高海拔地區(qū)對(duì)水泵和冷卻塔性能的影響

季冉，龐炳穎，閆曉強(qiáng)，馬龍

（1.中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120；2.中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，北京 100048）

高海拔地區(qū)對(duì)水泵和冷卻塔性能的影響

季冉1，龐炳穎1，閆曉強(qiáng)1，馬龍2

（1.中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120；2.中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院，北京 100048）

高海拔低氣壓地區(qū)對(duì)給排水設(shè)備是有影響的，根據(jù)工程的具體條件修正設(shè)備的性能參數(shù)，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效運(yùn)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(fā)電廠為例，簡(jiǎn)要介紹高海拔地區(qū)對(duì)給排水設(shè)備的影響。生活垃圾焚燒發(fā)電廠的給排水設(shè)備主要包括水泵、冷卻塔及凈水處理設(shè)施等，以下簡(jiǎn)要論述對(duì)水泵和冷卻塔的影響。

拉薩市內(nèi)平均海拔3650m。根據(jù)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(qū)，大氣壓強(qiáng)僅僅只有內(nèi)陸的60%左右，氣溫與內(nèi)陸相比差距不大。由此可見(jiàn)，拉薩項(xiàng)目地域性較強(qiáng)，自然環(huán)境對(duì)給排水設(shè)備的選型必定會(huì)造成一定的影響。

1 高海拔低氣壓地區(qū)水泵的設(shè)置

1.1 水泵的氣蝕余量和安裝高度

在本工程設(shè)計(jì)中，需要較多水泵，包括循環(huán)水泵、工業(yè)冷卻水泵、工業(yè)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(qiáng)的變化會(huì)對(duì)水泵的氣蝕余量和安裝高度產(chǎn)生較大的影響。另外，氣壓對(duì)泵體內(nèi)的流體也可能產(chǎn)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(guān)。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(gè)條件值，它是水泵在標(biāo)況下（氣壓為10.33mH2O，水溫為20℃時(shí)）的允許吸上高度。因此，在工程上應(yīng)用水泵樣本中的Hs值時(shí)，需要考慮到大氣壓強(qiáng)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(duì)水泵廠所給定的Hs值，應(yīng)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(diǎn)的大氣壓（mH2O）

阿東中午不回來(lái)，老巴會(huì)讓阿里去對(duì)面餐館端兩份盒飯。跟母親做的菜比起來(lái)，這個(gè)味道差很多。但阿里還是能吃得精光。吃過(guò)飯后，老巴便讓阿里去羅四強(qiáng)的發(fā)廊玩一下。阿里便“哦”一聲，踱著步子過(guò)去，然后又坐在那里發(fā)呆。阿里現(xiàn)在已經(jīng)不太喜歡見(jiàn)到陌生人就大聲說(shuō)：“我叫阿里。”發(fā)廊來(lái)的陌生人很多，他們從阿里面前走過(guò)，阿里就像什么都沒(méi)見(jiàn)到一樣。

Hva——實(shí)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(lái)衡量的。Hs值越大，說(shuō)明水泵的吸水性能越好，或者說(shuō)，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(duì)水泵安裝高度的影響

由上述影響因素及計(jì)算公式可知，當(dāng)海拔高度發(fā)生變化時(shí)，即考慮到大氣壓強(qiáng)的因素，水泵的安裝高度亦需要做出相應(yīng)的調(diào)整，即大氣壓強(qiáng)降低，水泵的安裝高度應(yīng)該相應(yīng)的降低。因此Hs值的運(yùn)用一定要考慮工程的實(shí)際運(yùn)行條件。

1.2 水泵的電機(jī)配置

低壓對(duì)泵內(nèi)電機(jī)也會(huì)產(chǎn)生很大的影響，因其空氣質(zhì)量相對(duì)較少，導(dǎo)致空氣流通比較差，電機(jī)散熱性能大為降低，電機(jī)的性能也隨之大為降低。電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要求一般是指海在拔不超過(guò)1000m，環(huán)境空氣溫度不超過(guò)40℃的地點(diǎn)運(yùn)行，而在低壓地區(qū)，電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境較為惡劣，通常工作在氣壓低、缺氧、高寒、溫差大、風(fēng)沙大等條件下。當(dāng)氣壓低時(shí)，理論上單位體積的空氣質(zhì)量少，在電機(jī)同軸風(fēng)扇轉(zhuǎn)速不變的情況下，流經(jīng)電機(jī)散熱片的空氣質(zhì)量少，所以帶走的熱量少，因此發(fā)熱量大；另外，潤(rùn)滑油脂的揮發(fā)性大，造成機(jī)械磨損相對(duì)加大。所以泵內(nèi)電機(jī)不可避免會(huì)與海拔較低地區(qū)的性能產(chǎn)生極大的偏差。

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

在高海拔地區(qū)，空氣稀薄，電機(jī)溫升大，輸出功率變小。因此，在配置水泵電機(jī)時(shí)通常按普通功率放大一檔進(jìn)行估算，并適當(dāng)放些余量。

1.3 水泵的質(zhì)量設(shè)計(jì)

當(dāng)海拔升高、氣壓降低時(shí)，水泵合理運(yùn)行時(shí)需要更高的絕緣水平，良好的通風(fēng)散熱結(jié)構(gòu)以及電機(jī)防振、防沙等結(jié)構(gòu)，如果照搬海拔較低地區(qū)的水泵，無(wú)疑會(huì)給水泵的工程應(yīng)用及其可靠性造成極大的懷疑。因此，對(duì)高原地區(qū)的水泵有更加嚴(yán)格的質(zhì)量要求。

2 高海拔低氣壓地區(qū)冷卻塔的設(shè)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(guò)其中的空氣相接觸。此時(shí)，熱水與冷空氣之間即產(chǎn)生接觸散熱，同時(shí)部分的熱水被蒸發(fā)，即蒸發(fā)過(guò)程中其蒸發(fā)潛熱被排放至空氣中，最后經(jīng)冷卻后的水落入水池中。在整個(gè)冷卻過(guò)程中，主要存在接觸散熱和蒸發(fā)散熱兩種方式。

高海拔地區(qū)接觸換熱量減少，蒸發(fā)散熱量增大。由于在冷卻塔的換熱過(guò)程中蒸發(fā)散熱占主導(dǎo)作用，根據(jù)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(duì)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?？紤]到分析時(shí)作了一些簡(jiǎn)化，忽略了一些次要微量元素的影響，實(shí)際情況中換熱量的增加幅度會(huì)小一些，應(yīng)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(qū)冷卻塔的設(shè)計(jì)并不需要進(jìn)行專門(mén)的修訂工作，只需考慮拉薩地區(qū)的濕球（13.5℃）及干球溫度對(duì)冷卻塔的影響即可。另外，高海拔地區(qū)的冷卻塔和水泵相同，須選配高原電機(jī)。

3 結(jié)語(yǔ)

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

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

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

TQ051.5

A

1007-7359（2016）06-0145-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.06.055