工業循環冷卻水系統管網水力平衡調試
來源： 閱讀：6878 更新時間：2009-10-22 10:501.水力平衡調試的意義
工業循環冷卻水系統不僅系統復雜、用戶多、水量大，而且用戶分散，用戶位置的高低和用水量的大小也往往不同。在生產前的管網水力平衡調試工作十分重要，否則容易導致循環冷卻水系統各用戶之間水力不平衡，影響生產、浪費水資源和能源，有的工藝設備用水點的用水量和供水壓力要求始終偏小得不到滿足；有的工藝設備用水點剩余水頭過多，在大量泄水或處于超壓狀態。
2.水力平衡調試的任務
所謂管網水力平衡調試工作，就是在所有的循環水處理設施、循環水管路、管路上所有的閥門配件等均已經安裝完畢、所有用戶點的給回水管道均接通的前提下，運用各種調節措施和調節手段，使循環水管路的實際工況點(包括流量、壓力)，按接近原設計要求的狀態運行，使循環水系統內部各用戶用水量和供水水壓的要求均能得到滿足。
管網的水力平衡固然需要依靠設計的優化，但現場的調試工作是實現設計的關鍵。工業循環冷卻水系統管網水力平衡調試是一項系統工程，包括調試技術、組織管理、運行機制等方方面面的工作。本文主要從技術上對管網系統調試的方法進行了分析和探討(循環水處理設備的調試不在本文討論范圍之內)。
3.水力平衡調試的方法
3.1調試前的前期工作
調試的前期技術工作主要是編寫調試的技術文件，即調試大綱。調試大綱的內容體現了整個工業循環水管網的基本技術信息，對于工業循環水管網的生產調試工作具有指導意義。
管網水力平衡調試大綱的主要內容應包括如下內容。
3.1.1循環水用戶的設備功能描述
該功能描述主要闡述循環水是對各工藝用戶的作用以及在用戶中工作的原理。充分了解工業循環冷卻水相應用戶中如何工作以及對用戶重要性，對于開展調試工作是非常有益的。
3.1.2循環水系統的功能描述
按循環水介質分類，工業循環水系統通常可分為純水(或軟水)密閉式循環水系統、敞開式工業凈循環水系統、濁循環水系統等。
敞開式工業凈循環水系統、濁循環水系統常規流程為：循環供水泵啟動后，循環冷卻水給水經水泵加壓后由管網送至用戶，再回水至循環水處理冷卻塔或水池。密閉式循環水系統常規流程為：水處理站循環供水泵出水→工藝設備→板式換熱器(蒸發空冷器)→回水至水處理站循環供水泵，在密閉式工業循環冷卻水系統設有膨脹水箱，一般膨脹水箱與安全水箱合用，膨脹水箱通大氣，設置于整個管網的最高處。
在調試大綱中應按系統分別對各循環水系統加以明確描述。
3.1.3水量平衡圖
水量平衡圖中應體現相應的循環水系統的主工藝流程以及各循環水用戶的用水水量及供回水壓力要求。水量平衡圖應按不同的系統分別繪制，每個系統的水量平衡圖內應包括該系統內的所有用戶。上述內容在設計單位提供的施工圖中通常會有所體現，但是在編寫調試大綱時應該對施工圖的內容進行消化、分解、重組，以期滿足調試的要求。
附圖一為某敞開式工業凈循環水系統的水量平衡圖，通過該水量平衡圖，調試人員應能清楚的獲得用戶所屬循環水系統、該循環水系統的主要工藝流程、用戶所需水量、供水和回水壓力等信息。
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3.1.4制作循環水系統調試技術參數表
對各循環水系統中用戶、循環水管道以及管網系統中各主要自動控制閥門、手動閥門、計量儀表、膨脹水箱等的設置情況進行列表，制作循環水系統調試技術參數表。
用戶的設置情況應包括平面位置和標高、用戶接口管徑，循環水管道的設置情況應包括循環水管道的具體管道走向、管徑和工作壓力等，自動閥門、手動閥門、計量儀表等的設置情況應包括該設備的型號、規格參數、量程等。膨脹水箱的設置情況應包括膨脹水箱具體位置、水箱調節容積、水箱總容積及水箱附屬閥門情況等。技術參數表應按不同的系統分別繪制，每張列表應包括該系統內的所有用戶。
大型工業循環水系統一般由用戶設備、循環水管網、循環供水泵、循環水管網上的各種閥門、計量儀表等組成。閥門、儀表等是調試的關鍵，必須予以高度的重視。
下表參照附圖一所做某敞開式工業凈循環水系統的調試技術參數表，供參考。
表一 循環水系統調試參數表
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3.2調試前的準備工作
3.2.1管道檢查工作
在開始調試前，首先要對管網系統的所有管道做檢查工作。循環水管道均為一供一回，很容易在施工過程中產生管道誤接、供回水管道接反的現象，因此必須按照設計圖紙對所有架空敷設、管廊內附設的循環水管道、管道與設備的交接口進行嚴格的檢查工作，包括檢查管道標記是否有標錯等。
3.2.2閥門檢查工作
在完成管道檢查工作后，須對循環水管網所有閥門(包括氣動閥門、電動閥門、手動閥門)檢查，確定所有閥門均是否已經按照設計要求處于開啟或關閉狀態，所有氣動、電動閥門的遠程信號是否已經輸出、是否已可以進行遠程控制。
另外，檢查閥門的掛牌是否有誤等。掛牌上標有閥門的型號、規格、介質等常用信息。在實際調試過程中，通常就是通過掛牌來確定閥門的初始狀態的。
3.2.3計量儀表檢查工作
檢查各循環水系統的壓力表、流量計等的選型(包括計量儀表的形式和計量精度等)是否符合設計的要求，以防止因儀表檢測數據有誤使調試工作無法進行的情況產生。
檢查各循環水系統的壓力表、流量計等均是否處于正常的工作狀態，所有遠傳信號是否均已經進入PLC系統。管網的調試就是通過檢測上述儀表的計量數值是否符合設計要求來進行的。
檢查所有參與流量調節、壓力控制的儀表均應檢查是否已經校零并設定為設計值。
3.2.4密閉式循環水系統膨脹水箱的檢查工作
在啟動密閉式循環水系統須先完成膨脹水箱的檢查工作，具體內容包括：安全水箱向外供安全水的閥門應關閉；安全水箱的放空閥門應關閉；安全水箱與密閉式循環水管網相連的管道上如設有閥門，確定該閥門應處于開啟狀態；安全水箱的液位顯示處于正常狀態。
3.3調試過程
工業循環冷卻水系統管網水力平衡 (包括水量和水壓)是一種動態平衡。在管徑、管道長度、管材(管壁粗糙度)、管道布置方式等因素均已經確定的情況下，管網系統的水力平衡調試主要是通過調節管路上的閥門來進行的。
閥門開啟度大小的改變可以改變管路系統的局部水頭損失，從而改變管路系統總的水頭損失，進而對循環水管網的管路特性曲線產生影響，最終對管路實際運行的工況點產生影響。閥門開啟度大，水頭損失就小；閥門開啟度小，水頭損失就大。從管路特性曲線可以看出，當管路水頭損失變大時，相應的允許通過管道的流量會相應變小；當管路水頭損失變小時，相應的允許通過管道的流量會相應變大。
再結合循環水加壓泵的水泵特性曲線來看，當通過管道的流量變小時，水泵的出水流量也變小，水泵的揚程會相應提高，總的供水壓力也會升高；當通過管道的流量變大時，水泵的出水流量也變大，水泵的揚程會降低，總的供水壓力也會降低。
所以，當將循環水管路上的某個閥門的開啟度調小，可以減小該閥門所處的管路的流量，該閥門之前的管道壓力會有所抬升，但閥門之后的管道壓力會下降；當將循環水管路上的某個閥門的開啟度調大，可以增大該閥門所處的管路的流量，該閥門之前的管道壓力會有所下降，閥門之后的管道壓力會更接近于閥門之前的壓力。上述的這種變化有一個前提，那就是循環水總管流量、壓力的變化不會超過水泵特性曲線本身的變化范圍(包括流量和壓力)；而循環水支管流量、壓力的變化范圍不會超過上一級循環水管道的管路特性曲線的變化范圍(包括流量和壓力)。這是進行管網水力調節最根本的理論依據。
另外，在循環水管網的調試過程中必須明確先主管后支管、先大用戶后小用戶、先粗調后精調的水力平衡調試原則。
3.3.1敞開式工業循環水管網的調試
敞開式工業循環水管網調試工作相對簡單。
根據先主管后支管的原則，在全部用戶循環水支管上的閥門均處于開啟狀態的情況下，首先應調節每個循環水系統供水、回水總管上的閥門，并密切關注循環水總管上流量、壓力的變化情況。
如果循環水總管供水壓力值高于設計壓力、流量小于設計流量，應調大用戶循環供水總管上閥門的開啟度，以減小管路局部水頭損失。根據管道特性曲線，循環水量會相應增加，閥前壓力會降低，由于閥門開啟度增大，閥后壓力與閥前壓力之差也變小，因而總的循環水供水壓力將會下降。
如果供水管上壓力值低、流量大，應調小用戶循環回水總管上閥門的開啟度，以增加管路局部水頭損失。根據管道特性曲線，循環水量會相應減小，閥前壓力會升高，則總的循環供水壓力將會上升。
循環供回水總管上調節閥門的最終目的應是使循環供水總管上壓力、流量與水處理站循環供水泵的流量、揚程參數相匹配。水力平衡的粗調試工作也相應完成了。
通常每個循環水系統有多個用戶，每個用戶都可以作為一個小循環水系統。循環水主管調試完畢后，應立即調試各支管用戶。調試各支管用戶應根據調試大綱中的水量平衡圖所確定的水量和水壓要求進行調節。調試基本原則與主管調試相同。對每個用戶進行水力平衡調試也就是所謂的精調工作。
循環水管網中，大用戶循環水量大，小用戶循環水量小，大用戶對整個循環水管網的影響大，小用戶對整個循環水管網的用戶小，在多個用戶中應優先調試大用戶。
所有調節閥門調試完畢后，均應加鎖以確保閥門的開啟度在不經生產許可的前提下，不可以隨意更改設置。
3.3.2密閉式工業循環水管網的調試
密閉式循環水系統常用于工業關鍵設備的間接冷卻。密閉式循環水系統內循環水基本與外界隔絕，以確保水質。其調試工作相對復雜。
首先，應對整個管網系統(包括工藝設備)充滿循環水，充水工作一般由循環水系統專設的補水泵完成。一般在工廠中，膨脹水箱兼做安全水箱，該水箱設置在整個管網系統的最高處。因此，由水箱內的液位以判定整個管網是否處于充滿狀態。
接下來，啟動1臺循環供水泵，不要求水泵按照設計的流量、揚程工作，其主要目的是排除密閉式管網中的積氣。如果管網系統簡單，排除積氣較快，但如果管網系統復雜，則排除積氣可能需要幾周的時間。排除管網中的積氣可通過以下幾處：膨脹水箱、系統內排氣閥、水泵泵殼頂部的旋塞等。隨著系統連續不斷的運轉，系統內的積氣將被逐步排除。通過觀察膨脹水箱內水面情況、系統內排氣閥的排氣狀況、打開循環水泵頂部的旋塞等，應可以做出初步的判斷。
排氣基本結束后，可逐次啟動各循環供水泵。密閉式管網的水力平衡調試的方法基本與敞開式循環冷卻水系統相同。但有一點必須注意，密閉式循環水管網的水泵參數是按照設計的管網水頭損失特別是用戶的水頭損失計算確定的，如果用戶的水頭損失未達到設計值，則原設計的水力平衡將被打破，管網特性曲線也將發生變化，管網系統就很難按照設計的壓力、流量工作。因此，調試密閉式管網的水力平衡的關鍵在調工藝設備內部的壓力損失。通過調整工藝設備內部循環冷卻水管路上的閥門，必須把其水頭損失控制在與原設計值接近的范圍之內。
再者，生產用戶本身的用水過程就是動態的，在實際操作過程中，不能說每時每刻所有的設備都在用水，而設計(包括管網和加壓設備)通常是按照靜態來考慮的，即設計通常是把用戶一直在連續不斷的用水加以考慮的。因此，在調試過程中應試驗當有某個大用戶突然斷水時對整個循環水管網的影響，觀察其壓力變化，以確定是否需要增設相應的調節措施。
3.3.3管網調試中常見的問題及解決辦法
1).密閉式管網流量始終小于設計要求
經反復調節，密閉式管網流量始終小于設計要求。在排除了供水泵設備問題、流量計數值有誤等的前提下，應判斷可能是管網中的積氣造成的。
工業循環水管網十分復雜，管道須要避讓工藝設備、其它管線以及土建的平臺、柱子、基礎等，因此管道的上下翻越是普遍的現象。管網中的積氣往往難于迅速排除。管網中有積氣，就會造成氣水混合流，管道中的流量就會下降，甚至會出現管道振動的現象。
在此情況下，可檢查各自動排氣閥是否正常，另外可開啟各種手動排氣裝置(包括水泵泵殼頂部的旋塞、手動排氣閥等)進行排氣。
2).密閉式管網壓力突然升高
密閉式管網系統突然出現管網壓力急速抬升的現象。這種的情況的發生，可初步判斷為管路中出現了堵塞，可能是循環水主干管上的閥門出現了故障，即閥門的顯示狀態為打開，但實際閥門處于關閉狀態或是閥板脫落阻塞了管道，從而導致流量的急速減小，使循環水供水總管的壓力大幅度增加。
在這種情況，應逐步排查各閥門的狀況，尋找故障點。
3).工業循環水系統設備接口處供水管的壓力小于回水管的壓力
在調試過程中，可能會發現有設備接口處供水管的壓力小于回水管的壓力，這種狀況如果是壓力表正常，那就是說明循環供水和回水管接錯了，應立即對管道進行排查。
3.4調試后的數據整理工作
調試工作結束后，應對所有調試數據進行整理，特別是各調節閥門的開啟度及相應的壓力表、流量計等顯示的數值加以記錄。
4.總結
綜上所述，工業循環水系統內用戶多、生產運行情況復雜。水力平衡工作就是要通過生產前的調試，使管網系統內各用戶的用水要求均得到滿足。水力平衡要做到技術上可行并便于生產維護，必須有周密的考慮和反復的實踐。
作者簡介：金亞飚(1975-)，男，漢族，江蘇常熟人，工程師，同濟大學環境工程學院給水排水工程專業本科畢業，學士學位，現主要從事鋼鐵工業給排水設計工作,Email jinyabiao@baosteel.com，電話021-66786678-3172。
