逆流式風機冷卻塔冷卻效果不佳原因分析及處理

高永春 覃家忠

摘 要：簡要介紹廣西鋼鐵氣體廠2#40000Nm?/h制氧機組風機冷卻塔結構及工作原理，分析其冷卻效果不佳的原因，追根朔源，針對故障隱患及各影響因素采取了針對性的措施，顯著提高風機冷卻塔冷卻能力，促進機組節能降耗。

關鍵詞：冷卻塔;冷卻效果;故障。

1、風機冷卻塔簡介

2#40000Nm?/h制氧機組風機冷卻塔為鋼筋混凝土框架逆流式冷卻塔，共設三臺風機提供空氣流動的動力源。其冷卻原理是將機組冷卻回水均勻噴撒至散熱填料表面，散熱填料增大水滴與空氣的接觸面積和接觸時間，當水滴和空氣接觸時，一方面由于空氣與熱水的直接傳熱，另一方面由于水蒸汽和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產生蒸發現象，利用蒸發吸熱的原理，將水中的熱量帶走，從而達到降溫的目的。經冷卻后的水進入水池，利用循環水泵將其傳送至機組各冷卻器中吸收熱量，循環水經換熱后再次回到冷卻塔冷卻，形成循環冷卻系統。

2、故障現象

2#40000Nm?/h制氧機組投產運行一段時間后，發現循環水供水溫度為28.6℃，而同期1#40000Nm?/h制氧機組循環水供水溫度僅為27.4℃。兩套機組的循環水冷卻系統——逆流式風機冷卻塔的結構一樣，而供水溫度不同，初步判斷，循環水系統某個環節肯定出現了異常，設備冷卻效果不佳導致機組的能耗居高不下。

對主體設備進行檢查并未發現異常，停機之后進入冷卻塔內部仔細檢查，發現：1.三臺冷卻塔內部布水總管均有明顯下沉并且管托處管道受擠壓而破損;2.布水支管不再處于水平狀態，而是隨著主管的下沉呈現出與主管連接端低、末端高的狀態;3.由于布水管下沉、布水不均勻，支管與主管連接端下方受水流沖擊大，部分填料已經破損、變形。冷卻塔布水不均勻、填料受損是導致機組供水溫度偏高的直接原因。

3、布水主管下沉原因分析及處理

3.1 原因分析

布水管在冷卻塔內部僅承受水及自重向下的力，設計已經留有足夠裕量，并沒有大到可以迫使主管下沉并且破損的程度，而在冷卻塔外，布水主管與冷卻塔上水管法蘭連接，到現場查看后發現機組回水總管管托還未灌漿，并且支撐管道的是安裝時調整管道水平的H型鋼、槽鋼等，這些支撐件由于管道充滿水后重量倍增無法繼續支撐而變形，進而導致回水總管下沉，冷卻塔上水管隨著回水總管的下沉而下沉，進而對塔內布水總管施加一個向下的力，這是導致布水總管、支管下沉的原因。系統上水前冷卻塔布水管處于水平狀態（如圖1），布水均勻，當主管下沉時帶動支管向下變形，首尾兩端高度差為δ，這導致水流由A噴頭到D噴頭逐漸減小（如圖2），即布水系統無法均勻布水。長此以往不僅無法最大限度地發揮出冷卻塔的冷卻能力，導致機組能耗高，而且導致布水管在應力的作用下進一步破損的概率大大增加。

3.2針對性處理措施

首先拆開上水管與布水主管連接法蘭，使塔內管道處于自由狀態，然后將受損的布水主管修復，恢復布水主管、支管的水平度并可靠固定，再將回水總管頂起來，使上水管法蘭與布水主管法蘭重合，恢復法蘭連接，最后將回水主管各個管托灌漿，實現管托可靠支撐。進一步檢查確認，更換塔內變形、受損的填料，保證有效換熱面積。

4.其他潛在因素分析及處理

4.1回水總管撓度大

由于回水總管管托沒有位于各上水管的正下方，當管托灌漿完成后，假設基礎無下沉，當機組正常運行、管道充滿水后，各上水管處重量增大，向下作用于回水總管，會導致回水總管發生輕微變形，具體表現為各上水管下沉，雖然下沉量不大，但由于各連接處均為剛性連接，同樣會造成布水總管受管托擠壓而變形甚至破損。

現以一段回水總管（兩個支架A、C之間）做受力分析及撓度計算（如圖3），設該段回水總管長L，受上水管垂直向下的作用力F且F作用于A、C中點B處，管道撓度為ω，管道彎曲剛度EI為常數。

①建立撓曲軸近似微分方程并積分

支架A、C處支反力為：

由上式可知：當系統正常穩定運行時，上水管充滿水即F無法改變，管道剛度EI取決于管道材質、管徑大小、管道壁厚等管道參數，同樣無法改變，而管道長度L可以通過縮短兩端支架A、C的距離而減小，即A、C的距離越小，管道撓度越小，當L=0時，δ=0。綜上所述，為了消除回水總管撓曲而導致上水管的下沉，我們在上水管下方B點處增加一處管道支架，從而避免了可能發生的管道位移。

4.2異物飄入水池過多

為避免異物（如塑料袋、樹葉等）進入循環水系統，對設備換熱器循環水流道造成堵塞，降低換熱效率，對冷卻塔采用400目不銹鋼網對冷卻塔進行圍擋，對阻擋異物進入循環水系統起到了良好的作用。另一方面，也降低了清洗水池的頻率，無形之中降低了生產成本。

5.總結

循環水溫度高長期運行會導致各設備冷卻器結垢速度加快，設備冷卻器結垢一方面降低了換熱效率，另一方面導致冷卻水流道進一步變小從而冷卻水流量變小導致換熱效果變差，形成惡性循環，設備得不到有效冷卻，機組能耗升高，必須采取有效的措施對該勢頭進行遏制。E1997AB0-6DE4-4188-9019-28A49CC4CB3A