浅谈朝东圩枢纽机组冷却水系统优化研究与应用

朱海锋郭 军沈 鹏沈 冲高 亮

一、前言

朝东圩港水利枢纽位于江苏省张家港市大新镇朝东圩港长江口，是张家港市引江和排涝的重要水利设施，工程于2006年底建成投运，2016年实施改造。泵站采用双向X型流道，安装2台套立式定桨轴流泵，配套安装一套冷却水系统，主要用于主电动机冷却和水泵导轴承冷却润滑。

二、原方案分析

1.原方案原理

泵站机组冷却水系统原设计方案采用一次性冷却方式，冷却水源取自下游河道，取水口设置格栅拦污，在供水泵进口侧管路设置Y型管道除污器，用于过滤水中泥沙等杂质，冷却水经机组循环后直接排入上游河道。原方案设计如图1。

2.原方案缺陷

经多年运行发现，水泵冷却水装置出现了供水流量偏低、水压力不足、冷却效果差、机组温度升高等问题。针对发现的问题，经调查研究，原因主要是设计方案存在几点缺陷：一是下游河道取水不合理，下游河道水草、杂物和水生生物较多，设备运行时，极易造成取水口格栅堵塞，导致取水不畅；二是过滤方式不科学，河水中含有管道除污器无法过滤的细小泥沙，机组长时间运行后，泥沙极易在冷却管道中淤积，导致管道受阻，水循环不畅，供水压力达不到要求，冷却效果差，机组温度升高，危及设备运行安全，且清理难度和工作量较大；三是冷却方案不可靠，采用下游河道水作为冷却水源，水温受环境影响较大，夏季高温时，水温超过25℃，冷却效果不明显。

三、方案研究与比选

针对出现的上述缺陷，开展了水泵冷却水系统改造方案研究，并对研究结果进行比选，旨在通过最小的资金投入、最简易的施工，改造出最优的冷却水系统。

1.第一种改造方案

采用自来水作水源，改善水质，设置循环水池进行蓄水沉淀，安装板式冷却器冷却，并配置自动滤水器过滤。设计方案如图2。

该方案优点是板式冷却器无需用电，不消耗电能，且能解决原方案缺陷。但结合工程实际，此方案存在几项缺点：（1）循环水池需要占用较大空间，泵站空间紧凑，实施困难；（2）原冷却水系统管路均为焊接连接，增设自动滤水器和板式冷却器需对原有管路进行切割，工作量较大；（3）自动滤水器与板式冷却器设备一次性投入成本较高，改造不经济。

2.第二种改造方案

仍采用自来水作水源，改善水质，设置流道冷却水管，选用Y型管道除污器过滤。设计方案如图3。

该方案优点是利用布置在流道里的环形管道进行冷却，节能环保，但在该项目中应用存在以下缺点：（1）流道冷却水管布置需将流道水抽空才能施工布置，施工难度大、成本高；（2）流道冷水管与系统管路对接，需在泵站连轴层混凝土面开孔，连轴层在水下，所以对开孔部位的防渗要求高，一旦防渗不好，影响泵站安全运行，改造风险较大。

3.第三种改造方案

图1 原方案设计图

图2 第一种设计方案图

图3 第二种设计方案图

图4 第三种设计方案图

图5 最佳设计方案图

图6 电机温度曲线对比图

仍采用自来水作水源，改善水质，选择空调冷却器冷却。设计方案如图4。

该方案优点是利用模块化空调冷却机组冷却，冷却效果显著，且对原有冷却水系统管路改动较小，施工容易。缺点是泵站无备用水源，对市政管网自来水的可靠性要求较高，一旦停水，将影响泵站机组正常运行。

四、方案改进与效果

1.改进方案

通过以上三种设计方案的对比分析，确定采用第三种改造方案，并对此方案作进一步改进，在管路上增加一只体积相对较小的密闭水箱，一旦自来水停水，可以临时应急向水箱里补充河水，并通过增设的Y型管道除污器过滤杂质。设计方案如图5。

该方案关键在于空调冷却器和冷却供水泵的选型要合理。经调研，设备选型如下：（1）空调冷却器选型。空调冷却器选用SJF型风冷涡旋式轴瓦专用冷水机组，涡旋压缩机、关键零部件及电气控制元件均系美国著名品牌，性能可靠；换热器效率高；微电脑智能控制稳定。（2）冷却供水泵选型。根据水泵特点，确定了冷却供水泵流量为30m3/h，扬程45.5m，泵型由原来的自吸泵改为立式轴流泵，流量和压力均有效保障。

2.改进后效果

通过运行观察和改造前后数据比较，改造后的冷却水系统消除了原有的缺陷，并在耗电量、噪声以及冷却效果等方面都有了明显的成效，改造后的冷却水装置具备温升低、能耗小、无堵塞、噪声低、管路连接简便和操作可靠等优点。电机温度对比如图6。

五、结语

通过对朝东圩港水利枢纽水泵冷却水系统问题分析与研究，立足于科学、经济、先进和简便等目标，提出了改造设计方案并充分开展研究比选，得出了针对性强、科学性高的最优冷却水系统改造方案，为今后同类型工程的设计和改造提供参考