李曉莉（大慶油田慶升實(shí)業(yè)公司慶升化工廠）

冷卻塔廣泛應(yīng)用于化工廠和電廠，主要是應(yīng)用于循環(huán)水的冷卻方面，根據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，將冷卻塔分為填料式冷卻塔和無(wú)填料式冷卻塔。填料式冷卻塔在化工廠應(yīng)用更為普遍。布水器、填料、風(fēng)機(jī)和集水池是其主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在化工廠的生產(chǎn)中，填料式冷卻塔有以下幾個(gè)缺陷：填料的造價(jià)較高；填料塔易產(chǎn)生老化和破碎的現(xiàn)象，會(huì)造成布水不均勻；填料易老化，每隔3～4年就要重新更換；填料時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)容易堵塞管道以及泵，嚴(yán)重影響日常的生產(chǎn)；循環(huán)水與冷卻介質(zhì)接觸的時(shí)間短，使得熱交換能力變小，不易冷卻。近年來(lái)，隨著填料式冷卻塔系統(tǒng)普遍應(yīng)用，也暴露出一些問(wèn)題，即填料會(huì)產(chǎn)生損壞以及發(fā)生細(xì)菌滋生等現(xiàn)象，使得循環(huán)水的流動(dòng)不暢造成堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致冷卻塔的換熱效率降低，并且伴有風(fēng)阻加大，這樣就使得風(fēng)機(jī)的電流變大，相應(yīng)費(fèi)用增加；同時(shí)，填料存在更換周期也使得維修成本變高。只有解決上述問(wèn)題，才會(huì)使新型填料式冷卻塔系統(tǒng)達(dá)到高效節(jié)能的效果，才能使新型填料式冷卻塔系統(tǒng)得到更好的發(fā)展和應(yīng)用[1]。

針對(duì)該廠的1臺(tái)設(shè)計(jì)能力為2500 t/h的填料式冷卻塔系統(tǒng)所存在的問(wèn)題進(jìn)行整改，對(duì)其改造后的效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 設(shè)備存在的問(wèn)題

1）風(fēng)機(jī)系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、傳動(dòng)軸等部件組成。葉輪是由4片角度可調(diào)整的風(fēng)葉構(gòu)成的，這種設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)不同的風(fēng)量，但是由于風(fēng)機(jī)相應(yīng)的傾角增大，會(huì)造成系統(tǒng)負(fù)荷變高。將風(fēng)葉的傾斜角度調(diào)整到最大即22.5°，是為了滿足生產(chǎn)工藝及動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)循環(huán)過(guò)程中水量和溫度的要求。當(dāng)其他條件相同時(shí)，傾斜角每增加1°，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)值會(huì)相應(yīng)地增加15μm，因此，部分時(shí)間段風(fēng)機(jī)的震動(dòng)值會(huì)超過(guò)其最高的限值。另外，風(fēng)機(jī)的傾斜角度越大則風(fēng)機(jī)向上的抽力加大，使得產(chǎn)生的飄水增加造成能源浪費(fèi)。

2）因?yàn)樵撓到y(tǒng)中的循環(huán)水泵壓力高，相應(yīng)的消耗也會(huì)增高。該系統(tǒng)中有2臺(tái)并聯(lián)的水泵，1號(hào)泵的限定流量是2016m3/h，揚(yáng)程是59m；2號(hào)泵的額定流量是1080m3/h，揚(yáng)程是55m。由于該冷卻塔的相應(yīng)水管經(jīng)過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)后腐蝕比較嚴(yán)重，使相應(yīng)的阻力加大，各種原因造成的堵塞使得循環(huán)水泵的背壓增高、能量消耗變大，導(dǎo)致維修費(fèi)用變大。

3）填料老化后導(dǎo)致設(shè)備破損并且伴有細(xì)菌滋生。冷卻塔使用的是PVC的T波填料。盡管這種填料的剛度和熱力性能很好，但是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一定時(shí)間后，因其系統(tǒng)長(zhǎng)期處在較高的溫度和濕度狀態(tài)下，該填料易發(fā)生老化、變形、破損等，同時(shí)會(huì)造成堵塞；并且相應(yīng)的雜質(zhì)會(huì)在填料淤積中形成淤泥，使堵塞更為嚴(yán)重，氣流阻力也會(huì)相應(yīng)地增加，風(fēng)量變小。另外，由于填料安裝時(shí)的破損以及運(yùn)行過(guò)程中的破損，加之菌藻類進(jìn)入，也會(huì)引起設(shè)備堵塞和結(jié)垢加重。有時(shí)還采取大量外排熱水和補(bǔ)充新鮮冷卻水，這種方法會(huì)使水的濃縮倍數(shù)變大，鈣、鎂離子等雜質(zhì)的含量增加，導(dǎo)致藥劑流失，加重堵塞[1]。

2 設(shè)備改進(jìn)的方法

填料老化、破損、滋生細(xì)菌、藻類等是造成堵塞的直接原因，而堵塞又會(huì)導(dǎo)致冷卻塔風(fēng)機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，使得能耗增大、震動(dòng)頻率超標(biāo)，循環(huán)水泵背壓相對(duì)升高，因此首先需要改進(jìn)的就是冷卻塔的冷卻部件。

整改方案如下所述：

1）保留原塔的主體結(jié)構(gòu)，同時(shí)利用原塔的風(fēng)筒、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、齒輪箱等結(jié)構(gòu)部件以節(jié)約成本。通過(guò)計(jì)算，最后決定將風(fēng)葉的傾斜角度調(diào)整成20°，誤差控制在上下0.5°。

2）改變循環(huán)水主管道的高度，將其調(diào)低，主管將用復(fù)管式，支管則采用樹枝狀的結(jié)構(gòu)，順向分布噴嘴，在塔內(nèi)讓水滴能夠以順、逆兩種方式冷卻，使其在內(nèi)部停留時(shí)間變長(zhǎng)，確保換熱充分[2]。

3）打破原有配水系統(tǒng)的方式，運(yùn)用無(wú)填料噴霧，不再只利用填料作為冷卻元件。通過(guò)一些試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在使用單旋流噴嘴時(shí)會(huì)產(chǎn)生堵塞，造成配水不均，從而導(dǎo)致配風(fēng)也嚴(yán)重不均；而且單旋流噴嘴在工作時(shí)對(duì)工作壓力的要求很高，能量的消耗也較大。經(jīng)過(guò)分析，最終決定選用GPL低壓離心噴霧裝置，其工作壓力相對(duì)于單旋流噴嘴要低，能夠?qū)⑺蟪潭鹊貒娚涑晌⑿§F滴。

4）將循環(huán)水泵的葉輪更換掉。該泵在運(yùn)行時(shí)其壓力大約0.4MPa，但是1、2號(hào)泵在額定流量時(shí)的出口壓力高于該壓力，這樣會(huì)導(dǎo)致水泵運(yùn)行效率低，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。因此，將以前的普通葉輪更換為更高級(jí)的三元流葉輪。

3 設(shè)備改造后的效果評(píng)價(jià)

1）調(diào)整完風(fēng)葉的傾斜角后，因?yàn)閮A斜角減小，使得風(fēng)機(jī)的負(fù)荷降低，也節(jié)省了能耗。這樣調(diào)整后還會(huì)使風(fēng)機(jī)的抽力下降，飄水率也隨之降低，提高了利用率。同時(shí)，因?yàn)榻档土素?fù)荷，冷卻塔風(fēng)機(jī)的軸承震動(dòng)量也隨之下降，使震動(dòng)不會(huì)超標(biāo)，使維修周期加長(zhǎng)，節(jié)約了費(fèi)用[2]。

2）將冷卻元件更換后，使冷卻塔的系統(tǒng)阻力降低，提高了系統(tǒng)的出風(fēng)量，同時(shí)降低了風(fēng)機(jī)的載荷。在降溫幅度相同的情況下，循環(huán)水水量也會(huì)隨之增加，大約提高18%，冷卻塔的潛能也得到提升。由于這種高效離心霧化裝置會(huì)在較低壓力下使水形成微小霧滴，水利用率更加充分；況且水在塔內(nèi)以順、逆兩種流向冷卻，使得霧滴呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)并且延長(zhǎng)了停留時(shí)間，達(dá)到了降溫目的。

3）降低了設(shè)備成本，無(wú)填料冷卻塔配水系統(tǒng)一次性投入約20萬(wàn)元，使用年限大約12年；而原冷卻塔使用壽命僅為4年，每次更換費(fèi)用約12萬(wàn)元，和無(wú)填料冷卻塔配水系統(tǒng)相比成本大大增加。另外，由于一些腐蝕磨損的降低也節(jié)省了很多成本。

4）循環(huán)泵的運(yùn)行費(fèi)用大大降低。由于三元流葉輪的直徑變小，出口的寬度加大，同時(shí)葉片進(jìn)口的邊緣向來(lái)流的進(jìn)口處延伸，減少了相應(yīng)的損失，提高了效率。

4 結(jié)論

對(duì)設(shè)備的改造，大體彌補(bǔ)了堵塞、換熱區(qū)域不全以及換熱不均勻等缺陷。使液滴充分與空氣接觸，提高了換熱效率，循環(huán)水溫差加大，延長(zhǎng)了其相應(yīng)使用的周期。由于將填料噴水系統(tǒng)改為高效低壓離心霧化裝置，致使冷卻塔系統(tǒng)的壓力降低，風(fēng)機(jī)的電流下降，節(jié)省了成本。將葉輪換成先進(jìn)的三元流葉輪，提高了泵的使用效率。通過(guò)對(duì)填料式冷卻塔的改造，將節(jié)能的環(huán)節(jié)考慮在其中，顯著降低了冷卻塔系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用和維修成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王世輝.涼水塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能改造[J].石油工業(yè)節(jié)能技術(shù),2012(11):37-38.

[2]張培杰.填料式?jīng)鏊母脑旒案脑旌蟮膽?yīng)用[J].現(xiàn)代化工,2008(37):30-31.