方式运行的陈旧模式，使得电动机及其拖动负载在无须任何改动的情况下即可以按照生产工艺要求调整转速输出，从而降低电机功耗达到系统高效运行的目的。蒸发冷却空调利用水作为制冷剂，利用水的蒸发提供冷量，与机械制冷相比，蒸发冷却不需要消耗压缩功，这使得它的COP值有时比机械制冷要大，从而取得节能效果。把变频调速技术用于蒸发冷却空调系统一二次风机及水泵调速中，通过调节一二次风量比及淋水密度可以进一步提高冷却器的效率，达到降低系统能耗的目的。
三、空压机能耗分析及节能解决方案
空压机在工业生产中有着广泛地应用。它担负着为所有气动元件，包括各种气动阀门，提供气源的职责。因此它运行的好坏直接影响生产工艺。空压机的种类主要有活塞式、螺杆式，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。2电机原理及空压机加、卸载供气控制方式存在的电能浪费2（1）交流异步电动机的转速公式为:
n=60f（1-s）/p
其中n电机转速f运行电频率;p电机极对数s转差率;2（2）空压机加、卸载供气控制方式存在的问题2.1能耗分析
加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在Pmin～Pmax之间来回变化。Pmin是最低压力值，即能够保证用户正常工作的最低压力。一般情况下，Pmax、Pmin之间关系可以用下式来表示:Pmax＝（1＋δ）Pmin
δ是一个百分数，其数值大致在15%～30%之间。
在加、卸载供气控制方式下的空压机，所浪费的能量主要在2个部分:（1）加载时的电能消耗
在压力达到最小值后，原控制方式决定其压力会继续上升直到最大压力值。在加压过程中,一定要向外界释放更多的热量，从而导致电能损失。另一方面，高于压力最大值的气体在进入气动元件前，其压力需要经过减压阀减压,这一过程同样是一个耗能过程。字串2（2）卸载时电能的消耗
当压力达到压力最大值时，空压机通过如下方法来降压卸载:关闭进气阀使电机处于空转状态，同时将分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。这种调节方法要造成很大的能量浪费。据我们测算，空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10%～25%（这还是在卸载时间所占比例不大的情况下）。换言之，该空压机20%的时间处于空载状态，在作无用功。很明显在加卸载供气控制方式下，空压机电机存在很大的节能空间。2.2其它不足之处
（1）靠机械方式调节进气阀，使供气量无法连续调节，当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。用气精度达不到工艺要求。再加上频繁调节进气阀，会加速进气阀的磨损，增加维修量和维修成本。（2）频繁采用打开和关闭放气阀，放气阀的耐用性得不到保障。3恒压供气控制方案的设计针对原有供气控制方式存在的诸多问题，可应用变频调速技术进行恒压供气控制。采用这一方案时，我们可以把管网压力作为控制对象，压力变送器YB将储气罐的压力P转变为电信号送给PID智能调节器，与压力设定值P0作比较，并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算，产生控制信号送变频调速器VVVF，通过变频器控制电机的工作频率与转速，从而使实际压力P始终接近设定压力P0。同时，该方案可增加工频与变频切换功能，并保留原有的控制和保护系统，另外，采用该方案后，空压机电机从静止到旋转工作可由变频器来启动，实现了软启动，避免了启动冲击电流和启动给空压机带来的机械冲击。字串94系统元器件的选配及系统的安装与调试
控制柜安装在空压机房内，与原控制柜分离，但与压缩机之间的主配线不要超过30m。控制回路的配线采用屏蔽双绞线，双绞线的节距在15m以下。另外控制柜上装有换气装，变频器接地端子一定不能与动力接地混用，以上措施增强了系统的稳定性、可靠性。a）变频器功能设定（不同的工况及控制方式，功能设定可能不同）
F0.01=1设定为1:运行指令由外部端子控制
F0.08=20加速时间:设定为15S,具体数值根据工况及生产要求F0.09=20减速时间:设定为15S
F0.05=50最大频率:设定为50Hz（等于电机额定频率）F9.00=0PI控制给定源选择
F9.01=72%（给定压力值）PI数字给定值（100%对应10KG）F9.02=0或1PID反馈源选择
F9.03=0PI调节误差极性：设为正极
增加工变频装,整套改造装并不改变空压机原有控制原理，原空压机系统保护装依然有效。并且工频/变频切换采用了电气及机械双重联锁，大大的提高了系统的安全、可靠性。
在调试过程中，将下限频率调至40Hz，然后用红外线测温仪对空压机电机的温升及管路的油温进行了长时间、严格的监测，电机温升约2-4℃之间，属正常温升范围，油温基本无变化，排气温度下降5℃。所以40Hz下限频率运行对空压机机组的工作很安全。
经过一系列的反复调整，最终系统稳定在39.5-42.5Hz的频率范围，管线压力基本保持在0.69Mpa，供气质量得到提高。改造后空压机的运行安全、可靠，同时达到了工厂用气的工艺要求。
四、蒸汽疏水阀工作原理及三个节能作用
各种类型的蒸汽疏水阀结构和原理不尽相同，应区别疏水阀类型，根据实际使用工况确定蒸汽疏水阀入口与出口的压差，再根据蒸汽供热设备在正常工作时可能产生的凝结水量，乘以选用修正系数K，然后对照蒸汽疏水阀的排水量进行选择。在凝结水回收系统中，若利用工作背压回收凝结水时，应选用背压率较高的蒸汽疏水阀（如机械型蒸汽疏水阀）；当用汽设备内要求不得积存凝结水时，应选用能连续排出饱和凝结水的蒸汽疏水阀（如浮球式蒸汽疏水阀）；在凝结水回收系统中，用汽设备既要求排出饱和凝结水，又要求及时排除不凝结性气体时，应采用能排饱和水的蒸汽疏水阀与排气装并联的疏水装或采用同时具有排水、排气两种功能的蒸汽疏水阀（如热静力型蒸汽疏水阀）；当用汽设备工作压力经常波动时，应选用不需要调整工作压力的蒸汽疏水阀。目前的蒸汽疏水阀型号特别多，但其工作原理都是利用蒸汽和凝结水的高度、温度、流速的差异，通过各种机构来实现蒸汽疏水阀的启闭，达到阻汽排水的目的。它主要有三个节能作用。
第一：迅速排出蒸汽使用设备内产生的凝结水，使蒸汽使用设备的加热效率保持在最佳状态，使设备内的凝结水不形成滞留，最大限度地确保设备内的蒸汽空间，这样可经常保持最高的加热效率。鸿丰认为一旦蒸汽疏水阀不能充分的发挥作用，由于凝结水的滞留，不仅蒸汽使用设备的性能受到很大的影响，有时甚至使生产设备完全陷于瘫痪。
第二：迅速排出开始启动时设备内的空气和低温凝结水，从而缩短预热运转时间。开始通汽时，蒸汽输送管路和蒸汽使用设备内部都充满了空气，如不将它们排除，就无法送入蒸汽。此外，在蒸汽输送管路和蒸汽使用设备升温达到蒸汽温度的过程中，所产生的初期低温凝结水也要迅速排出，使设备在短时间内实现正常运转，这是提高生产效率的重要条件，特别是间歇生产的场合，由于缩短了预热时间，也就缩短了每次的作业时间，由于增加了处理次数，最终可增加产量。以前，在预热运转时，先开启旁通阀来排放初期空气和低温凝结水，现在由于选用了恰当的蒸汽疏水阀，既可自动排出初期空气和初期低温凝结水，又可节省人力。
第三：降低蒸汽疏水阀自身的蒸汽消耗量。所谓蒸汽疏水阀自身的蒸汽消耗量，一般是指蒸汽泄漏而言，是蒸汽疏水阀动作需要的蒸汽量和散热损失量之和。
管道泵阀多为重要供能设备，同时也多为主要耗能设备，广泛采用新材料、新技术、新工艺，使其实现节能高效运行，是在源头上落实国家节能减排政策行之有效的技术手段。
201*.6.
扩展阅读：冬季燃油节能降耗设备节能降耗试验总结
冬季燃油节能降耗设备研
发及推广应用
试验总结报告
新疆石油节能环保科技有限责任公司
201*年12月30日
一、项目概要
1、项目研究的背景
国内外市场对原油的旺盛需求，使原油供不应求。我国是能源消耗大国之一，随着工业化、城镇化的加速发展，能源供应紧张已成为制约经济社会发展的重要因素。同时我国能源消费不合理、利用效率低的状况也比较严重。随着建设节约型社会和推动发展循环经济，国家和社会对节能减排降耗的要求越来越高。
一系列的政策表明，通过发展循环经济，落实节能减排，转变经济增长方式，已成为“十一五”期间的经济发展主题。温家宝总理在两会的政府工作报告中指出：“要把节能降耗、保护环境和集约用地作为转变经济增长方式的突破口和重要抓手”，并亲自任国务院节能减排工作领导小组组长，可见“节能减排”已提到政府工作中前所未有的重视位置。各地区各行业的高能耗企业都在不断探索节能减排的措施，经济增长方式正在逐步向集约型转变。
在这样的大背景下，作为能源消耗大户的钻井行业，各油田针对钻井节能降耗都进行了大量研究。我公司在长期的生产实践中，针对新疆地区寒冷季节钻井作业存在的问题，提出本节能降耗项目。
2、项目研究的必要性
（1）顺应国家节约能源的政策导向
7月23日，温家宝总理主持召开国务院常务会议研究部署加强节油节电工作和开展全民节能行动。会议指出，解决我国能源问题，必须坚持节约与开发并举、节约优先的方针，把节油节电工作摆在更加突出的位置。会议强调，要突出重点，抓住潜力大、见效快的关键领域，采取综合配套措施，形成有效的激励机制，大幅度提高能源利用效率。要突出抓好重点用电用油单位的节能工作，加强电力需求管理，落实节油节电的价格政策，依法查处各种浪费石油和电力的行为，保证各项节能措施的落实；要通过深入开展全民节能行动，进一步增强能源忧患意识和节能意识，在全社会大力倡导节约型生产方式、消费模式和生活方式，促进经济社会可持续发展。国家鼓励和支持企业使用高效节油产品，采用节油技术，减少石油产品的消耗量。（2）能源环境保护的需要
石油是不可再生资源，保护开采和节约使用同等重要，同时冬季大量的油耗和尾气排放也对大气环境存在严重污染。
国际上大力推行各种减少环境污染和加强环境治理的措施，对治理空气污染和温室效应工作尤其重视。尾气排放的执行标准越来越严格：由欧洲经济委员会（ECE）的排放法规和欧共体（EEC）的排放指令，201*年起开始实施欧Ⅲ（欧Ⅲ型式认证和生产一致性排放限值）、201*年起开始实施欧Ⅳ（欧Ⅳ型式认证和生产一致性排放限值）。
我国在“十一五”规划纲要中提出：“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右，主要污染物排放总量减少10％。这是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，也是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路。社会各界都在大力支持节能降耗技术和相关产品的研发推广。
随着环保要求的日益严格和HSE管理体系的开展，相关环保法明确指出“谁污染谁治理”。因此要改变目前油区冬季高油耗和大量尾气排放，实现油区经济的可持续发展，保证勘探开发建设的顺利进行，钻井节能降耗减排工作就被摆到了重要位置，其环保达标治理工作已刻不容缓。
（3）企业寻求低成本发展的需要
克拉玛依油田公司年钻井进尺达到120万米，钻井生产过程冬季作业耗-35#柴油1201*吨左右，产生二氧化碳37400.4吨左右，油料的高价位和大量的尾气排放给钻井生产带来较高成本。企业亟需减少生产消耗，降低钻井生产成本。
本项目在冬季作业欲用0#柴油代替-35#柴油，燃烧3kg的0#柴油做功与燃烧4kg的-35#柴油做功相当，即用0#柴油在油量上节省25%，在同等油量上节省成本价钱20%。本项目一次投入，低维护费用，成本回收时间只需冬季作业的6.5个月，成本回收快，效益显著；同时又减少了炼油、储油过程中的费用开支，在201*年我国实施国际二氧化碳的交易权上也可以取得好的优势。
节能降耗减排钻井技术对企业在技术发展和整体发展方向上都是一种挑战，按照国家建立以技术为主导的企业方针，在全国进行节能减排的氛围中开展此项目也是企业的一种机遇。该设备研发成功后不仅可以在本地油田大显身手，还可以为国内外其它油田市场服务。二、项目总体思路及实施方案
1、总体思路
新疆钻井区是高寒地区，寒冷季节跨度长达半年，如果井队在寒冷季节作业，在气温低于-15时，就要使用凝固点温度低的-35#柴油。凝固点越低的柴油价位越高，这样就加大了钻井成本的投入。如果要使用0#柴油，就要解决低温情况下0#柴油在供油管路内结蜡的问题，需对油路保温或使用加热装置。
本项目通过柴油机的尾气回收装置对尾气进行回收，过滤气体中的杂质和水分。回收500°C高温尾气中的热量，进行水罐加热，使水温达到60°C。然后将60°C的热水对0#柴油罐进行加热和保温，使油温达到30°C。使最终到达柴油机的油温度大于15°C，并随着柴油机的持续运转进行连续保温。
柴油机停机前，通过油路转换装置将-35#柴油打开，同时关闭0#柴油油路，使-35#柴油充满柴油机的油路。当柴油机再次启动时用-35#柴油进行柴油机的发动预热使管路温度上升，达到0#柴油的使用温度要求后，切换油路进行0#柴油的加注使用（注：0#柴油在运输中是不结蜡的，但当运输车辆停止运动后油罐开使结蜡。可以不考虑运输结蜡问题。）
2、实施方案
1、工艺流程设计
（1）新型保温热循环高架油罐部分①罐体保温材料的筛选
推广应用申请设备鉴定成功提出设计思路设计进行设备生产制造不成功设备运行测试成功设备装置持续改进不成功现场环境运转调试②罐内加热方式的选择
③供回循环油路设计：管路的回流参数计算和管路的温度散失计算④过热保护设计（2）尾气热回收工艺①热交换器的选型
上图为高能热交换器，通过高能热交换器，对尾气热收集后进行罐保温。罐内使用盘管并在盘管上加装散热片使散热的效果更好，如下图：
单位长度的改进管换热面积是普通光管的6-8倍左右。体积、重量大幅度降低，因而，在相同换热面积下，设备投资减小，在设备布置安装和吊装等方面，也提供了很大的空间。
②热交换管路的设计③过热保护设计
（3）控制回路设计分液装置的人工控制设计（4）安全防爆设计①防爆电机的选型
（5）技术路线
余热利用工艺技术路线示意图：
三、主要技术指标和参考标准
（单台设备）现设备及使用-35#柴油情况密度技术用指标油含碳量百分比热值0.82g/cm0.8253.3×107J/kg使用燃油节能减排设备后整体设备性能及用0#柴油情况0.84-0.86g/cm0.85～0.8554.28×107J/kg备注怠速时间整机尾气温度日耗油量日排放量（CO2）日耗油费用最小差值日CO2交易差值闪点防爆措施安全温度参考的标准
20～30min500°C4.5～5t14.025～15.584t10～15min600°C3.5～4t10.908～12.467t每吨15美元经济指标安全指标5000元45美元45°C电机防爆15°C～25°C55°C电机、操作箱防爆25°C～35°C（1）GB252-201*轻柴油质量指标；（2）GB3095-1996环境空气质量标准；
（3）SY/T5225-201*石油天然气钻井、开发、储运防火防爆安全生产技术规程。
试验总结
项目试验从201*年12月26日晚进入现场设备的调试，首先进行蓄热车对冷车供热启动，由节能环保公司工作人员安装蓄热车管路
通过用移动式蓄热供热车给柴油机水箱加入80℃热水，使柴油机具备冬季启动的必要条件；
用移动式蓄热供热车的热能给柴油机油底壳润滑系统连续加温到15℃,实现了柴油机在低温环境下的冷启动;
2号机在没有加装热水情况下起动5次，都未见发动机启动，为了避免将气马达打坏，没次启动连续不超过40秒，检查机器部件都正常。根据张师傅经验这种常见的冬季热车所发生的现象是因为车油底壳润滑油太凉，发动机润滑不足，各部件摩擦大，消耗动力大；并且柴油低温与空气的燃烧不完全，产生的有用功小。我们进行蓄热供热车加入80℃热水到水箱，两次就将2号机启动，效果很理想。
同样对1号机进行柴油机油底壳润滑系统连续加温到15℃，两次就将1号机启动起来，启动很轻松，也没有冷车启动时的较大的噪声和震动。
201*年12月27日4：30分进行0#柴油的结蜡溶解试验，先由2号车通过烟气换热器产出的热水给油罐热水盘管加热，使油罐0#柴油的油温上升结蜡融化。
从上图可知在2号机不带负载，转速在1050r/min情况下，烟气量是带负载时的四分之一左右的情况下（尾气温度在185.3度），通过5个小时的连续作业将水温从5度升高到38度。
上图为0#柴油的结蜡情况
在08.12.27日21：36，使用双机并联对供热盘管的水进行加热，经过30分钟的双机并联，0#柴油的结蜡全部融化，一个小时使油温达到20度。
0#柴油结蜡溶解
燃油替换各机性能图表
1号机的机械性能图表
2号机的机械性能图
从上各图表可知，使用“冬季钻井燃油节能降耗设备”，0#柴油替换-35#柴油机器的使用性能平稳，震动和噪声都较小，热起又减少了发动机的损耗。提高高了使用寿命，降低了维护费用，主要是减少燃油的消耗。此次试验每台发动机使用-35#柴油50kg/小时，而使用0#柴油在37kg/小时左右，节省了近25%的油料。油品的热量散失情况；
0#柴油的热散失在外界气温
28日风力3级，-10°～-16°；29日风力
3级，-10°～-16°；30日风力3级，-10°～-16°12月31日风力3级，-10°～-15的情况下,从48度下降到5度经历了77个小时（3.2天），一般的搬家时间在48小时即2天，因此在搬家期间不用考虑0#柴油的结蜡问题，如果搬家较近，在起动柴油机时可以直接使用0#柴油。
四、试验工作情况
通过50多小时的连续工作，取得了良好的效果，以下是工作场面：
加装热水
夜晚数据采集
夜间管路巡查
通过西部钻探钻井公司装备部领导的检查验收，“冬季钻井燃油节能降耗设备”性能优良，完全达到设计的要求，受到检查领导的高度好评。
七、总结
试验成功，证明“冬季钻井燃油节能降耗设备”设计思想的正
确性，也体现出该设备有广阔的市场前景，在经过优化后将使钻井行业的用油方面达到自动化，精良化，节约化。在经济方面明显减少冬季钻井的耗油量大，设备损耗严重的问题；在从社会方面提高油品的使用、运输过程的安全，减少冬季供油人员的作业次数，减低劳动的强度；在生态环境方面，减少油品使用量就是减少各种气体的排放量，这就减少了温室效应、酸雨、光化学烟雾、碳粒粉尘等大气污染，有利人类和大自然的和平共处。20个冬季作业井队使用该设备后可以减少7480.08吨CO2排放，9.6吨SO2排放，78.96吨NO2排放。节约柴油201*吨。
新疆石油节能环保科技有限公司201*年12月30号
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《动力设备节能技术总结》
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