内燃机车冷却系统论文

下面是小编为大家整理的《内燃机车冷却系统论文(精选3篇)》，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。摘要：新经济时期，我国铁路事业迎来了蓬勃发展，对内燃机车也提出了“货车加大载重、客车高速运行”的更高要求，因此应用交流电传动控制技术，改善HXN3型内燃机车的性能，增加其最大功率数值，成为提升HXN3型内燃机车客运载货能力，进一步提高铁路建设质量与水平的重要举措。

第一篇：内燃机车冷却系统论文

大型泵站循环冷却技术供水系统研究

摘要：作为大型泵站技术管理工作的重点，技术供水系统运行效率直接影响着大型泵站安全生产、运行维护和成本核算。结合在建大型泵站辅助技术供水系统设计和已建泵站工程运行管理情况，提出了一种新型大型泵站技术供水系统设计方案。该系统采用全封闭循环方式，利用泵站前池流动进水自然水冷，建设安装简单且投资较少，冷却介质采用纯净水，可使系统长期运行无损耗无腐蚀，维护管理简便。

关键词：技术供水;大型泵站;循环冷却;运行效率

中图法分类号：TV675 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.009

大型泵站是水利基础设施重要的组成部分，是保护人民生命财产安全和发展粮食生产的核心装备，在排涝、灌溉、调水和供水工作等方面发挥着不可替代的基础性作用，在国民经济可持续发展和社会稳定中占有重要地位[1-4]。近年来，随着跨流域调水工程的建设实施，我国大型泵站建设规模和技术水平得到大幅提升，推进了大型泵站设计建设水平，提升了泵站运行管理能力，促进了我国大型泵站建设与管理事业的发展。

1 大型泵站技术供水系统发展

大型泵站工程是一项复杂的系统工程。除高压供电、励磁和控制保护系统外，主机组还需要可靠的供油、液压、供水、供气等辅机系统。辅机系统运行的可靠性直接决定了主机组的运行安全，也与大型泵站的安全生产和工程效益密切相关。辅助技术供水系统主要为主电机、水泵上下导轴承和其他部位提供冷却润滑用水，确保机组运行期间运转件温升在允许范围内，保障机组正常运行。因此，如何保障技术供水系统的稳定高效运行，是大型泵站建设与管理工作中重要部分[5-8]。

按目前我国已经建成大型泵站所采用的结构形式，辅助技术供水系统可分为开放式和封闭式，大部分设计都是通过进水流道侧向引水管道进水，经站身埋设管道进入技术供水泵加压，再经管道输送至导轴承、冷却油室等部位冷凝管道，经循环冷却后从汇流管排至泵站前池。这种技术方案的主要特点是结构简单、冷却水量大、热量交换较快，缺点是进水水质较差，加压泵、管道阀门和冷凝器极易堵塞，进水口位于池底容易堵塞、清理困难，直接影响机组运行安全，特别是冷凝器受水质影响堵塞、锈蚀后会造成热交换效率下降甚至引起管壁渗漏，可能会导致重大设备事故，增加机组运行维护成本，同时加压机组系统能耗高效率低。目前沿淮地区河湖水系水质较差，特别是大型泵站在大流量开机运行时，高速水流裹携大量河道悬浮杂物进入前池，经管道后进入技术供水系统，极易造成因技术供水系统堵塞引起冷却供水压力不足，从而引起导轴承温升上升造成主机停运事故。根据淮南市目前大型泵站技术供水系统运行维护调研统计情况，机组导轴承温升异常的检查结果表明：因增压泵叶轮杂物缠绕、管阀堵塞和冷凝器堵塞等原因引起的泵站故障占到90%以上。

鉴于以上分析，首先从技术角度上看，开放式技术供水系统管路始终与外界水系相通，杂物进入管路的情况不可避免;其次是天然环境水系水质较差，技术供水进水口未考虑设置拦污装置或是管路没有设置过滤或沉淀装置。另外，从现有技术供水系统设计原理和运用情况来看，即使设置过滤或沉淀装置，因水质问题造成的冷却管壁沉积或冷凝器堵塞锈蚀等情况仍然无法避免。

随着水利科技进步与发展，近年来有个别新建大型泵站根据运行和管理实践，将冷却循环水改用地下水或者是采用水箱循环水，相当于半开放式，从运行效果来看不甚理想，仍然存在高温天气水量消耗快、水质变质等问题，同时冷却管路还存在进气、补水等问题。南水北调工程个别大型泵站对技术供水系统进行封闭循环改造，方案为采用室外式强制风冷空调散热器，在室外增加了强制风冷散热机组，但是系统改造成本高，同时仍存在散热效果差、能耗较高、环境噪音大等问题。

2 安徽省供水系统现存问题与技术需求

安徽省位于长江中下游和淮河中游，地势低洼，行蓄洪区众多，防洪排涝任务繁重。目前全省已经建成的大型泵站（规模在50 m3/s或1万kW以上）有10余座，是我国大型泵站建设较为集中的省份，加上目前正在建设的引江济淮调水泵站群，全省大型泵站总数将达到30多座，总排灌流量将达到3 500 m3/s以上，总装机近40万kW，这样集中的泵站群和装机规模在国际上也不多见。其中正在建设的蜀山枢纽泵站总装机达6万kW，调水流量达300 m3/s，其单站流量规模在世界范围内屈指可数。

2.1 存在问题分析

以沿淮地区安徽省淮南市已经建成的西淝河、永幸河、城北湖等大型泵站为例，以上泵站单站装机5～6台，装机功率在1万kW左右，平均单机流量在16～30 m3/s之间，均采用技术供水系统与消防供水系统合并设计，共用离心泵从前池供水至消防水箱和技术供水管道，经冷却循环后排至泵站前池。从各站技术供水系统近年运行统计情况看，曾多次出现供水泵机组、管路或阀组堵塞情况，造成轴瓦温度升高，主机组紧急停机等事故时有发生，影响了泵站机组的运行安全。

同时，大部分泵站技术供水系统与消防供水系统合并设计，技术供水泵兼作消防泵。水泵按照消防供水最大水量和最大水头校核设计，由于消防供水水量和最大水头远远大于技术供水系统参数，造成技术供水泵组长期在低水头、小流量的最不利工况下运行，是典型的大马拉小车，造成辅助技术供水机组效率极其低下。按照大型泵站机组平均年运行时间2000台时计算，技术供水机组单机功率一般在11～18 kW之间，一般采用二用一备方式运行，按平均功率15 kW計算，每年技术供水系统能耗电量在3万～4万kW·h，系统经济性较差。

2.2 技术需求分析

泵站技术供水系统最基本的功能就是为主机组提供冷却用水，耗水量根据系统冷却热当量需求进行分析确定。为解决当前技术供水系统方案存在的问题，首先要解决冷却介质洁净度问题，以确保管路、闸阀及散热器长期可靠运行，其次要解决冷却介质循环后热排放问题，目标是冷却系统高效运转，同时需对技术供水和消防供水机组进行节能降耗优化设计。

而大型泵站技术供水系统对冷却水质要求较高，按照有关规定：冷却水不应含漂浮物;泥沙平均粒径最大不得超过0.1 mm， 粒径0.002 5 mm 以上的泥沙含量不超过含沙量的5%;为避免管路及冷却器结垢，冷却水应是中性水，硬度不宜大于10度;冷却水pH值应呈中性以避免腐蚀管路与用水设备。

按照目前国内大型泵站运行的河道水质环境来看，绝大部分天然河道水质无法满足冷却水质要求，现阶段大型泵站技术供水冷却系统更宜采用封闭循环设计的技术路线，才能保证安全高效运行。

3 技术供水方案设计

通过上述技术需求目标分析，结合泵站机组冷却组件的结构与运行特点，为保证冷却介质纯净可靠，设计采用综合封闭冷却循环系统。整个系统分为2个子系统。

（1）对导轴承、冷却油室告示冷却部位，采用全封闭循环，冷却介质可优先选用纯净水，比热大、成本低、无腐蚀，管道流量、压力根据系统需求分析计算确定，可根据需要加入除垢剂。

（2）对于机组填料涵和水导轴承部位，为确保冷却水质和压力，直接采取消防管道供水，废水直接排入流道，水源可为市政管道供水或深井地下水。

封闭循环技术供水系统利用泵站前池水流为技术供水系统外周冷却环境，热交换效能高、冷却效果好，可充分利用水流自然冷却无需强制循环消耗动力。对于技术供水和消防供水共用机泵的问题，二者供水的用途、流量和扬程压力等参数相差很大，共用水泵选型困难，可考虑将技术供水和消防供水分开作为独立系统设计。综合以上因素考虑，设计泵站技术供水系统方案如下：

技术供水系统采取单机组独立封闭循环、自然水冷方式。单机系统由循环动力泵、管路、阀组、内外热交换器、测量显示和控制保护等部分组成，各机组技术供水系统相对独立运行，与对应机组同步启动互不干扰。循环动力泵选用管道式循环泵，循环介质选用纯净水，内外散热器组件均选用铜或不锈钢材质，因为系统为全密闭工作状态，冷却介质没有损耗，管道也不会产生空气，可根据需要设置排气阀和高位自动补水水箱。根据主机组对冷却系统技术要求，核算技术供水系统循环流量、入口压力技术要求，综合考虑主机组技术供水最高点和前池室外散热管的扬程差和管路、泵阀水头损失后，计算技术供水系统管路管径，复核循环管道泵技术参数，管阀组件优先考虑不锈钢材质，以确保系统防腐和运行耐久性。

系统工作方式为：由管道式循环泵推动冷却循环水在管路循环流动，流经主机组上下导轴承等部位通过散热器升温后，再经密闭管路进入前池外散热器，经河水冷却，再经管路循环增压后重新进入管路，如此周而复始密闭循环，以满足主机运行时系统冷却要求。同时在管路上设置温度压力流量等表计和传感器，经有线或无线数传至中控台，可实现对技术供水系统实时在线监测和报警管理。

机组填料涵和水导轴承部位对冷却要求不高，采用与消防供水合并设计，水源采用市政自来水或深井地下水，詳细设计在此不再赘述。

大型泵站水冷封闭循环技术供水系统如图1所示。

本技术供水方案主要优点有：

（1）系统采用全封闭循环方式，解决开放式技术供水系统因水质等问题造成冷却效率低下、管路堵塞、锈蚀、集气等问题;

（2）利用泵站前池流动进水自然水冷，无需强制冷却装置，相对强制空冷系统节能高效，人机环境友好;

（3）系统建设安装简单投资较少，冷却介质采用纯净水，可使系统长期运行无损耗无腐蚀，维护管理简单方便;

（4）每台机组技术供水系统独立运行，互不影响，技术供水系统运行效率高。

4 结 语

按一般大（2）型以上泵站技术供水系统规模分析，改造成为封闭循环水冷系统后，可充分利用原有部分管路和热交换器，加装前池被动式冷却器、管道增压泵、管路、阀组、监测计量传感器等，新增投资可控制在20万元以内。相对离心式增压机组功耗，采用管道式增压泵可大幅降低能耗，减少运行维护费用，同时可取消预埋进水管道和离心机组的设备占用空间，减少机组噪音，改善运行人员工作环境，大幅提高泵站机组运行安全可靠性和工程利用率，经济和社会效益极其显著。

参考文献：

[1] GB 50265-2010 泵站设计规范[S].

[2] SL255-2000 泵站技术管理规程[S].

[3] 邱传忻. 泵站工程[M]. 武汉：武汉大学出版社，2001.

[4] 姜乃昌. 水泵与水泵站[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.

[5] 张景成，张立秋 . 水泵及水泵站[M].  哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.

[6] 中国市政工程西南设计研究院.  给排水设计手册（第十一册）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.

[7] 中国市政工程西南设计研究院.  给排水快速设计手册（第一册）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1995.

[8] 中国市政工程西南设计研究院.  给排水设计手册（第一册）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2004.

（编辑：江 文）

作者：陈广明 詹雪舰

第二篇：HXN3型内燃机车牵引控制系统分析

摘 要： 新经济时期，我国铁路事业迎来了蓬勃发展，对内燃机车也提出了“货车加大载重、客车高速运行”的更高要求，因此应用交流电传动控制技术，改善HXN3型内燃机车的性能，增加其最大功率数值，成为提升HXN3型内燃机车客运载货能力，进一步提高铁路建设质量与水平的重要举措。下文中，笔者将结合个人参与HXN3型内燃机车交流电传动控制技术应用与系统设计的实践经验，分析当前我国HXN3型内燃机车的技术概况、设计原理及交流电传动系统控制方案，以供同行参考与借鉴。

关键词： 交流电传动控制技术;HXN3型内燃机车;系统应用;客运载货能力

1.HXN3型内燃机车交流电传动技术概况

1.1直流电传动技术分析

在过去，我国内燃机车传动方式普遍采用了直流电电传动技术，其运行原理为机械能与直流电电能的相互转换——利用弹性联轴节使发电机工作运转，并将内燃机中的机械能转化为电能，通过控制与调节电能的大小，实现对内燃机运行功率、转矩、转速等数值的控制与调节;将齿轮箱与联轴节接入，驱动机车与齿轮箱接入，从而实现直流电牵引、传动过程。上述内燃机电传动过程中，依赖直流电传动，因此属于直流电传动技术。

1.2交流电-直流电传动技术分析

随着技术与科学的不断进步，我国内燃机传动工艺水平也得到了提升与发展，为了增大内燃机车的转速和内燃功率，需要在原有基础上，进一步提高内燃机车的功率数值。因此，原有的直流电传动技术已经不符合内燃机车的技术发展需求，被逐渐放弃使用;而受限较小、能够打破功率最大数值和易于换向输出的交流电传动技术，得到重视与推广。到20世纪中期，交流电传动技术已经与原有的直流电传动技术结合使用，以弥补直流电传动技术的的不足与局限性，其通常安装了交流牵引发电机和直流调速设备，依靠整流器，将向外输出的三相交流电能转化为直流电能，利用联轴节，将转化后的直流电能输送给内燃机车的车轮，转变为使车轮运转的机械能，从而驱动内燃机车。与传统的直流电传动技术相比，该种交流电-直流电传动技术具有无换向器的运作属性，从而简化了内燃机车的运行流程与设计结构、提升了内燃机车的安全性能，并且具有便于维护的优势。

1.3交流电传动技术分析

现阶段交流电传动技术已经逐步成熟完善，并被广泛使用于我国的内燃机车传动设计中，在实践应用中，存在如下几点问题与优势：首先，内燃机传动功率仍然受到电动机结构设计的限制;其次，内燃机运行过程中，仍然存在电动机负载能力和牵引能力不足的问题;第三，内燃机车交流电传动技术的应用，改善了原有直流电传动技术中的功率不足、电动机重量过重的问题——通过降低内燃机车的簧下、轴重重量，有效避免了因为内燃机车电动机重量数值过高对轨道的磨损和冲击;最后，AC—DC—AC交直交内燃机车主要采用了三相交流电传动技术，利用变压、变频的交流电传动优势，提升了内燃机车的高粘着利用率，从而也在原有基础上拓展了内燃机车的调速数值和牵引力数值。AC—DC—AC交直交内燃机车降低了使用了铜质材料制作交流电机的配比，从而使得内燃机车的整体材料质量减轻，同时有利于内燃机车的功率大幅提升。AC—DC—AC交直交内燃机车还放弃了原有的直流电传动碳刷和换向器结构设计，从整体上优化了内燃机车的设计结构，减轻质量的同时也便于之后的机车检修和日常维护。交流电传动技术在内燃机车设计方案中的应用，打破了电动机的牵引限制，但在初期使用中，由于电子配件和理论的局限性，使用领域较窄;后期发展中，交流电传动技术进一步完善与成熟，有效提升了内燃机车的运作功率，促进了铁路事业的发展，收到国内外业界人士的关注与重视。

2.HXN3型内燃机车的电传动控制设计方案

2.1交流电传动控制的设计方案

采用了交流电传动控制设计方案的内燃机车，大大提升了内燃机车的功率与性能。整个交流系统的工作由机车微机控制系统EM2000统一指挥完成。该大功率交流牵引系统，具有高调速比、大单轴功率以及少維护率的优点，并且具有较高的牵引特性，这些特点是HXN3机车的核心优势之一。内燃机车的主传动系统主要包括主发电机、整流单元、牵引逆变器、牵引电机以及制动电阻装置等构成。主发电机所发出的三相交流电经过牵引整流单元转化为高压直流电，该高压直流电经过牵引逆变器转化为所需电压值的交流电，最终输出给牵引电动机，牵引电机通过联轴节与动车的齿轮箱相连接，实现列车的牵引运行。

2.2系统原理

机车柴油机带动牵引发电机转动，完成机械能向电能的转换，牵引发电机首先将3相交流电输出到主牵引整流器，从而提供牵引变流器的直流电压，柴油机每个档位对应一个不固定的中间直流电压。逆变单元由两个变流柜组成，每个变流柜的主电路和控制电路相对独立，分别向两个转向架的牵引电机提供交流变频电源。当一组变流器发生故障时，直通过微机控制系统EM2000，自动将故障的变流器切除，也可通过微机显示屏手动隔离某个变流器，机车维持55%的牵引功率。辅助发电机的输出经辅助整流柜后，供给三组逆变器一冷却风扇电机组，两组逆变器一空压机电机组;辅发电机的输出同时也接到牵引电动机通风机电机，直接驱动该通风机电机;辅发电机的输出经可控整流向机车辅助电压回路提供流74VDC，包括照明、蓄电池充电等;辅发电机和主发电机的励磁如上文中所描述的那样，都来自辅助发电机输出的可控整流控制。

2.3辅助供电系统的设计方案

HXN3型内燃机车釆用交流辅助供电系统对车辆上的辅助电气进行供电。辅助供电系统由与主发电机同轴的辅助发电机进行供电。辅助发电机电枢具有两套三相交流电枢绕组，在这两套装中的一套主要是为控制电源以及蓄电池充电供电，另一套绕组分成两组各自独立的电压输出，其中一组输出为辅助设备供电，另一组为励磁供电。辅发电机的一组输出l、2、3端子负责向冷却风扇风机和空压机电机提供电源，该三相交流电源随柴油机转速变化，电压范围144V---440V频率范围44HZ～133HZ。经过5个桥式整流单元后，进入空压机电机辅助逆变器AIR COMP INVl，2和风扇电机辅助逆变器CLG FAN INVl，2，3。这五个逆变器根据EM2000控制指令驱动空压机1，2和冷却风扇1，2，3，使其按需要的转速工作。控制电源与蓄电池充电绕组输出主要为72-220VAC的三相交流电，通过辅助电源转换器进行整流调压输出74VDC控制电，主要为控制系统、蓄电池、照明系统以及空调控制系统等供电。

3.小结

综上所述，交流电传动技术在内燃机车上的推广应用与发展，大幅度提升了内燃机车的运作功率，简化了内燃机车的电传动设计结构，符合市场发展需要的同时，也提升了内燃机车制造工业的整体水平。有关公司与企事业的设计人员，应当重视对HXN3型内燃机车交流电传动技术的应用与研究，分析其局限性与技术优势，致力于内燃机车电传动控制系统与设计方案的优化，促进我国铁路事业的健康发展。

参考文献

[1]崔培鑫.HXN3型内燃机车振动及处理[J].中国设备工程，2017，(03)：85-86.

[2]吕娜玺.HXN_3型内燃机车电传动控制系统研究分析[J].山东工业技术，2014，(10)：11.

[3]柳占宇.HXN3型大功率交流传动内燃机车车体[J].内燃机车，2009，(10)：29-31+35+52.

作者：毕鉴东　张如意　牟文涛　徐光

第三篇：火电厂冷却水系统设计与优化

摘要：针对某沿海火电厂的实际需求，设计了三种火电厂冷却水系统方案，并进行了冷却水系统布置的优化和冷却水系统阻力计算。三种方案均能满足机组运行的可靠性要求，与同类型工程相比，有明显的经济效益。对三种方案进行了技术、经济性评价和选优。最优方案采用管壳式水水热交换器，取消开式循环水泵，设一台自动反冲洗电动滤水器。

关键词：火电厂;冷却水系统;优化

作者简介：周银芳(1978-)，女，浙江萧山人，浙江省电力设计院机务室，工程师。(浙江 杭州 310012)

冷却水系统主要由厂内循环水系统及开、闭式循环冷却水系统组成。厂内循环水系统是指由水工专业来的循环水经凝汽器接至水工专业的循环水排水管，最终排至虹吸井，以冷却排入凝汽器的汽机排汽，保证机组运行的背压。[1]闭式循环冷却水系统是指用于冷却全厂所有辅机的轴承或辅机配置的换热器等的冷却水系统，以保证电厂所有辅机的轴承冷却水等在任何工况下温度和流量都能满足要求，它主要由闭式水泵、水水热交换器、闭式膨胀水箱等组成。[2]开式循环冷却水系统，是指用于冷却主厂房内闭式循环冷却水的外部冷却水系统。开式循环冷却水系统必须根据闭式水的流量及运行温度，提供容量匹配的水水热交换器及温度、压力、流量合适的外部循环冷却水。对于淡水资源紧缺的沿海电厂，循环水、开式循环冷却水宜采用海水作为冷却水的工质。闭式循环冷却水采用除盐水，补水采用凝结水。[3，4]

本文针对某沿海火电厂的冷却水工程需求，设计了三种冷却水系统方案，给出了详细的方案设计计算过程和方案的评价优化。

一、冷却水系统方案设计

1.冷却水系统简介

循环水系统：通常沿海电厂循环水采用开式系统，用海水做冷却水，在取水口设置旋转滤网，在进凝汽器前设置二次滤网，并设置有胶球清洗装置。

闭式循环冷却水系统：闭式循环冷却水系统主要由闭式循环冷却水泵(简称闭式泵)、水水热交换器、闭式水膨胀水箱及其连接管道、阀门组成，采用除盐水闭式循环，启动前由凝结水出水箱经凝结水输送泵注水，正常运行时由凝结水补水。膨胀水箱主要有两个作用，一是在水温等变化引起闭式冷却水体积变化或流量变化时起缓冲作用，一是保证各辅机等冷却器的回水压力。

开式循环冷却水系统：为满足开式循环冷却水系统的功能要求，国内大容量电厂开式循环冷却水系统通常如下：由循环水系统提供水源，从进凝汽器前的循环水进水管引出，经电动滤网过滤后，由开式循环冷却水泵升压，去水水热交换器冷却闭式冷却水，而后接入循环水排水管排掉。在开式循环冷却水泵进出口管间设有一旁路管，当循环水温度较低时，分流的开式循环冷却水流量、压头能保证时，就不必由开式循环冷却水泵升压，从该旁路管直接供水水热交换器以节省厂用电。

2.冷却水系统方案

(1)冷却水系统。循环水：本工程循环水采用海水一次循环。循环冷却水为港池取水，该港湾码头能接纳5万吨船停泊，取水很深，水中有机生物少，含沙量高，且水工专业采用侧面进水，设有旋转滤网，故汽机房侧不再设置二次滤网。本工程海水含沙量高，按省内沿海电厂的运行经验，故不再设置胶球清洗装置。

闭式循环冷却水：本闭式水系统在各主要冷却器进口均设置调节阀，通过调节冷却水流量的方式来控制各冷却器的冷却水温，这样还可降低冷却器的工作压力。在水水热交换器的出口设置有总的流量调节阀，由于本工程水水热交换器的容量是按65%选用(下面将会论述)，在冬季，通过全流量基本满足水温要求，故不再设置旁路调节阀，使系统更为优化。已投运的嘉兴二期#3、#4机、宁海一期等大容量机组也已按此简化，现投运良好。

系统设置一台高位布置的闭式膨胀水箱，对闭式水系统进行注水和补水。运行时，补水由水箱入口的补水调节阀控制，补水来自凝结水精处理装置出口主凝结水，启动前的注水来自凝结水储水箱，由凝结水输送泵送入。为防凝结水倒灌至注水管路，合并处的注水管上设有高压逆止阀和隔离阀。本工程最高用水点为等离子点火冷却器，其布置高度约为EL+25m，为保证系统注水，闭式膨胀水箱最低水位要比该冷却器的水侧最高点高度高出2m。闭式水系统的回水压力为0.2～0.25MPa(g)，由于等离子点火燃烧器位置远离闭式水泵，高度也最高，冷却设备的压降也大，>0.2MPa，其需要的输送压头明显高于其他冷却设备，按其选泵，整个闭式水系统的工作压力和设计压力随之提高，故采取如下方案：单独在该冷却水管路上设置升压泵，闭式泵的扬程仍按其余冷却设备的最大阻力确定。虽然等离子点火燃烧器的冷却器上水时，需克服的水柱静压有～25mH2O，在正常工作时，这部分阻力不存在，设备安装高度又接近膨胀水箱的最低水位，为防止该设备出口出现断水现象，将该冷却水的调节阀设置在出水管路上。

为保证设备轴承冷却及配置的换热器的冷却水质，设备的冷却水几乎都采用闭式水。闭式水的用水总量直接影响了该系统闭式泵、水水热交换器的容量，尤其是水水热交换器，减小容量可显著降低投资。以下就几个主要用水设备进行分析，尽可能减少闭式水的用水量。

本工程凝汽器为双背压，共配置了3台50%的凝汽器汽侧的真空泵，对于该真空泵有两种选择，一种采用闭式水做为真空泵换热器的冷却水，一种采用开式水作为冷却水。采用开式水时，换热器的材料需为钛管或钛板，设备成本增加。但由于换热器存在端差，闭式水的工作温度比开式水的工作温度约高5℃，来自凝汽器的气体可以被冷却到的温度增高，其饱和分压从而增加，需通过增加大气抽气器来提升真空泵的抽吸压力，以满足最终的抽吸效果，据了解，目前国内还无法生产满足要求的适配的大气抽气器，需完全进口。采用管式换热器的开式水冷却方案与采用闭式水冷却方案相比，设备成本并未增加，该方案可降低水水热交换器等设备的容量。根据投资比较，本工程凝汽器真空泵采用海水冷却的钛管冷却器。对于采用开式水冷却的真空泵，不采用板式换热器的理由是，一方面，海水资源丰富，真空泵冷却水量的绝对值不大，与循环水量相比更少，提高换热效率的必要性不大，另一方面，真空泵所配的板式换热器的板距过小，约1mm，为保证换热效果，防止换热器堵塞，需在前面设置<1mm的滤网，则滤网的压降将非常大，为保证供水压头，通常滤网压降应<250mm H2O，则此时滤网的通流面积需要很大，选用满足此要求的滤网难度较大。不设置此小孔径滤网，纯粹靠厂外的旋转滤网，或增设<6mm的二次滤网，开式水从二次滤网后引出，也无法避免水质变差后真空泵板式换热器的堵塞等，真空泵是连续运行的，从安全性、可靠性出发，不选用海水冷却的板式换热器。

如氢冷器和定子水冷器的冷却水选用海水做冷却水，此时水冷器需改用全钛。氢冷器水侧最高点的高度大于汽机中分面，高于凝汽器水室最高点，此时开式水泵及电动滤水器的设置是必须的。目前氢冷器的材质均为铜，其传热效果明显优于钛，改用钛后，要保证换热效果，气侧的体积将变得非常大，采用钛板、钛管的氢冷器的制造工艺目前尚未过关，质量无法保证，故不能采用海水做冷却水。事实上，经汽轮发电机有限公司核算，冷却水温达到38℃时原配供的氢冷器和定子水冷却器仍能满足发额定功率100MW的要求，故采用闭式水冷却无需放大原氢冷器的冷却面积。

板式换热器的换热效率高于管式换热器，两者的二次冷却水量约差30%，闭式水水质条件好，故主机润滑油冷却器、电泵润滑油、工作油冷却器、给水泵汽轮机润滑油冷却器及发电机定子水冷器均拟采用板式换热器。发电机的氢冷器是冷却水系统中除凝汽器外的最大冷却水用户，若能改用板式换热器，可显著降低闭式循环冷却水量，从而减小水水换热器等设备的容量。氢冷器布置于发电机内部，其被冷却介质为气体，传统的做法是采用穿片式，以增加氢气的流道面积，对板式换热器，增加板片数量对增加气侧换热的效果很差，板式换热器换热效率高的优势无法体现，故氢冷器只能采用传统的穿片式管壳换热器。

开式循环冷却水：从目前电厂的运行情况看，开式循环冷却水泵的投运率很低，如果不用开式循环冷却水泵提升压力就能确保开式循环冷却水的流量和压力，则整个开式循环冷却水系统就能大大简化，不仅可以节省设备、阀门、管路等的一次性投资，减少安装工程量和运行检修、维护工作量，节约厂用电，还能大大缓解汽机房布置空间紧张的矛盾，为汽机房布置的优化进一步创造条件。要实现这一目标，问题的关键是降低整个开式循环冷却水系统的总阻力，包括水水热交换器等设备及阀门的局部阻力及管路的沿程阻力。按设计流量进行计算，使开式循环冷却水从循环水进水管引出点开始，经水水热交换器，至循环水排水管接入点为止，整个开式循环冷却水系统的阻力小于与之并联的循环水系统的阻力，主要包括凝汽器、循环水进出口蝶阀、波纹补偿器及弯头等管件的局部阻力和管路的沿程阻力;同时要保证整个开式循环水系统中的水位最高点低于凝汽器水室的最高点。

设备的局部阻力是系统的总阻力的主要组成部分，在本系统中，主要是考虑能否精简电动滤网。电动滤网的功能是过滤开式循环冷却水，使其能满足开式循环冷却水泵和水水热交换器的运行要求。将开式循环冷却水泵取消后，只需要考虑水水热交换器不堵管的要求即可。

目前，水水热交换器主要有两种型式：管式换热器和板式换热器。由于循环水中泥沙、垃圾、污物及微生物的快速生长，会导致换热器传热表面污染、堵塞，通常在其前设有滤网。板式换热器对水质要求高，其前面的滤网是必需的，滤网网孔直径应不大于板式换热器的板片间距，一般为2～3mm。管式换热器对水质的要求相对低些，其要求的滤网网孔直径通常为6mm。由于板式换热器板片间距较小，其要求设置的滤网网孔小，导致换热器和滤网的设备压降较大，换热器、滤网加之滤网进出口电动隔离门的总阻力也较高，因此采用板式换热器时不能将开式水泵取消。管式换热器的阻力还不到同容量板式换热器阻力的40%，且本工程为深海取水，循环水又是侧向进水，水质条件较好，对管式换热器可考虑取消过滤器，这为取消开式循环冷却水循环水泵和简化系统管路优化设计创造了有利条件。

(2)冷却水方案。推出以下三种开式循环冷却水系统方案。

方案一：采用管式水水热交换器，将开式循环水泵取消，由循环水来的供水经进口蝶阀进水水热交换器，再经出口蝶阀去循环水排水管，为保证水水热交换器在大修前的正常运行，减少人工检修，特设置了一套反冲洗装置。

方案二：采用板式水水热交换器，在其前设置开式循环水泵和电动滤网;循环水不设二次滤网。

方案三：采用管式水水热交换器，仅取消开式循环水泵，由循环水来的供水经进口蝶阀、电动滤水器，进入水水热交换器，再经出口蝶阀去循环水排水管。

3.冷却水系统布置的优化

对于循环水管道，玉环工程的凝汽器循环水接口为正面进出，循环水进、出口标高分别为EL3.50m、EL6.60m，汽机房夹层、运转层标高分别为EL8.00m、EL16.0m。本工程凝汽器进出接口垂直朝下，将凝汽器基础下挖，循环水管从循坑进出，为降低汽机房夹层和运转层标高创造条件。循环水进出口电动蝶阀均布置于汽机房循环水坑内。

对于闭式水系统，膨胀水箱在满足最低水位高于所有用水设备的水侧最高点的前提下，应尽可能低布置，以降低系统的工作压力。本工程除等离子点火冷却器外的最高冷却设备为氢冷器，水侧最高位置约为EL+18.0m，闭式膨胀水箱最低水位应高于EL20.0m，结合主厂房的楼层布局，闭式膨胀水箱布置于除氧间EL+24m层。闭式水泵布置于0米，保证泵入口压头，即闭式水的回水压头。

对于开式水系统，有三种布置方式：

对应方案一，水水热交换器采用管壳式，将开式循环水泵取消，由循环水来的供水经进口蝶阀进水水热交换器，再经出口蝶阀去循环水排水管。为简化布置，减少开式循环冷却水系统的沿程阻力，将两只65%容量的水水热交换器布置于主厂房A列柱外循环水管上方。为了管道布置的顺畅，此方案需将水水热交换器设计成单流程，否则，一方面运行管路管线将增加，布置于循环水上方的优势没有充分发挥，另一方面，反冲洗管道无法从水水热交换器上引出，而只能从运行管道上经三通引出，为保证反冲洗管道蝶阀的操作，必须将反冲洗管道从地下直埋处引至地面上，布置烦琐且困难。两只水水热交换器布置于厂外循环水管上方，与之垂直，在循环水管上方设地梁，用于支撑水水热交换器，设地梁增加的投资不足7万元。

对应方案二，水水热交换器采用板式，需要的检修空间非常小，布置于汽机房0米闭式水泵附近，两台电动滤水器布置在靠机头侧的A轴附近，开式水泵则布置于滤水器和水水热交换器之间。为简化开式水进水布置，将两台滤水器对称布置，由一根开式水进水总管来，进汽机房后由地下穿出地面，经三通往两侧分别进电动滤水器，再从滤水器出口引入地下，会合后穿出地面分别进开式泵，并在中间接出一根旁通管。所有地下布置的开式水管均采用直埋。

对应方案三，水水热交换器采用管壳式，取消开式循环水泵。将水水热交换器和电动滤水器均室内布置。为节省换热器的检修空间，将两只换热器一字排开，共用一个抽芯空间。为保证B轴的检修通道，同时给电动滤水器周围留出空间，应尽可能缩小换热器的抽芯长度，抽芯前应先将头对头的两只换热器靠抽芯侧的水室拆除，拆除后的净空间能满足一只换热器抽芯长度要求即可。

二、冷却水系统阻力计算

1.闭式水系统

如前所述，闭式水泵扬程不考虑最高用水点等离子点火冷却器的进水压头要求，按其他所有冷却设备中最大阻力计算。除等离子点火冷却器外，最高的冷却器设备为发电机的氢冷器，水侧最高点高度约18m，设备压降为0.05MPa。闭式泵设计容量2520t/h，出口管径720×8。氢冷器冷却水量725t/h/362.5t/h/181.25t/h，对应管径依次为377×10、273×7、219×6。从闭式泵出口经氢冷器，回到闭式泵入口，沿程阻力、局部阻力，包括设备阻力的总阻力约为0.44MPa。

2.开式水系统

现以需要冷却水量最大的夏季工况为基础计算开式循环冷却水系统的总阻力。

设计条件：闭式水量3180t/h，设计流量3180t/h。水水热交换器按65%容量设计，一次水量为2067t/h，进出水水热交换器的闭式水温43℃/38℃。

方案一：管壳式单流程水水热交换器，取消电动滤水器、开式水泵，设反冲洗。开式循环冷却水量为3600t/h，换热面积为966m2，水水换热器阻力0.05MPa，电动蝶阀阻力～70mmH2O。总阻力约为0.067MPa(g)。

方案二：板式水水热交换器，设置电动滤水器、开式水泵。开式循环冷却水量为2067t/h，换热面积为412m2，水水换热器阻力0.12MPa，电动滤水器阻力500mmH2O(规范书要求150mm，阻力计算取大值，偏保守)，电动蝶阀阻力～70mmH2O。总阻力约为0.16MPa(g)。

方案三：管壳式双流程水水热交换器，取消开式水泵。开式循环冷却水量为3100t/h，换热面积为1164m2，阻力0.05MPa，电动滤水器阻力300mmH2O(规范书要求150mm，阻力计算取大值，偏保守)，电动蝶阀阻力～70mmH2O。总阻力为0.07MPa(g)。

3.循环水系统

计算从循环水进水管上开式水引出点开始，经进口电动蝶阀、波纹补偿器、凝汽器、出口电动蝶阀等，至循环水排水管上开式水回水接入点为止，整个循环冷却水系统的阻力。

凝汽器运行阻力～67KPa，电动蝶阀阻力～0.0025MPa，对波纹补偿器及伸缩节的局部阻力忽略不计。厂内单侧循环水管道设计流量50400t/h，管径2630×16，厂外循环水管3840×22。对于三种开式水系统、布置方案，其阻力降变化不大，约为0.086MPa。

因此，可以明显看出，两个取消开式泵的方案都可依靠循环水进出水管间的压差向水水热交换器供外部冷却水。其实际通流量应大于设计流量，从而能保证系统运行的可靠性。

三、方案评价与优化

三个冷却水系统方案，主要是开式水系统的变化，下面从运行可靠性、检修条件、运行环境及布置等几方面作定性的分析评价。

1.技术性分析

(1)运行可靠性。很显然，方案二最优，方案一、三由于设置了电动滤网，使水水热交换器的运行有了安全的保障，其运行可靠性也较好。

从目前情况看，电厂的循环水水质状况一般，而且水水热交换器的换热面积是按最高冷却水温计算的，由于管式热交换器的运行受季节影响较大，主要原因是海水温度对闭式冷却水量的影响很大，因此，单台管式热交换器的容量按最大闭式冷却水量的65%考虑，在一年四季的绝大多数时间里，能实行一用一备，具备隔离清洗的条件，对合理安排设备检修同时不影响机组运行负荷，有了可靠的保障。电厂运行维护人员只要重视对备用换热器的清洗、维护，因此，即使取消电动滤网不会影响机组安全运行。但随着经济的发展，尤其是随着电厂的建成投产，带动周边经济发展，工业、生活排放的垃圾增多，不排除因管理不善而导致海水水质变差的情况出现，方案一仅设一台电动滤网，当电动滤网故障时，则走旁路。两台65%的水水热交换器能保证在大多数工况下按一运一备运行，但在夏季高温这段时间，两台水水热交换器均需投用，不具备隔离清洗的条件。这时，若水水热交换器需要频繁清洗，势必会影响机组的满负荷运行。只能保证机组大多数情况下满负荷安全运行。为此，方案一增设了反冲洗管路和阀门，增加的投资不多，提高了运行的可靠性。

(2)检修条件。方案二、三的检修条件优于方案一。方案一水水热交换器为室外布置，检修环境差些，检修起吊设施的设置困难，若采用汽车吊又受场地限制，检修时，可采用临时的起吊设施，如用临时三脚支架加手动葫芦起吊热交换器端盖、阀门等，抽芯往汽机房外侧。板式换热器检修场地最省，但检修时略为麻烦，需将板片一片片拆除后清洗，拆除后重新安装的要求较高，有些板式换热器的国内组装后密封性下降。相比较，方案三的检修方便些，但检修需要空间比方案二大。

(3)运行环境。方案二、三运行条件比方案一好。方案一将水水热交换器布置于室外，需采取防冻措施，可对水水热交换器及所有架空的管道、管件进行防冻保温，防止冬季过冷冻结，以保证设备的安全运行。本投标工程地处南方，相比其他地方此问题不突出。

(4)布置。从布置优化的角度看，方案一明显优于方案二、三，其布置非常简洁，且不占汽机房位置，在汽机房靠机头侧的10m档除两台闭式水泵外，整档空间基本空出，可作为它用，有利于汽机房的优化。若开式循环水系统采用方案一，在0米层布置闭式冷却水泵的这一档可节省出约260m2的面积。

2.经济性分析

(1)一次性投资费用。根据附图，对三个冷却水方案的设备、管件及管道等一次性投资进行了估算，以100%水水换热器容量的方案为基点，三个方案节省的费用(指每台机组)如表1所示。

以上均未计及节省的土建施工费用、设备安装费用及管道、阀门及其支吊架材料费等。

(2)运行费用。本工程年运行小时数为5500小时，若方案二仅在夏季投用开式循环泵，按年运行1375小时(夏季)计，开式循环泵的电功率约为250kW，取消开式循环泵后每台机组每年可节省厂用电消耗3.4×105kWh，本工程成本电价为0.24元/kWh，折合人民币约8.25万元/年，两台机组每年共可节省厂用电费用16.5万元以上。这里未包括省去的开式循环冷却水泵的检修、维护费用。

(3)安装空间。冷却水系统流程及布置的优化缓解了汽机房布置空间紧张的矛盾，为汽机房布置的进一步优化、降低汽机房容积及造价创造了条件，是汽机房优化的一部分。

综上所述：三种方案均能满足机组运行的可靠性，与同类型工程相比，有明显的经济效益。相比较而言，采用板式换热器的方案二可靠性较高，但它的一次性投资和运行费用比方案一和方案三高。室外布置、设置单流程管式水水热交换器，仅设反冲洗系统的方案一和室内布置、设置双流程管式水水热交换器，并设一台电动滤网的方案三节省的投资基本一致，但从运行的安全可靠性上来比较，方案三更好一些。

因此本工程冷却水系统推荐方案三，即水水热交换器采用管壳式，取消开式循环水泵，设一台自动反冲洗电动滤水器。将水水热交换器和电动滤水器均室内布置。

四、结论

(1)针对某沿海火电厂的实际需求，设计了三种火电厂冷却水系统方案，均能满足机组运行的可靠性，与同类型工程相比，有明显的经济效益。

(2)对三种方案进行了技术和经济性评价。推荐的最优方案采用管壳式水水热交换器，取消开式循环水泵，设一台自动反冲洗电动滤水器。

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(责任编辑：麻剑飞)

作者：周银芳