循環(huán)冷卻塔漂水問題分析及改造

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）

循環(huán)冷卻塔漂水問題分析及改造

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）

針對循環(huán)水冷卻塔的漂水現(xiàn)象進(jìn)行綜合分析、現(xiàn)場勘測，并對其結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行系統(tǒng)分析，梳理實際運行參數(shù)找出漂水的問題所在，通過調(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，對現(xiàn)有循環(huán)冷卻水塔的改造，調(diào)整相關(guān)參數(shù)后運行得到了良好的效果，有效地解決了循環(huán)水冷卻塔飄水問題。并從效益分析上實現(xiàn)了節(jié)水收益，提高了運行效率和循環(huán)水冷卻塔的上回水溫差，同時改善環(huán)境，節(jié)約水資源，保障設(shè)備穩(wěn)定運行。

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?。╰2-τ）在 3～5 ℃，自然通風(fēng)風(fēng)筒涼水溫差一般＞5 ℃[1,2]。

但在實際的運行中，會有存在冷卻塔出現(xiàn)較為嚴(yán)重的漂水問題。嚴(yán)重的漂水現(xiàn)象會造成塔的下風(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 冷卻塔運行簡述

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)投用后長期存在漂水現(xiàn)象，并且出現(xiàn)了下風(fēng)向積水情況，即時在無風(fēng)無雨情況下積水位置距離水站5～10 m，后期針對填料、收水器進(jìn)行了一次更換，無明顯好轉(zhuǎn)。在風(fēng)機(jī)正常運行狀態(tài)下，風(fēng)筒內(nèi)壁有明顯水珠、水線上漂現(xiàn)象。

1.1 4#冷卻塔配置簡介

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

循環(huán)水泵型號為20SH-9A，單泵水量Q=200 m3/h，揚程H=50 m，4開1備運行模式。

風(fēng)機(jī)型號為LF85II型，設(shè)計風(fēng)量為2 750 000 m3/h。標(biāo)配3臺風(fēng)機(jī)，根據(jù)氣溫調(diào)節(jié)開停。

1.2 冷卻塔正常運行情況

系統(tǒng)長期滿負(fù)荷運行，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。

實際運行溫度見表1。

表1 冷卻塔運行溫度統(tǒng)計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)計分析，冷卻塔運行溫度濕度對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%。通過計算涼水塔本體設(shè)計能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。但是漂水率經(jīng)過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)在 0.05%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的 0.005%，超出 10倍左右。

根據(jù)設(shè)計風(fēng)機(jī)風(fēng)量計算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)計要求。

冷卻水塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)勘測：經(jīng)過進(jìn)入冷卻塔內(nèi)進(jìn)行實際測量。

內(nèi)部機(jī)構(gòu)基本形式見圖1。

圖1 原冷卻塔塔形結(jié)構(gòu)簡圖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，噴淋噴頭距離收水器距離約200 mm。

2014年大修冷卻水塔針對漂水問題已經(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 冷卻塔運行情況

根據(jù)現(xiàn)場勘測實際冷卻塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，填料材質(zhì)型號基本符合運行要求，由于塔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)收水器型號選型屬于基礎(chǔ)型號，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題是：收水器與噴頭距離過小，根據(jù)實際測量可以通過抬高收水器、下降噴頭和采用多波功能收水器進(jìn)行綜合改善。

2.2 改造實施方案

2.2.1 收水器上移

抬高收水器200 mm，根據(jù)現(xiàn)場情況，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)荷和過流風(fēng)量，抬高200 mm后實現(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)場勘測噴頭距離填料距離900 mm，運行狀態(tài)分析噴頭在噴灑過程中，如果與填料距離過大，水滴在下降過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管道短接增長200 mm的距離，使噴淋噴頭距離填料為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2～3倍。片材厚度不小于（0.7±0.05）mm，收水器單點支撐強(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 改造效果圖及運行分析

經(jīng)過改造后的效果圖如圖3。

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

經(jīng)過以上改造后，通過一定時間的運行漂水現(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%。

運行情況統(tǒng)計如表2。

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

2.3.2 改造前后對比分析

根據(jù)改造前后的溫度差及補(bǔ)水量進(jìn)行對比分析后可以看出，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的冷卻塔計算，收水器量為304平米/塔（16×19 m）。具體投資計算如表2。

表2 投資分項表Table 2 Investment item table

收水器改造費用共計總投資14.6萬元，折合單位面積收水器價格為160元/m2。

3.2 收水器改造前后運行情況統(tǒng)計

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

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

3.2.2 收水器改造后運行情況

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良好降溫效果和運行條件，使工藝生產(chǎn)車間的運行負(fù)荷提高了1.5%。

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

3.3 收水器改造的效益分析.

結(jié)合以上運行情況分析，結(jié)合改造費用的統(tǒng)計效益分析如下：補(bǔ)水費用按2.1元/m3、藥劑費用按16元/kg計算節(jié)水、節(jié)藥費用：（150-132）×2.1 +（150-130）×16 =357.8元/h=286.24萬元/a。

工藝裝置負(fù)荷提高增加收益為 1.5%折合費用為150萬/a。

合計增加效益費用為150+286.24=436.24萬元/a。從以上費用統(tǒng)計分析收水器改造后給生產(chǎn)運行和消耗帶來較為客觀的效益。

4 結(jié) 論

通過本次較成功的改造，后續(xù)對全廠16座鋼結(jié)構(gòu)冷卻塔進(jìn)行了同步現(xiàn)場勘測并推廣改造，通過類似的設(shè)計改造都達(dá)到了良好的節(jié)水效果，并實現(xiàn)了地面無積水、設(shè)備、基礎(chǔ)等腐蝕情況減輕、節(jié)約藥劑等效果。同時技改后為解決環(huán)境污染問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題提供了幫助。

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

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

［3］ 金熙，項成林，啟冬子. 工業(yè)水處理技術(shù)問答[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)計中應(yīng)注意的幾個問題[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, 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)境工程專業(yè)，研究方向：從事工業(yè)水處理技術(shù)工作。