冷卻塔平衡管的作用—解決拼裝冷卻塔“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”問題？(冷卻塔水位如何調(diào)平衡)

采用水冷集中空調(diào)系統(tǒng)的建筑規(guī)模通常較大，需要設(shè)置多臺冷卻塔，廣泛采用如下方案：冷卻塔拼裝，多臺冷卻塔共用進(jìn)出水干管，在每臺塔進(jìn)水支管上設(shè)置電動閥與對應(yīng)冷卻水泵聯(lián)動開關(guān)，在每臺塔出水支管上設(shè)置手動檢修閥，并在多臺冷卻塔集水盤之間設(shè)置平衡管以平衡各塔集水盤水位，其連接情況如圖1所示。對此方案，冷卻塔運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)了如下現(xiàn)象：在冷卻塔間歇運(yùn)行時，一部分冷卻塔進(jìn)水閥關(guān)閉，運(yùn)行的冷卻塔不斷溢水，而不運(yùn)行的冷卻塔持續(xù)補(bǔ)水（下文簡稱）。對此有以下解決方案：方案1，在各塔出水支管上裝電動閥，電動閥與進(jìn)水管上的電動閥聯(lián)動開關(guān)；方案2，在各塔之間加平衡管，加大平衡管管徑和出水干管共用管段管徑，并建議計(jì)算平衡管管徑。實(shí)踐證明，方案1可以在關(guān)閉部分冷卻塔時，有效解決“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”的問題，但在工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施和設(shè)計(jì)規(guī)范中對此無強(qiáng)制規(guī)定，僅要求“拼裝冷卻塔無集水箱或公用集水盤時，冷卻塔的出水管應(yīng)設(shè)置與對應(yīng)冷卻水泵聯(lián)鎖開閉的電動閥”，因此很多工程中實(shí)際采用方案2。筆者通過對近2年來采用方案２的多個工程項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然設(shè)計(jì)方案符合設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但關(guān)閉一些進(jìn)水管閥門后依然出現(xiàn)“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”的現(xiàn)象，運(yùn)行管理人員無法解決，只能打開關(guān)閉了風(fēng)扇的冷卻塔進(jìn)水管電動閥，已關(guān)風(fēng)扇的冷卻塔的冷卻水冷卻效果很差，與開啟冷卻塔處理過的低溫水混合后返回制冷機(jī)，提高了進(jìn)入制冷機(jī)的冷卻水溫度，降低了制冷效率。這種情況在工程中較為常見，影響了空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行和節(jié)能節(jié)水，針對此問題，本文進(jìn)行了一些分析，嘗試進(jìn)一步確定其原因并尋找解決方案。 圖1，2臺拼裝冷卻塔接管示意圖

1 問題分析 以圖1所示的2臺冷卻塔拼裝的例子進(jìn)行分析，每臺冷卻塔的設(shè)計(jì)處理水量為300m3/h，每臺冷卻塔的進(jìn)出水支管管徑為DN250，平衡管尺寸與單臺冷卻塔的出水支管尺寸一致，出水干管尺寸加大到DN400，出水干管1（1臺塔水量）的設(shè)計(jì)比摩阻為13Pa/m，出水干管2（2臺塔水量）的設(shè)計(jì)比摩阻為47Pa/m，該設(shè)計(jì)方案基本符合改進(jìn)方案2。 現(xiàn)在對關(guān)閉1臺冷卻塔的運(yùn)行工況進(jìn)行初步分析（見圖2），正常運(yùn)行時，冷卻塔集水盤控制水位高度H0，溢水口與水盤控制水位高差為ΔH0（水盤控制水位指冷卻塔補(bǔ)水系統(tǒng)停止補(bǔ)水的最低水位）。假設(shè)此時關(guān)閉2號冷卻塔的進(jìn)水支管電動閥V2，僅運(yùn)行1號冷卻塔，此時對應(yīng)的冷卻水泵也僅開啟1號冷卻塔對應(yīng)水泵，為簡化問題，假設(shè)此時進(jìn)入1號冷卻塔的水量仍然是設(shè)計(jì)水量（實(shí)際情況是此時開啟的冷卻塔水量會增加）。進(jìn)入1號冷卻塔的冷卻水量會通過以下通道返回制冷機(jī)： 通道1，1號塔水盤→出水支管1→出水干管1→P點(diǎn)； 通道2，1號塔水盤→平衡支管1→平衡干管→平衡支管2→2號塔水盤→出水支管2→P點(diǎn)。 圖2 2臺冷卻塔拼裝運(yùn)行示意圖 對通道2，冷卻水從水盤1流到水盤2需要克服平衡管的沿程阻力和局部阻力，其動力來源于2個水盤的運(yùn)行水位差ΔH。假設(shè)系統(tǒng)不發(fā)生溢水，2號塔集水盤水位保持在控制水位H0，1號塔集水盤水位需要上升ΔH，而實(shí)際上1號塔水位最多上升ΔH0，那么是否會發(fā)生溢水，就取決于ΔH與ΔH0的大小。如果冷卻塔的ΔH0＞ΔH，不發(fā)生溢水，如圖2a所示；反之如圖2b所示，發(fā)生溢水，2號塔水位下降，從而開始補(bǔ)水。通過上述分析可見，開啟的冷卻塔水經(jīng)平衡管流向關(guān)閉的冷卻塔的阻力造成的水頭損失大于ΔH0時就會產(chǎn)生“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”現(xiàn)象。 綜上，造成“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”現(xiàn)象有2個關(guān)鍵點(diǎn)：溢水口與水盤控制水位高差ΔH0、通過平衡管的水頭損失ΔH。ΔH0的大小由設(shè)備及安裝確定，一般受限于水盤深度，其數(shù)值一般不超過100mm，很多項(xiàng)目的ΔH0僅50mm左右，ΔH0越大，越不容易溢水，反之越容易溢水。ΔH主要受平衡管設(shè)計(jì)參數(shù)和管道布置的影響，也與冷卻塔開關(guān)情況有關(guān)，其數(shù)值越大，越容易溢水。由于實(shí)際工程ΔH0不大，而ΔH又幾乎未經(jīng)計(jì)算分析，因此本文討論的這種冷卻塔管道設(shè)計(jì)方案是存在較大風(fēng)險(xiǎn)的。 2 計(jì)算分析(詳見原文) 上一章分析了拼裝冷卻塔產(chǎn)生“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”現(xiàn)象的原因，現(xiàn)通過計(jì)算分析進(jìn)行驗(yàn)證。 3 解決方案 從冷卻塔管道設(shè)計(jì)角度，在不改變溢水口與水盤控制水位高差ΔH0的情況下，避免“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”現(xiàn)象，就要降低關(guān)閉塔后兩塔水盤需要達(dá)到的水位差ΔH（不溢水時），也就是降低平衡管流通阻力，有2個途徑：減小平衡管的阻力系數(shù)和減小平衡管的流通水量。前者可通過增大平衡管管徑實(shí)現(xiàn)，后者可通過增大冷卻塔出水管管徑實(shí)現(xiàn)（增加冷卻塔出水管的流量以減小平衡管流量）?；诖丝紤]，對本案例幾個調(diào)整方案的分析結(jié)果見表3。 表3 調(diào)整冷卻塔接管方案分析 方案1只增大了平衡干管管徑，效果很差，原因是平衡管阻力主要是在平衡支管上。實(shí)際工程中，受安裝空間、設(shè)備接口尺寸限制，往往都是只增大平衡管干管尺寸，而很少放大各塔平衡管支管尺寸，理論分析和實(shí)際效果都證明，這種設(shè)計(jì)收效甚微。 方案2把平衡管整體管徑由DN250加大為DN300，水盤水位差明顯下降，但仍有溢水風(fēng)險(xiǎn)。 方案3把平衡管整體管徑由DN250加大為DN350，水盤水位差明顯下降，基本可避免“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”的風(fēng)險(xiǎn)。通過加大各塔平衡管支管管徑，可以實(shí)現(xiàn)不溢水，對不同的管道布置和設(shè)備配置，要經(jīng)詳細(xì)計(jì)算確定，限于空間和造價(jià)，不能盲目將管徑加大過多。 方案4和方案5分別將冷卻塔出水支管管徑加大為DN300和DN350，水盤水位差雖有下降，但仍有溢水風(fēng)險(xiǎn)?？紤]安裝空間及投入，繼續(xù)加大出水管管徑也不妥當(dāng)。 方案6同時把平衡管和冷卻塔出水管管徑加大為DN300，水盤水位差明顯下降，基本可避免“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”的風(fēng)險(xiǎn)。相比于方案3，通過整體調(diào)整出水管和平衡管管徑，各塔平衡支管比原設(shè)計(jì)加大一號即可，減少了安裝空間需求。 以上分析表明，對拼裝冷卻塔，在進(jìn)水管設(shè)置電動閥與對應(yīng)水泵聯(lián)動、出水管不設(shè)置電動閥的設(shè)計(jì)方案，如不經(jīng)詳細(xì)計(jì)算確定管道設(shè)計(jì)方案，存在很大的“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”風(fēng)險(xiǎn)，而通過計(jì)算分析，選擇合適的冷卻塔出水管徑和平衡管徑，可以避免此問題。本文所述2個冷卻塔的案例相對簡單，如是多臺冷卻塔拼裝，需要選擇各塔之間平衡管流量較大的工況進(jìn)行計(jì)算。 對冷卻塔出水管不設(shè)電動閥的情況，通過調(diào)整管徑雖然可以解決，但需要詳細(xì)計(jì)算，在冷卻塔臺數(shù)較多時計(jì)算很復(fù)雜，并要增加管道尺寸和安裝空間，同時需要產(chǎn)品支持更大的管道接口尺寸（需要在招標(biāo)時提出要求，一般需要廠家對產(chǎn)品加以調(diào)整，實(shí)現(xiàn)難度較大），當(dāng)調(diào)整管徑有困難時，還可以考慮采取以下措施： 1）從設(shè)計(jì)角度，對拼裝冷卻塔進(jìn)水支管和出水支管都設(shè)置電動閥，進(jìn)出水管電動閥與對應(yīng)冷卻水泵聯(lián)動開閉，可避免關(guān)閉塔水盤水位降低造成持續(xù)補(bǔ)水； 2）從設(shè)備角度，冷卻塔選型時加大水盤尺寸，安裝時適當(dāng)提高溢水口與水盤運(yùn)行時控制水位高差ΔH0，建議最少達(dá)到100mm。 4 結(jié)論?1）工程實(shí)踐證明，拼裝冷卻塔采用在進(jìn)水管設(shè)計(jì)電動閥、在出水管不設(shè)電動閥的方案時，即使管道布置和平衡管設(shè)計(jì)符合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)措施要求，運(yùn)行中仍經(jīng)常出現(xiàn)“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”的現(xiàn)象，需要引起重視。經(jīng)計(jì)算分析，造成該問題的直接原因是冷卻塔水盤溢水口與控制水位高差較小、平衡管流通的阻力損失相對較大。?2）對上述設(shè)計(jì)方案，冷卻塔管道的分析計(jì)算不能僅按照所有塔同時運(yùn)行工況分析，需要考慮冷卻塔進(jìn)水管水閥關(guān)閉時的間歇運(yùn)行工況，即平衡管水量較大時的不利工況。通過管道阻力計(jì)算研究此設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案，有以下結(jié)論：?①選擇合適的平衡管和冷卻塔出水支管管徑，可以解決“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”問題。 ②僅加大平衡管干管管徑的改善效果非常有限，這是實(shí)際工程運(yùn)行效果不佳的原因。?③加大各塔平衡管支管管徑或者整體加大平衡管支管、出水支管管徑是有效的解決方案。這需要產(chǎn)品支持，設(shè)計(jì)階段應(yīng)明確提出對產(chǎn)品接管的要求，設(shè)備招標(biāo)時重點(diǎn)考核此指標(biāo)。?3）當(dāng)調(diào)整管道設(shè)計(jì)有困難時，也可通過以下措施對此設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，避免“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”：?①設(shè)計(jì)層面，拼裝冷卻塔進(jìn)水支管和出水支管都設(shè)置電動閥；?②設(shè)備層面，適當(dāng)提高溢水口與水盤運(yùn)行時控制水位高差。

文章來源： 冷卻塔平衡管的作用—解決拼裝冷卻塔“一邊溢流、一邊補(bǔ)水”問題？(冷卻塔水位如何調(diào)平衡) http://m.chinacppe.com/faq/2150.html

文章關(guān)鍵詞: 平衡 水位 溢水 補(bǔ)水