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冷却塔平衡管节能改造方案

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  冷却塔在生产生活中,虽然是一个末端的散热设备,却起到非常重要的作用。冷却塔配备合理了,用户可以方便的使用,并且减少经济开支,反之则可能导致经济的消耗,甚至影响主设备的正常运行,给生产、生活造成无法估量的后果。
  
  单塔如此,对于多台冷却塔并联,如工艺设计不合理,同样可以造成巨额浪费和影响生产。本冷却塔平衡管改造方案所述的就是地铁车站的多台冷却塔并联时,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。
  
  一、问题描述
  
  深圳某地铁站是集火车站、公交大巴、小巴、的士、边检、中心公园于一体,功能齐全的大型景观车站。站厅层面积约5700㎡,有四个出入口,设计温度为30℃。站台面积2641 ㎡,设计温度为27℃,有空调的设备房设计温度为25℃,车站空调系统设备配制如下表:
  
  车站空调系统配制表
  
  就设备配制来看,开机时是一对一的,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启。
  
  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。
  
  二、问题分析
  
  我们对整个循环冷却系统进行了仔细的研究,其结构布置、和控制方式,如下图。
  
  冷却塔平衡管布置和控制方式
  
  一台冷却塔由三台小型冷却塔塔组成,每台小型冷却塔塔有两个进水口,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,两台大的冷却塔用一根¢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)水泵向冷却塔里送水,风扇打开,进行冷却;冷却塔停止时,电动阀关闭,风扇停机。
  
  经计算可知,要想保持停用中冷却塔水位不变(不进行补水),运行中的冷却塔水位必须比它高183.4 mm,也就是说,停用中的冷却塔水位下降183.4/2=91.7 mm,运行中的冷却塔上升91.7mm,这样才能保证183.4 mm 的高差。
  
  但从冷却塔的结构来看,当水位高于静止水位100mm时,冷却塔从溢水管开始溢水;水位高于静止水位140mm,水开始从冷却塔的周围溢水;水位低于静止水位,开始补水;单台冷却塔运行时,一个补水,一个溢水。
  
  原因就在这里:运行的冷却塔进水多,出水少,水位慢慢升高,平衡水量也慢慢加大,但平衡水量偏小,致使冷却塔里水位不停地升高,当水位高于静止水位100mm时,该冷却塔就溢出;停止的冷却塔只有出水,没有进水,塔里水位慢慢下降,平衡水量慢慢增大,但平衡水量偏小,致使冷却塔里水位继续不停地下降,水位低于静止水位,浮球开始补水,这样系统达成动态平衡:运行塔溢水,停用塔补水。
  
  三、解决问题的方案
  
  根据分析,我们为这次问题的发生提供了三套解决方案,分别是:
  
  (一)、在冷却塔的回水主管道上加装一电动蝶阀。
  
  (二)、将原来的冷却塔平衡管加粗,其它不变。
  
  (三)、在原来的基础上再增加一条冷却塔平衡管。
  
  方案(一)可行性分析
  
  在冷却塔的回水主管道上加装一电动蝶阀,主要有以下问题值得考虑:
  
  1、从理论上来看,单机对单塔,理应可行。但这样一改,实际上冷却塔的出水支管减少一半,由六条变为三条,回水流速增大,回水阻力也增大,为原来的2倍。无疑增大水泵的负载。实践证明,此法将会减少水量,温差增高0.2℃。
  
  2、控制较复杂。因为冷却水有较高的温差,及水的热膨冷缩特性,冷却水不能密闭在管道中,必须和外界相通,所以当回水管上安装电动水阀,如何控制,并联在进水管的电动阀上?当两台塔全停时,回水阀不能全关,如何实现?
  
  3、整改费用高。一台冷却塔加一个电动蝶阀,而且还需加一个旁通阀、控制箱,且施工较难,人工费高。
  
  4、整改困难。施工整改时,必须停机,才可施工,但对于深圳的天气,气温高,湿度大,不可能在春夏秋施工,只能在冬季来做。
  
  5、维护费用高。由于有电动蝶阀,经常开关操作,容易损坏,增加了维护费用。
  
  6、开关机变的复杂。因为增加了设备,操作也变得复杂,且容易出错。
  
  也就是说,该方案功能可行,但不符合实际情况。
  
  方案(二)可行性分析
  
  将冷却塔平衡管改成粗一些的,冷却塔平衡水管假设为¢250,运行中冷却塔的水位比停用塔的水位高72 mm ,而溢流水位是比正静止水位高100 mm,只差28 mm,稍不小心,就会溢出,所以不能用¢250的管径作为冷却塔平衡管管径。
  
  当采用¢300的管径时,套用公式H=hf+hj+z=12.3+4.0+17.8=34.1 mm
  
  通过计算,可以看出,该冷却塔群采用¢300的平衡管管径是可行的。
  
  方案(三)可行性分析
  
  在原来的基础上再增加一条冷却塔平衡管。假设为¢200,采用同样的方法计算得:H= hf  + hj  + z  = 8.2+21.8+15.6=45.6 mm。
  
  通过计算,可以看出,采用第三方案即再加一条¢200冷却塔平衡管也是可行的。
  
  从理论上,方案(二)、(三)都可行,但从现场实际情况来看,方案(二)不便于现场整改,因为冷却塔平衡管径粗,无法绕开原有的管道,所以只能采用第三方案,即再加一条¢200的冷却塔平衡管。
  
  四、冷却塔平衡管改造前后对比
  
  改造后,我们进行了实际的测量,水位高差实际测量为50 mm,理论值是45.6 mm,误差为4.4mm,和理论几乎一样;冷却水全部通过风扇冷却,成为可控。这样,在正常开机时,冷却塔不会漏水,风扇由冷却水的温度和压力来控制,冷水主机不会报警停机。操作、控制简单,方便使用,几乎不用维修,达到了原来的要求。所以这次改造是成功的。
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