热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造项目立项初步设计.docx

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热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造项目立项初步设计

热连轧厂高压水除鳞泵组系统

节能改造项目

初步设计

XXXX设计院

2015年3月

目  录

第一章 总论...............................................1

第一节 概述...........................................1

第二章 高压除鳞水系统.....................................6

第一节 概述...........................................6

第二节 现有系统状况...................................7

第三节 现高压水系统工况..............................10

第四节 改造内容......................................11

第五节 主要设备布置及安装............................15

第六节 实施难点......................................16

第七节 扩展及再挖潜..................................17

第三章 热力设施..........................................17

第一节 概述..........................................17

第二节 压缩空气系统..................................17

第四章 电气专业..........................................18

第一节 概述..........................................18

第二节 设计依据......................................19

第三节 设计原则......................................19

第四节 改造项目的内容及范围..........................19

第五节 高压除磷变频控制系统..........................20

第六节 技术要求......................................25

第七节 改造方案......................................30

第五章 自动化............................................32

第一节 概述..........................................32

第二节 蓄能器系统改造部分............................32

第三节 泵组变频改造部分..............................33

第六章 通风空调设施......................................33

第一节 概述..........................................33

第二节 设计方案......................................34

第七章 土建工程..........................................34

第一节 概述..........................................34

第二节 建筑与结构....................................35

第八章 总图运输..........................................37

第一节 概述..........................................37

第二节 总平面图......................................37

第三节 竖向布置......................................37

第四节 其它..........................................38

第九章 能源分析..........................................38

第一节 概述..........................................38

第二节 主要耗能设备..................................39

第三节 主要节能措施..................................39

第四节 能源管理......................................39

第十章 环境保护..........................................39

第一节 概述..........................................39

第二节 设计依据及采用的环保标准......................39

第三节 工程概况......................................40

第四节 主要污染源污染物及其治理措施..................40

第五节 厂区绿化......................................40

第六节 环境监测和环保管理机构........................41

第七节 环境影响的简要分析............................41

第十一章 劳动安全与工业卫生..............................41

第十二章 消防设施........................................41

第一节 设计依据......................................41

第二节 主要防范措施..................................42

第十三章投资概算........................................42

第一节 工程概况......................................42

第二节 编制原则......................................43

第十四章 经济效益分析....................................43

第一节 概述..........................................43

第一节 经济效益测算..................................44

相关附件及图纸

1、附表1：

高压水系统主要设备材料清单表

2、附表2：

热力专业主要设备材料清单表

3、附表3：

电气专业主要设备材料清单表

4、附表4：

自动化专业主要设备材料清单表

5、附表5：

通风空调专业主要设备材料清单表

6、附表6：

热连轧厂高压除鳞泵组系统节能改造项目概算表

7、14011液1-初A1：

泵站系统图

8、14011液1-初A2：

除鳞泵站布置图

9、14011机1-初A 1：

10立方高压蓄能器气水罐

10、14011电1-初A1：

10kV除鳞泵电机控制一次原理图

11、14011电1-初A2：

高压变频器室平面布置图

12、14011总1-初A1：

总平面布置图

13、14011建1-初A1：

高压变频器室立面图

14、14011建1-初A2：

高压变频器室平面图

15、14011建1-初A3：

高压变频器室基础施工图

16、14011建1-初A4：

高压变频器室板、梁、柱施工图

第一章  总论

第一节  概述

1.1 项目名称

XX热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造项目

1.2 设计依据

1.2.1 XX公司发展规划处下达的设计委托任务书，《关于开展XX公司热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造项目初步设计文本编制的通知》

1.2.2 相关的考察报告。

1.2.3 有关的设计规程、规定、标准、规范。

1.3项目建设的必要性

1.3.1 热连轧厂高压水除鳞泵组能耗现状

热连轧厂共4台高压水除鳞泵，设计3开1备，电机采用降压软启动、工频运行模式，电机额定参数如下表1-1：

表1-1  电机额定参数表

设备代号

额定功率

（kW）

额定电压

（kV）

电流

（A）

功率因数

数量

（台）

高压水除鳞电机

3550

10

248

0.88

3开1备

平均2.3开

泵组运行参数见下表1-2：

表1-2  泵组运行参数表

设备代号

实际运行压力（Mpa）

运行电流

（A）

入口阀门开度（%）

出口阀门开度（%）

使用方式

高压水除鳞泵组

23.6

190-200

100

100

3开1备

平均2.3开

目前，热连轧厂高压水除鳞泵组只有开3台泵时才能满足正常生产需求，除鳞效果较好，但富余量较大，电能损耗较高；若只开2台泵时，则水量不够，达不到要求的除鳞效果。

热连轧厂正常生产中每天有较多的换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间、除鳞间隙时间等，一般在停产1小时内不停泵，否则跟不上轧制节奏，影响生产也影响泵组的使用寿命；根据统计，每天有近22%的时间属于开泵待轧状态，电机空转时间较长，电能损耗较大。

现有蓄能器能起到吸收水锤和短时供水的作用，但系统调压力和调流量装置能力偏小，不能满足轧制钢种的变化时必须调整的压力。

1.3.2 项目建设的必要性

近年来，我国的资源环境问题日益突出，节能减排形势十分严峻。

根据钢铁产业发展新政策，将加大节能减排工作力度，建设资源节约型社会。

目前，XX公司面临困难时期，挖潜增效、降低成本是公司摆脱目前困境的有效手段。

通过对热连轧高压水除鳞泵组系统进行节能改造，及通过对除鳞泵电机加装变频器改造、蓄能器系统及附属设施进行改造，将大幅提高电机运行效率，增加系统运行安全稳定性，综合节能率较为可观。

该项目改造有较成功的应用经验，节能效果明显，经济效益及社会效益显著。

为了贯彻国家“十二五”节能减排计划，落实新余市节能减排总体要求，有必要针对电力系统存在的不利于能源的有效利用和环境保护,不符合国家现在提倡的节能减排的系统、设备等进行改造。

1.4 项目建设的可行性

目前，国产高压变频调速装置技术已非常成熟，已在国内同行业中有成功运用案例，运行平稳可靠，运行效率、节能指标高。

根据现场情况看，新建电气室及新增蓄能器等设备均有摆放安装位置，项目施工中不影响正常生产，项目实施可行有保障。

1.5 设计原则

1.5.1 结合我国的国情和XX公司的厂情，采用成熟、可靠、先进、实用的技术和设备，做到技术先进、布置合理、装备水平适当、确保生产正常，操作维护简捷方便。

1.5.2 既要采用切实可行的技术装备，又要采用必要的先进技术，突出科技创新，以利于节省能源，降低原、燃料消耗，降低生产成本。

1.5.3 充分利用现有设施，尽量不增建或少增建。

1.5.4 精心设计，优化方案，尽可能降低工程量，严格控制建设投资，缩短工程建设周期。

1.5.5 贯彻可持续发展战略，设计中做好环境保护、节能降耗和安全工作。

严格遵守国家节能、环保、安全、消防、工业卫生等方面有关政策、法规及各种规程、规范的要求。

1.6 改造项目的内容及范围

    为确保节能效果，满足轧线生产工艺要求，通过对高压除鳞泵电机增设变频器装置及对高压水系统增设蓄能器装置，完善热连轧厂高压水除鳞泵组系统，根据轧制工艺的变化通过自动调节变频器频率，控制电机的运转速度，最大限度地减少能耗，达到最佳的节能效果，提高综合效能。

改造的主要内容如下：

1.6.1 增加3套变频调速成套控制柜。

1.6.2 增加4台10m3蓄能器，其中：

1台气水罐，3台气罐，增加相应的蓄能器检修阀、补气闸阀、液位计（1备1用），最低液面阀、气动闸阀及管路。

1.6.3 增加1台高压空压机。

1.6.4 增加1台8m3缓冲水罐，增加相应的缓冲水罐检修阀、补气闸阀、液位计，自动阀及管路。

1.6.5 增补完善自动控制系统及新增设备的低压配电系统。

1.7新增高压蓄能器的功能及作用

1.7.1蓄能器系统改造说明

原蓄能器设计压力为31.5MPa，使用最高压力为29.0MPa，数量两个，容积：

10m3（气、水罐各一个），完全能满足现有泵及系统压力25MPa的要求。

考虑到高压水泵加变频器后升频时间及避免频繁升降速以及除鳞系统压力的稳定，经计算改造以后机械部份增加3台高压气罐，1台高压气水罐等其它设备。

高压水罐提供水量计算：

原系统的的压力在24-21MPa间波动，蓄能器为2个10m3的蓄能器，改造后增加3台高压气罐，1台高压气水罐（容积：

10m3）。

则气体的有效容积V1=41m3，P1=24MPa，P2=21MPa；由热力学公式：

P1V1=P2V2可以计算得到：

改造后蓄能器系统能提供总共5.86m3的水量。

由用水点资料可以看出：

系统可能出现的重合点为：

炉后除鳞机（除鳞箱）/E1粗轧机（其中一组）+E2粗轧机（其中一组）+精轧机（二组）箱，其流量Q=451+117+309+309=1186m3/h

蓄能器能提供最大水量持续时间t1约为20.3秒

t1>t2（除鳞箱喷射时间，约15秒）

同时t1也大于变频器升速时间（约12秒）。

所以完全满足使用要求。

因原来仅有一个气水罐，正常储水约5方，且在除鳞时为防止高压气窜出，气罐必须留存2方左右，因此，必须增加一个气水罐。

1.7.2蓄能器罐的作用

1）吸收除鳞泵运行时对高、低压管路系统的冲击震动；

2）在喷射阀开启瞬间可以防止低压管路系统供水不足。

3）吸收除鳞阀开闭对管路系统的冲击震动，能有效吸收系统的水锤，避免水击。

4）增大储水量，延长蓄能器储水的喷射时间，避免高压水泵频繁升降速，这样既能保证最佳节能效果，又能延长设备的使用寿命。

5）增加系统的稳定性，确保除磷泵组在变频器低频运行时管网压力、流量，确保最佳的除鳞效果。

1.7.3蓄能器系统改造后作用

通过改造增加蓄能器等设备，大大降低除鳞泵为轧线供水的时间，在系统蓄能器水量充足和轧线不除鳞的间歇期降速运行。

因为高压除鳞泵的功率与转速的立方成比例关系，所以除鳞泵在低速运行时能耗非常小。

另外，在轧线检修或换辊时除鳞泵会降速运行，节能效应非常可观。

改造后，蓄能器不仅提高蓄能作用，缩短电机因降频升速对系统的影响时间，而且还能减小机上各集管喷水时造成的压力波幅，确保系统正常工作压力不低于21MPa,以保证除鳞水量及喷嘴的打击力，在满足产品质量要求的前提下，达到最佳的节能效果。

1.8高压除鳞变频自动控制方式

变频自动控制方式分为控制台控制和自动识别控制。

1.8.1 正常连续轧制状态时高速运行，在开始非正常连续轧制状态时控制台操作电机低速运行。

1.8.2为充分发挥系统改造效能，控制系统满足在正常轧制时可以同工况自动识别并控制：

1点喷时；2点喷时；3点及以上喷时；并结合系统压力状态控制电机运行状态。

1.9 投资概算

热连轧厂高压水除鳞泵组系统节能改造投资概算（以下简称本概算）是依据XX设计院2014年12月提供的此工程内容进行编制的。

工程投资（单位：

万元）：

          1500.88

投资组成如下（单位：

万元）：

建筑费：

                  52.43

安装费：

                  115.38

设备费：

                 1182.48

工程建设其他费：

79.12

不可预见费：

                        71.47

第二章  高压除鳞水系统

第一节  概述

1.1概述

现有除鳞水系统输出有两种水压：

高压水及中压水。

高压水供炉后至精轧第一机架间除鳞用，中压水供精轧除鳞用。

现有高压除鳞高压水系统配置有四台高压水泵，三用一备工作制度，三台泵工作时其流量能满足轧制时最大除鳞水量；高压系统配备有一组高压蓄能器（10m3气罐一个，10m3气水灌一个），其能保证系统的稳定性。

现有高压水系统完全满足现轧线除鳞时水压水量要求。

本次改造后，高压水系统仍然使用三用一备工作制度；正常连续轧制时，高压泵电机仍然工频运行，和改造前系统工作没有变化。

不增加系统冲击强度，工作用水量不变。

非正常轧制时（换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间），高压泵电机降频运行；超过1小时不除鳞时停机。

1.2设计依据

工艺资料；方案设计；相关标准和规范；参考相关考察报告及专业厂商的资料。

第二节  现有系统状况

2.1系统工艺流程说明

来自水处理车间的中压浊环水经自清洗过滤器进入高压除鳞泵加压后进入高压蓄能器，泵出口压力和蓄能器压力最终达到平衡，等待轧线除鳞（如图2-1）。

系统界面

系统简图

图2-1

2.2系统基本情况

2.2.1 水系统构成

1高压水系统：

1）高压除鳞泵        4台；

2）辅助润滑油泵      4台；

3）电动输出阀        4台；

4）最小流量阀        4台；

5）蓄能器出口气动检修阀    1台；

6）最低液面阀        1台；

2中压水系统：

1）中压除鳞泵        2台；

2）润滑油泵          4台（其中：

每台泵组两台润滑油泵）；

3）电动输出阀        2台；

4）最小流量阀        2台；

5）蓄能器出口气动检修阀    1台；

6）最低液面阀    1台；

3公共系统：

1）自清洗过滤器       2台；

2）高压空压机         4台；

3）低压缓冲罐         2台；

2.2.2工艺基本参数数据

1板坯规格：

板坯厚度：

230mm；

    板坯宽度：

700~1520mm；

    板坯长度：

9000~11000mm（定尺坯），4500~5300mm（短尺坯）；

    板坯质量：

max.28.1t；

2除鳞点及数据（高压部分）

1）粗除鳞箱

流量：

451m3/h，压力：

20MPa，喷射时间约15秒；

2）粗轧机除鳞

E1入口除鳞装置：

流量：

117m3/h，压力：

20MPa，喷射时间约20秒；

R1出口除鳞装置：

流量：

100m3/h，压力：

20MPa，喷射时间约20秒；

E2入口除鳞装置：

流量：

117m3/h，压力：

20MPa，喷射时间约30秒 ；

R1出口除鳞装置：

流量：

100m3/h，压力：

20MPa，喷射时间约30秒 ；

3）精除鳞箱

机前流量：

309m3/h，喷射时间约90秒；

机后流量：

309m3/h，喷射时间约90秒；

4现高压水系统主要技术性能参数

1）高压离心泵   压力：

25MPa流量：

350m3/h；

2）离心泵电机   功率：

3550Kw电压：

10kv  转速：

1480rpm；

3）压缩机       压力：

35MPa流量：

3.0Nm3/min；

4）蓄能器      

气罐      压力：

31.5MPa 体积：

10m3；

气水罐   压力：

31.5MPa体积：

10m3；

    5）低压缓冲罐 压力：

1MPa体积：

8m3；

第三节 现高压水系统工况

3.1轧制线工况

按300万吨/年产量估算，小时产量为375吨/小时，以每块板坯平均25吨计算，每小时平均约需轧制15块以上板坯，即平均4分钟轧制1块板坯，但实际生产中，轧制周期时间长度为2分钟/每块板坯。

3.2除鳞水最大用水量

实际连续轧制时，轧制线上（从炉后至轧制结束）存在最多三块坯料，即除鳞点需要多点同时需要除鳞的状况。

据已有记录，同时出现的除鳞点为：

炉后除鳞机（除鳞箱）/E1粗轧机（其中一组）+E2粗轧机（其中一组）+精轧机（二组）箱，其流量Q=451+117+309+309=1186m3/h

3.3系统高压水最大需水量

高压水泵工作制为三开一备，因此高压水泵能提供的最大水量为：

Q=350*3=1050m3/h

系统水泵最大供水量小于除鳞水最大用水量。

需要的补水量=1186-1050=136m3/h=0.038m3/s，按最大水量持续时间15s，这15s内需要的补水量                     0.038*15=0.57m3

原配蓄能器可提供的补水量：

（24*10/21）-10=1.4m3

3.4高压水除鳞工作过程简述

连续生产时一个完整的除鳞工作过程，系统大致可分为三个循环状态：

1待除鳞状态-2除鳞状态-3除鳞结束状态。

3.4.1待除鳞状态

该状态下系统高压水设计工作压力约：

24MPa，除鳞阀开启前，系统水压为24MPa，这时尽管高压水泵电机全速运行，但是由于无用水点，故水泵无水输出，这时电机处于相对低功耗运行状态。

3.4.2除鳞状态

任意除鳞阀门开启（接通水路），大量高压水从除鳞喷嘴喷出，水泵大流量输出高压水，系统内水压也从24MPa开始下降，但由于喷嘴的节流效应，系统能保持在21MPa以上。

由于水压下降，蓄能器向管路排水。

3.4.3除鳞结束状态

除鳞阀门关闭（切断水路），系统总管内水压开始上升，高压水水向气水罐充水，待罐内水压达到设定压力（水泵最大输出压力）后，水泵无水输出，这时电机处于相对低功耗运行状态。

3.4.4高压水除鳞工作完整过程中：

各主要设备状态和主要作用

1）水泵：

用于轧线除鳞及除鳞结束时及时向气水罐充水。

2）气水罐:

在除鳞开始时向系统释放储水量及吸收在除鳞阀开闭时系统中的“水锤”，水罐储水量由于主管路压降，储水自然释出。

除磷阀关闭时开始接收水泵输出的水量，现蓄能器其最大可向主管路提供约1.4m3水量。

3） 低压缓冲罐：

在水泵突发大水量输出时补充低压水，防止泵“吸空”。

第四节  改造内容

4.1水系统改造原因

现有高压水系统流量大，压力高，高压水除鳞泵由高压电机驱动，在轧制线不需要除鳞时（换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间），高压泵仍然满负荷运行，造成不必要的能源消耗。

4.2 主要能源消耗的状况

4.2.1正常轧制时

正常生产时，轧制一块板坯的时间约为2分钟，除鳞喷水时间最长为90秒，非除磷状态极最大空闲时间约30S。

为确保高压水系统和高压供电系统及设备的稳定（“电机升、降速过于频繁，对高压泵的损害极大”），所以正常轧制时建议除鳞泵电机仍保持正常速度运行。

4.2.2 非轧制状态时

轧制线不需要除鳞水的状况有：

换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间及除鳞间隙时间；

正常轧制时，由于非除鳞时间间隔短，高压电机不宜变速运行；所以高压电机可降速运行状况为换辊时间、检修时间、故障时间、等钢温时间。

4.2.3尽管非正常轧制时水泵多数时间相对无流量输出，电机处于相对降耗运行，但水泵出水管中仍然处于高压状态，电机节能有限，如使无流量输出时段电机降速运行，电机低速运行时泵出口压力也降低，电机降耗将更明显。

所以本次节能改造对电机使用变频调速控制。

4.3改造前后水系统状态比较

4.3.1改造后，电机应在除鳞过程结束后降速，在需要除鳞前达到正常速度运行，这样改造前后高压水系统水压，流量只