梅歡， 連廣宇， 李曉帆， 陶賢文， 袁國清， 郭琦

（1.中國石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計(jì)分公司， 北京 100085； 2.國家管網(wǎng)集團(tuán)工程技術(shù)創(chuàng)新有限公司，天津 300450； 3.中國石油國際勘探開發(fā)有限公司， 北京 100033）

循環(huán)冷卻水池一般設(shè)置在其中1 套或幾套冷卻塔下［1-2］， 水池長寬與冷卻塔外形尺寸密切相關(guān)，水泵吸水池作為循環(huán)冷卻水池的一部分， 位于其一側(cè)。 循環(huán)冷卻水池容積由循環(huán)水量、 藥劑停留時(shí)間以及水泵吸水條件等綜合確定。 GB／T 50746—2012《石油化工循環(huán)水場設(shè)計(jì)規(guī)范》， GB／T 50050—2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》，GB／T 50102—2014《工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范》，GB／T 50392—2016《機(jī)械通風(fēng)冷卻塔工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》等多個(gè)規(guī)范雖然均對循環(huán)冷卻水池的容積和深度有說明， 但不太一致。 本文以伊拉克某大型天然氣處理廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為例， 結(jié)合國外相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范， 以及廠家的操作維護(hù)手冊， 詳細(xì)介紹了水池與水泵的一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)， 供相關(guān)項(xiàng)目設(shè)計(jì)參考。

1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

該大型天然氣處理廠位于伊拉克哈法亞油田，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要用來服務(wù)站場內(nèi)氣處理單元，總設(shè)計(jì)循環(huán)水量為7 000 m3／h， 系統(tǒng)濃縮倍數(shù)為5，在設(shè)計(jì)干濕球溫度和當(dāng)?shù)貧庀髼l件下， 補(bǔ)充水量為112.2 m3／h， 排污量為15.8 m3／h。 采用4 套1 750 m3／h 的噴霧推進(jìn)通風(fēng)冷卻塔（4 用）， 水池位于其中1 套冷卻塔下， 其他冷卻塔冷卻水通過管道接入水池中。設(shè)置5 臺循環(huán)水泵（4 用1 備）， 流量為1 750 m3／h，揚(yáng)程為65 m， 軸功率為360 kW。

2 水池容積與液位

根據(jù)GB／T 50746—2012 規(guī)定， 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)容積宜控制在循環(huán)水小時(shí)流量的1／3 ～1／2， 水池有效水深1.0 ～1.5 m， 且應(yīng)小于藥劑允許停留時(shí)間， 同時(shí)水池容積在保證泵吸水安全的條件下應(yīng)盡量減少［3］。 在GB／T 50050—2017 中規(guī)定， 間冷開式系統(tǒng)水容積宜小于循環(huán)水小時(shí)流量的1／3［4］。 在GB／T 50102—2014 中規(guī)定， 根據(jù)國內(nèi)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，循環(huán)水系統(tǒng)的水容積約為循環(huán)水小時(shí)流量的1／5 ～1／3， 水池深度可設(shè)置為2.0 m， 在此范圍內(nèi)保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行［5］。 GB／T 50392—2016 規(guī)定水池有效水深宜為1.2 m ～2.3 m［6］。

從工程造價(jià)、 操作便利性以及安全性來分析，水池宜整體地上設(shè)置， 水泵吸水池（與循環(huán)冷卻水池合建）宜局部半地下設(shè)置。 水池的長度與寬度由冷卻塔尺寸決定， 水池的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于液位的設(shè)計(jì)， 液位設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于確定水池停泵液位（LL）。 水池停泵液位首先應(yīng)滿足水泵氣蝕余量要求。 所選用水泵的NPSHr（必須氣蝕余量）， 由水泵廠家提供。 安全裕量考慮1.0 m， 根據(jù)水泵吸水管路布置確定水頭損失， 系統(tǒng)最高操作溫度下水的飽和蒸氣壓， 根據(jù)海拔高度確定當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Α?根據(jù)以上信息核算LL， 計(jì)算公式如下［7］：

LL=（NPSHr ＋1）＋hv＋hc＋L1-ha（1）

式中： LL 為低低液位（停泵）， m； NPSHr 為必須氣蝕余量， m； hv為水的飽和蒸氣壓， m； hc為管路水損， m； L1為水泵進(jìn)水管中心高度， m；ha為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ?m。

同時(shí)， LL 停泵液位還需要考慮水泵吸水口處防旋渦高度， 最低運(yùn)行液位距離喇叭口邊緣距離S按下式計(jì)算［7］， 然后確定停泵液位：

式中： Fr 為弗勞德數(shù)； D 為喇叭口外徑， m；v 為喇叭口流速， m／s； g 為重力加速度， 9.8 m／s2；S 為最低運(yùn)行液位距離喇叭口邊緣距離， m； L2為吸水喇叭口邊緣高度， m。

溢流液位（H′）和高報(bào)警液位（H）以及低報(bào)警液位（L）和LL 液位之間考慮20 min 補(bǔ)水（見圖1），以便系統(tǒng)補(bǔ)水過多或補(bǔ)水不及時(shí)等故障發(fā)生時(shí)， 操作維護(hù)人員有足夠時(shí)間去現(xiàn)場進(jìn)行故障處理。 H 液位和L 液位之間為有效水深， 考慮5 min 循環(huán)水量， 有效水深1.0 ～1.5 m 較為合適。 池壁超高按0.3 m 設(shè)置。 根據(jù)以上原則確定水池液位和水池總高度后， 再結(jié)合管網(wǎng)、 設(shè)備內(nèi)水容積和水池容積加總得到的系統(tǒng)總?cè)莘e為循環(huán)水小時(shí)流量的1／5 ～1／3 較為合適。

圖1 水池液位示意Fig. 1 Liquid level of cooling water pond

3 水泵

循環(huán)水泵屬于大型水泵， 且供水安全要求高，需要采用自灌式充水， 水池內(nèi)啟泵液位需要滿足水泵外殼頂點(diǎn)的高度要求。 為了保證泵吸水口至水泵入口的流體對稱性， 偏心大小頭之前設(shè)置一段長度不小于5D（D 為泵入口管內(nèi)徑）的直管段［8］， 如圖2所示。 根據(jù)水泵廠家（Flowserve）操作維護(hù)手冊介紹， 在試運(yùn)啟泵初期， 為了防止雜質(zhì)、 鐵銹和泥土等雜質(zhì)進(jìn)入水泵， 需要在泵吸入口5D 和10D 之間設(shè)置1 套臨時(shí)過濾器（錐形過濾器）， 采用20 目過濾孔徑的過濾器， 當(dāng)水泵啟動(dòng)正常運(yùn)行后， 需要移除這套臨時(shí)過濾器。

圖2 水泵吸入口直管段要求Fig. 2 Straight pipe length requirement before pump suction

4 結(jié)語

（1） 循環(huán)冷卻水池的液位設(shè)計(jì)和水池高度的關(guān)鍵在于確定水池LL 停泵液位， 水泵吸水側(cè)的LL停泵液位， 應(yīng)根據(jù)水泵吸水喇叭口防旋渦高度和所采用循環(huán)水泵的NPSHr 來綜合考慮。

（2） 核算完水池的深度后， 結(jié)合水池的長度和寬度（根據(jù)冷卻塔長度和寬度確定）核算水池容積，在不超過所用藥劑允許停留時(shí)間的情況下， 盡量減少水池容積。 循環(huán)冷卻水池水容積宜等于循環(huán)水小時(shí)流量的1／5 ～1／3， 水池有效深度為1.0 ～1.5 m。