循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安裝缺陷分析及改進(jìn)措施

張朱良

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在工業(yè)與民用建筑的應(yīng)用中相當(dāng)廣泛,如暖通空調(diào)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng),是專為水冷式冷水機(jī)組或水冷直接蒸發(fā)式空調(diào)機(jī)組而設(shè)置的。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行良好與否,直接關(guān)系到水泵的運(yùn)行能耗和冷水機(jī)組的正常出力。而冷卻塔是影響冷卻水泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)和冷水機(jī)組正常出力的關(guān)鍵設(shè)備。本文僅對常規(guī)民用建筑中央空調(diào)的冷卻塔及其進(jìn)出冷卻塔循環(huán)水管道安裝缺陷進(jìn)行分析,并提出行之有效的改進(jìn)措施,且作投石問路,望同行專家予以不吝指正。

1 循環(huán)冷卻水安裝的一般情形

1)冷卻塔進(jìn)水管直接與冷卻塔進(jìn)水口連接;2)冷卻塔給水進(jìn)塔立管沒有設(shè)置防晃固定支架;3)冷卻塔進(jìn)水管上安裝蝶閥與閘閥;4)冷卻塔出水干管管頂與集水盤垂直高差小;5)冷卻塔大都在現(xiàn)場由廠家二次組合安裝;6)冷卻塔周圍環(huán)境復(fù)雜;7)冷卻塔出水口沒有過濾設(shè)備等。

2 循環(huán)冷卻水的安裝缺陷分析

2.1 開啟循環(huán)冷卻水泵時與冷卻塔相連循環(huán)水管段的振動

由于冷卻塔進(jìn)水管與冷卻塔進(jìn)水口部直接硬性連接。冷卻水系統(tǒng)在循環(huán)冷卻水泵啟動運(yùn)轉(zhuǎn)的瞬間,水流的巨大瞬間動量在此連接點(diǎn)轉(zhuǎn)化為對管道的瞬間沖量(冷卻塔進(jìn)水口與進(jìn)水管通過彎頭以法蘭連接見圖1),此沖量通過管道及冷卻塔的傳遞得以消減。同時振動的傳遞也將伴隨著噪聲的傳遞,從而使周圍環(huán)境受到污染、影響。研究表明：“在中低頻(20 Hz～200 Hz)范圍內(nèi),振動和噪聲的傳遞是結(jié)合為一體的”。同時,在循環(huán)冷卻水泵開機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)至系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程,振動頻率的衰減過程將有某個時值與冷卻塔的固有頻率相同。我們知道,當(dāng)外界的振動頻率與設(shè)備的固有頻率相同時,它們將產(chǎn)生共振之危害。通過螺栓緊固硬性連接的冷卻塔將因振動而破壞緊固性能,同時也影響其運(yùn)行壽命。

2.2 進(jìn)塔水壓難以準(zhǔn)確控制,流量調(diào)節(jié)性能差

一般情況下,冷卻塔進(jìn)水管上裝設(shè)蝶閥或閘閥。蝶閥具有一定的靜態(tài)調(diào)節(jié)能力,其調(diào)節(jié)性能只可以滿足于系統(tǒng)的初調(diào)試,而閘閥卻是一種典型的快開式閥門,幾乎沒有調(diào)節(jié)能力,只能用作開關(guān)式雙位閥,更不適合于冷卻塔進(jìn)水管水量調(diào)節(jié)。而冷卻塔對進(jìn)塔水壓有較為精確的要求特性。就以工程中常用的橫流式冷卻塔來說,如型號為 300 m3/h的冷卻塔,其要求進(jìn)塔水壓為3.5 m水柱時,其物理意義在于：在3.5 m水柱進(jìn)塔水壓條件下,冷卻塔的換熱性能處于最佳運(yùn)行工況點(diǎn),此工況點(diǎn)也是個效率臨界點(diǎn),偏離臨界工況點(diǎn)均導(dǎo)致冷卻塔換熱效率的降低。

2.3 冷卻塔的抽空與溢流現(xiàn)象

冷卻塔的運(yùn)行(假定共3臺),以下分兩種情形分析。如圖1所示,當(dāng)冷卻塔全負(fù)荷并聯(lián)運(yùn)行時,冷卻出水干管中,水流沿程阻力ΔPAB=ΔPBC=ΔP,假設(shè)3號冷卻塔C點(diǎn)的負(fù)壓為PC=P,則B點(diǎn)的負(fù)壓PB=PC-ΔPBC=P-ΔP,A點(diǎn)的負(fù)壓PA=PB-ΔPAB=P-2ΔP,顯然C點(diǎn)的負(fù)壓最大,B點(diǎn)其次,A點(diǎn)最小,即A點(diǎn)為最不利水力工況點(diǎn)。當(dāng)冷卻塔集水盤液面與出水干管管頂?shù)拇怪备卟頗較小時,3號冷卻塔集水盤液面將下降至出水管中的C點(diǎn),甚至更低,這樣就將產(chǎn)生3號冷卻塔出水管處進(jìn)入空氣而形成所謂的“抽空”現(xiàn)象。3號冷卻塔的抽空系統(tǒng)循環(huán)水出水量將減少。由于冷卻塔進(jìn)塔水壓相同,即具有相同的進(jìn)水流量,這樣3號冷卻塔的抽空便同時伴隨著最不利工況點(diǎn)的1號冷卻塔出現(xiàn)“溢流”現(xiàn)象。當(dāng)?shù)拓?fù)荷時冷卻塔運(yùn)行臺數(shù)減少時,其“抽空”與“溢流”運(yùn)行狀態(tài)是類似的。顯然,“抽空”使空氣進(jìn)入運(yùn)行中的冷卻水系統(tǒng),不僅對水泵運(yùn)行能耗,同時也對冷水機(jī)組的額定出力產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

2.4 冷卻塔現(xiàn)場組裝質(zhì)量控制不足,周邊環(huán)境惡劣

某些工程冷卻塔運(yùn)行未能達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)的要求,大都與現(xiàn)場組裝等安裝質(zhì)量有直接關(guān)系。如：冷卻塔內(nèi)部填料隨意、不規(guī)范安裝;冷卻塔進(jìn)風(fēng)口周圍凈空小、通風(fēng)條件差;排風(fēng)口上方有遮擋物,形成進(jìn)排風(fēng)口氣流短路;進(jìn)風(fēng)口有大量的熱氣流等均不能保證塔周圍必須有足夠的不受阻的空間以保證足夠的空氣供給與圍護(hù)空間。塔身安裝不處于同一水平面等原因均對冷卻塔的熱交換性能產(chǎn)生了重大的影響。

另外,由于一般習(xí)慣于常用開式冷卻塔,且通常置于屋頂,易進(jìn)入粉塵、泥砂等雜物,如回水干管或冷卻塔出水口未設(shè)置過濾設(shè)備,這將對增加冷卻水系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用及折減冷卻塔的使用壽命。

3 改進(jìn)措施

1)冷卻塔循環(huán)水管之平衡,分為進(jìn)水管間的水力平衡與出水管間的水力平衡。

a.進(jìn)水管間平衡：盡管在進(jìn)水管間設(shè)置調(diào)節(jié)閥門,如蝶閥與閘閥,但僅憑經(jīng)驗(yàn)與目測調(diào)節(jié)其間水力平衡是不夠的,即使水力平衡了,但水流量是否調(diào)節(jié)至滿足要求。蝶閥細(xì)調(diào)節(jié)能力差,閘閥更不適合,采用調(diào)節(jié)曲線接近直線,具有調(diào)節(jié)能力線性的手動調(diào)節(jié)閥或電動調(diào)節(jié)閥。冷卻塔進(jìn)塔水壓要求較為精確,采用給水管上(調(diào)節(jié)閥后)安裝千帕級精度的壓力顯示裝置。兩者的同時使用,既可保證良好調(diào)節(jié)性能的直觀,又可滿足進(jìn)塔水壓的要求。

b.出水管間平衡：與進(jìn)水管不同的是,出水管基本是重力流回流。重力流回流由于對阻力損失相對較為敏感,因此需考慮對回水管阻力損失的補(bǔ)償。對冷卻塔“抽空”與“溢流”現(xiàn)象最經(jīng)濟(jì)、可靠、易行的解決措施有以下兩種。

阻力損失補(bǔ)償可從克服、減小阻力損失進(jìn)行處理?？朔?、減小阻力損失較為現(xiàn)實(shí)可行的有：

補(bǔ)償措施之一,多臺冷卻塔并聯(lián)使用時,積水盤下應(yīng)設(shè)連通管[1]。該連通管實(shí)質(zhì)就是均壓管。理論上,連通管管徑當(dāng)然是越大越好,考慮造價在實(shí)際實(shí)施時,冷卻塔積水盤預(yù)留接口放大1級～2級后即為連通管的管徑,積水盤口徑要求可在冷卻塔訂貨之時就進(jìn)行技術(shù)性約定。補(bǔ)償措施之二,提高冷卻塔積水盤與出水管間的垂直高差。由圖1可知,出水干管已部分起到連通管的均壓功能,出水干管上的水流阻力關(guān)系如2.3分析,當(dāng)集水盤設(shè)計(jì)液面距出水干管頂部的高差H大于1號冷卻塔～3號冷卻塔出水干管間的阻力損失時,即ΔPABC=2ΔP=H時,3號與1號冷卻塔的“抽空”與“溢流”現(xiàn)象即可克服消除。冷卻塔安裝高度的確定應(yīng)視實(shí)際情況而定。一般當(dāng)H=700 mm～800 mm時,基本可滿足要求[2]。

2)針對冷卻塔進(jìn)水管的振動,采用多節(jié)可曲擾橡膠軟接頭減振,且在冷卻塔循環(huán)水立管中間適當(dāng)位置增設(shè)一剛性防晃支架,這樣可做到固定與減振并舉。

3)冷卻塔現(xiàn)場安裝,內(nèi)部填料的安裝是工序控制的重點(diǎn)。為保證冷卻塔的熱交換性能,冷卻塔進(jìn)風(fēng)口四周應(yīng)有凈空大于1 m(應(yīng)根據(jù)冷卻塔的尺寸與風(fēng)量確定);進(jìn)風(fēng)口不應(yīng)有高濕熱的空氣流,通風(fēng)排氣口、消防排煙口應(yīng)遠(yuǎn)離冷卻塔。

4)開式冷卻塔易進(jìn)入粉塵、泥砂等雜物,在安裝管道時,需注意產(chǎn)品的潔凈保護(hù),冷卻塔出水口應(yīng)增設(shè)過濾裝置。另外,在建筑電氣防雷安裝時,應(yīng)把冷卻塔外露可接觸導(dǎo)體與屋面金屬物連通成一個整體[3]。

4 結(jié)語

本文通過循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安裝缺陷的分析,提出了缺陷改進(jìn)方法：1)通過在冷卻塔進(jìn)出口部設(shè)置多節(jié)可曲擾橡膠軟接頭以及增設(shè)循環(huán)水立管防晃支架,實(shí)現(xiàn)減振與固定并舉。2)通過冷卻塔進(jìn)塔給水管上的手動或電動調(diào)節(jié)閥以及壓力顯示裝置而優(yōu)化調(diào)節(jié)控制進(jìn)塔流量與壓力。3)通過增設(shè)積水盤間連通管或提高冷卻塔與出水干管之間垂直安裝高度解決因水力失衡而導(dǎo)致的“抽空”與“溢流”現(xiàn)象。4)通過對冷卻塔的組裝質(zhì)量控制、設(shè)置過濾裝置以及電氣防雷安全的實(shí)施以保證產(chǎn)品安裝質(zhì)量。

[1]中標(biāo)所.全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施/暖通空調(diào)動力[M].北京：中國計(jì)劃出版社,2003：156.

[2]潘云剛.高層民用建筑空調(diào)設(shè)計(jì)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1999：182.

[3]建設(shè)部.建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[M].北京：中國計(jì)劃出版社,2002：2-7.