1. 概述
循环冷却水系统是热电厂中不可缺少系统，在整个热力系统中，循环水系统一般要长期运行，并且其泵组效率的大小、与管网匹配性的好坏将直接影响系统经济性 [1] - [4] 。
某热电厂的冷却水系统采用两台电动循环水泵，循环水泵为两档定转速运行，因此，该循环水系统具有单台泵低工况、单台泵高工况、两台泵低工况、两台泵高工况四种运行方式，由于水泵特性已知，但是根据现场管路和阀门布置情况，管路阻力会随着流量的变化而变化，因此需要对泵与管网系统的匹配特性进行计算，进而得到各个工况下系统的运行特性。
2. 循环水系统数学模型
2.1. 系统组成
根据该循环水泵的随机资料，可以得到该泵在高、低工况下的特性曲线。依照现场管路布置情况，可以得到管路弯头与只管段的参数，DN600管路长度12.18 m，共有90˚弯头4个。DN900管路长度50.2 m，共有90˚弯头7个，此外，管路中还有一个三通管。系统接管原理如图1所示，循环水泵进、出口各有一个闸阀，两台泵出口通过三通管接至换热设备，换热设备冷却水出口管路有一个蝶阀。
2.2. 管网阻力模型
该凝水系统管网阻力主要三部分构成，一是凝汽器器内部冷却水管的阻力，包括凝汽器换热管、集箱以及其他过渡段结构；二是冷却水管路及弯头阻力损失；三是冷却水管路中的4个闸阀及1个蝶阀的阻力 [5] 。其中，凝汽器内部冷却水阻力由供货商提供，对于闸阀及蝶阀阻力根据设计手册查得其在全开状态下的阻力系数。
根据管道的设计流量和尺寸规格，可以得到雷诺数为3.68 × 106，为完全发展湍流，对于完全粗糙管路，管路摩擦系数可按下式计算 [6] ：
式中：f为摩擦系数，e为粗糙度，D为管路直径。
计算得到管路阻力后，将凝汽器、阀门的阻力系数与管路阻力系数相加，得到整个管网的阻力特性。
2.3. 循环水泵特性
该系统的循环水泵为电动立式轴流泵，两工况运行。根据该泵特点，在低流量时工作电流高于额定电流，最低流量下工作电流为额定工况的1.7倍，因此其启动方式为开阀启动，即单台泵启动之前，全开系统阀门将泵内注满水，盘车后启动电机至给定工况。在低工况，最小流量与设计流量比为0.32，效率为75%；高工况最小流量与设计流量之比为0.48，效率为72%。
3. 工况运行分析
图2，图3给出了单台循环水泵在低、高工况下与管网阻力匹配后的运行点(实线为泵特性曲线)，虚线为管道阻力特性曲线。单台泵的低工况运行时，在管道阀门全开状态下，系统流量为3.42，效率为66.68%，低工况设计流量为3.13，效率为72.66，因此，可以看出在单台泵低工况运行，系统管路阀门全开时，该泵没有工作在设计点，而是向大流量方向偏离，并且在阀门全开情况下，效率比设计工况低8%，流量比
Figure 2. H-Q at one pump running low load condition
图2. 单台泵低工况运行匹配
Figure 3. H-Q at one pump running high load condition
图3. 单台泵高工况运行匹配
设计工况高9.3%。在实际使用过程中，如果阀门全开时流量比所需流量偏高，则可以通过减少泵出口阀门开度的方式调节，使得管网整体阻力增大，泵的运行点向着流量减少的方向调节。
当单台泵高工况运行时，在管道阀门全开状态下，系统流量为4.57，效率为67.2%，高工况设计流量为4.12，效率为75.9%，与单台低工况相同，如果实际使用过程中，可以通过减少出口阀门的开度来调节系统流量，使得泵运行在设计工况点。如果泵在高工况下阀门全开运行，则流量比设计工况高10.87%，效率比设计工况下低11.46%。
图4，图5给出了两台泵并联低工况运行时的匹配情况，当两台泵同时低工况运行时，流量为5.14，单台泵的效率为69.5%，两台泵低工况运行时的理论流量为6.26，当两台泵并联运行时，系统管路阻力较一台泵同工况运行大，因此系统流量低于理论值，根据计算结果该系统的低工况运行最大冷却水流量为5.14。当两台泵高工况运行时，流量为6.93，单台泵的效率为66.12%，两台泵高工况运行时的理论流量为8.24。因此，根据上面的计算结果可知，该系统的最大通流能力为6.93。
通过上面计算得到了两台水泵在单台、组合使用时的运行特性，并结合泵的单体试验曲线，可以得到不同工况下系统阀门全开时，系统运行静特性参数，如表1所示。当两台泵低工况运行时，流量仅比
Figure 4. H-Q at two pumps running low load condition
图4. 两台泵低工况运行匹配
Figure 5. H-Q at two pumps running high load condition
图5. 两台泵高工况运行匹配
Table 1. Static parameters at the outlet valve fully open conditions
表1. 循环水系统在出口阀门全开工况静特性参数
一台泵高工况运行高12.5%，但是总功率比单台泵运行的高35.7%。当两台泵高工况运行时，流量比一台泵高工况运行高51.6%，但是总功率比单台泵运行时高2.3倍。对于该系统来讲，当泵组并联使用后，系统的整体经济性下降。如果要想在泵单台或并联使用的情况下减少系统流量，则可以采用阀门限流的方法，增大系统阻力，使得泵体工作在设计点。
4. 结论
通过对某循环水系统管网阻力的计算分析，并结合泵的特性曲线，得到了该循环水系统在各运行工况下的运行参数。结果表明在单台泵运行时，低速工况和高速的流量均高于设计值，而在并联运行时，单台泵的流量均低于设计值。在单台运行工况，可以通过节流的方式来增加系统阻力，而使得泵体工作在设计点，而在并联工况，由于管网阻力过大，使得泵体无法在设计点工作，在实际使用中如果循环水流量能够满足要求，则应尽量避免使用并联工况。