高雅瓊, 崔石磊, 李 猛, 劉華朋

（山東華魯恒升化工股份公司， 山東 德州 253000）

循環(huán)冷卻塔漂水問(wèn)題分析及改造

高雅瓊, 崔石磊, 李 猛, 劉華朋

（山東華魯恒升化工股份公司， 山東 德州 253000）

針對(duì)循環(huán)水冷卻塔的漂水現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析、現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行系統(tǒng)分析，梳理實(shí)際運(yùn)行參數(shù)找出漂水的問(wèn)題所在，通過(guò)調(diào)整冷卻塔內(nèi)部機(jī)構(gòu)，改善循環(huán)水噴淋高度和優(yōu)化收水器功能，對(duì)現(xiàn)有循環(huán)冷卻水塔的改造，調(diào)整相關(guān)參數(shù)后運(yùn)行得到了良好的效果，有效地解決了循環(huán)水冷卻塔飄水問(wèn)題。并從效益分析上實(shí)現(xiàn)了節(jié)水收益，提高了運(yùn)行效率和循環(huán)水冷卻塔的上回水溫差，同時(shí)改善環(huán)境，節(jié)約水資源，保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔; 漂水; 收水器; 填料

機(jī)械通風(fēng)冷卻塔按風(fēng)機(jī)安裝位置不同可分為機(jī)械鼓風(fēng)式和抽風(fēng)式塔，抽風(fēng)式塔的風(fēng)機(jī)安裝在冷卻塔頂部，這種塔的優(yōu)點(diǎn)是適用于循環(huán)水量小，布局緊湊，濕空氣回流小，初期投資小，建設(shè)工期短，降溫效率高。出水干球溫度比空氣濕球溫度差小（t2-τ）在 3～5 ℃，自然通風(fēng)風(fēng)筒涼水溫差一般＞5 ℃[1,2]。

但在實(shí)際的運(yùn)行中，會(huì)有存在冷卻塔出現(xiàn)較為嚴(yán)重的漂水問(wèn)題。嚴(yán)重的漂水現(xiàn)象會(huì)造成塔的下風(fēng)向地面積水，給風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形成積垢，現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)件腐蝕非常嚴(yán)重，塔內(nèi)檢修通道、爬梯腐蝕掉落，同時(shí)由于循環(huán)水含鹽量較高，使用藥劑等原因漂水水滴中夾雜的雜質(zhì)落到附著物表面形成難以清除的鈣垢和鹽析[3-9]。

1 冷卻塔運(yùn)行簡(jiǎn)述

本單位 1996年尿素裝置配套投用循環(huán)冷卻塔一套，其循環(huán)水量為6 000 m3/h，2000年擴(kuò)能改造增加循環(huán)水量3 000 m3/h（原預(yù)留），系統(tǒng)投用后長(zhǎng)期存在漂水現(xiàn)象，并且出現(xiàn)了下風(fēng)向積水情況，即時(shí)在無(wú)風(fēng)無(wú)雨情況下積水位置距離水站5～10 m，后期針對(duì)填料、收水器進(jìn)行了一次更換，無(wú)明顯好轉(zhuǎn)。在風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，風(fēng)筒內(nèi)壁有明顯水珠、水線上漂現(xiàn)象。

1.1 4#冷卻塔配置簡(jiǎn)介

循環(huán)水量為9 000 m3/h，單塔設(shè)計(jì)負(fù)荷為3 000 m3/h。外形尺寸為16×19 m×3臺(tái)。塔體設(shè)計(jì)為框架鋼結(jié)構(gòu)機(jī)械通風(fēng)抽風(fēng)式冷卻塔。

循環(huán)水泵型號(hào)為20SH-9A，單泵水量Q=200 m3/h，揚(yáng)程H=50 m，4開(kāi)1備運(yùn)行模式。

風(fēng)機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)F85II型，設(shè)計(jì)風(fēng)量為2 750 000 m3/h。標(biāo)配3臺(tái)風(fēng)機(jī)，根據(jù)氣溫調(diào)節(jié)開(kāi)停。

1.2 冷卻塔正常運(yùn)行情況

系統(tǒng)長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行，夏季空氣極端溫度，干球溫度 θ1＝32.0 ℃、濕球溫度θ2＝28.0 ℃ 大氣壓力：P=101.4 kPa。

實(shí)際運(yùn)行溫度見(jiàn)表1。

表1 冷卻塔運(yùn)行溫度統(tǒng)計(jì)Table 1 The statistics of the cooling tower operating temperature

以上選取的數(shù)據(jù)為一年中最熱，濕度最高的情況，根據(jù)表1數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，冷卻塔運(yùn)行溫度濕度對(duì)比圖中可以看出冷卻水塔上水和回水溫差在 7 ℃左右。

根據(jù)公式（1）、（2）算得，冷卻幅高為10 ℃，效率η為70%。通過(guò)計(jì)算涼水塔本體設(shè)計(jì)能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。但是漂水率經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在 0.05%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的 0.005%，超出 10倍左右。

根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)風(fēng)量計(jì)算2 750 000 m3/h，風(fēng)筒直徑為8.5 m，風(fēng)筒后出風(fēng)速為13 m/s，進(jìn)入填料單位面積風(fēng)速約為2.5 m/s， 負(fù)荷設(shè)計(jì)要求。

冷卻水塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)勘測(cè)：經(jīng)過(guò)進(jìn)入冷卻塔內(nèi)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量。

內(nèi)部機(jī)構(gòu)基本形式見(jiàn)圖1。

圖1 原冷卻塔塔形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 The original cooling tower structure diagram

塔內(nèi)主管為碳鋼管道直徑為DN500 mm，支管為DN200玻璃鋼管道法蘭連接，噴頭直接通過(guò)螺紋管箍接入管道。噴淋高度約為900 mm。填料層數(shù)為3層1 500 mm，收水器平鋪在主管和分布管上方，噴淋?chē)婎^距離收水器距離約200 mm。

2014年大修冷卻水塔針對(duì)漂水問(wèn)題已經(jīng)進(jìn)行了填料和收水器的全部更換，填料采用的非再生改性PVC塑料，材質(zhì)厚度為（0.4±0.04）mm，安裝高度1 500 mm，單層高度500 mm,波形為雙斜S波；收水器采用改性PVC，片材厚度為0.6 mm，波形為光面V性收水器，波高150 mm，波間距100 mm。投用后未有明顯的好轉(zhuǎn)。

2 冷卻塔改造方案

2.1 冷卻塔運(yùn)行情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)實(shí)際冷卻塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，填料材質(zhì)型號(hào)基本符合運(yùn)行要求，由于塔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)收水器型號(hào)選型屬于基礎(chǔ)型號(hào)，加上收水器間距較大，距離噴頭距離有偏小，在進(jìn)風(fēng)風(fēng)速偏高的情況下，收水器收水效果明顯下降，可以分析收水器未起到收效果。

同時(shí)塔體結(jié)構(gòu)不合理也是主要的影響因素。塔內(nèi)噴頭距收水器距離～200 mm，噴頭直接接在分布管上，分布支管為玻璃鋼管道。收水器直接架在分布管道上面，這是造成收水器與噴頭距離較短的原因。

根據(jù)以上分析漂水的主要問(wèn)題是：收水器與噴頭距離過(guò)小，根據(jù)實(shí)際測(cè)量可以通過(guò)抬高收水器、下降噴頭和采用多波功能收水器進(jìn)行綜合改善。

2.2 改造實(shí)施方案

2.2.1 收水器上移

抬高收水器200 mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在分布管上方增設(shè)支架，采取螺栓連接和機(jī)械加固方法，支架材質(zhì)采用輕型加固型合金鋼，延管道上方進(jìn)行支撐，從而防止因增加支撐物而影響塔體負(fù)荷和過(guò)流風(fēng)量，抬高200 mm后實(shí)現(xiàn)收水器與噴頭距離達(dá)到600 mm以保證上升水汽有充分的撞擊空間，有助于收水器凝結(jié)成水汽水滴。

2.2.2 噴頭下移

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)噴頭距離填料距離900 mm，運(yùn)行狀態(tài)分析噴頭在噴灑過(guò)程中，如果與填料距離過(guò)大，水滴在下降過(guò)程中的收攏功能明顯，落入填料的水灑面積縮小影響水汽換熱面積。

將原直接接入分配管的噴頭通過(guò)管道短接增長(zhǎng)200 mm的距離，使噴淋?chē)婎^距離填料為700 mm，短管采用螺紋、管箍等方式進(jìn)行連接加固。

2.2.3 改良選型

本次擬選用的收水器型號(hào)為 MWDP型多波雙功能收水器，MWDP型收水器片材含橡塑組份，比普通PVC收水器使用年限長(zhǎng)2～3倍。片材厚度不小于（0.7±0.05）mm，收水器單點(diǎn)支撐強(qiáng)度≥50 kg/cm2，片型為復(fù)合正弦波型（圖2）。

圖2 收水器改良對(duì)比圖Fig.2 Water receiver improving figure

2.3 改造后效果分析

2.3.1 改造效果圖及運(yùn)行分析

經(jīng)過(guò)改造后的效果圖如圖3。

圖3 改造后冷卻塔塔形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.3 Cooling tower structure diagram after transforming

經(jīng)過(guò)以上改造后，通過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行漂水現(xiàn)象得到了明顯的改善，由于裝置的改造調(diào)整使上回水溫差得到了改善，平均溫差提高了1 ℃，工藝系統(tǒng)換熱器的降溫效果得到了極大的改善，提高了工藝生產(chǎn)負(fù)荷1.5%。

運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)如表2。

表2 冷卻塔運(yùn)行溫度統(tǒng)計(jì)Table 2 The statistics of the cooling tower operating temperature

2.3.2 改造前后對(duì)比分析

根據(jù)改造前后的溫度差及補(bǔ)水量進(jìn)行對(duì)比分析后可以看出，上水、回水溫差提高后的理論值比改造前提高了15 m3/h主要，但改造后補(bǔ)水量得到了明顯降低， 效率得到了較大提高（圖4）。

圖4 冷卻塔改造前后對(duì)比圖Fig.4 Cooling tower contrast before and after the transformation

3 改造情況及效益分析

3.1 收水器改造投資

按單塔循環(huán)水量為3 000 t/h的冷卻塔計(jì)算，收水器量為304平米/塔（16×19 m）。具體投資計(jì)算如表2。

表2 投資分項(xiàng)表Table 2 Investment item table

收水器改造費(fèi)用共計(jì)總投資14.6萬(wàn)元，折合單位面積收水器價(jià)格為160元/m2。

3.2 收水器改造前后運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)

3.2.1 收水器改造前運(yùn)行情況（以循環(huán)量9 000 m3/h冷卻塔計(jì)）

循環(huán)水上回水溫差△T=7 ℃左右，理論補(bǔ)水量為110 m3/h，實(shí)際由于漂水的原因補(bǔ)水量為150 m3/h，同時(shí)循環(huán)水藥劑使用量為150 kg/d，折算循環(huán)水運(yùn)行費(fèi)用為0.21元/h（包括補(bǔ)水、電費(fèi)、藥劑使用）。

3.2.2 收水器改造后運(yùn)行情況

循環(huán)水上回水溫差△T=8 ℃左右，溫差的提高給工藝裝置換熱器帶來(lái)良好降溫效果和運(yùn)行條件，使工藝生產(chǎn)車(chē)間的運(yùn)行負(fù)荷提高了1.5%。

理論補(bǔ)水量為126 m3/h，實(shí)際由于漂水的原因補(bǔ)水量為132 m3/h，同時(shí)循環(huán)水藥劑使用量為130 kg/d，折算循環(huán)水運(yùn)行費(fèi)用為0.16元/h（包括補(bǔ)水、電費(fèi)、藥劑使用）。

3.3 收水器改造的效益分析.

結(jié)合以上運(yùn)行情況分析，結(jié)合改造費(fèi)用的統(tǒng)計(jì)效益分析如下：補(bǔ)水費(fèi)用按2.1元/m3、藥劑費(fèi)用按16元/kg計(jì)算節(jié)水、節(jié)藥費(fèi)用：（150-132）×2.1 +（150-130）×16 =357.8元/h=286.24萬(wàn)元/a。

工藝裝置負(fù)荷提高增加收益為 1.5%折合費(fèi)用為150萬(wàn)/a。

合計(jì)增加效益費(fèi)用為150+286.24=436.24萬(wàn)元/a。從以上費(fèi)用統(tǒng)計(jì)分析收水器改造后給生產(chǎn)運(yùn)行和消耗帶來(lái)較為客觀的效益。

4 結(jié) 論

通過(guò)本次較成功的改造，后續(xù)對(duì)全廠16座鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔進(jìn)行了同步現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)并推廣改造，通過(guò)類(lèi)似的設(shè)計(jì)改造都達(dá)到了良好的節(jié)水效果，并實(shí)現(xiàn)了地面無(wú)積水、設(shè)備、基礎(chǔ)等腐蝕情況減輕、節(jié)約藥劑等效果。同時(shí)技改后為解決環(huán)境污染問(wèn)題提供了很大的技術(shù)支持及日常操作工人的巡檢隱患問(wèn)題提供了幫助。

［1］ 中華人民共和國(guó)建設(shè)部. 工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范. GB50102-2003 2003(4)[S].

［2］ 中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)化工分會(huì), 中華人民共和國(guó)建設(shè)部. 工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范. GB50050-2007 2008, (5)[S].

［3］ 金熙，項(xiàng)成林，啟冬子. 工業(yè)水處理技術(shù)問(wèn)答[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2011-11: 103-109.

［4］ 黃淑琴. 循環(huán)水系統(tǒng)技術(shù)改造[J]. 天津冶金, 2013, (21): 54-56.

［5］ 杜竹蘭. 循環(huán)水工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題[J]. 工業(yè)水處理, 2003, 23(11): 72-74.

［6］ 郭方. 石化企業(yè)循環(huán)冷卻塔排污水的水回用技術(shù)[J]. 石油化工設(shè)計(jì), 2014, 31(1): 42-45.

［7］ 郭秀娟. 淺議火電廠循環(huán)冷卻塔耗水量影響因素[J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版）, 2013(9).

［8］ 劉萬(wàn)兵. 超濾、反滲透在循環(huán)冷卻塔排污水處理中的應(yīng)用[J]. 廣東化工, 2014, 41(14): 163-164.

［9］ 翟培強(qiáng). 火電廠循環(huán)冷卻塔耗水量影響因素分析[J]. 電站輔機(jī), 2005, 26(4): 27-30.

Analysis and Solution of Water Drift Problem in Circulating Water Cooling Tower

GAO Ya-qiong, CUI Shi-lei，LI Meng, LIU Hua-peng

（Shandong Hualu-Hengsheng Chemical Co., Ltd., Shandong Dezhou 253000, China）

Comprehensive analysis and field survey of water drift phenomenon in circulating water cooling tower were carried out, and the structure of system was also analyzed, causes of water drift phenomenon were investigated based on the actual operation parameters. Modification plan of existing circulation cooling water tower was put forward, including adjusting the cooling tower internal institutions, improving the circulating water spray height and optimizing water receiver function. And good effect was obtained after adjusting parameters, the water drift problem of circulating water cooling tower was effectively solved.

mechanical draft cooling tower；water drift；water receiver；packing

TQ 052

A

1671-0460（2016）12-2817-04

2016-05-06

高雅瓊（1982-），女，山東省德州市人，工程師，2006年畢業(yè)于河北理工大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：從事工業(yè)水處理技術(shù)工作。