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某地铁站冷却塔平衡管改造过程分析
一、问题简述
深圳地铁罗湖站是一个大站，集火车站、公交大巴、小巴、的士、边检、中心公园于一体，功能齐全，分景观层（地面层）、交通层（地下一层）、地铁车站站厅层（地下二层）、地铁车站站台层（地下三层）。站厅层面积约5700m2，有四个出入口，设计温度为30℃。站台面积2641 m2，设计温度为27℃，有空调的设备房设计温度为25℃，车站空调系统设备配制如下表：
就设备配制来看，开机时是一对一的，即一台主机对应一台冷却水泵、一台冷冻水泵、一台冷却塔，开两台主机时，对应两台冷冻水泵、两台冷却水泵、两台冷却塔。系统的控制模式有自动/手动两种。冷冻泵、冷却泵、冷却塔（电动阀在冷却塔控制箱上）的控制箱上有自动、停、手动的转换开关。
冷却塔风机由主机的排气压力与冷却水的温度来控制，排气压力高于1310KPa，第一风机启动，排气压力低于1170KPa时，第一台风机停止。第二/三台风机（和第一台风机并联）开停由冷却水温度来控制，冷却水温度高于30℃时，第二风机开；水温低于28℃时，第二风机停。当开关打在手动的位置时，设备可根据需要而有选择地开，如：1#冷冻泵→2#电动蝶阀→2#冷却泵→2#主机。但此时冷却水的温度就控制不了风扇的启停。
二、方案提出
系统从实际运行来看，开两台机组时，系统正常；但开一台机组时，冷却塔出现不正常的情况：运行的塔在溢水，停止的塔在补水。其它车站也有同样的问题发生。尝试用以下方式处理：
1、调整补水浮球阀。出现水位偏低，有的漏出回水管，使回水吸入空气，冷却效果恶化，排气压力升高，直至高压报警跳机；
2、关掉停用塔的补水浮球阀。导致该塔的水位会很低, 使回水吸入空气，冷却效果恶化，而且一旦换开主机，冷却塔也要换，那么，另一台塔在补水，也不行；
3、将补水浮球阀全部关闭，深圳的夏天，一个小时不补水，冷却塔就缺水，主机就跳机。
4、将停用塔电动阀的旁通阀打开，开度正好是不用补水，这才暂时解决了这个问题（实际上就是部分冷却水未经风扇冷却）。结果是塔不漏水，主机不跳机，能正常工作。但这种办法，在深圳地区只能用在春秋冬短暂的三季。在漫长的夏季，这样开机就不行了，主机经常高温跳机，影响车站的正常工作。
5、把两台塔的旁通阀全开，冷却塔置于手动，风扇电机全开，这样也可以，而且还能节约大量的电能，但在晚上，由于地铁停运，没有乘客，气温不确定,经常发生跳机。当冷却塔置于自动时, 就有部分冷却水未经风扇冷却，造成冷凝温度高，主机电流大（实测约6％），造成巨大的浪费,而且经常高温跳机，给工作人员带来很大的麻烦。
为什么会出现这种情况呢？
三、问题分析
经过计算大家知道，要想保持停用塔的水位不变（不进行补水），运行塔的水位必须比它高183.4 mm，也就是说，停用的冷却塔的水位下降183.4/2=91.7 mm，运行塔上升91.7mm，这样才能保证183.4 mm 的高差，但从塔的结构来看，当水位高于静止水位100mm时，水塔从溢水管开始溢水；水位高于静止水位140mm，水开始从塔的周围溢水；水位低于静止水位,开始补水；单塔运行，一个补水，一个溢水。
原因就在这里：运行的塔进水多，出水少，水位慢慢升高，平衡水量也慢慢加大，但平衡水量偏小，致使冷却塔塔里水位不停地升高，当水位高于静止水位100mm时，该塔就溢出；停止的塔只有出水，没有进水，塔里水位慢慢下降，平衡水量慢慢增大，但平衡水量偏小，致使冷却塔塔里水位继续不停地下降，水位低于静止水位，浮球开始补水，这样系统达成动态平衡：运行塔溢水，停用塔补水。
四、解决问题的方案
整改方案有三套，分别是：1、在冷却塔的回水主管道上安装一电动蝶阀。
2、将原来的冷却塔平衡管改造加粗。
3、在原来的基础上再加装一条平衡管。
方案1分析：
在回水主管上加一电动蝶阀，存在以下的问题：
1）从理论上来看，单机对单塔，理应可行。但这样一改，实际上冷却塔的出水支管减少一半，由六条变为三条，回水流速增大，回水阻力也增大，为原来的2倍。无疑增大水泵的负载。实践证明，此法将会减少水量，温差增高0.2℃。
2）控制较复杂。因为冷却水有较高的温差，及水的热膨冷缩特性，冷却水不能密闭在管道中，必须和外界相通，所以当回水管上安装电动水阀,如何控制，并联在进水管的电动阀上？当两台塔全停时，回水阀不能全关，如何实现？
3）整改费用高。一台冷却塔加一个电动蝶阀，而且还需加一个旁通阀、控制箱，且施工较难，人工费高。
4）整改困难。施工整改时，必须停机，才可施工，但对于深圳的天气，气温高，湿度大，不可能在春夏秋施工，只能在冬季来做。
5）维护费用高。由于有电动蝶阀，经常开关操作，容易损坏，增加了维护费用。
6）开关机变的复杂。因为增加了设备，操作也变得复杂，且容易出错。
总之，该方案功能可行，但不符合实际情况。
方案2分析：
将冷却塔平衡管改造成粗一些的，平衡水管假设为￠250，
也就是说，当采用￠250的水管时，运行塔的水位比停用塔的水位高72 mm ，而溢流水位是比正静止水位高100 mm，只差28 mm，稍不小心，就会溢出,所以不能用￠250的管径。采用同样的方法，当采用￠300的管径时，H= hf + hj + z = 12.3+4.0+17.8=34.1 mm
通过计算，可以看出,采用￠300的管是可行的。
方案3分析：
再加一条平衡管，假设为￠200，采用同样的方法计算得：H= hf + hj + z = 8.2+21.8+15.6=45.6 mm
通过计算，可以看出，采用第三方案即再加一条￠200管也是可行的。
从理论上，方案2、3都可行，但从现场实际情况来看，方案2不便于现场整改，因为管径粗，无法绕开原有的管道，所以只能采用第方案3，即再加一条￠200的平衡管。