高海拔地區對水泵和冷卻塔性能的影響

季冉，龐炳穎，閆曉強，馬龍

（1.中國城市建設研究院有限公司，北京 100120；2.中國建筑標準設計研究院，北京 100048）

高海拔地區對水泵和冷卻塔性能的影響

季冉1，龐炳穎1，閆曉強1，馬龍2

（1.中國城市建設研究院有限公司，北京 100120；2.中國建筑標準設計研究院，北京 100048）

高海拔低氣壓地區對給排水設備是有影響的，根據工程的具體條件修正設備的性能參數，才能實現設備的高效運行。

高海拔；水泵；氣蝕余量；安裝高度；冷卻塔

0 前言

水在不同的海拔、溫度情況下，有不同的水力條件。本文以拉薩某生活垃圾焚燒發電廠為例，簡要介紹高海拔地區對給排水設備的影響。生活垃圾焚燒發電廠的給排水設備主要包括水泵、冷卻塔及凈水處理設施等，以下簡要論述對水泵和冷卻塔的影響。

拉薩市內平均海拔3650m。根據2003～2012年10年氣象資料顯示，年平均氣溫為8.5℃，年極端最高氣溫為30.4℃，年極端最低氣溫為-13℃。拉薩位于高海拔低氣壓地區，大氣壓強僅僅只有內陸的60%左右，氣溫與內陸相比差距不大。由此可見，拉薩項目地域性較強，自然環境對給排水設備的選型必定會造成一定的影響。

1 高海拔低氣壓地區水泵的設置

1.1 水泵的氣蝕余量和安裝高度

在本工程設計中，需要較多水泵，包括循環水泵、工業冷卻水泵、工業新水泵、生活變頻泵組、消火栓供水泵、消防炮供水泵等，所有水泵均為自灌式離心泵，海拔高度、大氣壓強的變化會對水泵的氣蝕余量和安裝高度產生較大的影響。另外，氣壓對泵體內的流體也可能產生影響。

1.1.1 水泵吸水性能的影響因素

水泵的吸水條件與海拔、水溫、水泵允許吸上高度、吸水管路損失等有關。海拔高度越高，大氣壓越低。水溫越高，飽和蒸汽壓越高。

水泵樣本中的允許吸上高度值Hs是個條件值，它是水泵在標況下（氣壓為10.33mH2O，水溫為20℃時）的允許吸上高度。因此，在工程上應用水泵樣本中的Hs值時，需要考慮到大氣壓強和抽升水溫的影響。大氣壓越低，水泵的Hs值就越小，水溫越高，Hs值也越小。

對水泵廠所給定的Hs值，應作如下的修正：

式中：Hs′——修正后采用的允許吸上真空高度（m）

Hs——水泵廠給定的允許吸上真空高度（m）

Ha——安裝地點的大氣壓（mH2O）

阿東中午不回來，老巴會讓阿里去對面餐館端兩份盒飯。跟母親做的菜比起來，這個味道差很多。但阿里還是能吃得精光。吃過飯后，老巴便讓阿里去羅四強的發廊玩一下。阿里便“哦”一聲，踱著步子過去，然后又坐在那里發呆。阿里現在已經不太喜歡見到陌生人就大聲說：“我叫阿里。”發廊來的陌生人很多，他們從阿里面前走過，阿里就像什么都沒見到一樣。

Hva——實際水溫下的飽和蒸汽壓力

離心泵的吸水性能通常使用允許吸上真空高度Hs來衡量的。Hs值越大，說明水泵的吸水性能越好，或者說，抗氣蝕性能越好。

Hsv——總氣蝕余量

ha——吸水井表面的大氣壓力（mH2O）

hva——該水溫下的汽化壓力（mH2O）

∑Hs——吸水管道的水頭損失之和（mH2O）

Hss——水泵吸水地形高度，即安裝高度（m）

1.1.2 高海拔對水泵安裝高度的影響

由上述影響因素及計算公式可知，當海拔高度發生變化時，即考慮到大氣壓強的因素，水泵的安裝高度亦需要做出相應的調整，即大氣壓強降低，水泵的安裝高度應該相應的降低。因此Hs值的運用一定要考慮工程的實際運行條件。

1.2 水泵的電機配置

低壓對泵內電機也會產生很大的影響，因其空氣質量相對較少，導致空氣流通比較差，電機散熱性能大為降低，電機的性能也隨之大為降低。電機設計時要求一般是指海在拔不超過1000m，環境空氣溫度不超過40℃的地點運行，而在低壓地區，電機的運行環境較為惡劣，通常工作在氣壓低、缺氧、高寒、溫差大、風沙大等條件下。當氣壓低時，理論上單位體積的空氣質量少，在電機同軸風扇轉速不變的情況下，流經電機散熱片的空氣質量少，所以帶走的熱量少，因此發熱量大；另外，潤滑油脂的揮發性大，造成機械磨損相對加大。所以泵內電機不可避免會與海拔較低地區的性能產生極大的偏差。

另外，水泵在高海拔環境使用易產生電暈，就像人喝醉酒一樣，性能降低混亂嚴重影響設備安全使用。因此，在高原或高海拔地區，通常選配專用高原電機為循環水泵、管道離心泵等配套。

在高海拔地區，空氣稀薄，電機溫升大，輸出功率變小。因此，在配置水泵電機時通常按普通功率放大一檔進行估算，并適當放些余量。

1.3 水泵的質量設計

當海拔升高、氣壓降低時，水泵合理運行時需要更高的絕緣水平，良好的通風散熱結構以及電機防振、防沙等結構，如果照搬海拔較低地區的水泵，無疑會給水泵的工程應用及其可靠性造成極大的懷疑。因此，對高原地區的水泵有更加嚴格的質量要求。

2 高海拔低氣壓地區冷卻塔的設置

冷卻塔的冷卻方法是將熱水噴灑至散熱材料表面與通過其中的空氣相接觸。此時，熱水與冷空氣之間即產生接觸散熱，同時部分的熱水被蒸發，即蒸發過程中其蒸發潛熱被排放至空氣中，最后經冷卻后的水落入水池中。在整個冷卻過程中，主要存在接觸散熱和蒸發散熱兩種方式。

高海拔地區接觸換熱量減少，蒸發散熱量增大。由于在冷卻塔的換熱過程中蒸發散熱占主導作用，根據大氣溫度和濕度的不同，一般占總換熱量的60%～90%，因此高海拔低氣壓條件下綜合換熱量將提高，并且對提高冷卻塔的換熱能力是有利的[2]。

冷卻塔的換熱量隨海拔的升高而增加。考慮到分析時作了一些簡化，忽略了一些次要微量元素的影響，實際情況中換熱量的增加幅度會小一些，應該只是微量的增加。但隨著海拔的上升，換熱量的確是增加的。因此，高海拔地區冷卻塔的設計并不需要進行專門的修訂工作，只需考慮拉薩地區的濕球（13.5℃）及干球溫度對冷卻塔的影響即可。另外，高海拔地區的冷卻塔和水泵相同，須選配高原電機。

3 結語

綜上所述，高海拔地區在進行水泵的選型時，必須要考慮低氣壓對水泵的氣蝕余量、安裝高度及電機配置的影響，但對冷卻塔的選型并不需要修訂工作。

[1]丁曉玨.高海拔地區給水加壓泵的設置[J].給水排水，2013，39(2)：35-37.

[2]王達達，趙明.高海拔低氣壓對冷卻塔性能影響的研究[J].云南電力技術，2003，31(2)：4-6.

TQ051.5

A

1007-7359（2016）06-0145-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.055