提高熱軋某產線冷卻塔冷卻效果

摘 要：隨著熱軋產線軋制品種、規格的拓展與軋制量、軋制節奏的提高，尤其到夏天，水處理B系統水溫很難滿足軋線軋鋼的需求，通過對影響冷卻塔冷卻效果因素的分析，就改善和提高冷卻塔冷卻效率提出改善設想和措施。

關鍵詞：冷卻效率；結構設計；設備配置

1 冷卻塔的冷卻原理及基本構造

冷卻塔是利用水與空氣的接觸，通過蒸發作用來散去工業上產生廢熱的一種設備。它的基本原理是：干燥（低焓值）的空氣經過風機的抽動后，自進風網處進入冷卻塔內，飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向壓力低的空氣流動，濕熱（高焓值）的水自配水系統灑入塔內。當水滴和空氣接觸時，一方面由于空氣與水的直接傳熱，另一方面由于水蒸氣表面和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產生蒸發現象，帶走蒸發潛熱，使液態水溫度下降。蒸發傳熱帶走的熱量約占冷卻塔中傳熱的75%～80%。

冷卻塔塔體一般由上、中、下組成，其內部構造由上至下為風機（指機械通風流式冷卻塔）、收水器、配水系統、淋水填料，進風窗、底盤（或水池）組成。

熱軋產線B系統水處理配套循環水冷卻塔一組，由2個單元格組合，塔體主結構為混凝土框架結構，冷卻形式采用機械抽風逆流散熱形式，采用槽、管式配水結構，低壓噴頭布水，點滴填料吊掛布置散熱交換，塔芯構件由國外某公司設計并承建。通過多年的運行，其間也分步進行過一些零星改造，冷卻塔整體冷卻性能還很難滿足設備工藝需求，隨著產能的擴大，尤其到夏季更難滿足裝置工藝冷卻要求。

工藝參數（見表1）。

2 現狀與存在的問題

B系統循環水采用部分過濾和冷卻，流量約為總循環水量的38%。該循環水系統原冷卻塔單元格設計循環水量為2645m3/h（夏季設計氣象條件下運行），進塔水溫46℃，出塔水溫要求33.5℃，配用直徑8米玻璃鋼軸流風機冷卻，雙速電機減速驅動運行，配置功率180/70KW，濕熱空氣由混凝土擴散型風筒排出塔外，冷卻后的循環水通過水泵送至下游工段，回水經過過濾器等裝置到冷卻塔后循環利用。

能源車間夏季運行管理規定中明確了B系統保持供水水溫小于等于38℃。如冷卻塔已全部投入運行，供水水溫仍偏高，開啟補充冷卻水泵組，將泵池水送往冷卻塔增加系統冷卻。表2數據顯示了在開啟補充冷卻水泵組的前提下，兩臺冷卻塔風機均投入高速運轉，但是冷卻塔的出水水溫仍然有超過B系統生產工藝允許的最高水溫，層流段的冷卻對帶鋼卷取溫度有直接的影響。為了改善這種狀況，保障該塔組的正常高效運行，有必要對B系統冷卻塔系統進行完善和改造。

目前該組塔主要存在以下問題：（1）淋水填料空間布置方式不合

理，影響冷卻塔的汽水有效熱交換，冷卻塔熱力性能明顯降低，混凝土水槽內散水噴口有雜物堵塞積聚，局部區域散水不均勻，支管系統噴頭部分通道不暢，散水效果欠缺。（2）采用懸吊式填料床，易發生懸吊鋼絲斷裂、掉片和在通風過程中填料片擺動，對氣場和流場的干擾很大，并會明顯減小氣水接觸面積。使水溫不能降到規定的溫度，甚至不能正常運行。（3）老式槽管式配水系統，配水均勻性不足，對系統水力負荷的適應性較弱，常年全天候運行容易造成管道堵塞淤積。（4）冷卻塔風機有高速和低速兩種運行模式，其額定電流分別為335A和139A。根據09年09月份水處理操作運行日志，整理、分析相關數據如圖1所示，兩臺風機均在高速狀態下運行，其電流僅達到額定電流的52%左右，而風機宜調整控制在額定電流的80%左右，因此可以看出風機尚未在高效區運行，風機出力不夠，導致進塔空氣量不足，影響冷卻效果。（5）收水器阻力大（單片厚度大、間距過小）、通風不良，飄水率高，也對冷卻塔的冷卻效率產生不良影響。

綜上所述，該塔組已成為該工段產能提升的瓶頸問題。為了改善這種狀況，保障該塔組的正常高效運行，有必要對B系統冷卻塔系統進行完善和改造。影響冷卻塔處理能力的因素主要有冷卻塔的結構設計、設備配置、大氣溫度、處理水量及生產回水溫度，在確保生產需求的情況下，冷卻塔處理能力的改善只有從冷卻塔本身的結構設計及設備配置情況方面進行改進。

3 具體改進措施設想

3.1 增設導風裝置-導流圈

導風裝置即導流圈的材質為玻璃鋼，結構形式為玻璃鋼底板加筋結構。它的基本原理是：由于塔內風速較高，較小的風筒導入口可使冷卻塔上部氣室四角產生較大渦流區，設計中采用依均勻流方程為收縮型線的導流圈，可使渦流區現象大大改善，塔內氣流流場得以改觀。

未采用導流圈時，填料段斷面風速分布不易均勻，邊角地區存在無風通過的現象。增設導流圈后，可改善塔內氣流流場，使塔內氣流重新分布，邊角地區填料被有效利用，從而，從結構設計與配置的角度提高了冷卻塔的冷卻能力。

3.2 根據理論和冷卻塔實際情況，核算系統風量情況

根據實際運行風量對冷卻塔進行運行模式和設備設置調整，達到高效運行的目的，冷卻塔風量計算如下：

對于冷卻塔風機風量測試，根據現場條件，具體方法如下：用大氣壓力計測量試驗環境的大氣壓Pa；用TESTO480測試儀和溫濕度探頭測量介質的溫度t、相對濕度RH，確定當地大氣壓力；在風機系統管道上確定測量截面，測量截面尺寸，求得截面面積A；按切貝切夫法對截面進行測點分布；皮托管測量各測點的動壓Pd，計算出各測點的流速Vi（或用風速儀直接測量各測點流速Vi）。

3.3 調整風機角度使風機運行效能提高，出風量增加，提高汽水比

當葉輪直徑不變的條件下，增加葉片個數、增加葉片角度或提高葉輪轉速，均可使通風機風量增加，風壓提高。因此我們可對葉片角度進行重新校核、調整，提高冷卻塔冷卻效果。目前，B系統冷卻塔風機葉片角度設計允許為9～15度。調整方式：將角度尺調到設定的角度，然后把咫尺放在葉片對應的測量位置上，再把角度尺放在咫尺上，松開葉片與輪轂連接螺栓，轉動葉片，使角度尺上的氣泡在中間位置即可（注意：葉片根部與葉尖應盡量保持水平）。用力矩扳手擰緊螺栓，緊固每個葉片的四個螺栓必須按“對角、對稱”的擰緊原則分三步逐步擰緊，在擰緊過程中葉片必須保持水平，最后達到220～250N·M的力矩。葉片安裝角允許誤差為±30'。風機各葉片的高度差要求其互差不超過30mm，與風筒內壁間隙應均勻。

根據系統實際情況，以及系統進出水水溫合理調整冷卻塔風機葉片運行角度，目前將風機葉片運行角度由原來的10度調整到13度。

3.4 配水系統

配水系統既要求布水均勻，又要能保證全天候安全運行，確保長期運行無需清理，實現這一目的的關鍵就是噴頭的布置及噴淋方式。所以可以考慮將配水管線采用全管式環狀管網布置，并設置平衡管，從而保證管路各部分水壓力均勻，同時，管道采用增強型PVC-U材質，該材質具有水流阻力小的特點可以減少水中污物在管道中的沉淀，配水管大管徑、低流速的設計，可使系統配水阻力達到僅為0.2mH2O。且在設計中可在主配水管下方設直徑為100mm的出口，主管及支管下部裝有噴頭，采用三濺式防松噴頭（該噴頭布水均勻，工作壓力低，出口正常工作壓力僅為0.6mH2O，壓力適應范圍大，不易堵塞，由于其帶有經特殊設計的鎖緊防松裝置，可使其與布水管連接牢固，不脫落，可保證配水系統長期安全運行。噴淋，保證配水系統最低點均有泄水點，以防設備停運時管道積水和運行時管道污物沉淀。適當收縮塔內噴頭布置，減少濺灑到塔壁上的水量，大大減少冷卻塔的壁流量。

3.5 淋水填料

濁環水冷卻塔采用GZ650×650×30型格柵填料，即填料片單片規格為650×650mm，濁循環水系統設計的格柵填料采用點滴工作原理，在有效的淋水空間內，交錯排布的填料層將淋水濺散成無數小水滴，增加水與空氣的接觸面積，水氣進行充分熱交換，通暢的氣流空間使通風阻力更小。

3.6 收水器

收水器可采用某公司SJ型高效低阻加筋弧形收水器，收水器采用改性PVC材料，在片料中添加進口碳黑等改性劑，機制擠拉成型。在收水弧面上設置有阻水筋，阻水筋可有效阻止水滴在收水弧面上的涎流，避免了弧形收水器形成二次飄水現象，從而使收水效率（以循環水量計）較常規收水器提高了一個數量級，可降低到0.001%以下。

3.7 加強維護力度

由于 B系統自89年投產運行至今，設備銹蝕老化，性能降低，配水不均勻導致配水管或噴嘴結垢而堵塞，對此，我們可以采用定期對配水槽進行清理，對配水管道進行防腐，對損壞的噴嘴及時進行更換，同時加強日常巡檢工作，確保系統穩定順暢運行。

4 實施后效果

4.1 同等風量下風機運行電流明顯下降

于2015年7月1日正式投入，對冷卻塔風機電機電流進行了專業測試（檢測公司提供專業報告）：

4.2 同等氣溫條件下，送水溫度下降明顯，冷卻效率明顯提高

發現系統水溫檢測數據波動很小，在氣溫較高的夏季也沒有出現水溫超標的現象（標準要求小于38℃），效果良好。

5 結束語

影響冷卻塔的冷卻性能的因素諸多，除了減少并穩定氣場、流場的渦流區外，我們還應該從冷卻塔自身的結構設計、設備配置做出相應地改善措施。除此之外，我們要加強日常的管理、維護工作，適時地監控和了解設備狀態，通過改進措施解決冷卻塔冷卻能力不足的現狀。

作者簡介：楊翠平（1980-），男，上海人，苗族，現職稱：工程師，學歷：大學本科，研究方向：工業水處理。