冷却塔平衡管研究和改造.doc
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1、 深圳地铁 冷却塔平衡管的研究和改造冷却塔平衡管的研究和改造深圳市地铁集团有限公司运营分公司 李海明 罗曼关键词:冷却塔、平衡管、改造一、引言冷却塔在中央空调系统中,作为末端的散热设备,有很重要的作用。配备合理,可以方便适用,经济可靠,配备不合理,则可能导致重大的浪费,更有严重者,影响机组的正常运行,给生产、生活造成严重的后果。单塔如此,对于多塔系统,如工艺设计不合理,同样可以造成巨额浪费和影响生产。本文所述的就是地铁车站的多塔系统,由于平衡管口径小,造成系统失控,影响生产,通过研究,分析计算,从而解决了这一问题。深圳地铁车站环控系统设计原则如下1、各站车站空调系统配两台冷水机组、两台冷却塔,
2、两台冷水机组可同时运行,也互为备用。水系统采用定水量系统。3、车站公共区空调设计参数站厅:夏季:T=30 =57.5站台:夏季: T=28 =57.5目前运营客流量已达到地铁设计高峰的客流量,多个车站空调季节都是开两台冷水机组来满足环境温度的要求。二、问题的提出现在就深圳地铁罗湖站为例,来说明存在的问题。深圳地铁罗湖站是一个大站,集火车站、公交大巴、小巴、的士、边检、中心公园于一体,功能齐全,分景观层(地面层)、交通层(地下一层)、地铁车站站厅层(地下二层)、地铁车站站台层(地下三层)。站厅层面积约5700m2,有四个出入口,设计温度为30。站台面积2641 m2,设计温度为27,有空调的设备
3、房设计温度为25,车站空调系统设备配制如下表:主要参数台数备注冷水机组额定制冷量1150KW,额定功率213KW2冷却水泵额定流量72.2L/S 扬程25m 30kw2冷冻水泵额定流量61.1L/S 扬程35m 30 kw2冷却塔冷却水量 450m3/h 功率4.03kw2配电动阀2个,装在冷却塔进水管上就设备配制来看,开机时是一对一的,即一台主机对应一台冷却水泵、一台冷冻水泵、一台冷却塔,开两台主机时,对应两台冷冻水泵、两台冷却水泵、两台冷却塔。系统的控制模式有自动/手动两种。冷冻泵、冷却泵、冷却塔(电动阀在冷却塔控制箱上)的控制箱上有自动、停、手动的转换开关。冷却塔的风机由主机的排气压力与
4、冷却水的温度来控制,排气压力高于1310KPa,第一风机启动,排气压力低于1170KPa时,第一台风机停止。第二/三台风机(和第一台风机并联)开停由冷却水温度来控制,冷却水温度高于30时,第二风机开;水温低于28时,第二风机停。当开关打在手动的位置时,设备可根据需要而有选择地开,如:1#冷冻泵2#电动蝶阀2#冷却泵2#主机。但此时冷却水的温度就控制不了风扇的启停。系统从实际运行来看,开两台机组时,系统正常;但开一台机组时,冷却塔出现不正常的情况:运行的塔在溢水,停止的塔在补水。其它车站也有同样的问题发生。尝试用以下方式处理:1、调整补水浮球阀。出现水位偏低,有的漏出回水管,使回水吸入空气,冷却
5、效果恶化,排气压力升高,直至高压报警跳机;2、关掉停用塔的补水浮球阀。导致该塔的水位会很低, 使回水吸入空气,冷却效果恶化,而且一旦换开主机,冷却塔也要换,那么,另一台塔在补水,也不行;3、将补水浮球阀全部关闭,深圳的夏天,一个小时不补水,冷却塔就缺水,主机就跳机。4、将停用塔电动阀的旁通阀打开,开度正好是不用补水,这才暂时解决了这个问题(实际上就是部分冷却水未经风扇冷却)。结果是塔不漏水,主机不跳机,能正常工作。但这种办法,在深圳地区只能用在春秋冬短暂的三季。在漫长的夏季,这样开机就不行了,主机经常高温跳机,影响车站的正常工作。5、把两台塔的旁通阀全开,冷却塔置于手动,风扇电机全开,这样也可
6、以,而且还能节约大量的电能,但在晚上,由于地铁停运,没有乘客,气温不确定,经常发生跳机。当冷却塔置于自动时, 就有部分冷却水未经风扇冷却,造成冷凝温度高,主机电流大(实测约6),造成巨大的浪费,而且经常高温跳机,给工作人员带来很大的麻烦。为什么会出现这种情况呢?三、问题分析仔细研究了塔的结构布置、和控制方式,如附图1。一台塔由三台小塔组成,每台小塔有两个进水口,一条出水管,一个手动补水阀,一个浮球自动补水阀,一个溢流水管,一台风扇,在进水主管上各有一电动蝶阀和一个旁通阀,两台大塔用一根200平衡管平衡水位。冷却塔在运行时,电动蝶阀打开,(旁通阀始终是关闭的)水泵向塔是里送水,风扇打开,进行冷却
7、;冷却塔停止时,电动阀关闭,风扇停机。单机运行时,冷却水量大约为:11500.215=250m3/h, (水泵流量是260m3/h),因为两台塔都在回水,所以:每台塔的回水量太约是:250/2=125 m3/h,因为停用塔的回水量全靠平衡管来补充,所以,不溢水时的平衡水量为:125 m3/h平衡水管为200,其管内流速为:V=1.106 m/s因为平衡水流动全靠水位差,没有其它动力,要达到1.106 m/s的流速,其高差必须符合要求,以下是两台水塔的水位高差计算,包括:(一)、沿程阻力的计算hf m(二)、局部阻力的计算hj m(三)、平衡管内流速达到1.106m/s时,必须的高差z m(四)
8、、总的高差H = hf + hj + z m雷诺数的计算 Re=:水的流速1.106 m/sd:平衡管的直径 0.2 m:30时水的运动粘度0.80410-6 m2/sRe=1.1060.2/0.80410-6=2.751105Re=2.7511052320所以,该流动为湍流。湍流时沿程阻力系数的确定,因为:Re=2.751105105Re=2.7511053106所以用尼古拉兹公式确定 =0.0032+ =0.0032+=0.0032+=0.0032+0.221/19.4607=0.0146(一)、沿程阻力的计算hf hf =:沿程阻力系数0.0146 l:平衡管的长度 6.15md:平衡管
9、的直径 0.2m v:平衡管内水的流速1.106m/s hf =0.0146=0.028=28 mm(二)、局部阻力的计算hj m局部阻力计算分三个项目来计算,a是平衡管的进口,设为管径突然变小;b是中间蝶阀的阻力;c是平衡管出水口,设为管道出口和大容器相联。a、平衡管进水口局部阻力的计算平衡管和水缸是用法兰联接,因为水缸壁很溥,在进水口无法修圆,所以其局部阻力按进水口稍微修圆来计,取其为0.25,即1=0.25b、阀门上局部阻力的计算该阀为蝶阀,平时全开,查表知2=0.2c、平衡管出水口局部阻力的计算:A2为冷却塔长横断面面积;A1为平衡管的横断面面积=5.138/0.0314=163.63
10、,查表知3=1所以总的局部阻力损失为: hj=(1+2+3) =(0.25+0.2+1) =0.09299=93 mm(三)、平衡管内流速达到1.106m/s时,必须的高差z mZ=0.0624=62.4 mm (四)、总的高差H mH= hf + hj + z = 28+93+62.4=183.4 mm 从计算结果来看,要想保持停用塔的水位不变(不进行补水),运行塔的水位必须比它高183.4 mm,也就是说,停用塔的水位下降183.4/2=91.7 mm,运行塔上升91.7mm,这样才能保证183.4 mm 的高差,但从塔的结构来看,当水位高于静止水位100mm时,水塔从溢水管开始溢水;水位
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