循环冷却塔漂水问题分析及改造

高雅琼, 崔石磊, 李 猛, 刘华朋

（山东华鲁恒升化工股份公司， 山东 德州 253000）

循环冷却塔漂水问题分析及改造

高雅琼, 崔石磊, 李 猛, 刘华朋

（山东华鲁恒升化工股份公司， 山东 德州 253000）

针对循环水冷却塔的漂水现象进行综合分析、现场勘测，并对其结构情况进行系统分析，梳理实际运行参数找出漂水的问题所在，通过调整冷却塔内部机构，改善循环水喷淋高度和优化收水器功能，对现有循环冷却水塔的改造，调整相关参数后运行得到了良好的效果，有效地解决了循环水冷却塔飘水问题。并从效益分析上实现了节水收益，提高了运行效率和循环水冷却塔的上回水温差，同时改善环境，节约水资源，保障设备稳定运行。

机械通风冷却塔; 漂水; 收水器; 填料

机械通风冷却塔按风机安装位置不同可分为机械鼓风式和抽风式塔，抽风式塔的风机安装在冷却塔顶部，这种塔的优点是适用于循环水量小，布局紧凑，湿空气回流小，初期投资小，建设工期短，降温效率高。出水干球温度比空气湿球温度差小（t2-τ）在 3～5 ℃，自然通风风筒凉水温差一般＞5 ℃[1,2]。

但在实际的运行中，会有存在冷却塔出现较为严重的漂水问题。严重的漂水现象会造成塔的下风向地面积水，给风机基础形成积垢，现场钢结构内件腐蚀非常严重，塔内检修通道、爬梯腐蚀掉落，同时由于循环水含盐量较高，使用药剂等原因漂水水滴中夹杂的杂质落到附着物表面形成难以清除的钙垢和盐析[3-9]。

1 冷却塔运行简述

本单位 1996年尿素装置配套投用循环冷却塔一套，其循环水量为6 000 m3/h，2000年扩能改造增加循环水量3 000 m3/h（原预留），系统投用后长期存在漂水现象，并且出现了下风向积水情况，即时在无风无雨情况下积水位置距离水站5～10 m，后期针对填料、收水器进行了一次更换，无明显好转。在风机正常运行状态下，风筒内壁有明显水珠、水线上漂现象。

1.1 4#冷却塔配置简介

循环水量为9 000 m3/h，单塔设计负荷为3 000 m3/h。外形尺寸为16×19 m×3台。塔体设计为框架钢结构机械通风抽风式冷却塔。

循环水泵型号为20SH-9A，单泵水量Q=200 m3/h，扬程H=50 m，4开1备运行模式。

风机型号为LF85II型，设计风量为2 750 000 m3/h。标配3台风机，根据气温调节开停。

1.2 冷却塔正常运行情况

系统长期满负荷运行，夏季空气极端温度，干球温度 θ1＝32.0 ℃、湿球温度θ2＝28.0 ℃ 大气压力：P=101.4 kPa。

实际运行温度见表1。

表1 冷却塔运行温度统计Table 1 The statistics of the cooling tower operating temperature

以上选取的数据为一年中最热，湿度最高的情况，根据表1数据统计分析，冷却塔运行温度湿度对比图中可以看出冷却水塔上水和回水温差在 7 ℃左右。

根据公式（1）、（2）算得，冷却幅高为10 ℃，效率η为70%。通过计算凉水塔本体设计能够符合标准要求。但是漂水率经过现场实测数据在 0.05%左右，远远高于设计标准的 0.005%，超出 10倍左右。

根据设计风机风量计算2 750 000 m3/h，风筒直径为8.5 m，风筒后出风速为13 m/s，进入填料单位面积风速约为2.5 m/s， 负荷设计要求。

冷却水塔内部结构勘测：经过进入冷却塔内进行实际测量。

内部机构基本形式见图1。

图1 原冷却塔塔形结构简图Fig.1 The original cooling tower structure diagram

塔内主管为碳钢管道直径为DN500 mm，支管为DN200玻璃钢管道法兰连接，喷头直接通过螺纹管箍接入管道。喷淋高度约为900 mm。填料层数为3层1 500 mm，收水器平铺在主管和分布管上方，喷淋喷头距离收水器距离约200 mm。

2014年大修冷却水塔针对漂水问题已经进行了填料和收水器的全部更换，填料采用的非再生改性PVC塑料，材质厚度为（0.4±0.04）mm，安装高度1 500 mm，单层高度500 mm,波形为双斜S波；收水器采用改性PVC，片材厚度为0.6 mm，波形为光面V性收水器，波高150 mm，波间距100 mm。投用后未有明显的好转。

2 冷却塔改造方案

2.1 冷却塔运行情况

根据现场勘测实际冷却塔内部结构，填料材质型号基本符合运行要求，由于塔体内部结构收水器型号选型属于基础型号，加上收水器间距较大，距离喷头距离有偏小，在进风风速偏高的情况下，收水器收水效果明显下降，可以分析收水器未起到收效果。

同时塔体结构不合理也是主要的影响因素。塔内喷头距收水器距离～200 mm，喷头直接接在分布管上，分布支管为玻璃钢管道。收水器直接架在分布管道上面，这是造成收水器与喷头距离较短的原因。

根据以上分析漂水的主要问题是：收水器与喷头距离过小，根据实际测量可以通过抬高收水器、下降喷头和采用多波功能收水器进行综合改善。

2.2 改造实施方案

2.2.1 收水器上移

抬高收水器200 mm，根据现场情况，在分布管上方增设支架，采取螺栓连接和机械加固方法，支架材质采用轻型加固型合金钢，延管道上方进行支撑，从而防止因增加支撑物而影响塔体负荷和过流风量，抬高200 mm后实现收水器与喷头距离达到600 mm以保证上升水汽有充分的撞击空间，有助于收水器凝结成水汽水滴。

2.2.2 喷头下移

根据现场勘测喷头距离填料距离900 mm，运行状态分析喷头在喷洒过程中，如果与填料距离过大，水滴在下降过程中的收拢功能明显，落入填料的水洒面积缩小影响水汽换热面积。

将原直接接入分配管的喷头通过管道短接增长200 mm的距离，使喷淋喷头距离填料为700 mm，短管采用螺纹、管箍等方式进行连接加固。

2.2.3 改良选型

本次拟选用的收水器型号为 MWDP型多波双功能收水器，MWDP型收水器片材含橡塑组份，比普通PVC收水器使用年限长2～3倍。片材厚度不小于（0.7±0.05）mm，收水器单点支撑强度≥50 kg/cm2，片型为复合正弦波型（图2）。

图2 收水器改良对比图Fig.2 Water receiver improving figure

2.3 改造后效果分析

2.3.1 改造效果图及运行分析

经过改造后的效果图如图3。

图3 改造后冷却塔塔形结构简图Fig.3 Cooling tower structure diagram after transforming

经过以上改造后，通过一定时间的运行漂水现象得到了明显的改善，由于装置的改造调整使上回水温差得到了改善，平均温差提高了1 ℃，工艺系统换热器的降温效果得到了极大的改善，提高了工艺生产负荷1.5%。

运行情况统计如表2。

表2 冷却塔运行温度统计Table 2 The statistics of the cooling tower operating temperature

2.3.2 改造前后对比分析

根据改造前后的温度差及补水量进行对比分析后可以看出，上水、回水温差提高后的理论值比改造前提高了15 m3/h主要，但改造后补水量得到了明显降低， 效率得到了较大提高（图4）。

图4 冷却塔改造前后对比图Fig.4 Cooling tower contrast before and after the transformation

3 改造情况及效益分析

3.1 收水器改造投资

按单塔循环水量为3 000 t/h的冷却塔计算，收水器量为304平米/塔（16×19 m）。具体投资计算如表2。

表2 投资分项表Table 2 Investment item table

收水器改造费用共计总投资14.6万元，折合单位面积收水器价格为160元/m2。

3.2 收水器改造前后运行情况统计

3.2.1 收水器改造前运行情况（以循环量9 000 m3/h冷却塔计）

循环水上回水温差△T=7 ℃左右，理论补水量为110 m3/h，实际由于漂水的原因补水量为150 m3/h，同时循环水药剂使用量为150 kg/d，折算循环水运行费用为0.21元/h（包括补水、电费、药剂使用）。

3.2.2 收水器改造后运行情况

循环水上回水温差△T=8 ℃左右，温差的提高给工艺装置换热器带来良好降温效果和运行条件，使工艺生产车间的运行负荷提高了1.5%。

理论补水量为126 m3/h，实际由于漂水的原因补水量为132 m3/h，同时循环水药剂使用量为130 kg/d，折算循环水运行费用为0.16元/h（包括补水、电费、药剂使用）。

3.3 收水器改造的效益分析.

结合以上运行情况分析，结合改造费用的统计效益分析如下：补水费用按2.1元/m3、药剂费用按16元/kg计算节水、节药费用：（150-132）×2.1 +（150-130）×16 =357.8元/h=286.24万元/a。

工艺装置负荷提高增加收益为 1.5%折合费用为150万/a。

合计增加效益费用为150+286.24=436.24万元/a。从以上费用统计分析收水器改造后给生产运行和消耗带来较为客观的效益。

4 结 论

通过本次较成功的改造，后续对全厂16座钢结构冷却塔进行了同步现场勘测并推广改造，通过类似的设计改造都达到了良好的节水效果，并实现了地面无积水、设备、基础等腐蚀情况减轻、节约药剂等效果。同时技改后为解决环境污染问题提供了很大的技术支持及日常操作工人的巡检隐患问题提供了帮助。

［1］ 中华人民共和国建设部. 工业循环水冷却设计规范. GB50102-2003 2003(4)[S].

［2］ 中国工程建设标准化协会化工分会, 中华人民共和国建设部. 工业循环冷却水处理设计规范. GB50050-2007 2008, (5)[S].

［3］ 金熙，项成林，启冬子. 工业水处理技术问答[M]. 北京：化学工业出版社, 2011-11: 103-109.

［4］ 黄淑琴. 循环水系统技术改造[J]. 天津冶金, 2013, (21): 54-56.

［5］ 杜竹兰. 循环水工艺设计中应注意的几个问题[J]. 工业水处理, 2003, 23(11): 72-74.

［6］ 郭方. 石化企业循环冷却塔排污水的水回用技术[J]. 石油化工设计, 2014, 31(1): 42-45.

［7］ 郭秀娟. 浅议火电厂循环冷却塔耗水量影响因素[J]. 城市建设理论研究（电子版）, 2013(9).

［8］ 刘万兵. 超滤、反渗透在循环冷却塔排污水处理中的应用[J]. 广东化工, 2014, 41(14): 163-164.

［9］ 翟培强. 火电厂循环冷却塔耗水量影响因素分析[J]. 电站辅机, 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

高雅琼（1982-），女，山东省德州市人，工程师，2006年毕业于河北理工大学环境工程专业，研究方向：从事工业水处理技术工作。