循环水冷却塔及重力式无阀过滤罐设计若干问题探讨

邢六占(华北制药集团规划设计院有限公司 河北 石家庄 050015)

一、概述

在《工业企业总平面设计规范》(GB50187-2012)，表5.3.9中，规定了自然通风冷却塔和机械通风冷却塔的“冷却塔与相邻设施的最小水平间距”，同时在第5.3.9“注4”中，规定了：“单个小型冷却塔与相邻设施的间距可适当减少，玻璃钢冷却塔与相邻设施的间距可不受本表规定的限制。”(详述以规范为准，此略)。

在《化工企业总图运输设计规范》(GB50489-2009)中，规定了“机械通风冷却塔与相邻建筑物、构筑物之间的最小水平间距(M)”，在第5.3.3注5中，规定：“小型机械通风冷却塔与相邻设施的间距可适当减少。”(详述以规范为准，此略)。

在《工业循环水处理设计规范》GB50050-2007说明中，规定：“现行规范和修订规范对旁滤量的规定均为1～5%，但是考虑到有些多尘地区的企业反映，旁滤量不足，所以增加了多尘地区或灰尘指数偏高地区可适当提高”(详见规范说明，此略)。据此，当前设计循环水旁滤量有增加的趋势，有的已达8-10%。而重力式无阀过滤罐，正因其水力自动，不需气源电源，不需配套设备，不需人为操控，安装场地要求不高，无易损、更换件，检修周期长，长期使用后，也只需在必要时，清洗或更换石英砂滤料，维护简便、成本极低等独具的优点，而成为首选被广泛采用，并占有广阔的市场。

工业凉水塔是循环水冷却必需设备，重力式无阀过滤罐也应用十分广泛，又由于规范作了上述规定，所以很有必要对当前已存在的问题，引起高度重视，使设备发挥出最大效能。下面就对其予以分析探讨。

二、设备选型及配置存在或易被忽视的几个问题

笔者所知，不少工程项目在这两种设备的选型和配置上，均存在不合规或不合理，甚至既不合规又不合理问题。

1.凉水塔在此方面存在的问题，多表现在：(1)台数配置不合理，不是单台能力过大就是过小。若单台能力过大，台数就少了，运行调节范围变小。因为冷却塔热力性能由诸多设计参数(含气象条件)决定，水温降并非随流量的大幅减少而成线线性比例显著增大。尤其调节为低负荷(低于设计下限)状态下运行，就成大马拉小车，造成运转成本相对升高。若单台能力过小，虽调节性强，但占地较大。(2)对规范中对凉水塔类型及大、中、小型界限的划分定义，理解不准不透，导致凉水塔布置不符合规范规定的“冷却塔与相邻设施的最小水平间距”和“通风间距”，不是间距小了，达不到规范“最小水平间距”和通风间距的要求，验收通不过，就是间距大了，浪费占地；(3)对凉水塔的选型，排列组合的科学性不够，造成配置不合理。(4)对其布置形式缺乏多种方案比较，该分散还是集中。

2.重力式无阀过滤罐在此方面存在的问题，表现在：(1)没有注意到产品样本中，虹吸排污池不合理，尺寸偏小问题。大排污量时出现反冲洗污水外溢；

这种重力式无阀过滤罐，产品样本中，各制造厂家的设备特性参数是相同的。其平均反冲洗强度均为15升/M2.S。单台过滤罐产水量从20M3/h～175M3/h，对应的虹吸反冲洗排水流量(强度按15升/M2.S在继续进水工况下)从18.75升/S～163.65/S。排污量增加了近8倍，对应的虹吸排污池尺寸却为同一大小。单台产水量从200M3/h～750M3/h的过滤罐，对应的反冲洗排水流量(强度按15升/M2.S在继续进水工况下)从188.3升/S～467.6/S。排污量增加了近1.5倍，对应的虹吸反冲洗排污池尺寸也为同一大小。(2)单台型号选的大，除仍存在不便调节外，排污不能分流错峰，既是将反冲洗强度经调小，反冲洗排污瞬间排量和冲量仍会很大，排不急，大量外溢。有的一味靠增大排水管径，却又造成了投资浪费。(3)没有与凉水塔的配置作对应的合理匹配，使二者检修和运行不宜协调调节。

实际工程案例证明，单台过滤罐产水量从20M3/h～80M3/h，即反冲洗排水流量从18.75升/S～75升/S范围时，样本中缓冲池尺寸较为合适，反冲洗排水流量从75升/S～163升/S范围时，尺寸明显偏小，缓冲度不够。在188.3升/S～467.6/S排量时，随排量的增大，水势更猛，冲量更大，问题也显得更加突出，即便增大排水管，效果也不明显。污水外溢，既污染周围地面环境。又损失污水回收处理量和增加人工维护工作量。所以精心合理的选择过滤罐台数，并改大虹吸排污池尺寸，是一个很好的措施，也是一个不可忽视的重要环节。

三、解决策略

首先要对规范有准确的理解和掌握，特别注意各规范的适用范围，熟悉所设计项目的特点，分析和了解生产工艺方式、预判生产负荷变化规律情况，为设备选型提供依据。设备在选型和配置上，可针对性地从以下几个方面入手：

1.凉水塔选型及配置：(1)要选择正规的、有制造资质的生产厂家；(2)要符合《工业循环水冷却设计规范》有关规定。(3)利用最先进成熟的科技成果。(3)选择凉水塔布置方式，是集中还是分散；(4)选择空间布置的形式，是部分还是全部平面或竖向布置；(5)选择组合形式，少台还是多台，同型号还是不同型号组合；(6)借鉴利用好的经验；(7)要适合项目所在地的气象、气候条件、热力性能满足生产工艺需要；(8)适合水质的要求；(9)确定能承受的地震烈度；(10)确定能承受的最大风载；(9)经过方案比选，确定既符合规范中“与相邻设施的最小水平间距”和“通风间距”的要求，又最省地，最适合项目特点和实际的最优方案等。

2.重力式无阀过滤罐选型及配置：(1)要选择正规的、有相应资质的生产厂家，生产制造符合相关规范；(2)选择组合形式，少台还是多台，不同型号还是同型号；(3)应与凉水塔的配置相匹配；(4)经过多方案比选，确定最优的方案。

对前述虹吸排污池小的问题，可采取以下措施：1>依据排水量，并考虑到其冲量，注意适当放大样本中虹吸排污池尺寸，提高缓冲能力；这在设备设置在屋顶时，尤为重要；2>酌情尽量选多台小型过滤罐配置，这样各台能错开排污。还可将各虹吸排污池联通，以分散排污；3>若场地允许，就近设专用缓冲池，这样可减小排污总管管径；4>大排量的情况下，就近设置专门的循环水排污水处理站，缩短排污管和回用中水管长，减少阻力，减少工程投资，一举多得(注：就近设置专门排污水处理回收站问题不在此讨论)；5>特别提示，不建议一味采取增大排水管径的措施，既便是增大排水管径，也应仅限在靠近排出口较短距离内，起到疏散缓冲水流的作用即可，以免增加工程投资。

四、结语

此项设计是一个比较复杂的系统工程，目前存在问题的案例不少，要避免上述问题的发生使其设计合理，就应着重从以下方面着手。

1.熟悉其设备性能、原理，搞好市场调研，摸清用户对该种设备的使用情况；加深对项目生产工艺特点的了解，开拓和丰富设计思路、利用好有关经验，精心推敲，全面权衡。

2.熟悉相关规范，将规范、基本理论知识和最新科技成果，丰富的设计和工程经验及先进的理念有机结合，融会贯通；有针对性地选型配置，做到因地制宜，量体裁衣。

3.对还存在此问题的案例，笔者认为，在适当的时机，酌情择机予以技改，是很有必要的，对合理经济运行，降低动力成本，提高经济效益很有成效。

本文只是针对笔者本人发现的问题，提出探讨性的思路，希望对设计者起到拾漏补缺，有所启发，引起重视，对使用者起到有所收益的作用。

[1]《工业企业总平面设计规范》(GB50187-2012).

[2]新版国标《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007规范修订的背景、意义及其特点.

[3]《建筑设计防火规范》(GB50016-2006).

[4]《室外排水设计规范》(GB50014-2006).

[5]《工业循环水冷却设计规范》(GBT50102-2003).

[6]《化工企业总图运输设计规范》(GB50489-2009).

[7]《机械通风冷却塔工艺设计规范》(GB/T50392-2006).