循環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）

針對循環水冷卻塔的漂水現象進行綜合分析、現場勘測，并對其結構情況進行系統分析，梳理實際運行參數找出漂水的問題所在，通過調整冷卻塔內部機構，改善循環水噴淋高度和優化收水器功能，對現有循環冷卻水塔的改造，調整相關參數后運行得到了良好的效果，有效地解決了循環水冷卻塔飄水問題。并從效益分析上實現了節水收益，提高了運行效率和循環水冷卻塔的上回水溫差，同時改善環境，節約水資源，保障設備穩定運行。

機械通風冷卻塔; 漂水; 收水器; 填料

機械通風冷卻塔按風機安裝位置不同可分為機械鼓風式和抽風式塔，抽風式塔的風機安裝在冷卻塔頂部，這種塔的優點是適用于循環水量小，布局緊湊，濕空氣回流小，初期投資小，建設工期短，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 ℃，自然通風風筒涼水溫差一般＞5 ℃[1,2]。

但在實際的運行中，會有存在冷卻塔出現較為嚴重的漂水問題。嚴重的漂水現象會造成塔的下風向地面積水，給風機基礎形成積垢，現場鋼結構內件腐蝕非常嚴重，塔內檢修通道、爬梯腐蝕掉落，同時由于循環水含鹽量較高，使用藥劑等原因漂水水滴中夾雜的雜質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冷卻塔一套，其循環水量為6 000 m3/h，2000年擴能改造增加循環水量3 000 m3/h（原預留），系統投用后長期存在漂水現象，并且出現了下風向積水情況，即時在無風無雨情況下積水位置距離水站5～10 m，后期針對填料、收水器進行了一次更換，無明顯好轉。在風機正常運行狀態下，風筒內壁有明顯水珠、水線上漂現象。

1.1 4#冷卻塔配置簡介

循環水量為9 000 m3/h，單塔設計負荷為3 000 m3/h。外形尺寸為16×19 m×3臺。塔體設計為框架鋼結構機械通風抽風式冷卻塔。

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

風機型號為LF85II型，設計風量為2 750 000 m3/h。標配3臺風機，根據氣溫調節開停。

1.2 冷卻塔正常運行情況

系統長期滿負荷運行，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 冷卻塔運行溫度統計Table 1 The statistics of the cooling tower operating temperature

以上選取的數據為一年中最熱，濕度最高的情況，根據表1數據統計分析，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計能夠符合標準要求。但是漂水率經過現場實測數據在 0.05%左右，遠遠高于設計標準的 0.005%，超出 10倍左右。

根據設計風機風量計算2 750 000 m3/h，風筒直徑為8.5 m，風筒后出風速為13 m/s，進入填料單位面積風速約為2.5 m/s， 負荷設計要求。

冷卻水塔內部結構勘測：經過進入冷卻塔內進行實際測量。

內部機構基本形式見圖1。

圖1 原冷卻塔塔形結構簡圖Fig.1 The original cooling tower structure diagram

塔內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進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。

2 冷卻塔改造方案

2.1 冷卻塔運行情況

根據現場勘測實際冷卻塔內部結構，填料材質型號基本符合運行要求，由于塔體內部結構收水器型號選型屬于基礎型號，加上收水器間距較大，距離噴頭距離有偏小，在進風風速偏高的情況下，收水器收水效果明顯下降，可以分析收水器未起到收效果。

同時塔體結構不合理也是主要的影響因素。塔內噴頭距收水器距離～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。

根據以上分析漂水的主要問題是：收水器與噴頭距離過小，根據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，根據現場情況，在分布管上方增設支架，采取螺栓連接和機械加固方法，支架材質采用輕型加固型合金鋼，延管道上方進行支撐，從而防止因增加支撐物而影響塔體負荷和過流風量，抬高200 mm后實現收水器與噴頭距離達到600 mm以保證上升水汽有充分的撞擊空間，有助于收水器凝結成水汽水滴。

2.2.2 噴頭下移

根據現場勘測噴頭距離填料距離900 mm，運行狀態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，收水器單點支撐強度≥50 kg/cm2，片型為復合正弦波型（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

經過改造后的效果圖如圖3。

圖3 改造后冷卻塔塔形結構簡圖Fig.3 Cooling tower structure diagram after transforming

經過以上改造后，通過一定時間的運行漂水現象得到了明顯的改善，由于裝置的改造調整使上回水溫差得到了改善，平均溫差提高了1 ℃，工藝系統換熱器的降溫效果得到了極大的改善，提高了工藝生產負荷1.5%。

運行情況統計如表2。

表2 冷卻塔運行溫度統計Table 2 The statistics of the cooling tower operating temperature

2.3.2 改造前后對比分析

根據改造前后的溫度差及補水量進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計

3.2.1 收水器改造前運行情況（以循環量9 000 m3/h冷卻塔計）

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

3.2.2 收水器改造后運行情況

循環水上回水溫差△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，使工藝生產車間的運行負荷提高了1.5%。

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

3.3 收水器改造的效益分析.

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

工藝裝置負荷提高增加收益為 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。從以上費用統計分析收水器改造后給生產運行和消耗帶來較為客觀的效益。

4 結 論

通過本次較成功的改造，后續對全廠16座鋼結構冷卻塔進行了同步現場勘測并推廣改造，通過類似的設計改造都達到了良好的節水效果，并實現了地面無積水、設備、基礎等腐蝕情況減輕、節約藥劑等效果。同時技改后為解決環境污染問題提供了很大的技術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部. 工業循環水冷卻設計規范. GB50102-2003 2003(4)[S].

［2］ 中國工程建設標準化協會化工分會, 中華人民共和國建設部. 工業循環冷卻水處理設計規范. GB50050-2007 2008, (5)[S].

［3］ 金熙，項成林，啟冬子. 工業水處理技術問答[M]. 北京：化學工業出版社, 2011-11: 103-109.

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

［5］ 杜竹蘭. 循環水工藝設計中應注意的幾個問題[J]. 工業水處理, 2003, 23(11): 72-74.

［6］ 郭方. 石化企業循環冷卻塔排污水的水回用技術[J]. 石油化工設計, 2014, 31(1): 42-45.

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

［8］ 劉萬兵. 超濾、反滲透在循環冷卻塔排污水處理中的應用[J]. 廣東化工, 2014, 41(14): 163-164.

［9］ 翟培強. 火電廠循環冷卻塔耗水量影響因素分析[J]. 電站輔機, 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年畢業于河北理工大學環境工程專業，研究方向：從事工業水處理技術工作。