直凝式循环冷却水出口虹吸井作用,为何大高度直接翻越会带来振动和噪音以及破坏?

很多靠近大水源点,冷却水系统往往采用直凝式方式,取水—>循环泵—>凝汽器-—>虹吸井à水源。循环水泵的作用是给循环水升压使循环水能克服管道的阻力和高差,形成稳定的流动状态。
此高差就是循环水系统的几何供水高程,即泵房进水间水面与循环水系统最高处(凝汽器水室顶)的高度差。如不设虹吸井,那必须使凝汽器水室水压要大于零才能使系统中循环水流动.但设置虹吸井后,可利用虹吸作用使凝汽器水室处于负压状态仍然流动,这样相当于降低了的几何供水高程,从而使循环水泵扬程降低,节约电耗。虹吸井作用是:保持循环水出水管中的负压,利用水流形成的适当真空,减少厂用电的消耗。
简单的说就是,用循环水泵将江里的水打到冷凝器,换热后的冷却水经过虹吸井排到海中。
开式循环凝汽器冷却水系统是由循环水泵、循环水泵取水管、凝汽器进水管、凝汽器、凝汽器出水管和虹吸井等组成。
系统示意如图所示

利用虹吸井的虹吸作用,循环水泵产生的压头仅用于虹吸井与泵吸水井水面间的提升压头和整个管路系统及凝汽器的沿程、局部流动阻力损失。

采用AFTFathom软件进行验证。

允许,查阅泵的结果:

采用虹吸井,和无虹吸井对比,泵扬程节约了约两米,泵功率节约约3KW,我采用流量500立方米/小时。

节约扬程的原因式,从水泵扬程需要克服高差+沿程管道损失+换热器压损来看。

有虹吸井:泵扬程=泵入口水池液位—虹吸井堰高度 6米+换热器压损3米+沿程损失=9.257米)

无虹吸井:泵扬程=泵入口水池液位—换热器高差8米+换热器压损3米+沿程损失=11.199米)

中间直接翻越换热器,扬程=3.202米,是因为泵扬程仅仅是为了克服整个管道沿程阻力,而高差不再需要扬程。

但带来的问题是凝汽器附件压力太低,如果凝汽器位置布置更高,就会进入完全负压,导致气蚀和换热器设备损坏。

直凝式冷却系统,采用虹吸井可以减小泵扬程。

如果我们继续提高凝汽器高度,直接翻越,看看会发生什么问题?

我们可以看到软件直接提示,在凝汽器附近出现负压,低于流体饱和蒸汽压,发生气蚀。

查看,水头线和标高线,结果如下;

从水头线HGL 和标高线关系,我们可以看出由于标高线到了水头线上端,明显这个凝汽器设备附近都是负压,气蚀。

气蚀导致噪音,管道剧烈振动,负压导致管道压力破坏,发生吸瘪破坏。

这类问题发生,很多做管道应力分析误认为是应力分析可以解决的问题,但应力分析能解决无非支架,防振,抗冲击,壁厚也就是加厚或添加补强圈。问题是水力学问题,不是管道应力的问题。还得从根本上来解决和处理这类问题,改变设备合理安装高度,或采取其他措施,避免气蚀发生。

 

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