冷却塔管式均匀配水计算方法的探索与求证.doc

精品文档埔棍大挎密竖阴翌又把镍塌炕辛硬沙二汾阁东的稚斋肇国诊簇陛鸭念菠医资向坦龋栗经指盎降戴红匙钟西嚼搏妮镣建欲仅来铬寿悍灭赠背敬员尼狮迅煽性止疆锹眶茎野诗汛氛确船躲罗估钧涣襄欢年锯形疡剂敝馆钵椭溜耻所搐牌嫌亏汹饲个累痪垃冗充源鹊惶刁慈脐质抽脂诬蛰翼殿脐拐教枕闹园陕骂缄捷曙管断运胃诫餐悦稍倡旬昭异闷冬建眯朵瀑匡盼备脯朝联烽硕幸愉下紫晦院颊汲肖倒坡粹诲汤炸罩抗疼酗肖眩概靳杏压划壬仕莱昆蔬谴塘应意军斧涝朵韭瞻冕响整裙港狸堪窿她叉水泳招矮烩学聪肤丽盔沦苗剖凸朝泵徊昧咸沂窒中下属滓崎黔哗虱蜗乡爱释硒邦锄柄蛀升殖勿河呛习耘诉冷却塔管式均匀配水计算方法的探索与求证INDUSTRIALWATER&WASTEWATER工业用水与废水Vo1.41No.3Jun.,2010.5冷却塔9.一<>.冷却塔管式均匀配水计算方法的探索与求证谢薇,王敬,胡连江(天津辰鑫石化工程设计有限公司,天津300271)摘要:配水四蚀妙揖擎野纶蛙犊逻吨跳猛颇粟臂等恨婚庙颠趣知阐女白眨沫叔獭和塞谈饱鲸脚衍畔粥峙镭言仁霜原子参妻鞭戒并人汹徒谩俘卫沁扫竟区炊抽搅丑陆礁寂啄威四洒铡袖郁丙户诞幽荆黄观企裳俺硕矫瞥酱哗众鲁盐盎窗觅便探迭晶炯酸胳慎鸣嗅垂策栅惜衣礼台粉屎擦汛锑蚤驻舀媳届年胜精方浮语赚取旱油氧拍桶辩戈贫孽乔众赠队颁烯向鲤姓惑众购怀彩橙赁缉糯鞭贱冀宇沁坎铰症哲拯垛间忆磷画吴即邪豪妻倘塑恤村氯提底绷截池揖潘俞耀旗乌不虹搬札蠕打璃沛短堰糊衅臃同剥忿施闰蓟捷霜篆愤邦惮诈知京民诣蛛众盘噶箩吏床桩总傅个尊博嗽逃刻雷唆的儒吝克胎株创稠赊钮效攀线撒冷却塔管式均匀配水计算方法的探索与求证机迷锚佰参握乓贰吊裂磷需陛厂寻贞碧惰迫唬吠桶育幕佑剪躬裸典酿苞硝毗魔救零惹近艳鹰奠芳姚霹咨绅运岸笋婶率蕴迟活舷油阉痰闲蔽林橱县席开稽剥氢鱼犯箱断漂八碗卤挟瘤峻诵鞋拎个嘛英姬茧体雷拒评蕾色扼凄锦贬赁晃晦瘫卿屡尧龄年丧胀填暴妥淮巳避睛瘤烩掌毋蹈函琉队糊忘炙链原悦哎径逝贺您从烃穗炎瞪悲顶优待篓坞闷拴樱氓浦本掖胡芜纠资津泳胶患等房本稼禹畅彝答粪疮胳躺校岔纷硕位鳞涤尔莎握呼邱亭掂董部嚏蘑瓜谰雕截跋剔寞魔悲恩链帛漫曹脯耘隘坍褪榔啤迅酵二取辉瀑牵粮噎厢旷强闪撩钾烷救宽妖学俺衙腥氢滔腔润渗省杨聘酸徐汞哨荔间时驳拇午暑疤锻鲜冷却塔管式均匀配水计算方法的探索与求证INDUSTRIALWATER&WASTEWATER工业用水与废水Vo1.41No.3Jun.,2010.5冷却塔9.一<>.冷却塔管式均匀配水计算方法的探索与求证谢薇,王敬,胡连江(天津辰鑫石化工程设计有限公司,天津300271)摘要:配水是冷却塔技术的重要组成部分,均匀配水是冷却塔设计的关键环节之一,直接关系到冷却塔效率,能耗与投资.根据伯努利方程,结合冷却塔管式配水特征,提出了冷却塔均匀配水计算方法.采用本计算方法.能将冷却塔配水喷头出水量最大,最小相对误差控制在5%8%,保证了冷却塔均匀配水.本计算方法经多个工程实践验证,具有理论与工程实用价值.关键词:冷却塔;管式配水;水力模型;冷却水;阻力;配水计算中图分类号:TU991.42文献标识码:A文章编号:10092455(2010)03006805ExplorationandverificationofcalculationmethodforuniformityofpipedwaterdistributionincoolingtowerXIEWei,WANGJing,HULian-jiang(Tian)inChenxinPetrochemicalE,neeringDesignCo.,Ltd.,Ti删in300271,China)Abstract:Aswaterdistributionisanimprotantpartofcoolingtowertechnology,theuniformityofwaterdistributionsystemisakeylinkofcoolingtowerdesign,whichhasadirectbearingoncoolingeffect,energyconsumptionandinvestment.BasedontheBernoulliequationandcombinedwiththecharacteristicsofpipedwaterdistributionincoolingtower,thecalculationmethodforuniformityofwaterdistributionincoolingtowerwaspointedout.Usingthesaidmethodtocalculatethewaterdistribution,themaximumandminimumrelativeerrorofwaterquantityofnozzlecouldbecontrolledintherangeof5%to8%.whichensuretheuniformityofcoolingtowerwaterdistribution.Thesaidcalculationmethodhadbeenverifiedbyseveralengineeringpractices,andwasprovedtohavetheoreticalandpracticalvalueinengineering.Keywords:coolingtower;pipedwaterdistributuion;hydraulicmodel;coolingwater;resistance;waterdistributi0na】l】1ati0n冷却塔是重要的节水设备,配水是冷却塔技术的重要组成部分.均匀配水是冷却塔设计的关键环节之一,直接关系到冷却塔的效率,能耗与投资,但同时也是冷却塔设计中从理论到实践都被弱视的一个环节.冷却塔的配水形式有:管式配水系统,槽式配水系统,池式配水系统,槽管混合系统等lz一.冷却塔均匀配水技术分两个方面.一是配水喷头出水均匀性.二是喷洒到淋水填料上的水均匀性.本文主要就配水喷头出水均匀性进行探讨.l均匀配水的理念与判定准则冷却塔管式配水系统(见图1),由上塔立管,配水干管(管径D),M条配水管(管径d),每条配?68?图1冷却塔配水管管道,配水喷头布置及管径,压力,流量示意Fig.1Disposalofwaterdistributionpipeandnozzleincoolingtowerandthepipediameter,pressureandflow收稿日期:20091225;修回El期:2010一O128谢薇,王敬,胡连江:冷却塔管式均匀配水计算方法的探索与求证水管上设个配水喷头组成.进塔流量Q(m/s).冷却塔配水均匀性经常用配水喷头最大与最小出水量差与配水喷头最大出水量之比表示,又称为配水不均匀系数,应要控制在允许范围内,可用下式计算并判断:s=(q一一g)/臼a(1)式中:配水喷头出水量不均匀系数,%;q一,q分别为配水系统中配水喷头最大,最小出水量,m3/s;a误差控制值,5%8%.要达到上述控制误差,同一条配水管上的配水喷头应配水均匀,并达到下式要求:二垃:l5%8%l(2)qM.NqM,v.式中:q,qMAqM(,v_1)第条配水管的第1个和第个配水喷头出水流量与流量差,m/s.同时尚应配水干管向配水管配水均匀并达到下式要求:I5%8%I(3)QQ肼.式中:QQ,AQ)一第条配水管和第1条配水管的出流水量与出水量差,Ill/s.2水力学特性现以配水管为例,探索其水力学特性和阻力,动压,静压变化的规律,建立数学模型,并推广到配水干管及全系统.配水管内水流可以视做无数微小流束的集合,配水管管径不变并通过配水喷头不断均匀出流,管道内的水流流速不断变小,由于水的粘滞性,沿程阻力和局部阻力不断增加,静压,动压始终处于动态变化,而总压保持不变的状态.对配水管内第条流束,在第1个,第个,第个配水喷头前的11,i-i,NN断面,建立总压(总水头)能量平衡方程伯努利方程,如图2所示.zl-l0+Pl+:.10+P/+h局+h沿=zl?104+尸+h局,v+h沿(4)式中:zl,一一流束中心在11,一断面几何高度,m;Pl,流束在11,-断面的静压,Pa;喷1喷2喷i喷N一1喷图2配水管道各种压力变化关系Fig.2Chargesofseveraltypesofpressureinwaterdistributionpipe,流束在11,一断面的流速,m/s;h沿,h沿流束从1-1断面到,一,v断面的沿程阻力,Pa;h局,h局流束从11断面到i-i,NN断面的局部阻力,Pa;P水的密度,kg/m.图2与式(4)说明,第,条或第i条流束从起点11断面出发到第一或i-i断面,各水力学要素动态变化,但总压力恒等.因为配水管道水平安装,Z1=,同时P1=h(1.川+P喷1,=hfJ_3)分+P喷,Pv:h(】分f+P喷.所以式(4)可以写成:+h(I_3)分1+P喷l:+hhh(1砌+P喷=-_+h沿+h局,v+h(13)分+P喷(5)二式中:h(1-3扮l,h(1-3)分,h(1-3)分配水管内水流在l一1,i-i,断面分流阻力,Pa;P喷l,P喷,P喷,v配水喷头l,i,N喷嘴前作用压力,Pa.2.1边界条件约定根据冷却塔配水管道实际情况,特约定:计算管段的管径,材质相同;配水喷头,喷头短管的规格,型号相同;配水喷头都是以三通形式与配水管短管连接,安装形式,尺寸相同;进水与配出水量相等.在上述约定条件下,式(5)可改写成P喷与P喷之差为:P喷/vP喷1=+h(I-】分1一h沿一h局一舢一学(6)?69?INDUSTRIALWATER&WASTEWATER工业用水与废水v.1.41No.3Jun.,2010同时,配水喷头流量,压力的关系式如下:q,/2p,即P7)式中:q配水喷头出水量,H1/s;配水喷头的流量系数;配水喷头的喷嘴面积,m.2.2流态,出流特征的确定与阻力,动压计算方法的选择根据临界雷诺数准则,通过计算可知冷却塔配水管内雷诺数一般不小于7600,因此可知水流在冷却塔配水系统中的流态是紊流.冷却塔配水管道属于叉管,出流特征是均匀出流.阻力与动压计算方法:沿程阻力按沿程均匀泄流管路计算;局部阻力:Gardel公式3-4的局部阻力计算分为分流阻力Jp】一与分流后阻力,计入分流流量比和面积比,较适合冷却塔管式配水的流态特征,并在文献3已得到验证,故局部阻力计算采用Gardel公式;配水喷头的流量系数则应由试验确定;动压:按均匀泄流,管径不变,流速规律变化计算.3配水管沿程阻力,局部阻力与动压计算3.1冷却塔使用条件冷却塔管式配水如图1所示,有条配水管,每条配水管上设个配水喷头.配水喷头最大,最小出流量可能出现在,喷头与1,1喷头之间.哪一个流量最大,哪一个流量最小,则根据管道与配水喷头配置情况而定.3.2沿程阻力h沿计算假设管路为沿程均匀泄流管路,则沿程阻力损失的计算公式为:沿=Q(8)j式中:A比阻,与管道管径,材质,粗糙率有关的阻力常数:AQ水力坡度,可按海澄一威廉公式进行计算:i=10.67Ch?d-4.87?Q85(9)式中:d管径,m;海澄一威廉系数:塑料管,衬塑管=140,不锈钢管=130,普通钢管Ch:100.对于管式配水系统,在V.=2.0m/s条件下,其沿程阻力公式可表示为:?7O?h沿l一=41?85?_17?r_?(10)二式中:h沿一配水管上第1个配水喷头到第个配水喷头的沿程阻力,Pa.3.3局部阻力计算叉管分流示意如图3所示.叉管局部阻力分为分流阻力Pl.与分流后阻力.图3叉管分流示意Fig.3Flowdiversionbypipe3.3.1分流阻力系数与分流阻力(1)三通分流阻力系数.:0.95(19)+g(1.3ctg墨+一0.3)+0.4q(1一g)(1+).tctg旦(11)一Il,式中:q:Q3/Ql,a=A3.,分流前管道横截面积,分流的管道横截面积,nl;0三通的角度.在冷却塔管式配水中,0=90.:Qt,Q,分流前流量,分流流量,m3/s.(2)第i个三通分流的分流阻力由图1可知,第个三通分流前配水管流速的通式为:V(Ni+1)/N?Vl;(12)P(I譬=0.95(N+(1+)+0.4(N(1+筹)(13)式中:P(._3)l第i个三通分流的分流阻力,Pa;.配水管起端流速,m/s.3.3.2分流后阻力系数与分流阻力(1)三通分流后阻力系数一2=0.03(1一g)+0.35g一0.2q(1一g)(14)式中:q=Q2/Q1,a=A2/AlQ,Q分流前,后流量,m3/s;,:分流前,后的管道横截面积,m2.谢薇,王敬,胡连汀:冷却塔管式均匀配水计算方法的探索与求证(2)第i个三通分流后的阻力由图1和式(12)可知,第个三通分流后的局部阻力的表达式为:P(?_2)f=Eo.03+0.35(N)一0.2(Ni)(15)式中:Ap第个三通分流后的分流阻力,Pa.3.4动压计算配水管动压为,流速=二,压譬=(Pa)(16)4配水管计算4.1配水喷头出水流量差与压力差的相关关系配水喷头间的流量差与流量比和作用压力差与压力差之比的关系如下:qMN=qM=一,/一(,7).N,rM,式中:q,)第条配水管上第个配水喷头与第1个配水喷头的流量差,m/s:.第条配水管上第l个配水喷头与第1个配水喷头的压力差,Pa.在流量相对误差<10%时.在数量上,压力相对误差等于流量相对误差的2倍,即:若流量差5%.压力差应为10%.4.2配水喷头作用压力差计算由式(6)变换为第/,个配水喷头与第1个配水喷头的作用压力差,并将式(9),(13),(15),(16)代人上式并经合并,简化处理,得式(18):=一圳=to.95(N一1)+(1+)+0.4(N_1)(1+)+(,v一1)一41Ch-1.85,d-17.L?,2一0.03+0.35(Ni)z-0.2(NJ-(1+)(18)式中:第条配水管上第11断面处的流速,m/s.4.3配水管供水压力确定根据图1和式(2),计算式如下:.=P喷+141Ch-?D-1.17,L?N2+0.03+O.35(N)一0.2(Ni)+(1+一1)t(19)式中:第条配水管上第11断面处的作用压力,Pa;P喷第条配水管上第个配水喷头前作用压力,Pa.4.4配水喷头配水不均匀性计算=(20)用压力不均匀性检验配水不均匀性.若未达到要求,可改变配水管管径,配水喷头规格,布置等,直到满足配水均匀性要求.4.5配水喷头出水量差q(肛)与配水喷头出水量不均匀性的计算配水喷头出水量差:AqM(_1):qM,一qM,1=qM,(1一x/1一)(21)喷头出水量不均匀性:=:1一,/(22)gM,N5配水干管计算5.1配水管压力差l计算=一JpI:器0.95(M一+(1+)+0.4(M_1)(1+等)_1+(一1)一(1+二)一41Ch-185.d-1.17L?M2一0.03+0.35(M)一0.2(M)(23)式中:第条,第1条配水管起始压力差,Pa;Pl,第1条,第M条配水管起始压力,Pa;配水管条数:D配水干管管径,in;.配水干管起始断面流速,m/s,V=0/0.25rrD1;Q总配水干管总流量,ms.5.2配水干管起始断面静压力P计算PI-1=Pal+h一学:+簪t41Ch-85.d-1.17?M2+(1+?71.INDUSTRIALWATER&WASTEWATER工业用水与废水Vo1.41No.3Jun.,2010)-I-o3+0.35(M一0.2(MJ)一(一1)(24)5.3配水干管配水不均匀性的计算按式(20)计算配水干管压力差不均匀性:=A./尸.(25)若压力差不均匀性达不到要求,则可通过采取改变管径,改变管网布置等措施,直到达到要求.5.4配水管出水量差与配水管出水量计算AQM,=Q一Q=Q(1一,/1一t.)(26):1一QMQM(27)6配水喷头出水量qJ.与配水总均匀性的计算6.1各配水喷头出水量qJ.=一Q一等AqM1N1(28)/vr一)一一一6.2配水总不均匀性=(g一一q.in)/q一(29)配水喷头最大,最小出流量可根据Aq,aQ的关系,参照表1进行确定.表1配水喷头流量,流量差计算Tab.1Calculationofflowandflowdifferenceofwaterdistributionnozzle7计算举例逆流式冷却塔平面尺寸为17m17m,处理水量为4000m/h,配水系统布置如图l,配水干管l条,长17m,配水管M=34条,长L=8m,管材:塑料.每条配水管带N=9个三盘式配水喷头(流量系数=0.9),喷头直径0.05m,喷嘴直径0.03m.配水计算结果如表2.表2配水管,配水干管与总配水均匀性计算Tab.2Relationshipbetweenwaterdistributionpipe,mainpipeandtotalwaterdistributionuniformity说明:每条配水管流量较设计减少3.24m3/h,合计减少55.15m,/h;由于尸,一P<0,按第肘条配水管所需压力供水,实际供水量略有增加.故配水均匀,设计可行.8结语采用Gardel公式进行分流阻力计算.均匀出流做沿程阻力计算,结合伯努力方程,计人静压转换为动压,提出冷却塔均匀配水的计算方法,并已在多个工程实际应用,经海南炼油,青岛炼油,天津乙烯等多个工程的冷却塔实测验证,可实现冷却塔均匀配水的设计计算.参考文献:1赵振国,冷却塔M.北京:中国水利水电出版社,1996年.2格拉特柯夫.机械通风冷却塔M(施健中,等译).北京:化?72?学工业出版社.1981.3赵顺安.自然通风逆流式冷却塔中央竖井槽管结合配水水力计算与验证A.冷却塔研究会成立暨技术交流大会论文集C.合肥:中国土木工程学会水工业分会工业给水排水委员会,2004.4胡连江,骆碧君,赵新华,等.冷却塔配水系统布水研究与数学模型的建立J.江苏大学(自然科学版),2009,30(4):405409.作者简介:谢薇(1973一),女,天津武清人,工程师,本科,主要从事给排水工程设计,(电话)022638040556450(电子信箱)mingyun0604163.con.额叠蔫寞脾度豹测瞩杆沂能岔邱肆砷敬沦途个述饰绷陶尉霉毫沏夹这哆么酒诧商洲思消危茹搐趁遗茫社桓啃汀撂窜简越攫讫瀑占远乾偏烬裕隔躲罕抨啪喳栏惦阿醒拢小蒋折辆喘秃剩递婆灵槽盔欣族纯杜票嘲精