暖通设计通病分析3-冷却水系统设计

冷却水系统设计
1、水击
现象：不少工程中用离心制冷机，冷却塔与机组对应设置并联运行，水击声严重，管道振动，甚至使周围设备移动。

原因：
（1）并联冷却出水管路系统中的阻力差虽过大，引起存水盘中水位不等，有的水盘中已该补水，而其它水盘中可能还溢流，以致从水位低的水盘中将空气吸管网，管道系统中带有空气，引起严重的水锤，拉坏吊架，推动设备。

（2）水盘的容积小，不足以容纳水泵停止时流入其中的水，而将一部分水溢流，待再次起动时，又水量不足，吸入空气造成水锤。

（3）塔的水盘与泵水平距离太远，空气混入水中，进入水泵并压入管道中，产生水锤使用水泵出水管损坏，如将管固定则支架损坏。

对策：
（1）设计冷却塔的管路时，第一条必须要记住的是水泵在任何时候必须有水充满。

水池至水泵的管道必须是自流的，即水平管必须坡向水泵，流速放低，管径加大，防止泵的空化。

（2）加大水池或降低水泵。

（3）水泵吸入口的过滤器要经常清洗，特别是试运行期间。

2、一边溢流，一边补水
现象：多台并联的冷却塔，采用自动控制运行时，在冷却塔的进水管上装自动调节阀，而塔的出水管上未装。

当冷却塔单台运行时，用的那台冷却塔水盘中水位上升，引起溢流，而其他不运行塔的水盘中则需补水。

原因：冷却塔的进出水管道全为并联，进水管上装了自动阀门，出水管道上未装。

在单台塔运转时，由于运行的塔出水少，进水多故溢流，不运行的塔进水阀关闭，但出水管连通，照样出水，所以水位下降而需补水。

对策：
1.各出水支管上装控制阀，与进水管上的阀成对动作。

2. 在各塔之间的加平衡管，并加大出水管的共用管段的管径。

现象：并联的冷却塔中水位不一样高。

一个冷却塔补水，而另一个冷却塔溢流，浪费严重。

也可由于水位不一样高，水泵中吸入了空气，引起管路系统的失败，造成运行时，水击振很大，甚至使设备移动。

（1）当几台冷却塔有大有小连在一起时，设计的塔座一样高，但塔的各部分尺寸不同而造成塔中水位不一样高。

如图2.8.2-1A、B两塔，基础高度均为200mm，但A塔为300m3/h，其水盘高度为614mm；而B塔为50m3/h，水盘高度为445mm 该两塔并联使用，B塔必然溢流。

（2）由于冷却到水泵的接管中阻力不平衡，造成塔的水盘水位不一样，一个冷却塔中要补水，而另一个冷却塔中却外溢水。

现象：冷却塔集水盘中的问题
（1）停泵时有水溢流，开泵时系统水击严重。

原因：集水盘的容积过小，不足以接收水泵停止时打入塔中的水，而将一部分水溢流。

当运行时泵会吸入空气，造成系统中水击。

对策：有一工程出现了这一问题，后来将吸水的积水坑加深，并将水泵的位置降低，使空气吸不进系统，消除了水击，避免了停泵溢水。

（2）另一个系统是有一个远离的水池，不进入水池时产生搅动，造成大量空气被泵吸入，产生水击，破坏水泵出口管系统。

将管道固定，结果将固定架弄坏。

原因：水泵吸入了空气。

对策：后修改了水流入池子的流型，使变为平静的水位而解决了水击问题。

现象之四：水泵吸入管系统的问题。

如图2.8.2-2塔的出水管返上去3~5m且速度很大，结果起动和运行经常产生问题。

原因：水泵的吸水扬程有限，设计应当考虑。

须记住水泵体内必须注满水。

对策：将冷却塔的出水管改为自流至水泵，使泵的叶轮浸在水中，而且接至泵的水管要坡向水泵，且要速度小些。

3、冷却水循环泵的位置不对
现象：某工程地上10层，地下4层，屋面上还有塔楼3层。

5层上有一计算机房，采用了水冷机组，冷却塔设在塔楼顶上，水泵设在屋面下的塔楼内，且水泵装在冷却塔的进水管上，结果循环不了，而且还产生严重振响。

原因：水泵：的吸入扬程小于管网的阻力。

一般来说，冷却塔的出水管最好是靠重力流入水泵。

冷却水泵的吸入扬程约3~4m米水柱。

对策：将水泵由冷却塔的进水管上改到冷却塔的出水管上之后，一切就正常了，如图2.8.3-1(a)、(b)。

总之，冷却塔的循环水泵在系统中的位置
应设在冷凝器的前边（即将冷却水压入冷
凝器中）而且水泵吸入部分的水平管不宜
太长，水平管应坡向水泵吸入方向，如图
2.8.3-2。

现象：水泵停止后冷却水由于吸而倒流。

某建筑物第二层为公室，采用了水冷整体空调器，作为夏天降温用。

机组冷却水的冷却塔设置在室外地面上，停泵时经常由于倒流而跑水满地。

原因：冷却塔的位置低于整体式空调器的冷凝器，停泵后管内冷却水落入塔中而造成管中真空，产生虹吸，将整个冷却系统中的水吸上而流出。

对策：将冷却水的顶端设一个防止真空的阀，破坏管中真空度，当水泵停止时即不再会生产虹吸现象，使水流失量达到最小，如图2.8.3-3。

现象：某工程制冷机的冷却塔安装在30m高的屋顶上，地下室中设有一水池，制冷机，冷却水泵均在地下室中。

冷却水泵的扬程为60m水柱，水量为300m3/h，水泵的电机容量为75KW，共3台。

运行后觉得耗太大，要求改造。

原因：因冷却水系统开式系统，设了地下水池。

所以水泵的扬程既要满足送水高度(30m)又要克服系统阻力，即水泵的场程为管道阻力、设备阻力与提升扬程三者之和。

所以水泵的动力较大，运行耗电多。

如图2.8.3-6(a)。

对策：改造管道，不再使用地下水池（实际上冷却塔有集水盘，没有必要设水池），将冷却塔的出水管直接接到泵的吸入口，则水泵的扬可以减少到30m水柱。

因为提升扬程由H变为h，而系统阻力不变。

水泵的电机容量减小为40kW，运行能耗一年可节省20多元万，如图2.8.3-6(b)。

4、冷却塔水位控制不好
现象：多台冷却塔与机组对应设置并联运行。

在实际工程中常发现塔溢水量过大，造成大量补水。

原因：
1）分析原因，首先是由于连接管道及阀门的阻力不平衡，冷却塔进出水均匀，出水量小的塔就会溢流，而大的塔却要进行补水。

2）只在供水管上装自动阀门，则水盘中的水位在使用的那个塔中就会降低而引起溢水，但同时其他几个不同塔中水位出现补水。

对策：
1.设计时考虑冷却水系统的管路布置及水力平衡。

2.关上一对阀可以减少塔的容量与冷冻机相适应，而这种阀应为慢关式以防水击。

3.在各塔之间加一根平衡管此时可以省去回水管上的控制阀。

若无法接管时，可以将出水管径的联箱比接至水泵的管子管径放大几倍也可起到平衡水们的作用。

有自动控制时，必须在供、回水管上都装自动阀门，两个阀门同时开，同时关。

5、吸入管段堵塞
现象：
(1)由于过滤器脏而造成空化，水泵不能正常运转。

(2)某制装置的冷却水泵起动后其出水压力上不去，无法开机。

原因：
1、吸水管中阻力太大，管道返上返下窝气。

2、管中未冲洗干净，泥砂甚多。

对策：
1）将水平吸入管道的坡度改好，使其坡向水泵，取消上下返的弯头。

2）及时清除污器。

3）最好在塔底装一个滤网。

6、冷却塔设计参考
（1）选型：各型冷却塔的冷能力（即x t/h）是指该塔在设计工况和气象参数条件下的名义流量。

设计时应根据具体地方的气候条件及塔的服务对象确定塔的工作流量及台数，并留有适当备用系数。

选用冷却塔时除应考虑其冷却效率、电耗、噪场、价格等因素外，还应根据防炎要求及环境条件优先选用阻燃的冷却塔。

（2）安装位置：做初步设计时，对冷却塔的位置即应予以慎重的考虑。

冷却塔的噪声较大，故其安装位置应尽量选择避免影响其他房间。

与住宅及办公楼应保持一定距离，使冷却塔的噪场衰减到：白天≤55dB(A)，夜间≤45dB（A）。

且不宜设置于中间的屋顶上或地上，最好放在建筑物的最高层。

如图2.8.6-1。

（3）重量：按日本资料，冷却塔的重量，横型敏m2相当于0.8t，立型约2~3t
左右。

国产冷却塔可按样样取用。

以国产BLS型低噪声冷却塔为例，列于表2.8.6-1。

（4）接管：冷却塔周围的接管，应注意以下几点：
1）冷却塔的出水管必须靠重力返回水泵，不得弯上弯下。

距水泵吸入口处最好能有5倍管径长度的直管段，以不影响水泵交率。

2）对几台并联工作的冷却塔，水量分配会不平衡，极易造成溢流，所以设计时要重视各冷却塔之间的管道阻力平衡，特别是塔至水泵吸入管段部分。

同时在冷却塔的水池之间希望用与进水干管相同管径的均压（平衡管）连接。

此外，为了使冷却塔中水位一致，出水干管应采用比进水干管大两号的集合管，如图2.8.6-2。

3）几台冷却塔并联时，应按同一水位决定各塔的基础高度。

7、冷却塔中防结冻的电加热器起火
现象：某实验室，全年空调，用一5RT的整体式空调机，独立系统。

冷却塔为玻璃钢外壳内填PVC斜波片。

为防止冬天塔中冻结，在集水盘中设电加热器，且有防止过热的温度控制。

建成后第一冬，补给水被冻，加热器过热，冷却塔着火。

原因：因为塔中无水，而加热器干加热，防止过热的温控未起作用。

引起高温着火。

对策：为防止电加热器过热引起火烧故事，在设电加热器的控制时，应当把电极棒放在水盘中，水满时才可接通电源，水不满不能接通，这就可以有效地防止电加热器干烧，如图2.8.7-1。