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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
11、高于静止水位140mm，水开始从塔的周围溢水；水位低于静止水位,开始补水；单塔运行，一个补水，一个溢水，原因就在这里：运行的塔进水多，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，致使塔里水位不停地升高，当水位高于静止水位100mm时，该塔就溢出；停止的塔只有出水，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。四、解决问题的方案整改方案有三套，分别是： （一）、在回水主管上加一电动蝶阀。（二）、将原来的平衡管加粗。（三）、再加一条平衡管。 方案（一）在回水主管上
12、加一电动蝶阀，存在以下的问题： 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
13、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。 总之，该方案功能可行，但不符合实际情况。方案（二）将平衡管改成粗一些的，平衡水管假设为250，计算如下：平衡水量为：125 m3/h, 其管内流速为：V=0.707 m/sRe=0.7070.25/0.80410-6=2.2105Re=2.21052320该流动为湍流湍流时沿程阻力系数的确定，因为：Re=2.2105105Re=2.21053106所以用尼古拉兹公式确定 =0.0032+ =0.
14、0032+=0.0032+=0.0032+0.221/18.46=0.0152 hf =：沿程阻力系数0.0152 l：平衡管的长度 6.15md：平衡管的直径 0.25m v：平衡管内水的流速0.707m/s hf =0.0152=0.0095=9.5 mm hj=(1+2+3) =(0.25+0.2+1) =37 mm Z=0.0255=25.5 mm H= hf + hj + z = 9.5+37+25.5=72 mm 也就是说，当采用250的水管时，运行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
15、径。采用同样的方法，当采用300的管径时，H= hf + hj + z = 12.3+4.0+17.8=34.1 mm通过计算，可以看出,采用300的管是可行的。方案（三）是再加一条平衡管，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的平衡管。五、改造前后对比改造后，我进行了实际的测量，水位高差实际测量为50 mm
16、，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，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。 六、参考书籍1、陈耀宗、姜文源. 建筑给水排水设计手册M 中国建筑工业出版社，1992李海明，男，1971年 2月生， 制冷高级技师 地址:深圳市福田区裕康时尚名居A栋东座605信箱， 邮编：518048 电话：13662693971 E-mail： 经典婚庆主持词炮竹声声贺新婚,欢声笑语迎嘉宾.尊敬各位来宾,各位领导,各位亲朋好友,先
17、生们,女士们,活泼可爱的小朋友们,大家好! 好歌好语好季节,好人好梦好姻缘.来宾们今天是公元*年*月*日(农历六月初八)是良辰吉日,在这大吉大利吉祥喜庆的日子里,我们怀着十二分的真诚的祝福相聚在*酒楼一楼婚宴大厅共同庆贺*先生与*小姐新婚典礼.(首先我们给予掌声的恭喜)大家都知道结婚是人生中的一件大事,而婚礼更是人生中最幸福神圣的时刻,尤其婚礼上浪漫温馨高雅别致的婚礼仪式以及亲朋好友的良好祝愿会给新人一生永远带来最美好的回忆.各位亲朋好友,我是本次婚礼庆典的主持人*.今天我十分荣幸地接受新郎新娘的重托,步入这神圣而庄重的婚礼殿堂为新郎*,新娘*的婚礼担任司仪之职.让我们在这里共同见证一对新人人
18、生中最幸福神圣美好的一刻！真是:百鸟朝凤凤求凰,龙凤呈祥喜洋洋.让我们用掌声祝贺他们祝福新人凤凰展翅迎朝晖,恩爱鸳鸯比翼飞.携手同步知心人,共创宏图献真情.郎才女貌天作美,洞房花烛喜成双.在神圣的婚礼进行曲中一对新人手挽手,肩并肩缓缓步入婚礼大厅.脸上充满了无比幸福的笑容让我们用掌声与鲜花给予一对新人最诚挚的祝福.婚姻是人生大事,结婚典礼对青年男女来说是一生中最重要的时刻.你也笑,我也笑,亲朋好友齐来到.天也新,地也新,众星捧月迎新人.新郎新娘台上站,甜蜜感觉涌心间.风风雨雨牵手过,今天喜结美姻缘.亲朋好友齐相聚,欢欢喜喜来贺喜. * * * 天仙配,幸福的生活比蜜甜.在这个激动人心的美好时刻
19、,作为婚庆司仪,首先请允许我代表新郎新娘以及新郎新娘的双方家长,对今天百忙当中来参加婚礼的各位来宾,各位亲朋好友的光临表示最诚挚的谢意和热烈的欢迎(谢谢大家)!欢迎你们!婚礼对每一个新婚的人而言,都是神圣,浪漫,唯美和经典的,随着神圣的婚礼进行曲奏响,英俊的新郎和美丽的新娘在掌声与祝福声中,缓缓的步上红地毯,那是万众瞩目的一瞬,那是梦寐以求的一瞬,那是凝结爱的万语千言的一瞬,那是最激动人心的一瞬,一同迷醉在尘世间最美妙的气氛里.爱情是古老而年轻的话题,也是不朽的人生主题.许多人已经拥有,更多人正在追求,今天这两位新人从有过初恋时月上柳梢头,人约黄昏后的热烈心跳,到也有热恋中冷落清秋伤别离的难舍
20、难分,经历了似水柔情,如梦佳期,的苦苦期盼,品尝过相知不渝,永结金兰的浪漫温馨,终于迎来这携手共赴红地毯的幸福时刻.啊!美丽的新娘,这一刻,整个世界因你而多姿多采,英俊萧洒的新郎,这一刻,整个宇宙而为你祝福,祝福你们在这鲜花绽开的时候,祝福你们在这神圣庄重的幸福时刻.首先由我介绍一下二位新人,站在我身边这位英俊潇洒的男子就是我们今天的新郎官*先生,(掌声恭喜)新郎不仅风度翩翩,气质不凡,而且忠厚诚实为人和善,是一位才华出众的好青年.大家往我们新郎身上看,新郎今天是新洗的脸,新刷的牙,新刮的胡子,新理的发,新衬衣,新领带,新买的皮鞋脚下踩,新背心,新西服,里边还穿了一条新内裤,新郎浑身上下全是新
21、,新郎心情喜盈盈.大家给点掌声.旁边这位美丽迷人漂亮温柔的女子,就是我们今天的新娘子*小姐.(掌声恭喜)介绍新娘,大家看我们的新娘人家眉毛好,眼睛好,鼻子好,嘴巴好,耳朵好,脸蛋好,最关键还是人家心眼好,温馨小姐温文而雅,贤惠大方,青春高洁,性情端庄,诚实可靠,心地善良,遇事豁达,外柔内刚,新郎你真有眼光.新娘不仅温柔体贴,漂亮可爱而且手巧能干,心灵纯洁,是一位可爱的好姑娘.二位新人的结合我可以用八个字来形容在合适不过那就是珠联壁合,佳偶天成,或郎才女貌,天生一对!(大家一起说是不是)各位嘉宾,各位朋友,二位新人经过甜蜜的恋爱,耐心的等待,终于在法律的保护下正式结为幸福伴侣.茫茫人海,芸芸众生中,让我们为幸福的恋人起舞，为快乐的爱侣歌唱，为火热的爱情举杯，愿他们的人生之路永远洒满爱的阳光，好，各位来宾，亲爱的朋友们，今天的新婚庆典议式就暂时告一个段落，那么，接下来咱们要进行的是喝喜酒大赛，今天咱们的老东家准备了一些薄酒淡菜不呈敬意，那么在开局之前呢送我们在座的所有来宾一副对联。上联是：吃，吃尽天下美味不要浪费，下联是：喝，喝尽人间美酒不要喝醉，横批是赵本山的一句至理名言：吃好喝好！那么最后呢也祝愿我们在场的所有来宾所有的朋友们家庭幸福，生活美满，身体健康，万事如意！第 9 页 共 9 页