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海水冷却系统中的水锤分析

沙特阿拉伯

关键点
1、碳钢管路 DN2600和GRP管路 DN2600、DN3800
2、将海水输送至双腔单程冷凝器,压降为67kpa 、流量29.3m3/s
3、一旦经过冷凝器后,流体被送至两个横截面积114m2,高度2.1m的虹吸井
4、冷却泵额定值15.47m3/s,扬程16.5m
目标
1、估算由于自动停泵和泵启动引起的压力波动,其中最大允许设计压力波动为3.0 barg,同时防止空化现象。

2、评估减少水锤影响的措施以及优化真空断路器和虹吸井

场景1:冷却泵在10秒后停止运行,出口处的蝶阀分两步关闭,8秒内快速关闭至15%开度,此后35秒完全关闭蝶阀。
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计算得到的最大压力为25.4089m水头,最低压力为-9.77424m水头。同时,泵停止运行后,由于虹吸井的存在,速度逐渐降低至0 revs/s,反向流量几乎没有。

在冷凝器的上游未产生空化现象,但由于冷凝器有明显的压降作用,使得在下游产生空化,高达4.4cu.m。一旦泵停止运行,虹吸井的液位会略微下降,随后空气和水试图达到水平状态,使得液位振荡。虹吸井的大小足够防止空气回流进系统中。
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场景2:一组DN200的真空断路器安装在每个冷凝器的出口处,以保护系统免受空化溃灭引起的水锤。自动停泵后,真空断路器启动。

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计算得到的最大压力为15.71m水头,最低压力高于汽化压力,防止了空化的产生。

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场景3:在10秒时,#1 冷凝器的两根管束被认为是破裂的,而 #2冷凝器两根管束被认为是堵塞的。
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结论
1、在没有保护设施的情况下,压力波动最大值是低于最大允许设计压力,但在冷凝器下游产生空化现象。
2、在冷凝器下游增设真空断路器可以用于避免局部空化,同时减少由空化溃灭引起的压力波动。
3、冷凝器中的破裂或堵塞现象对冷却水系统中的压力和流量几乎没有影响。