淺談朝東圩樞紐機組冷卻水系統優化研究與應用

朱海鋒郭 軍沈 鵬沈 沖高 亮

一、前言

朝東圩港水利樞紐位于江蘇省張家港市大新鎮朝東圩港長江口，是張家港市引江和排澇的重要水利設施，工程于2006年底建成投運，2016年實施改造。泵站采用雙向X型流道，安裝2臺套立式定槳軸流泵，配套安裝一套冷卻水系統，主要用于主電動機冷卻和水泵導軸承冷卻潤滑。

二、原方案分析

1.原方案原理

泵站機組冷卻水系統原設計方案采用一次性冷卻方式，冷卻水源取自下游河道，取水口設置格柵攔污，在供水泵進口側管路設置Y型管道除污器，用于過濾水中泥沙等雜質，冷卻水經機組循環后直接排入上游河道。原方案設計如圖1。

2.原方案缺陷

經多年運行發現，水泵冷卻水裝置出現了供水流量偏低、水壓力不足、冷卻效果差、機組溫度升高等問題。針對發現的問題，經調查研究，原因主要是設計方案存在幾點缺陷：一是下游河道取水不合理，下游河道水草、雜物和水生生物較多，設備運行時，極易造成取水口格柵堵塞，導致取水不暢；二是過濾方式不科學，河水中含有管道除污器無法過濾的細小泥沙，機組長時間運行后，泥沙極易在冷卻管道中淤積，導致管道受阻，水循環不暢，供水壓力達不到要求，冷卻效果差，機組溫度升高，危及設備運行安全，且清理難度和工作量較大；三是冷卻方案不可靠，采用下游河道水作為冷卻水源，水溫受環境影響較大，夏季高溫時，水溫超過25℃，冷卻效果不明顯。

三、方案研究與比選

針對出現的上述缺陷，開展了水泵冷卻水系統改造方案研究，并對研究結果進行比選，旨在通過最小的資金投入、最簡易的施工，改造出最優的冷卻水系統。

1.第一種改造方案

采用自來水作水源，改善水質，設置循環水池進行蓄水沉淀，安裝板式冷卻器冷卻，并配置自動濾水器過濾。設計方案如圖2。

該方案優點是板式冷卻器無需用電，不消耗電能，且能解決原方案缺陷。但結合工程實際，此方案存在幾項缺點：（1）循環水池需要占用較大空間，泵站空間緊湊，實施困難；（2）原冷卻水系統管路均為焊接連接，增設自動濾水器和板式冷卻器需對原有管路進行切割，工作量較大；（3）自動濾水器與板式冷卻器設備一次性投入成本較高，改造不經濟。

2.第二種改造方案

仍采用自來水作水源，改善水質，設置流道冷卻水管，選用Y型管道除污器過濾。設計方案如圖3。

該方案優點是利用布置在流道里的環形管道進行冷卻，節能環保，但在該項目中應用存在以下缺點：（1）流道冷卻水管布置需將流道水抽空才能施工布置，施工難度大、成本高；（2）流道冷水管與系統管路對接，需在泵站連軸層混凝土面開孔，連軸層在水下，所以對開孔部位的防滲要求高，一旦防滲不好，影響泵站安全運行，改造風險較大。

3.第三種改造方案

圖1 原方案設計圖

圖2 第一種設計方案圖

圖3 第二種設計方案圖

圖4 第三種設計方案圖

圖5 最佳設計方案圖

圖6 電機溫度曲線對比圖

仍采用自來水作水源，改善水質，選擇空調冷卻器冷卻。設計方案如圖4。

該方案優點是利用模塊化空調冷卻機組冷卻，冷卻效果顯著，且對原有冷卻水系統管路改動較小，施工容易。缺點是泵站無備用水源，對市政管網自來水的可靠性要求較高，一旦停水，將影響泵站機組正常運行。

四、方案改進與效果

1.改進方案

通過以上三種設計方案的對比分析，確定采用第三種改造方案，并對此方案作進一步改進，在管路上增加一只體積相對較小的密閉水箱，一旦自來水停水，可以臨時應急向水箱里補充河水，并通過增設的Y型管道除污器過濾雜質。設計方案如圖5。

該方案關鍵在于空調冷卻器和冷卻供水泵的選型要合理。經調研，設備選型如下：（1）空調冷卻器選型。空調冷卻器選用SJF型風冷渦旋式軸瓦專用冷水機組，渦旋壓縮機、關鍵零部件及電氣控制元件均系美國著名品牌，性能可靠；換熱器效率高；微電腦智能控制穩定。（2）冷卻供水泵選型。根據水泵特點，確定了冷卻供水泵流量為30m3/h，揚程45.5m，泵型由原來的自吸泵改為立式軸流泵，流量和壓力均有效保障。

2.改進后效果

通過運行觀察和改造前后數據比較，改造后的冷卻水系統消除了原有的缺陷，并在耗電量、噪聲以及冷卻效果等方面都有了明顯的成效，改造后的冷卻水裝置具備溫升低、能耗小、無堵塞、噪聲低、管路連接簡便和操作可靠等優點。電機溫度對比如圖6。

五、結語

通過對朝東圩港水利樞紐水泵冷卻水系統問題分析與研究，立足于科學、經濟、先進和簡便等目標，提出了改造設計方案并充分開展研究比選，得出了針對性強、科學性高的最優冷卻水系統改造方案，為今后同類型工程的設計和改造提供參考