循環水冷卻塔及重力式無閥過濾罐設計若干問題探討

邢六占(華北制藥集團規劃設計院有限公司 河北 石家莊 050015)

一、概述

在《工業企業總平面設計規范》(GB50187-2012)，表5.3.9中，規定了自然通風冷卻塔和機械通風冷卻塔的“冷卻塔與相鄰設施的最小水平間距”，同時在第5.3.9“注4”中，規定了：“單個小型冷卻塔與相鄰設施的間距可適當減少，玻璃鋼冷卻塔與相鄰設施的間距可不受本表規定的限制?！?詳述以規范為準，此略)。

在《化工企業總圖運輸設計規范》(GB50489-2009)中，規定了“機械通風冷卻塔與相鄰建筑物、構筑物之間的最小水平間距(M)”，在第5.3.3注5中，規定：“小型機械通風冷卻塔與相鄰設施的間距可適當減少。”(詳述以規范為準，此略)。

在《工業循環水處理設計規范》GB50050-2007說明中，規定：“現行規范和修訂規范對旁濾量的規定均為1～5%，但是考慮到有些多塵地區的企業反映，旁濾量不足，所以增加了多塵地區或灰塵指數偏高地區可適當提高”(詳見規范說明，此略)。據此，當前設計循環水旁濾量有增加的趨勢，有的已達8-10%。而重力式無閥過濾罐，正因其水力自動，不需氣源電源，不需配套設備，不需人為操控，安裝場地要求不高，無易損、更換件，檢修周期長，長期使用后，也只需在必要時，清洗或更換石英砂濾料，維護簡便、成本極低等獨具的優點，而成為首選被廣泛采用，并占有廣闊的市場。

工業涼水塔是循環水冷卻必需設備，重力式無閥過濾罐也應用十分廣泛，又由于規范作了上述規定，所以很有必要對當前已存在的問題，引起高度重視，使設備發揮出最大效能。下面就對其予以分析探討。

二、設備選型及配置存在或易被忽視的幾個問題

筆者所知，不少工程項目在這兩種設備的選型和配置上，均存在不合規或不合理，甚至既不合規又不合理問題。

1.涼水塔在此方面存在的問題，多表現在：(1)臺數配置不合理，不是單臺能力過大就是過小。若單臺能力過大，臺數就少了，運行調節范圍變小。因為冷卻塔熱力性能由諸多設計參數(含氣象條件)決定，水溫降并非隨流量的大幅減少而成線線性比例顯著增大。尤其調節為低負荷(低于設計下限)狀態下運行，就成大馬拉小車，造成運轉成本相對升高。若單臺能力過小，雖調節性強，但占地較大。(2)對規范中對涼水塔類型及大、中、小型界限的劃分定義，理解不準不透，導致涼水塔布置不符合規范規定的“冷卻塔與相鄰設施的最小水平間距”和“通風間距”，不是間距小了，達不到規范“最小水平間距”和通風間距的要求，驗收通不過，就是間距大了，浪費占地；(3)對涼水塔的選型，排列組合的科學性不夠，造成配置不合理。(4)對其布置形式缺乏多種方案比較，該分散還是集中。

2.重力式無閥過濾罐在此方面存在的問題，表現在：(1)沒有注意到產品樣本中，虹吸排污池不合理，尺寸偏小問題。大排污量時出現反沖洗污水外溢；

這種重力式無閥過濾罐，產品樣本中，各制造廠家的設備特性參數是相同的。其平均反沖洗強度均為15升/M2.S。單臺過濾罐產水量從20M3/h～175M3/h，對應的虹吸反沖洗排水流量(強度按15升/M2.S在繼續進水工況下)從18.75升/S～163.65/S。排污量增加了近8倍，對應的虹吸排污池尺寸卻為同一大小。單臺產水量從200M3/h～750M3/h的過濾罐，對應的反沖洗排水流量(強度按15升/M2.S在繼續進水工況下)從188.3升/S～467.6/S。排污量增加了近1.5倍，對應的虹吸反沖洗排污池尺寸也為同一大小。(2)單臺型號選的大，除仍存在不便調節外，排污不能分流錯峰，既是將反沖洗強度經調小，反沖洗排污瞬間排量和沖量仍會很大，排不急，大量外溢。有的一味靠增大排水管徑，卻又造成了投資浪費。(3)沒有與涼水塔的配置作對應的合理匹配，使二者檢修和運行不宜協調調節。

實際工程案例證明，單臺過濾罐產水量從20M3/h～80M3/h，即反沖洗排水流量從18.75升/S～75升/S范圍時，樣本中緩沖池尺寸較為合適，反沖洗排水流量從75升/S～163升/S范圍時，尺寸明顯偏小，緩沖度不夠。在188.3升/S～467.6/S排量時，隨排量的增大，水勢更猛，沖量更大，問題也顯得更加突出，即便增大排水管，效果也不明顯。污水外溢，既污染周圍地面環境。又損失污水回收處理量和增加人工維護工作量。所以精心合理的選擇過濾罐臺數，并改大虹吸排污池尺寸，是一個很好的措施，也是一個不可忽視的重要環節。

三、解決策略

首先要對規范有準確的理解和掌握，特別注意各規范的適用范圍，熟悉所設計項目的特點，分析和了解生產工藝方式、預判生產負荷變化規律情況，為設備選型提供依據。設備在選型和配置上，可針對性地從以下幾個方面入手：

1.涼水塔選型及配置：(1)要選擇正規的、有制造資質的生產廠家；(2)要符合《工業循環水冷卻設計規范》有關規定。(3)利用最先進成熟的科技成果。(3)選擇涼水塔布置方式，是集中還是分散；(4)選擇空間布置的形式，是部分還是全部平面或豎向布置；(5)選擇組合形式，少臺還是多臺，同型號還是不同型號組合；(6)借鑒利用好的經驗；(7)要適合項目所在地的氣象、氣候條件、熱力性能滿足生產工藝需要；(8)適合水質的要求；(9)確定能承受的地震烈度；(10)確定能承受的最大風載；(9)經過方案比選，確定既符合規范中“與相鄰設施的最小水平間距”和“通風間距”的要求，又最省地，最適合項目特點和實際的最優方案等。

2.重力式無閥過濾罐選型及配置：(1)要選擇正規的、有相應資質的生產廠家，生產制造符合相關規范；(2)選擇組合形式，少臺還是多臺，不同型號還是同型號；(3)應與涼水塔的配置相匹配；(4)經過多方案比選，確定最優的方案。

對前述虹吸排污池小的問題，可采取以下措施：1>依據排水量，并考慮到其沖量，注意適當放大樣本中虹吸排污池尺寸，提高緩沖能力；這在設備設置在屋頂時，尤為重要；2>酌情盡量選多臺小型過濾罐配置，這樣各臺能錯開排污。還可將各虹吸排污池聯通，以分散排污；3>若場地允許，就近設專用緩沖池，這樣可減小排污總管管徑；4>大排量的情況下，就近設置專門的循環水排污水處理站，縮短排污管和回用中水管長，減少阻力，減少工程投資，一舉多得(注：就近設置專門排污水處理回收站問題不在此討論)；5>特別提示，不建議一味采取增大排水管徑的措施，既便是增大排水管徑，也應僅限在靠近排出口較短距離內，起到疏散緩沖水流的作用即可，以免增加工程投資。

四、結語

此項設計是一個比較復雜的系統工程，目前存在問題的案例不少，要避免上述問題的發生使其設計合理，就應著重從以下方面著手。

1.熟悉其設備性能、原理，搞好市場調研，摸清用戶對該種設備的使用情況；加深對項目生產工藝特點的了解，開拓和豐富設計思路、利用好有關經驗，精心推敲，全面權衡。

2.熟悉相關規范，將規范、基本理論知識和最新科技成果，豐富的設計和工程經驗及先進的理念有機結合，融會貫通；有針對性地選型配置，做到因地制宜，量體裁衣。

3.對還存在此問題的案例，筆者認為，在適當的時機，酌情擇機予以技改，是很有必要的，對合理經濟運行，降低動力成本，提高經濟效益很有成效。

本文只是針對筆者本人發現的問題，提出探討性的思路，希望對設計者起到拾漏補缺，有所啟發，引起重視，對使用者起到有所收益的作用。

[1]《工業企業總平面設計規范》(GB50187-2012).

[2]新版國標《工業循環冷卻水處理設計規范》GB50050-2007規范修訂的背景、意義及其特點.

[3]《建筑設計防火規范》(GB50016-2006).

[4]《室外排水設計規范》(GB50014-2006).

[5]《工業循環水冷卻設計規范》(GBT50102-2003).

[6]《化工企業總圖運輸設計規范》(GB50489-2009).

[7]《機械通風冷卻塔工藝設計規范》(GB/T50392-2006).