高海拔地区对水泵和冷却塔性能的影响

2016-05-03季冉庞炳颖闫晓强马龙

安徽建筑 2016年6期

关键词：低气压气蚀大气压

季冉，庞炳颖，闫晓强，马龙

（1.中国城市建设研究院有限公司，北京 100120；2.中国建筑标准设计研究院，北京 100048）

高海拔地区对水泵和冷却塔性能的影响

季冉1，庞炳颖1，闫晓强1，马龙2

（1.中国城市建设研究院有限公司，北京 100120；2.中国建筑标准设计研究院，北京 100048）

高海拔低气压地区对给排水设备是有影响的，根据工程的具体条件修正设备的性能参数，才能实现设备的高效运行。

高海拔；水泵；气蚀余量；安装高度；冷却塔

0 前言

水在不同的海拔、温度情况下，有不同的水力条件。本文以拉萨某生活垃圾焚烧发电厂为例，简要介绍高海拔地区对给排水设备的影响。生活垃圾焚烧发电厂的给排水设备主要包括水泵、冷却塔及净水处理设施等，以下简要论述对水泵和冷却塔的影响。

拉萨市内平均海拔3650m。根据2003～2012年10年气象资料显示，年平均气温为8.5℃，年极端最高气温为30.4℃，年极端最低气温为-13℃。拉萨位于高海拔低气压地区，大气压强仅仅只有内陆的60%左右，气温与内陆相比差距不大。由此可见，拉萨项目地域性较强，自然环境对给排水设备的选型必定会造成一定的影响。

1 高海拔低气压地区水泵的设置

1.1 水泵的气蚀余量和安装高度

在本工程设计中，需要较多水泵，包括循环水泵、工业冷却水泵、工业新水泵、生活变频泵组、消火栓供水泵、消防炮供水泵等，所有水泵均为自灌式离心泵，海拔高度、大气压强的变化会对水泵的气蚀余量和安装高度产生较大的影响。另外，气压对泵体内的流体也可能产生影响。

1.1.1 水泵吸水性能的影响因素

水泵的吸水条件与海拔、水温、水泵允许吸上高度、吸水管路损失等有关。海拔高度越高，大气压越低。水温越高，饱和蒸汽压越高。

水泵样本中的允许吸上高度值Hs是个条件值，它是水泵在标况下（气压为10.33mH2O，水温为20℃时）的允许吸上高度。因此，在工程上应用水泵样本中的Hs值时，需要考虑到大气压强和抽升水温的影响。大气压越低，水泵的Hs值就越小，水温越高，Hs值也越小。

对水泵厂所给定的Hs值，应作如下的修正：

式中：Hs′——修正后采用的允许吸上真空高度（m）

Hs——水泵厂给定的允许吸上真空高度（m）

Ha——安装地点的大气压（mH2O）

阿东中午不回来，老巴会让阿里去对面餐馆端两份盒饭。跟母亲做的菜比起来，这个味道差很多。但阿里还是能吃得精光。吃过饭后，老巴便让阿里去罗四强的发廊玩一下。阿里便“哦”一声，踱着步子过去，然后又坐在那里发呆。阿里现在已经不太喜欢见到陌生人就大声说：“我叫阿里。”发廊来的陌生人很多，他们从阿里面前走过，阿里就像什么都没见到一样。

Hva——实际水温下的饱和蒸汽压力

离心泵的吸水性能通常使用允许吸上真空高度Hs来衡量的。Hs值越大，说明水泵的吸水性能越好，或者说，抗气蚀性能越好。

Hsv——总气蚀余量

ha——吸水井表面的大气压力（mH2O）

hva——该水温下的汽化压力（mH2O）

∑Hs——吸水管道的水头损失之和（mH2O）

Hss——水泵吸水地形高度，即安装高度（m）

1.1.2 高海拔对水泵安装高度的影响

由上述影响因素及计算公式可知，当海拔高度发生变化时，即考虑到大气压强的因素，水泵的安装高度亦需要做出相应的调整，即大气压强降低，水泵的安装高度应该相应的降低。因此Hs值的运用一定要考虑工程的实际运行条件。

1.2 水泵的电机配置

低压对泵内电机也会产生很大的影响，因其空气质量相对较少，导致空气流通比较差，电机散热性能大为降低，电机的性能也随之大为降低。电机设计时要求一般是指海在拔不超过1000m，环境空气温度不超过40℃的地点运行，而在低压地区，电机的运行环境较为恶劣，通常工作在气压低、缺氧、高寒、温差大、风沙大等条件下。当气压低时，理论上单位体积的空气质量少，在电机同轴风扇转速不变的情况下，流经电机散热片的空气质量少，所以带走的热量少，因此发热量大；另外，润滑油脂的挥发性大，造成机械磨损相对加大。所以泵内电机不可避免会与海拔较低地区的性能产生极大的偏差。

另外，水泵在高海拔环境使用易产生电晕，就像人喝醉酒一样，性能降低混乱严重影响设备安全使用。因此，在高原或高海拔地区，通常选配专用高原电机为循环水泵、管道离心泵等配套。

在高海拔地区，空气稀薄，电机温升大，输出功率变小。因此，在配置水泵电机时通常按普通功率放大一档进行估算，并适当放些余量。

1.3 水泵的质量设计

当海拔升高、气压降低时，水泵合理运行时需要更高的绝缘水平，良好的通风散热结构以及电机防振、防沙等结构，如果照搬海拔较低地区的水泵，无疑会给水泵的工程应用及其可靠性造成极大的怀疑。因此，对高原地区的水泵有更加严格的质量要求。

2 高海拔低气压地区冷却塔的设置

冷却塔的冷却方法是将热水喷洒至散热材料表面与通过其中的空气相接触。此时，热水与冷空气之间即产生接触散热，同时部分的热水被蒸发，即蒸发过程中其蒸发潜热被排放至空气中，最后经冷却后的水落入水池中。在整个冷却过程中，主要存在接触散热和蒸发散热两种方式。

高海拔地区接触换热量减少，蒸发散热量增大。由于在冷却塔的换热过程中蒸发散热占主导作用，根据大气温度和湿度的不同，一般占总换热量的60%～90%，因此高海拔低气压条件下综合换热量将提高，并且对提高冷却塔的换热能力是有利的[2]。

冷却塔的换热量随海拔的升高而增加。考虑到分析时作了一些简化，忽略了一些次要微量元素的影响，实际情况中换热量的增加幅度会小一些，应该只是微量的增加。但随着海拔的上升，换热量的确是增加的。因此，高海拔地区冷却塔的设计并不需要进行专门的修订工作，只需考虑拉萨地区的湿球（13.5℃）及干球温度对冷却塔的影响即可。另外，高海拔地区的冷却塔和水泵相同，须选配高原电机。