1.水力平衡調(diào)試的意義
工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不僅系統(tǒng)復(fù)雜、用戶多、水量大，而且用戶分散，用戶位置的高低和用水量的大小也往往不同。在生產(chǎn)前的管網(wǎng)水力平衡調(diào)試工作十分重要，否則容易導(dǎo)致循環(huán)冷卻水系統(tǒng)各用戶之間水力不平衡，影響生產(chǎn)、浪費(fèi)水資源和能源，有的工藝設(shè)備用水點(diǎn)的用水量和供水壓力要求始終偏小得不到滿足；有的工藝設(shè)備用水點(diǎn)剩余水頭過多，在大量泄水或處于超壓狀態(tài)。

2.水力平衡調(diào)試的任務(wù)
所謂管網(wǎng)水力平衡調(diào)試工作，就是在所有的循環(huán)水處理設(shè)施、循環(huán)水管路、管路上所有的閥門配件等均已經(jīng)安裝完畢、所有用戶點(diǎn)的給回水管道均接通的前提下，運(yùn)用各種調(diào)節(jié)措施和調(diào)節(jié)手段，使循環(huán)水管路的實(shí)際工況點(diǎn)(包括流量、壓力)，按接近原設(shè)計(jì)要求的狀態(tài)運(yùn)行，使循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)部各用戶用水量和供水水壓的要求均能得到滿足。

管網(wǎng)的水力平衡固然需要依靠設(shè)計(jì)的優(yōu)化，但現(xiàn)場的調(diào)試工作是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管網(wǎng)水力平衡調(diào)試是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，包括調(diào)試技術(shù)、組織管理、運(yùn)行機(jī)制等方方面面的工作。本文主要從技術(shù)上對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)試的方法進(jìn)行了分析和探討(循環(huán)水處理設(shè)備的調(diào)試不在本文討論范圍之內(nèi))。

3.水力平衡調(diào)試的方法

3.1調(diào)試前的前期工作
調(diào)試的前期技術(shù)工作主要是編寫調(diào)試的技術(shù)文件，即調(diào)試大綱。調(diào)試大綱的內(nèi)容體現(xiàn)了整個(gè)工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)的基本技術(shù)信息，對(duì)于工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)的生產(chǎn)調(diào)試工作具有指導(dǎo)意義。
管網(wǎng)水力平衡調(diào)試大綱的主要內(nèi)容應(yīng)包括如下內(nèi)容。

3.1.1循環(huán)水用戶的設(shè)備功能描述
該功能描述主要闡述循環(huán)水是對(duì)各工藝用戶的作用以及在用戶中工作的原理。充分了解工業(yè)循環(huán)冷卻水相應(yīng)用戶中如何工作以及對(duì)用戶重要性，對(duì)于開展調(diào)試工作是非常有益的。

3.1.2循環(huán)水系統(tǒng)的功能描述
按循環(huán)水介質(zhì)分類，工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)通常可分為純水(或軟水)密閉式循環(huán)水系統(tǒng)、敞開式工業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)、濁循環(huán)水系統(tǒng)等。

敞開式工業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)、濁循環(huán)水系統(tǒng)常規(guī)流程為：循環(huán)供水泵啟動(dòng)后，循環(huán)冷卻水給水經(jīng)水泵加壓后由管網(wǎng)送至用戶，再回水至循環(huán)水處理冷卻塔或水池。密閉式循環(huán)水系統(tǒng)常規(guī)流程為：水處理站循環(huán)供水泵出水→工藝設(shè)備→板式換熱器(蒸發(fā)空冷器)→回水至水處理站循環(huán)供水泵，在密閉式工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)有膨脹水箱，一般膨脹水箱與安全水箱合用，膨脹水箱通大氣，設(shè)置于整個(gè)管網(wǎng)的最高處。

在調(diào)試大綱中應(yīng)按系統(tǒng)分別對(duì)各循環(huán)水系統(tǒng)加以明確描述。

3.1.3水量平衡圖
水量平衡圖中應(yīng)體現(xiàn)相應(yīng)的循環(huán)水系統(tǒng)的主工藝流程以及各循環(huán)水用戶的用水水量及供回水壓力要求。水量平衡圖應(yīng)按不同的系統(tǒng)分別繪制，每個(gè)系統(tǒng)的水量平衡圖內(nèi)應(yīng)包括該系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶。上述內(nèi)容在設(shè)計(jì)單位提供的施工圖中通常會(huì)有所體現(xiàn)，但是在編寫調(diào)試大綱時(shí)應(yīng)該對(duì)施工圖的內(nèi)容進(jìn)行消化、分解、重組，以期滿足調(diào)試的要求。

附圖一為某敞開式工業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)的水量平衡圖，通過該水量平衡圖，調(diào)試人員應(yīng)能清楚的獲得用戶所屬循環(huán)水系統(tǒng)、該循環(huán)水系統(tǒng)的主要工藝流程、用戶所需水量、供水和回水壓力等信息。

3.1.4制作循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)參數(shù)表
對(duì)各循環(huán)水系統(tǒng)中用戶、循環(huán)水管道以及管網(wǎng)系統(tǒng)中各主要自動(dòng)控制閥門、手動(dòng)閥門、計(jì)量儀表、膨脹水箱等的設(shè)置情況進(jìn)行列表，制作循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)參數(shù)表。

用戶的設(shè)置情況應(yīng)包括平面位置和標(biāo)高、用戶接口管徑，循環(huán)水管道的設(shè)置情況應(yīng)包括循環(huán)水管道的具體管道走向、管徑和工作壓力等，自動(dòng)閥門、手動(dòng)閥門、計(jì)量儀表等的設(shè)置情況應(yīng)包括該設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格參數(shù)、量程等。膨脹水箱的設(shè)置情況應(yīng)包括膨脹水箱具體位置、水箱調(diào)節(jié)容積、水箱總?cè)莘e及水箱附屬閥門情況等。技術(shù)參數(shù)表應(yīng)按不同的系統(tǒng)分別繪制，每張列表應(yīng)包括該系統(tǒng)內(nèi)的所有用戶。

大型工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)一般由用戶設(shè)備、循環(huán)水管網(wǎng)、循環(huán)供水泵、循環(huán)水管網(wǎng)上的各種閥門、計(jì)量儀表等組成。閥門、儀表等是調(diào)試的關(guān)鍵，必須予以高度的重視。

下表參照附圖一所做某敞開式工業(yè)凈循環(huán)水系統(tǒng)的調(diào)試技術(shù)參數(shù)表，供參考。

表一 循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)試參數(shù)表

3.2調(diào)試前的準(zhǔn)備工作

3.2.1管道檢查工作
在開始調(diào)試前，首先要對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)的所有管道做檢查工作。循環(huán)水管道均為一供一回，很容易在施工過程中產(chǎn)生管道誤接、供回水管道接反的現(xiàn)象，因此必須按照設(shè)計(jì)圖紙對(duì)所有架空敷設(shè)、管廊內(nèi)附設(shè)的循環(huán)水管道、管道與設(shè)備的交接口進(jìn)行嚴(yán)格的檢查工作，包括檢查管道標(biāo)記是否有標(biāo)錯(cuò)等。

3.2.2閥門檢查工作
在完成管道檢查工作后，須對(duì)循環(huán)水管網(wǎng)所有閥門(包括氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、手動(dòng)閥門)檢查，確定所有閥門均是否已經(jīng)按照設(shè)計(jì)要求處于開啟或關(guān)閉狀態(tài)，所有氣動(dòng)、電動(dòng)閥門的遠(yuǎn)程信號(hào)是否已經(jīng)輸出、是否已可以進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

另外，檢查閥門的掛牌是否有誤等。掛牌上標(biāo)有閥門的型號(hào)、規(guī)格、介質(zhì)等常用信息。在實(shí)際調(diào)試過程中，通常就是通過掛牌來確定閥門的初始狀態(tài)的。

3.2.3計(jì)量儀表檢查工作
檢查各循環(huán)水系統(tǒng)的壓力表、流量計(jì)等的選型(包括計(jì)量儀表的形式和計(jì)量精度等)是否符合設(shè)計(jì)的要求，以防止因儀表檢測數(shù)據(jù)有誤使調(diào)試工作無法進(jìn)行的情況產(chǎn)生。

檢查各循環(huán)水系統(tǒng)的壓力表、流量計(jì)等均是否處于正常的工作狀態(tài)，所有遠(yuǎn)傳信號(hào)是否均已經(jīng)進(jìn)入PLC系統(tǒng)。管網(wǎng)的調(diào)試就是通過檢測上述儀表的計(jì)量數(shù)值是否符合設(shè)計(jì)要求來進(jìn)行的。

檢查所有參與流量調(diào)節(jié)、壓力控制的儀表均應(yīng)檢查是否已經(jīng)校零并設(shè)定為設(shè)計(jì)值。

3.2.4密閉式循環(huán)水系統(tǒng)膨脹水箱的檢查工作
在啟動(dòng)密閉式循環(huán)水系統(tǒng)須先完成膨脹水箱的檢查工作，具體內(nèi)容包括：安全水箱向外供安全水的閥門應(yīng)關(guān)閉；安全水箱的放空閥門應(yīng)關(guān)閉；安全水箱與密閉式循環(huán)水管網(wǎng)相連的管道上如設(shè)有閥門，確定該閥門應(yīng)處于開啟狀態(tài)；安全水箱的液位顯示處于正常狀態(tài)。

3.3調(diào)試過程
工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管網(wǎng)水力平衡 (包括水量和水壓)是一種動(dòng)態(tài)平衡。在管徑、管道長度、管材(管壁粗糙度)、管道布置方式等因素均已經(jīng)確定的情況下，管網(wǎng)系統(tǒng)的水力平衡調(diào)試主要是通過調(diào)節(jié)管路上的閥門來進(jìn)行的。

閥門開啟度大小的改變可以改變管路系統(tǒng)的局部水頭損失，從而改變管路系統(tǒng)總的水頭損失，進(jìn)而對(duì)循環(huán)水管網(wǎng)的管路特性曲線產(chǎn)生影響，最終對(duì)管路實(shí)際運(yùn)行的工況點(diǎn)產(chǎn)生影響。閥門開啟度大，水頭損失就??；閥門開啟度小，水頭損失就大。從管路特性曲線可以看出，當(dāng)管路水頭損失變大時(shí)，相應(yīng)的允許通過管道的流量會(huì)相應(yīng)變小；當(dāng)管路水頭損失變小時(shí)，相應(yīng)的允許通過管道的流量會(huì)相應(yīng)變大。

再結(jié)合循環(huán)水加壓泵的水泵特性曲線來看，當(dāng)通過管道的流量變小時(shí)，水泵的出水流量也變小，水泵的揚(yáng)程會(huì)相應(yīng)提高，總的供水壓力也會(huì)升高；當(dāng)通過管道的流量變大時(shí)，水泵的出水流量也變大，水泵的揚(yáng)程會(huì)降低，總的供水壓力也會(huì)降低。

所以，當(dāng)將循環(huán)水管路上的某個(gè)閥門的開啟度調(diào)小，可以減小該閥門所處的管路的流量，該閥門之前的管道壓力會(huì)有所抬升，但閥門之后的管道壓力會(huì)下降；當(dāng)將循環(huán)水管路上的某個(gè)閥門的開啟度調(diào)大，可以增大該閥門所處的管路的流量，該閥門之前的管道壓力會(huì)有所下降，閥門之后的管道壓力會(huì)更接近于閥門之前的壓力。上述的這種變化有一個(gè)前提，那就是循環(huán)水總管流量、壓力的變化不會(huì)超過水泵特性曲線本身的變化范圍(包括流量和壓力)；而循環(huán)水支管流量、壓力的變化范圍不會(huì)超過上一級(jí)循環(huán)水管道的管路特性曲線的變化范圍(包括流量和壓力)。這是進(jìn)行管網(wǎng)水力調(diào)節(jié)最根本的理論依據(jù)。

另外，在循環(huán)水管網(wǎng)的調(diào)試過程中必須明確先主管后支管、先大用戶后小用戶、先粗調(diào)后精調(diào)的水力平衡調(diào)試原則。

3.3.1敞開式工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)的調(diào)試
敞開式工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)調(diào)試工作相對(duì)簡單。

根據(jù)先主管后支管的原則，在全部用戶循環(huán)水支管上的閥門均處于開啟狀態(tài)的情況下，首先應(yīng)調(diào)節(jié)每個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)供水、回水總管上的閥門，并密切關(guān)注循環(huán)水總管上流量、壓力的變化情況。

如果循環(huán)水總管供水壓力值高于設(shè)計(jì)壓力、流量小于設(shè)計(jì)流量，應(yīng)調(diào)大用戶循環(huán)供水總管上閥門的開啟度，以減小管路局部水頭損失。根據(jù)管道特性曲線，循環(huán)水量會(huì)相應(yīng)增加，閥前壓力會(huì)降低，由于閥門開啟度增大，閥后壓力與閥前壓力之差也變小，因而總的循環(huán)水供水壓力將會(huì)下降。

如果供水管上壓力值低、流量大，應(yīng)調(diào)小用戶循環(huán)回水總管上閥門的開啟度，以增加管路局部水頭損失。根據(jù)管道特性曲線，循環(huán)水量會(huì)相應(yīng)減小，閥前壓力會(huì)升高，則總的循環(huán)供水壓力將會(huì)上升。
循環(huán)供回水總管上調(diào)節(jié)閥門的最終目的應(yīng)是使循環(huán)供水總管上壓力、流量與水處理站循環(huán)供水泵的流量、揚(yáng)程參數(shù)相匹配。水力平衡的粗調(diào)試工作也相應(yīng)完成了。

通常每個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)有多個(gè)用戶，每個(gè)用戶都可以作為一個(gè)小循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)水主管調(diào)試完畢后，應(yīng)立即調(diào)試各支管用戶。調(diào)試各支管用戶應(yīng)根據(jù)調(diào)試大綱中的水量平衡圖所確定的水量和水壓要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)試基本原則與主管調(diào)試相同。對(duì)每個(gè)用戶進(jìn)行水力平衡調(diào)試也就是所謂的精調(diào)工作。

循環(huán)水管網(wǎng)中，大用戶循環(huán)水量大，小用戶循環(huán)水量小，大用戶對(duì)整個(gè)循環(huán)水管網(wǎng)的影響大，小用戶對(duì)整個(gè)循環(huán)水管網(wǎng)的用戶小，在多個(gè)用戶中應(yīng)優(yōu)先調(diào)試大用戶。

所有調(diào)節(jié)閥門調(diào)試完畢后，均應(yīng)加鎖以確保閥門的開啟度在不經(jīng)生產(chǎn)許可的前提下，不可以隨意更改設(shè)置。

3.3.2密閉式工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)的調(diào)試
密閉式循環(huán)水系統(tǒng)常用于工業(yè)關(guān)鍵設(shè)備的間接冷卻。密閉式循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)水基本與外界隔絕，以確保水質(zhì)。其調(diào)試工作相對(duì)復(fù)雜。

首先，應(yīng)對(duì)整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)(包括工藝設(shè)備)充滿循環(huán)水，充水工作一般由循環(huán)水系統(tǒng)專設(shè)的補(bǔ)水泵完成。一般在工廠中，膨脹水箱兼做安全水箱，該水箱設(shè)置在整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的最高處。因此，由水箱內(nèi)的液位以判定整個(gè)管網(wǎng)是否處于充滿狀態(tài)。

接下來，啟動(dòng)1臺(tái)循環(huán)供水泵，不要求水泵按照設(shè)計(jì)的流量、揚(yáng)程工作，其主要目的是排除密閉式管網(wǎng)中的積氣。如果管網(wǎng)系統(tǒng)簡單，排除積氣較快，但如果管網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜，則排除積氣可能需要幾周的時(shí)間。排除管網(wǎng)中的積氣可通過以下幾處：膨脹水箱、系統(tǒng)內(nèi)排氣閥、水泵泵殼頂部的旋塞等。隨著系統(tǒng)連續(xù)不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)內(nèi)的積氣將被逐步排除。通過觀察膨脹水箱內(nèi)水面情況、系統(tǒng)內(nèi)排氣閥的排氣狀況、打開循環(huán)水泵頂部的旋塞等，應(yīng)可以做出初步的判斷。

排氣基本結(jié)束后，可逐次啟動(dòng)各循環(huán)供水泵。密閉式管網(wǎng)的水力平衡調(diào)試的方法基本與敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)相同。但有一點(diǎn)必須注意，密閉式循環(huán)水管網(wǎng)的水泵參數(shù)是按照設(shè)計(jì)的管網(wǎng)水頭損失特別是用戶的水頭損失計(jì)算確定的，如果用戶的水頭損失未達(dá)到設(shè)計(jì)值，則原設(shè)計(jì)的水力平衡將被打破，管網(wǎng)特性曲線也將發(fā)生變化，管網(wǎng)系統(tǒng)就很難按照設(shè)計(jì)的壓力、流量工作。因此，調(diào)試密閉式管網(wǎng)的水力平衡的關(guān)鍵在調(diào)工藝設(shè)備內(nèi)部的壓力損失。通過調(diào)整工藝設(shè)備內(nèi)部循環(huán)冷卻水管路上的閥門，必須把其水頭損失控制在與原設(shè)計(jì)值接近的范圍之內(nèi)。

再者，生產(chǎn)用戶本身的用水過程就是動(dòng)態(tài)的，在實(shí)際操作過程中，不能說每時(shí)每刻所有的設(shè)備都在用水，而設(shè)計(jì)(包括管網(wǎng)和加壓設(shè)備)通常是按照靜態(tài)來考慮的，即設(shè)計(jì)通常是把用戶一直在連續(xù)不斷的用水加以考慮的。因此，在調(diào)試過程中應(yīng)試驗(yàn)當(dāng)有某個(gè)大用戶突然斷水時(shí)對(duì)整個(gè)循環(huán)水管網(wǎng)的影響，觀察其壓力變化，以確定是否需要增設(shè)相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。

3.3.3管網(wǎng)調(diào)試中常見的問題及解決辦法

1).密閉式管網(wǎng)流量始終小于設(shè)計(jì)要求
經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)，密閉式管網(wǎng)流量始終小于設(shè)計(jì)要求。在排除了供水泵設(shè)備問題、流量計(jì)數(shù)值有誤等的前提下，應(yīng)判斷可能是管網(wǎng)中的積氣造成的。
工業(yè)循環(huán)水管網(wǎng)十分復(fù)雜，管道須要避讓工藝設(shè)備、其它管線以及土建的平臺(tái)、柱子、基礎(chǔ)等，因此管道的上下翻越是普遍的現(xiàn)象。管網(wǎng)中的積氣往往難于迅速排除。管網(wǎng)中有積氣，就會(huì)造成氣水混合流，管道中的流量就會(huì)下降，甚至?xí)霈F(xiàn)管道振動(dòng)的現(xiàn)象。
在此情況下，可檢查各自動(dòng)排氣閥是否正常，另外可開啟各種手動(dòng)排氣裝置(包括水泵泵殼頂部的旋塞、手動(dòng)排氣閥等)進(jìn)行排氣。

2).密閉式管網(wǎng)壓力突然升高
密閉式管網(wǎng)系統(tǒng)突然出現(xiàn)管網(wǎng)壓力急速抬升的現(xiàn)象。這種的情況的發(fā)生，可初步判斷為管路中出現(xiàn)了堵塞，可能是循環(huán)水主干管上的閥門出現(xiàn)了故障，即閥門的顯示狀態(tài)為打開，但實(shí)際閥門處于關(guān)閉狀態(tài)或是閥板脫落阻塞了管道，從而導(dǎo)致流量的急速減小，使循環(huán)水供水總管的壓力大幅度增加。
在這種情況，應(yīng)逐步排查各閥門的狀況，尋找故障點(diǎn)。

3).工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備接口處供水管的壓力小于回水管的壓力
在調(diào)試過程中，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有設(shè)備接口處供水管的壓力小于回水管的壓力，這種狀況如果是壓力表正常，那就是說明循環(huán)供水和回水管接錯(cuò)了，應(yīng)立即對(duì)管道進(jìn)行排查。

3.4調(diào)試后的數(shù)據(jù)整理工作

調(diào)試工作結(jié)束后，應(yīng)對(duì)所有調(diào)試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，特別是各調(diào)節(jié)閥門的開啟度及相應(yīng)的壓力表、流量計(jì)等顯示的數(shù)值加以記錄。

4.總結(jié)
綜上所述，工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)用戶多、生產(chǎn)運(yùn)行情況復(fù)雜。水力平衡工作就是要通過生產(chǎn)前的調(diào)試，使管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各用戶的用水要求均得到滿足。水力平衡要做到技術(shù)上可行并便于生產(chǎn)維護(hù)，必須有周密的考慮和反復(fù)的實(shí)踐。

作者簡介：金亞飚(1975-)，男，漢族，江蘇常熟人，工程師，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院給水排水工程專業(yè)本科畢業(yè)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)主要從事鋼鐵工業(yè)給排水設(shè)計(jì)工作,Email jinyabiao@baosteel.com，電話021-66786678-3172。