曹斌芳

(中建二局第二建筑工程有限公司,廣東 深圳 518000)

1 概 述

某大型電站地處寒冷地區(qū),施工工期(5年左右)及每年冬季施工時間(每年210 d)較長,為了加快工程建設,現(xiàn)場設置了為施工提供集中供熱的鍋爐房。鍋爐在電站換熱站未投運前向生活區(qū)及廠區(qū)供熱,由于現(xiàn)場總體安排,施工過程中可能需要鋪設臨時供熱管道為廠區(qū)進行供熱。系統(tǒng)示意見圖1。

圖1 供熱系統(tǒng)示意

在運行期間初期,循環(huán)水泵電機出現(xiàn)超流現(xiàn)象,后期出現(xiàn)循環(huán)水泵揚程不足,下文針對循環(huán)水泵出現(xiàn)的問題,從管網(wǎng)的系統(tǒng)阻力、泵的參數(shù)及方案設計等方面進行重點分析。

2 存在的問題分析及解決方案

2.1 電機超流

采暖初期,運行過程中循環(huán)泵實際流量偏大,存在電機超流現(xiàn)象,經(jīng)初步分析可能為循環(huán)水泵的揚程或流量大于實際需要的流量和揚程,尤其是當揚程大于實際所需揚程時,超流現(xiàn)象明顯[1]；而施工初期由于部分廠房未完工,一次網(wǎng)的輻射半徑小,熱負荷小,管網(wǎng)阻力較小,造成泵低效點運行,軸功率偏高,可能會造成電機超流。由圖2可知：施工期間,管路特性曲線由曲線3逐漸變?yōu)榍€1,A點即為設計工況下泵的運行點,B點即為初期泵的實際運行工況點,因此,實際工作的泵的流量Q2大于額定工況Q1,造成泵運行實際功率大于額定功率。

圖2 管網(wǎng)和泵的阻力特性曲線

另一個可能的原因為水泵的葉輪直徑偏大造成[2],根據(jù)葉輪幾何尺寸與揚程及功率的關系[3]：

(1)

(2)

(3)

式中:H為揚程,m；

P為軸功率,kW；

D為葉輪直徑,mm。

可見,如果對泵的葉輪進行切削,可有效降低泵的軸功率,但同時也降低了泵的流量和揚程。鑒于此,由于供熱管路還未達到設計狀態(tài),應謹慎采用減小葉輪尺寸的方案。

綜合考慮各種因素,初期采用增加臨時節(jié)流孔板的方案進行阻力調(diào)節(jié),基本滿足運行,但在后期管網(wǎng)依然出現(xiàn)電機超流的問題,經(jīng)測量記錄,運行參數(shù)與設計參數(shù)對比見表1。由表1可知泵的額定揚程與流量均大于設計參數(shù)。經(jīng)查閱泵的性能曲線見圖3,運行參數(shù)點由A點變?yōu)锽點,造成實際的流量和揚程均大于設計工況的問題出現(xiàn),軸功率接近電機功率,進而造成循環(huán)水泵電機跳閘。最可能的原因是泵的葉輪尺寸偏大,經(jīng)過各方慎重討論并與供應商溝通,問題出現(xiàn)在供應商設計時參數(shù)選擇偏保守,造成葉輪直徑偏大,后聯(lián)系供應商人員對泵的葉輪進行了切割,徹底解決了電機超流問題。

表1 性能數(shù)據(jù)對比

圖3 水泵性能曲線

2.2 末端采暖效果不好

隨著工程建設不斷推進和供熱管網(wǎng)的不斷完善,廠區(qū)部分的供熱管道完成施工,廠區(qū)供熱通過生活區(qū)供熱管網(wǎng)輸送熱水,由圖 1中的臨時供熱管道切換到施工期間供熱,運行中末端廠房的供回水壓力相差較小,實際采暖效果較差。為了保證各廠房的供熱效果,需對供熱管網(wǎng)實施改造,改造方案采用“跨接+串聯(lián)增壓泵”的設計方案,見圖4。將圖4中閥門關閉,利用電站換熱站內(nèi)正式的廠區(qū)循環(huán)泵作為升壓泵,跨接生活區(qū)和廠區(qū)的供暖管道,以解決鍋爐房循環(huán)水泵壓力不足的問題。為了滿足系統(tǒng)對升壓泵的要求,使循環(huán)泵工作在高效區(qū),在泵的出口增加節(jié)流孔板改變管網(wǎng)特性曲線,但同時增大了管網(wǎng)的阻力,增加了運行能耗。

圖4 跨接管加增壓泵系統(tǒng)原理

3 改進措施

針對以上出現(xiàn)的問題,給出如下優(yōu)化改進意見：

鑒于該類電站與常規(guī)供熱管網(wǎng)相比,主要特點是供熱管網(wǎng)每年隨著工程建設而變化,在運行初期,極易出現(xiàn)電機超流問題,且在施工期間到生活區(qū)換熱站靠近鍋爐房,管道阻力遠小于廠區(qū)管道的阻力。根據(jù)工程實際,為了避免循環(huán)水泵能耗的大量浪費,在這里提出一種可行的設計方案：采用一級泵與二級泵結(jié)合的運行方式,二級泵采用變頻控制,設計見圖5,一級泵的揚程滿足鍋爐房內(nèi)部循環(huán),兼顧滿足生活區(qū)換熱站的運行要求,二級泵滿足廠區(qū)供熱管網(wǎng)的運行要求。

原設計施工輔助鍋爐循環(huán)泵參數(shù)與改進設計方

案的循環(huán)水泵參數(shù)見表2,泵軸功率可降低約20%,考慮到工程建設初期廠區(qū)循環(huán)水泵不需要投運和變頻控制,可節(jié)省更多運行費用。

圖5 一級泵與二級泵結(jié)合運行方式

表2 改進設計施工輔助鍋爐循環(huán)水泵參數(shù)

4 結(jié) 語

本文對大型電站施工鍋爐供暖系統(tǒng)的循環(huán)水泵出現(xiàn)的問題進行了分析,并提出了設計解決方案。在循環(huán)泵的選擇上不能隨意,必須嚴格對管網(wǎng)進行計算,設備供應商應嚴格按照設計參數(shù)供貨,避免出現(xiàn)“大馬拉小車”,并將原有的系統(tǒng)改為一級泵與二級泵相結(jié)合,滿足原設計運行要求,同時可節(jié)省運行能耗。本文提出的設計方案可以顯著提高運行的穩(wěn)定性和節(jié)能性,對大型工地輔助鍋爐循環(huán)水泵及管網(wǎng)建設具有一定的參考意義。