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摘 要：针对孟加拉锡拉杰甘杰电厂循环水系统要求采用玻璃钢管的特点，本文应用一维流体分析软件PIPENET对电厂供水系统进行仿真建模，对电厂主要的循环水系统构筑物进行了建模及运算。对循环水系统中各种启停泵工况下对应的瞬变流过程进行仿真研究，选择合理的管道布置方案，得出较理想的关阀操作规律。研究结果表明，合理设计循环水系统管道，对循环水泵出口阀门关闭时间进行合理设置，能够确保玻璃钢管应用于循环水管道而不受水锤影响。对今后玻璃钢管应用于循环水系统有着重要的意义。
关键词：玻璃钢循环水管;瞬变流;事故关阀;水锤力
Abstract： According to the characteristics of Glass Reinforced Plastic Circulation Water system of SIRAJGANJ， BANGLADESH power plant， the one-dimensional fluid analysis software PIPENET to simulate the water supply system of the power plant， and carries out modeling and calculation on the main circulating water system structure of the power plant. The transient flow process of the circulating water system under the conditions of various starting and stopping pumps is simulated and studied. The results show that reasonable design of circulating water system pipeline and reasonable setting of the closing time of circulating water pump outlet valve can ensure that glass reinforced plastic pipe is applied to circulating water pipeline without being affected by water hammer. It is of great significance for the application of glass tube in circulating water system in the future.
Key words：glass reinforced plastic circulation water pipe; transient flow; accidental valve closing; water hammer;
1工程概況
1.1运行工况
本工程循环水系统采用单元制机械通风冷却塔循环供水系统，循环冷却水补给水来自厂区原水处理站处理水。循环水系统设8座4800m3/h逆流式机械通风冷却塔及水池，设置三台50%循环冷却水泵。循环冷却水泵出口配置两阶段控制液动蝶阀。 循环水泵为立式、湿井式、混流泵，露天安装，介质为淡水，水泵流量：4.65m3/s 水泵扬程：0.24MPa，循环水供回水母管采用DN2200玻璃钢管。
循环水系统工艺流程依次为： 冷却塔水池→引水箱涵→钢闸门→格网→循环水泵→液控蝶阀→循环供水管→电动蝶阀→凝汽器→电动蝶阀→循环回水管→电动蝶阀→ 冷却塔→ 冷却塔水池。
1.2主要研究内容
电厂供水系统的特点是大流量、低扬程。事故情况下，不合理的关阀会造成严重的安全和生产事故[1]。凝汽器的位置和高程在瞬变流过程中处于驼峰位置易产生弥合水锤[2]，在阀门处产生水击波。同时管系中的压力不平衡将在管道轴向产生冲击力，不合理的关阀会使这类冲击力的瞬时值达到惊人的数值，作用于管系、支吊架和设备接口，易形成管系共振、支架损坏等后果。本工程由于采用了玻璃钢管作为循环水管道材质，接口处更容易受水锤影响，发生渗漏的可能性增大。因此，根据本工程运行可靠性要求，重点对循环水系统进行如下分析：①分析循环水泵起泵停泵工况下的水锤变化;②分析最不利工况下的水泵转速及系统最不利点的压力变化。
1.3主要参数
循环水泵工况点为Q=4.65m3/s，扬程H=24m，水泵设计点的转矩值是23981.1N·m;额定转速495rpm。循环水主管道参数为DN2200 SN10000，玻璃钢材质。
2供水系统及主要构筑物模型的建立
2.1供水系统高程布置
根据电厂布置，建立循环水系统高程图。地面标高为±0.00m，循泵出口标高为-2.20m，冷却塔进口标高为10.10m，凝汽器进口标高为3.90m，整个管道系统最低点标高为-5.20m。
2.2PIPENET模型建立
本工程1台机组正常运行2泵全开，任意一台水泵故障，要求备用泵能自动投运。在系统未充水的情况下，开启钢闸门，先打开冷却塔补给水管进水阀，待冷却塔水池水位达到15.75m后，同时确认循环水泵轴承润滑水和电机冷却水运行正常，打开冷却塔进口电动蝶阀。 第一台循环水泵由手动启动，先手动开启出口液控蝶阀阀门到20开度（约7～10秒），再手动开启循环水泵，待系统充满水后，再将出口阀门开至全开位置。
利用PIPENET一维模型将循环水系统中循环水泵（分别编号1#，2#和3#循环水泵）、循环水管道、凝汽器以及冷却塔设备参数输入到软件中，通过软件模拟以下几个主要工况： A.满管启动工况;
B.循环水泵计划停泵（即正常关闭）;
C.全厂失电停泵;
D.循环水泵事故关闭;
3水力模型分析
3.1满管启动工况分析
在整个系统管道已经充满水的情况下，启动一台循环水泵：首先在出口蝶阀关闭状态下启动1#循环水泵，同时连续开启蝶阀至全开位置。蝶阀开启时间为60s。按照相同启动顺序，启动2#循环水泵。
1#水泵和2#水泵启动模型见图1和2。
基于上述模型，PIPENET软件运行结果如下：
1#循环水泵起泵，系统压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在凝汽器进口前，主厂房A列外的循环水母管上，埋深-5.20m处;最大压力为21.2152m，出现的时间为30.11044s。
整个系统最小压力出现在1#循环水泵吸水口处处;最小压力为1.60m，出现的时间为0s。
2#循环水泵起泵，系统压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在凝汽器进口前，主厂房A列外的循环水母管上，埋深-5.20m处;最大压力为27.4734m，出现的时间为30.11044s。
整個系统最小压力出现在2#循环水泵吸水口处处;最小压力为1.60m，出现的时间为0s。
3.2循环水泵计划停泵（即正常闭泵）
两泵运行，其中一台计划停泵，该泵的出口蝶阀先从全开位置快速关到20开度后（快关时间～8s），循环水泵自动停下，同时出口蝶阀慢速继续关闭到全关位置（慢关时间～35s）。
为避免水泵停运过程中的水锤影响，计划停泵时，泵与泵之间的停运间隔60秒。
1#水泵和3#水泵计划停泵模型见图3。
系统运行压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在1#循环水泵出口处;最大压力为27.0533m，出现的时间为172.9378s。
整个系统最小压力出现在3#循环水泵吸水口处处;最小压力为1.60m，出现的时间为0s。
3.3全厂失电事故停泵
一机二泵运行（2#和3#同时运行）时，其中3#循环水泵发生故障突然停运，3#泵出口蝶阀同时动作，按先快后慢的程序自动连续关闭至全关位置，备用1#泵不启动。
3#水泵停泵模型见图4。
系统运行压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在2#循环水泵出口处;最大压力为27.2605m，出现的时间为45.94578s。
整个系统最小压力出现在3#循环水泵出口处;最小压力为1.31076m，出现的时间为45.94578s。
3.4循环水泵事故关闭
一机二泵运行（2#和3#同时运行）时，其中3#循环水泵发生故障突然停运，该泵出口蝶阀同时动作，按先快后慢的程序自动连续关闭至全关位置;同时，备用泵1#泵自动投入运行，1#泵的出口液控蝶阀连续开启至全开位置，开阀时间为60s。
3#循泵出口配置两阶段缓闭液控蝶阀，8s快闭80%+28s缓闭20%，共计闭阀时间36s。
3#水泵事故停泵模型见图5。
系统运行压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在凝汽器进口前，主厂房A列外的循环水母管上，埋深-5.20m处;最大压力为28.4522m，出现的时间为29.97189s。
整个系统最小压力出现在3#循环水泵进口处;最小压力为1.60m，出现的时间为0s。
3.5小结
根据上述四种工况的模型建立，以及通过PIPENET软件对四种运行工况的模拟得出，第四种工况，即一台循泵事故停泵，备用泵开启的情况下，系统最大压力为28.4522m，是四种工况中最大的。因此我们将以第四种工况为基本模型，分析系统中几个重要节点的变化。
4最不利工况模型分析
图6显示，循环水泵在故障停机后，在液控蝶阀两阶段关闭的保护下，水流流态在管内的震荡效果不强，叶轮未发生反转。
通过图7～图10可得，液控蝶阀前后压力变化幅度及震荡效果较弱，产生的水锤最大点在凝汽器进口前的进水母管处，最大压力28.4522m，发生在故障水泵停泵后约20s。
循环水系统最小压力点在循环水泵吸水口，压力为1.6mH2O，整个循环水系统没有负压点。
5总结
电厂循环水系统是用以保证蒸汽冷却，保证电厂正常运行的关键系统。循环水管道作为其中主要的压力管道，直接向凝汽器提供所需温度、压力和流量的冷却水。由于压力管道易发生水锤现象，研究水锤对循环水管道的影响是循环水系统设计的重要内容。循环水管道作为电厂冷却水系统重要组成部分，因此分析循环水管道运行安全性对保证电厂正常运行具有关键作用。
玻璃钢管材作为近些年来应用越来越广的材料，具有耐腐蚀，不结垢，强度高，粗糙系数小，重量轻，运输施工方便等优点;但由于其采用承插接口，接口处较焊接钢管具有诸多不利特点。尤其是将其应用于电厂循环水管道，系统流量大，一旦发生较大水锤，并对玻璃钢管接口造成破坏，将会在一定程度上影响电厂的安全运行。
本文章对该项目应用的玻璃钢管循环水管道系统进行了计算分析，确保了项目中循环水管道不会受到水锤的影响。对今后玻璃钢管应用于电厂循环水系统起到了借鉴作用。
参考文献 ：
[1] 王雪芳，叶宏开，汤荣铭，等.工业管道中的水锤[M].北京：科学出版社，1995.
[2] 刘竹溪，刘光林.泵站水锤及其防护[M].北京：水利水电出版社，1988.
作者简介：
惠玉鑫（1989-），男，汉族，山东日照人，硕士，工程师，从事电力系统水工工艺设计研究。
本文研究方向：通过对电厂循环水系统建模，采用PIPENET软件研究发电厂循环水系统管道采用玻璃钢材质应对水锤的能力.
关键词：玻璃钢循环水管;瞬变流;事故关阀;水锤力
Abstract： According to the characteristics of Glass Reinforced Plastic Circulation Water system of SIRAJGANJ， BANGLADESH power plant， the one-dimensional fluid analysis software PIPENET to simulate the water supply system of the power plant， and carries out modeling and calculation on the main circulating water system structure of the power plant. The transient flow process of the circulating water system under the conditions of various starting and stopping pumps is simulated and studied. The results show that reasonable design of circulating water system pipeline and reasonable setting of the closing time of circulating water pump outlet valve can ensure that glass reinforced plastic pipe is applied to circulating water pipeline without being affected by water hammer. It is of great significance for the application of glass tube in circulating water system in the future.
Key words：glass reinforced plastic circulation water pipe; transient flow; accidental valve closing; water hammer;
1工程概況
1.1运行工况
本工程循环水系统采用单元制机械通风冷却塔循环供水系统，循环冷却水补给水来自厂区原水处理站处理水。循环水系统设8座4800m3/h逆流式机械通风冷却塔及水池，设置三台50%循环冷却水泵。循环冷却水泵出口配置两阶段控制液动蝶阀。 循环水泵为立式、湿井式、混流泵，露天安装，介质为淡水，水泵流量：4.65m3/s 水泵扬程：0.24MPa，循环水供回水母管采用DN2200玻璃钢管。
循环水系统工艺流程依次为： 冷却塔水池→引水箱涵→钢闸门→格网→循环水泵→液控蝶阀→循环供水管→电动蝶阀→凝汽器→电动蝶阀→循环回水管→电动蝶阀→ 冷却塔→ 冷却塔水池。
1.2主要研究内容
电厂供水系统的特点是大流量、低扬程。事故情况下，不合理的关阀会造成严重的安全和生产事故[1]。凝汽器的位置和高程在瞬变流过程中处于驼峰位置易产生弥合水锤[2]，在阀门处产生水击波。同时管系中的压力不平衡将在管道轴向产生冲击力，不合理的关阀会使这类冲击力的瞬时值达到惊人的数值，作用于管系、支吊架和设备接口，易形成管系共振、支架损坏等后果。本工程由于采用了玻璃钢管作为循环水管道材质，接口处更容易受水锤影响，发生渗漏的可能性增大。因此，根据本工程运行可靠性要求，重点对循环水系统进行如下分析：①分析循环水泵起泵停泵工况下的水锤变化;②分析最不利工况下的水泵转速及系统最不利点的压力变化。
1.3主要参数
循环水泵工况点为Q=4.65m3/s，扬程H=24m，水泵设计点的转矩值是23981.1N·m;额定转速495rpm。循环水主管道参数为DN2200 SN10000，玻璃钢材质。
2供水系统及主要构筑物模型的建立
2.1供水系统高程布置
根据电厂布置，建立循环水系统高程图。地面标高为±0.00m，循泵出口标高为-2.20m，冷却塔进口标高为10.10m，凝汽器进口标高为3.90m，整个管道系统最低点标高为-5.20m。
2.2PIPENET模型建立
本工程1台机组正常运行2泵全开，任意一台水泵故障，要求备用泵能自动投运。在系统未充水的情况下，开启钢闸门，先打开冷却塔补给水管进水阀，待冷却塔水池水位达到15.75m后，同时确认循环水泵轴承润滑水和电机冷却水运行正常，打开冷却塔进口电动蝶阀。 第一台循环水泵由手动启动，先手动开启出口液控蝶阀阀门到20开度（约7～10秒），再手动开启循环水泵，待系统充满水后，再将出口阀门开至全开位置。
利用PIPENET一维模型将循环水系统中循环水泵（分别编号1#，2#和3#循环水泵）、循环水管道、凝汽器以及冷却塔设备参数输入到软件中，通过软件模拟以下几个主要工况： A.满管启动工况;
B.循环水泵计划停泵（即正常关闭）;
C.全厂失电停泵;
D.循环水泵事故关闭;
3水力模型分析
3.1满管启动工况分析
在整个系统管道已经充满水的情况下，启动一台循环水泵：首先在出口蝶阀关闭状态下启动1#循环水泵，同时连续开启蝶阀至全开位置。蝶阀开启时间为60s。按照相同启动顺序，启动2#循环水泵。
1#水泵和2#水泵启动模型见图1和2。
基于上述模型，PIPENET软件运行结果如下：
1#循环水泵起泵，系统压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在凝汽器进口前，主厂房A列外的循环水母管上，埋深-5.20m处;最大压力为21.2152m，出现的时间为30.11044s。
整个系统最小压力出现在1#循环水泵吸水口处处;最小压力为1.60m，出现的时间为0s。
2#循环水泵起泵，系统压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在凝汽器进口前，主厂房A列外的循环水母管上，埋深-5.20m处;最大压力为27.4734m，出现的时间为30.11044s。
整個系统最小压力出现在2#循环水泵吸水口处处;最小压力为1.60m，出现的时间为0s。
3.2循环水泵计划停泵（即正常闭泵）
两泵运行，其中一台计划停泵，该泵的出口蝶阀先从全开位置快速关到20开度后（快关时间～8s），循环水泵自动停下，同时出口蝶阀慢速继续关闭到全关位置（慢关时间～35s）。
为避免水泵停运过程中的水锤影响，计划停泵时，泵与泵之间的停运间隔60秒。
1#水泵和3#水泵计划停泵模型见图3。
系统运行压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在1#循环水泵出口处;最大压力为27.0533m，出现的时间为172.9378s。
整个系统最小压力出现在3#循环水泵吸水口处处;最小压力为1.60m，出现的时间为0s。
3.3全厂失电事故停泵
一机二泵运行（2#和3#同时运行）时，其中3#循环水泵发生故障突然停运，3#泵出口蝶阀同时动作，按先快后慢的程序自动连续关闭至全关位置，备用1#泵不启动。
3#水泵停泵模型见图4。
系统运行压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在2#循环水泵出口处;最大压力为27.2605m，出现的时间为45.94578s。
整个系统最小压力出现在3#循环水泵出口处;最小压力为1.31076m，出现的时间为45.94578s。
3.4循环水泵事故关闭
一机二泵运行（2#和3#同时运行）时，其中3#循环水泵发生故障突然停运，该泵出口蝶阀同时动作，按先快后慢的程序自动连续关闭至全关位置;同时，备用泵1#泵自动投入运行，1#泵的出口液控蝶阀连续开启至全开位置，开阀时间为60s。
3#循泵出口配置两阶段缓闭液控蝶阀，8s快闭80%+28s缓闭20%，共计闭阀时间36s。
3#水泵事故停泵模型见图5。
系统运行压力变化结果如下：
整个系统最大压力出现在凝汽器进口前，主厂房A列外的循环水母管上，埋深-5.20m处;最大压力为28.4522m，出现的时间为29.97189s。
整个系统最小压力出现在3#循环水泵进口处;最小压力为1.60m，出现的时间为0s。
3.5小结
根据上述四种工况的模型建立，以及通过PIPENET软件对四种运行工况的模拟得出，第四种工况，即一台循泵事故停泵，备用泵开启的情况下，系统最大压力为28.4522m，是四种工况中最大的。因此我们将以第四种工况为基本模型，分析系统中几个重要节点的变化。
4最不利工况模型分析
图6显示，循环水泵在故障停机后，在液控蝶阀两阶段关闭的保护下，水流流态在管内的震荡效果不强，叶轮未发生反转。
通过图7～图10可得，液控蝶阀前后压力变化幅度及震荡效果较弱，产生的水锤最大点在凝汽器进口前的进水母管处，最大压力28.4522m，发生在故障水泵停泵后约20s。
循环水系统最小压力点在循环水泵吸水口，压力为1.6mH2O，整个循环水系统没有负压点。
5总结
电厂循环水系统是用以保证蒸汽冷却，保证电厂正常运行的关键系统。循环水管道作为其中主要的压力管道，直接向凝汽器提供所需温度、压力和流量的冷却水。由于压力管道易发生水锤现象，研究水锤对循环水管道的影响是循环水系统设计的重要内容。循环水管道作为电厂冷却水系统重要组成部分，因此分析循环水管道运行安全性对保证电厂正常运行具有关键作用。
玻璃钢管材作为近些年来应用越来越广的材料，具有耐腐蚀，不结垢，强度高，粗糙系数小，重量轻，运输施工方便等优点;但由于其采用承插接口，接口处较焊接钢管具有诸多不利特点。尤其是将其应用于电厂循环水管道，系统流量大，一旦发生较大水锤，并对玻璃钢管接口造成破坏，将会在一定程度上影响电厂的安全运行。
本文章对该项目应用的玻璃钢管循环水管道系统进行了计算分析，确保了项目中循环水管道不会受到水锤的影响。对今后玻璃钢管应用于电厂循环水系统起到了借鉴作用。
参考文献 ：
[1] 王雪芳，叶宏开，汤荣铭，等.工业管道中的水锤[M].北京：科学出版社，1995.
[2] 刘竹溪，刘光林.泵站水锤及其防护[M].北京：水利水电出版社，1988.
作者简介：
惠玉鑫（1989-），男，汉族，山东日照人，硕士，工程师，从事电力系统水工工艺设计研究。
本文研究方向：通过对电厂循环水系统建模，采用PIPENET软件研究发电厂循环水系统管道采用玻璃钢材质应对水锤的能力.