楊 雪

(大慶職業(yè)學(xué)院，黑龍江 大慶163255)

自世界上第一座機(jī)械通風(fēng)冷卻塔問世以來，凡在北緯36°以北建造的工業(yè)循環(huán)水流、逆流及自然通風(fēng)式冷卻塔均存在不同程度的結(jié)冰現(xiàn)象，輕者影響冷卻塔的正常運(yùn)行，重者能使整套化工裝置停產(chǎn)。大型橫流冷卻塔因結(jié)冰嚴(yán)重，每年冬季不得不采用風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)融冰，僅此一項(xiàng)每年要消耗大量電能。據(jù)了解，迄今為止，國內(nèi)外建造的冷卻塔在防冰技術(shù)上沒有獲得重大突破，每年在我國北方的化工企業(yè)因冷卻塔結(jié)冰所造成各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)近億元。半個(gè)多世紀(jì)以來，國內(nèi)外冷卻塔的研究及設(shè)計(jì)工作者們始終不斷地探索研究，采用了多項(xiàng)防冰技術(shù)措施。近年來，循環(huán)水科技工作者一直把嚴(yán)寒地區(qū)冷卻塔冬季結(jié)冰問題稱為工業(yè)界需要解決的難題之一。

1 橫流冷卻塔結(jié)冰原因分析及危害性

橫流冷卻塔在寒冷地區(qū)冬季結(jié)冰的主要原因有四個(gè):一是邊層填料水滴飛濺造成了橫流塔百葉窗板上端面的冬季結(jié)冰和堆積冰塊現(xiàn)象(見圖1);二是塔的邊層水量過小，循環(huán)水溫偏低造成了邊層填料掛冰幕的現(xiàn)象;三是冷卻塔百葉窗板搭接處因有滲漏現(xiàn)象，導(dǎo)致百葉窗下部掛冰胡、冰栓(見圖2);四是收水器性能低下，飄滴損失嚴(yán)重導(dǎo)致冷卻塔地面四處結(jié)冰。

圖1 橫流塔百葉窗板上端面的結(jié)冰情況

圖2 冷卻塔百葉窗下部掛冰胡、冰栓情況

橫流塔常見結(jié)冰處為進(jìn)風(fēng)口雙側(cè)每層百葉窗板上平面堆積冰塊。百葉窗下檐掛冰幕，最終上下兩者結(jié)合導(dǎo)致冷卻塔進(jìn)風(fēng)道全部被冰封死。眾所周知，橫流塔的進(jìn)風(fēng)口一但被冰封死，外界冷空氣就無法與塔內(nèi)熱循環(huán)水進(jìn)行良好的置換。最終導(dǎo)致循環(huán)水溫嚴(yán)重超標(biāo)，從而影響化工裝置正常生產(chǎn)，結(jié)冰還會(huì)造成塔內(nèi)填料、百葉窗、塔體結(jié)構(gòu)遭到不同程度的損壞。最為嚴(yán)重的是由于冬季長期結(jié)冰不得不經(jīng)常采用風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)融冰。形成了結(jié)冰融冰、再結(jié)冰再融冰。風(fēng)機(jī)經(jīng)常性反轉(zhuǎn)不僅會(huì)造成風(fēng)機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞而且還消耗大量的電能。并且每次風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)融下的冰塊會(huì)順著百葉窗直接沖擊邊層填料，由于冰塊較大、較硬，在很短的時(shí)間里就將邊層填料砸得破爛不堪。破碎下來的填料片最終會(huì)順著循環(huán)水直接進(jìn)入裝置內(nèi)的換熱器，導(dǎo)致?lián)Q熱器大面積堵塞，以致影響整個(gè)化工裝置的正常生產(chǎn)或造成全廠停產(chǎn)。這種現(xiàn)象在北方地區(qū)非常普遍，并且導(dǎo)致的危害性及損失都很大。

2 防冰改造的經(jīng)濟(jì)效益及計(jì)算依據(jù)

與逆流塔冬季結(jié)冰相比，橫流塔結(jié)冰給企業(yè)造成的損失要大的多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，某化肥廠2#塔8 ～10 是Φ8.53 米的風(fēng)機(jī)大型橫流塔，每臺(tái)塔電機(jī)功率160KW。在一般嚴(yán)寒期可達(dá)155 天，結(jié)冰期達(dá)210 天，如每臺(tái)、每天用2 小時(shí)時(shí)間風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)，那么一臺(tái)160kw 的電機(jī)一冬要多消耗210 天×160kw ×2 小時(shí)/天=67200kw/小時(shí)，產(chǎn)生很大的能量消耗。另外，當(dāng)百葉窗的結(jié)冰面積達(dá)到30% ～60%，這段時(shí)間里塔的冷風(fēng)量相應(yīng)減少30% ～60%，水溫也隨著進(jìn)風(fēng)量的減少而升高。為了滿足生產(chǎn)工藝要求，通常都采取多開風(fēng)機(jī)以及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的方法，強(qiáng)行抽入塔外的冷空氣進(jìn)入塔內(nèi)與熱循環(huán)水交換來滿足生產(chǎn)要求。平均每天至少需比不結(jié)冰的冷卻塔每臺(tái)多運(yùn)轉(zhuǎn)6 小時(shí)以上。每年僅消耗在這上面的電能為(當(dāng)百葉窗的結(jié)冰面積超過60%時(shí)風(fēng)機(jī)就必須進(jìn)行反轉(zhuǎn))200 天×160kw×6 小時(shí)×10 臺(tái)塔=1920000kw/小時(shí)，兩項(xiàng)合計(jì)672000 +1920000 =2592000 ×0.4 元/度=1036800 元。

在實(shí)驗(yàn)過程中，10 臺(tái)風(fēng)機(jī)因上防化冰裝置而減少頻繁正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的次數(shù)大大延長了設(shè)備的使用壽命，降低了設(shè)備維修次數(shù)，僅此每年可為該廠節(jié)約設(shè)備更新費(fèi)40 萬(以每年更換1 臺(tái)風(fēng)機(jī)計(jì)算);同時(shí)邊層填料因不結(jié)冰而大大降低了填料更換周期，僅此每年可解決材料修理費(fèi)50 萬元(以平均每年更換2 間損壞填料計(jì)算)。

另外，某化肥廠2#塔3 間在05年年底已經(jīng)改造完成、1#塔7 間在06年9月也都上了防化冰裝置。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，每年1#、2#塔可節(jié)約資金為:電費(fèi)103.68 萬元、設(shè)備更新修理費(fèi)40 萬、填料更換材料修理費(fèi)50萬，三項(xiàng)目總計(jì)每年節(jié)約資金為103.68 +40 +60 =203.68 萬元，如果運(yùn)行十年、二十年或十間、二十間塔累加起來，那節(jié)省費(fèi)用是相當(dāng)可觀的。

3 具體防冰解決方案

技術(shù)原理核心思想是利用全廠循環(huán)水，高溫回水通過化冰分支管對(duì)冰幕進(jìn)行噴淋化冰，具體解決方案如下(以1#塔為例):

1)在1#塔外東西兩側(cè)4 根DN800 冷卻塔主上水管分別引出DN250 出水短管，然后焊接DN250 法蘭，在法蘭上安裝蝶閥，蝶閥的另一端連接管道過濾器，管道過濾器的外殼為碳鋼，內(nèi)壁濾網(wǎng)材質(zhì)為不銹鋼;

2)從管道過濾器另一端連接DN250 引水管，引水管經(jīng)過2 個(gè)900 彎頭分別通到冷卻塔端墻板4 個(gè)角部位，然后再與化冰噴淋器給水立管連通［1］;

3)在化冰噴淋器給水立管上分別開6 個(gè)φ50 出水孔，孔的位置與每層百葉窗的間距相等，然后在出水孔位置焊接DN50 碳鋼短節(jié)，安裝并固定DN250 立管，調(diào)整出水孔位置及角度;

4)在DN50 碳鋼短節(jié)處分別焊DN50 鋼制法蘭，法蘭與DN50 鑄鐵球閥連接，球閥的另一端的法蘭焊不銹鋼1″絲扣短節(jié);

5)不銹鋼化冰噴淋管每根長度為17 米，由3 根焊接而成，焊接工作全部在地面完成，3 間塔的噴淋管為24 根，規(guī)格為ф51 ×1.5 噴淋管的一端由不銹鋼墻封死，另一端焊接1″不銹鋼絲扣;

6)用U 型卡將噴淋管固定在百葉窗頂部向下100mm 處，帶絲扣的一端與絲扣短節(jié)相連;

7)調(diào)整各層噴淋管噴淋角度和出水孔水量，尤其調(diào)整每層的水量，直到達(dá)到防冰效果為止［2］。

4 防冰措施實(shí)施后冬季現(xiàn)場實(shí)施效果

經(jīng)過兩年的冬季運(yùn)行，同改造前相比，冷卻塔的結(jié)冰現(xiàn)象有了顯著改觀(如圖3)，效果比較明顯。防冰技術(shù)的投用，提高了冷卻塔自身運(yùn)行的可靠性，降低了損耗，延長了使用壽命。實(shí)際上，冷卻塔的防冰措施是一個(gè)影響因素較多的綜合性問題，防冰的方法很多，無論選用哪種防冰措施都要根據(jù)具體情況，經(jīng)過多方面的分析、研究和試驗(yàn)才能解決。除此之外，還要擁有一套嚴(yán)格健全的操作管理制度，只有將兩者很好地結(jié)合在一起并充分運(yùn)用，才能更好地解決冷卻塔的防冰問題。

圖3 冷卻塔百葉窗現(xiàn)象消失

［1］林選才，劉慈慰.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國建筑出版社，2004:102 -106.

［2］周本省.工業(yè)水處理技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1997:137 -140.