浅析冷却塔组溢水问题

简介：本文针对某中央空调的冷却塔溢水的故障现象，进行了原因分析。认为原设计中，冷却水系统的流量计算偏大。针对问题提出了解决方案。

关键字：冷却水系统、冷却塔溢水、改造

1工程概况及系统概述

笔者参建的某综合楼，建筑面积为85000平方米，由六块区域组成，主机房位于一区地下室，共四台主机，其中三台制冷量为2720000 Kcal/h（900冷吨），一台1810000 Kcal/h（600冷吨），四台冷却塔分别对应四台主机，三大一小，位于五区天面。四台冷却塔的进水独立设置，管径DN350，回水管则是四根DN250的支管汇集到一根DN500的总管流回主机。本工程制冷系统原理图如下：

2多个冷却塔组溢水故障情况

该空调系统运行以来，由于为初期，好多部门没有搬迁进来，昼间开启一台离心制冷机组及相应的冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔。当运行于此种运行模式时，开机的冷却塔发生溢水现象，而没有开机的冷却塔补水盘内的水位下降，补水浮球持续补水，其示意图见下图，当四台主机及冷却塔轮换运行时，溢水现象依旧发生。但当四台冷却塔同时开启时（四台离心制冷机组及水泵同时开启），无溢水现象发生。

溢水原因分析

3.1初步分析

根据现场的情况，初步分析为四台塔之间无平衡管。初步进行了将增加平衡管的改造，采用Φ273的无缝钢管将四台塔在底部水盘连通起来。改造完成后，根据冷却塔存水盘的深度尺寸，依靠重力自流的水位差约为200毫米，根据水管的局部阻力情况，最大的通过能力约为130立方米每小时，经实际运行后发现溢水现象依旧存在，说明过水能力仍然不能满足要求。

为将问题简单化，关闭两台冷却塔的底部水盘的阀门，只对两台冷却塔进行分析：

现场进行手动阀门控制，将手动阀门BV04关闭，单机运行冷却塔CT-01，溢水现象消失，达到正常运行。用下面示意简图可清楚的反映症结所在：当单台冷却塔运行时，Q2的流量约为零（实际电动阀门关闭不严，有泄露），水盘出水端安装有两个手动蝶阀（长开状态），假设循环流量Q1为300m3/h，回水Q3、Q4为150 m3/h（实际水量不为平均分配），当Q5的通过能力为130 m3/h时，运行冷却塔的水盘1出现溢水现象，而停机冷却塔水盘2出现持续补水状态。当手动关闭BV04阀门后，相当于加大了Q3的流量，两个水盘恢复正常状态。

在现场的调试过程中还进行了以下试验：当将冷却水泵的出水阀门关小至约40%的开度时（手动蝶阀的流量调节功能），只需将BV04阀门关小至约60%开度就可以保证两个水盘恢复正常状态。

3.2进一步分析

按平衡公式计算冷却水量。冷却水量取决于冷水机组冷凝器的散热量和冷却水供、回水温差：

式中――冷凝器散热量，kW

W――冷却水量，

――冷却水供、回水温差，

――水的比热，kJ/（kg）

对一般的蒸汽压缩式制冷：

＝（1.2～1.3）

式中――冷水机组制冷量，kW

本工程中离心制冷机组冷却水供、回水温差按常规5℃温差计，900冷吨换算成千瓦单位为900×3.517＝3165.3kW，值取1.2倍。这样计算出额定冷却水流量约为650m3/h。

而平衡管流量Q5的通过能力仅为130m3/h，而冷却泵的流量为840 m3/h因此，即使加上了平衡管溢水故障依然存在。此过程说明说明当单台水泵运行时，流量大大超过了冷水机组需求的额定流量。

4解决措施和建议

找到了故障的根源后就不难找到解决办法，采取的方式主要有如下三条：

通过增大连通口数目及减小局部阻力系数，继续增大连通水管的通过能力。

将出水的两个手动阀门改为受电信号控制的电动阀门。

对冷却水泵进行变频控制，确定单台运行与并联运行各自的频率控制数值，进行分工况控制。

根据目前的实际情况及改造费用，整改单位主要选择了第二种方式进行改造。通过此问题的解决，项目部各人员分析问题的能力都有所提高。对于冷却塔的设备制造商在水盘的深度设计时，应考虑此部分的因素，在成组布置的冷却塔之间应考虑连通的设计。对于设计单位应进行详细的水力计算，重视并仔细落实水泵并联运行与单台运行的工况，合理设置阀门。

5结束语

综合楼各机电系统中通风空调能耗是运营成本的“大户”，如何实现经济运行必须从设计、施工开始。熟悉各个系统的功能、用途，了解设备的工作和控制原理，对合理设计和正确运行空调系统是十分必要的。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。