西气东输淮阳压气站冷却水塔铜管冻裂分析

摘要：本文从冷却水塔的结构及原理出发，深刻剖析了淮阳站冷却塔铜管冻裂的原因，并提出了相应的改进措施及建议。

关键词：冷却塔铜管冻裂

冷却水塔是西气东输管道电驱压缩机组的重要附属设施，作用是给电机外循环水冷却，一方面冷却后的外循环水进入电机内部换热器，对内部热空气进行冷却，保证电机绕组等重要部位的温度保持在允许的范围之内，另一方面，外循环水进入变频器，对内部的去离子水进行冷却，从而保证变频器内部元器件不会因为温度过高而失效，因此，冷却水塔对于电机及压缩机组的运行有着重要的意义。

冷却水塔的结构和原理

图1 循环水冷却系统原理图

可以看出，循环水通过水泵房内泵加压后，循环水流过冷水机组，然后分为两部分，一方面给电机冷却，另一方面给变频器冷却，冷却后的回水由于带走电机和变频器的热量，温度较高，回水过程中，又经过冷却水塔对其进行冷却，最后回到水泵房，反复循环此过程，确保电机和变频器正常运行所需的温度。

图中显示，每个冷却塔内部管网主要分为两个系统：

第一，冷却塔主循环水系统，是直接用来与电机和变频器进行换热的水系统，它的构成主要是由汇管、铜管以及铜管之间分布的填料组成，以增大散热面积。

图2 内部汇管、铜管和填料 图3 冷却水塔内部结构图

第二，冷却塔外循环水系统，它是给主循环水冷却的，主要是通过水泵把冷却塔底部的水抽到冷却塔上部壳体夹层内，沿着壳体下方的小孔往下喷淋，通过水流过填料和铜管的过程中，带走热量，起到冷却的效果；同时，在每个冷却塔上部的两个冷却风扇也在很大程度上带走了热量，起到冷却效果。

淮阳压气站冷却水塔铜管冻裂分析

在寒冷的冬天，冷却塔铜管由于横截面积小，而且水平摆放，内部的水在流速缓慢或堵塞的情况下容易结冰而产生冻涨，在西气东输许多电驱机组的站场上都出现过，但是出现的大多数都是备用冷却塔冻胀的问题，解决的方法是对备用冷却塔内部循环水放空，并用仪表风对管网内部进行吹扫，直到干燥为止；另一种方法就是在不放空的情况下，保持管网内水流的压力和流速，从而防止冷却塔铜管冻裂。

尽管以上两种方法可以在很大程度上解决冻涨的问题，但是并非所有的情况都能避免，下面就是淮阳压气站冷却水塔铜管冻裂的实例。

2.1 事件经过：

2010年2月10日，淮阳地区下大雪，此时站内两台压缩机处于热备状态，冷却水塔系统在串联状态运行之中，冷却塔底部的外循环水已经放空，四个风扇没有运行，两台热泵机组均运行，站里组织人员对水塔覆盖篷布，对冷却水塔进行了保暖。

2月10日夜里，雪开始下大，站内路面有结冰现象，估测有4―5级的偏北风，环境温度在-7℃―-10℃，气候条件比较恶劣，主循环泵的出口温度在10℃以上。晚上22点50分左右，外电发生第一次波动，此次造成空压机停机，深井泵停运。经向当地电力部门了解，是因为天气造成的电网电压波动，在晚间十点到凌晨三点间，总共有四次外电波动比较大，还有数次小的外电波动，直接造成站内空压机、冷却塔循环水泵、深井泵、热泵机组及干气密封电加热器断电停运，由于这些设备都不具备来电恢复的功能，所以每次波动后，需由站内人员去现场手动开启设备，尽管动作比较迅速，但还是难以避免地造成了冷却水塔在期间有数次停运，每次时间在10―15分钟左右，当时气温在零下9度，每次启机后均密切观察了循环水泵出口温度在10℃以上。

2月11日，雪停、刮风，气温有所回升，下午2点，值班人员发现冷却水塔出口压力持续下降，便立即前去现场查看情况，进入水塔后发现有流水的声音，抽除部分塑料填充物后发现一排铜管在转弯处已经冻裂。进一步检查发现两个冷却水塔均有铜管内结冰造成的开裂，其后，各方面人员经过一天一夜的抢修，于12日20：00时，冷却水塔全部恢复完毕。

图4 铜管冻裂图5 冷却水塔铜管拆除及更换

2.2 原因分析

分析这次铜管冻裂的原因，主要是由于外电波动，造成在室外气温只有-7℃的情况下出现的多次冷却水循环水泵、热泵机组停机，直接造成了冷却水塔内铜管出现表面结冰，管体温度迅速下降。由于某一根管路堵塞并不会影响整体的循环水流动，而且几根冻裂的铜管段已经被冰完全封闭，并不会造成循环水压力和流量的显著变化，因此站内人员虽然检查了水塔进出口主汇管的温度，流量等参数，但是仍不能发现铜管已经冻裂。

改进措施

针对冷却水塔铜管冻裂的原因，特提出以下几点改进措施：

从空压机房接一路仪表风管线到循环水塔，并制作好快速接头，这样在紧急情况下，能利用仪表风对管线进行吹扫。在寒冷的冬天，如果冷却水塔备用，要及时放掉其中水，并用仪表风吹扫管线，保证铜管内干燥；

在冷却水塔四周建立彩钢房，内设空调或者加装暖气片，这样可以冬天保温夏天制冷，有效解决寒冷天气散热管冻裂和炎热天气电机温度过高的影响。

如果不方便建彩钢房，可以做个冷却塔罩，外面用帆布，可以挡雨，里面用保温棉等材料，将备用冷却塔罩住，这样保证内循环水有一定温度，而且内循环水一直在循环，备用塔内就可以保持在0℃以上，铜管就不会冻裂。

从发电机房接出一路电源线给循环水泵供电，这样在外电中断时可以紧急用发电机带动循环水泵运转，以确保管网内部循环水的流动及压力，防止冻裂。

综上所述，考虑实际情况，可采用给冷却塔做保温罩，以及接临时电源以保证循环水泵在外电停电状态下能持续运行的办法，来保证冷却塔的安全平稳运行。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。