工业循环冷却水系统管网水力平衡调试
来源： 阅读：6554 更新时间：2009-10-22 10:501.水力平衡调试的意义
工业循环冷却水系统不仅系统复杂、用户多、水量大，而且用户分散，用户位置的高低和用水量的大小也往往不同。在生产前的管网水力平衡调试工作十分重要，否则容易导致循环冷却水系统各用户之间水力不平衡，影响生产、浪费水资源和能源，有的工艺设备用水点的用水量和供水压力要求始终偏小得不到满足；有的工艺设备用水点剩余水头过多，在大量泄水或处于超压状态。
2.水力平衡调试的任务
所谓管网水力平衡调试工作，就是在所有的循环水处理设施、循环水管路、管路上所有的阀门配件等均已经安装完毕、所有用户点的给回水管道均接通的前提下，运用各种调节措施和调节手段，使循环水管路的实际工况点(包括流量、压力)，按接近原设计要求的状态运行，使循环水系统内部各用户用水量和供水水压的要求均能得到满足。
管网的水力平衡固然需要依靠设计的优化，但现场的调试工作是实现设计的关键。工业循环冷却水系统管网水力平衡调试是一项系统工程，包括调试技术、组织管理、运行机制等方方面面的工作。本文主要从技术上对管网系统调试的方法进行了分析和探讨(循环水处理设备的调试不在本文讨论范围之内)。
3.水力平衡调试的方法
3.1调试前的前期工作
调试的前期技术工作主要是编写调试的技术文件，即调试大纲。调试大纲的内容体现了整个工业循环水管网的基本技术信息，对于工业循环水管网的生产调试工作具有指导意义。
管网水力平衡调试大纲的主要内容应包括如下内容。
3.1.1循环水用户的设备功能描述
该功能描述主要阐述循环水是对各工艺用户的作用以及在用户中工作的原理。充分了解工业循环冷却水相应用户中如何工作以及对用户重要性，对于开展调试工作是非常有益的。
3.1.2循环水系统的功能描述
按循环水介质分类，工业循环水系统通常可分为纯水(或软水)密闭式循环水系统、敞开式工业净循环水系统、浊循环水系统等。
敞开式工业净循环水系统、浊循环水系统常规流程为：循环供水泵启动后，循环冷却水给水经水泵加压后由管网送至用户，再回水至循环水处理冷却塔或水池。密闭式循环水系统常规流程为：水处理站循环供水泵出水→工艺设备→板式换热器(蒸发空冷器)→回水至水处理站循环供水泵，在密闭式工业循环冷却水系统设有膨胀水箱，一般膨胀水箱与安全水箱合用，膨胀水箱通大气，设置于整个管网的最高处。
在调试大纲中应按系统分别对各循环水系统加以明确描述。
3.1.3水量平衡图
水量平衡图中应体现相应的循环水系统的主工艺流程以及各循环水用户的用水水量及供回水压力要求。水量平衡图应按不同的系统分别绘制，每个系统的水量平衡图内应包括该系统内的所有用户。上述内容在设计单位提供的施工图中通常会有所体现，但是在编写调试大纲时应该对施工图的内容进行消化、分解、重组，以期满足调试的要求。
附图一为某敞开式工业净循环水系统的水量平衡图，通过该水量平衡图，调试人员应能清楚的获得用户所属循环水系统、该循环水系统的主要工艺流程、用户所需水量、供水和回水压力等信息。
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3.1.4制作循环水系统调试技术参数表
对各循环水系统中用户、循环水管道以及管网系统中各主要自动控制阀门、手动阀门、计量仪表、膨胀水箱等的设置情况进行列表，制作循环水系统调试技术参数表。
用户的设置情况应包括平面位置和标高、用户接口管径，循环水管道的设置情况应包括循环水管道的具体管道走向、管径和工作压力等，自动阀门、手动阀门、计量仪表等的设置情况应包括该设备的型号、规格参数、量程等。膨胀水箱的设置情况应包括膨胀水箱具体位置、水箱调节容积、水箱总容积及水箱附属阀门情况等。技术参数表应按不同的系统分别绘制，每张列表应包括该系统内的所有用户。
大型工业循环水系统一般由用户设备、循环水管网、循环供水泵、循环水管网上的各种阀门、计量仪表等组成。阀门、仪表等是调试的关键，必须予以高度的重视。
下表参照附图一所做某敞开式工业净循环水系统的调试技术参数表，供参考。
表一 循环水系统调试参数表
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3.2调试前的准备工作
3.2.1管道检查工作
在开始调试前，首先要对管网系统的所有管道做检查工作。循环水管道均为一供一回，很容易在施工过程中产生管道误接、供回水管道接反的现象，因此必须按照设计图纸对所有架空敷设、管廊内附设的循环水管道、管道与设备的交接口进行严格的检查工作，包括检查管道标记是否有标错等。
3.2.2阀门检查工作
在完成管道检查工作后，须对循环水管网所有阀门(包括气动阀门、电动阀门、手动阀门)检查，确定所有阀门均是否已经按照设计要求处于开启或关闭状态，所有气动、电动阀门的远程信号是否已经输出、是否已可以进行远程控制。
另外，检查阀门的挂牌是否有误等。挂牌上标有阀门的型号、规格、介质等常用信息。在实际调试过程中，通常就是通过挂牌来确定阀门的初始状态的。
3.2.3计量仪表检查工作
检查各循环水系统的压力表、流量计等的选型(包括计量仪表的形式和计量精度等)是否符合设计的要求，以防止因仪表检测数据有误使调试工作无法进行的情况产生。
检查各循环水系统的压力表、流量计等均是否处于正常的工作状态，所有远传信号是否均已经进入PLC系统。管网的调试就是通过检测上述仪表的计量数值是否符合设计要求来进行的。
检查所有参与流量调节、压力控制的仪表均应检查是否已经校零并设定为设计值。
3.2.4密闭式循环水系统膨胀水箱的检查工作
在启动密闭式循环水系统须先完成膨胀水箱的检查工作，具体内容包括：安全水箱向外供安全水的阀门应关闭；安全水箱的放空阀门应关闭；安全水箱与密闭式循环水管网相连的管道上如设有阀门，确定该阀门应处于开启状态；安全水箱的液位显示处于正常状态。
3.3调试过程
工业循环冷却水系统管网水力平衡 (包括水量和水压)是一种动态平衡。在管径、管道长度、管材(管壁粗糙度)、管道布置方式等因素均已经确定的情况下，管网系统的水力平衡调试主要是通过调节管路上的阀门来进行的。
阀门开启度大小的改变可以改变管路系统的局部水头损失，从而改变管路系统总的水头损失，进而对循环水管网的管路特性曲线产生影响，最终对管路实际运行的工况点产生影响。阀门开启度大，水头损失就小；阀门开启度小，水头损失就大。从管路特性曲线可以看出，当管路水头损失变大时，相应的允许通过管道的流量会相应变小；当管路水头损失变小时，相应的允许通过管道的流量会相应变大。
再结合循环水加压泵的水泵特性曲线来看，当通过管道的流量变小时，水泵的出水流量也变小，水泵的扬程会相应提高，总的供水压力也会升高；当通过管道的流量变大时，水泵的出水流量也变大，水泵的扬程会降低，总的供水压力也会降低。
所以，当将循环水管路上的某个阀门的开启度调小，可以减小该阀门所处的管路的流量，该阀门之前的管道压力会有所抬升，但阀门之后的管道压力会下降；当将循环水管路上的某个阀门的开启度调大，可以增大该阀门所处的管路的流量，该阀门之前的管道压力会有所下降，阀门之后的管道压力会更接近于阀门之前的压力。上述的这种变化有一个前提，那就是循环水总管流量、压力的变化不会超过水泵特性曲线本身的变化范围(包括流量和压力)；而循环水支管流量、压力的变化范围不会超过上一级循环水管道的管路特性曲线的变化范围(包括流量和压力)。这是进行管网水力调节最根本的理论依据。
另外，在循环水管网的调试过程中必须明确先主管后支管、先大用户后小用户、先粗调后精调的水力平衡调试原则。
3.3.1敞开式工业循环水管网的调试
敞开式工业循环水管网调试工作相对简单。
根据先主管后支管的原则，在全部用户循环水支管上的阀门均处于开启状态的情况下，首先应调节每个循环水系统供水、回水总管上的阀门，并密切关注循环水总管上流量、压力的变化情况。
如果循环水总管供水压力值高于设计压力、流量小于设计流量，应调大用户循环供水总管上阀门的开启度，以减小管路局部水头损失。根据管道特性曲线，循环水量会相应增加，阀前压力会降低，由于阀门开启度增大，阀后压力与阀前压力之差也变小，因而总的循环水供水压力将会下降。
如果供水管上压力值低、流量大，应调小用户循环回水总管上阀门的开启度，以增加管路局部水头损失。根据管道特性曲线，循环水量会相应减小，阀前压力会升高，则总的循环供水压力将会上升。
循环供回水总管上调节阀门的最终目的应是使循环供水总管上压力、流量与水处理站循环供水泵的流量、扬程参数相匹配。水力平衡的粗调试工作也相应完成了。
通常每个循环水系统有多个用户，每个用户都可以作为一个小循环水系统。循环水主管调试完毕后，应立即调试各支管用户。调试各支管用户应根据调试大纲中的水量平衡图所确定的水量和水压要求进行调节。调试基本原则与主管调试相同。对每个用户进行水力平衡调试也就是所谓的精调工作。
循环水管网中，大用户循环水量大，小用户循环水量小，大用户对整个循环水管网的影响大，小用户对整个循环水管网的用户小，在多个用户中应优先调试大用户。
所有调节阀门调试完毕后，均应加锁以确保阀门的开启度在不经生产许可的前提下，不可以随意更改设置。
3.3.2密闭式工业循环水管网的调试
密闭式循环水系统常用于工业关键设备的间接冷却。密闭式循环水系统内循环水基本与外界隔绝，以确保水质。其调试工作相对复杂。
首先，应对整个管网系统(包括工艺设备)充满循环水，充水工作一般由循环水系统专设的补水泵完成。一般在工厂中，膨胀水箱兼做安全水箱，该水箱设置在整个管网系统的最高处。因此，由水箱内的液位以判定整个管网是否处于充满状态。
接下来，启动1台循环供水泵，不要求水泵按照设计的流量、扬程工作，其主要目的是排除密闭式管网中的积气。如果管网系统简单，排除积气较快，但如果管网系统复杂，则排除积气可能需要几周的时间。排除管网中的积气可通过以下几处：膨胀水箱、系统内排气阀、水泵泵壳顶部的旋塞等。随着系统连续不断的运转，系统内的积气将被逐步排除。通过观察膨胀水箱内水面情况、系统内排气阀的排气状况、打开循环水泵顶部的旋塞等，应可以做出初步的判断。
排气基本结束后，可逐次启动各循环供水泵。密闭式管网的水力平衡调试的方法基本与敞开式循环冷却水系统相同。但有一点必须注意，密闭式循环水管网的水泵参数是按照设计的管网水头损失特别是用户的水头损失计算确定的，如果用户的水头损失未达到设计值，则原设计的水力平衡将被打破，管网特性曲线也将发生变化，管网系统就很难按照设计的压力、流量工作。因此，调试密闭式管网的水力平衡的关键在调工艺设备内部的压力损失。通过调整工艺设备内部循环冷却水管路上的阀门，必须把其水头损失控制在与原设计值接近的范围之内。
再者，生产用户本身的用水过程就是动态的，在实际操作过程中，不能说每时每刻所有的设备都在用水，而设计(包括管网和加压设备)通常是按照静态来考虑的，即设计通常是把用户一直在连续不断的用水加以考虑的。因此，在调试过程中应试验当有某个大用户突然断水时对整个循环水管网的影响，观察其压力变化，以确定是否需要增设相应的调节措施。
3.3.3管网调试中常见的问题及解决办法
1).密闭式管网流量始终小于设计要求
经反复调节，密闭式管网流量始终小于设计要求。在排除了供水泵设备问题、流量计数值有误等的前提下，应判断可能是管网中的积气造成的。
工业循环水管网十分复杂，管道须要避让工艺设备、其它管线以及土建的平台、柱子、基础等，因此管道的上下翻越是普遍的现象。管网中的积气往往难于迅速排除。管网中有积气，就会造成气水混合流，管道中的流量就会下降，甚至会出现管道振动的现象。
在此情况下，可检查各自动排气阀是否正常，另外可开启各种手动排气装置(包括水泵泵壳顶部的旋塞、手动排气阀等)进行排气。
2).密闭式管网压力突然升高
密闭式管网系统突然出现管网压力急速抬升的现象。这种的情况的发生，可初步判断为管路中出现了堵塞，可能是循环水主干管上的阀门出现了故障，即阀门的显示状态为打开，但实际阀门处于关闭状态或是阀板脱落阻塞了管道，从而导致流量的急速减小，使循环水供水总管的压力大幅度增加。
在这种情况，应逐步排查各阀门的状况，寻找故障点。
3).工业循环水系统设备接口处供水管的压力小于回水管的压力
在调试过程中，可能会发现有设备接口处供水管的压力小于回水管的压力，这种状况如果是压力表正常，那就是说明循环供水和回水管接错了，应立即对管道进行排查。
3.4调试后的数据整理工作
调试工作结束后，应对所有调试数据进行整理，特别是各调节阀门的开启度及相应的压力表、流量计等显示的数值加以记录。
4.总结
综上所述，工业循环水系统内用户多、生产运行情况复杂。水力平衡工作就是要通过生产前的调试，使管网系统内各用户的用水要求均得到满足。水力平衡要做到技术上可行并便于生产维护，必须有周密的考虑和反复的实践。
作者简介：金亚飚(1975-)，男，汉族，江苏常熟人，工程师，同济大学环境工程学院给水排水工程专业本科毕业，学士学位，现主要从事钢铁工业给排水设计工作,Email jinyabiao@baosteel.com，电话021-66786678-3172。
