采用新型淋水填料改造冷卻塔
蘭州煉油化工總廠的循環(huán)水為集中供水的大型水系統(tǒng)，總供水能力2.2萬m3/h。隨著我廠煉油化工的不斷擴大及深度加工，循環(huán)水場亦在不斷的挖潛改造來滿足裝置的用水要求，1995年新開工的4×104 t/a聚丙烯裝置的循環(huán)水就是通過對4號冷卻塔的改造來滿足要求的。經過三年的試運行，現對這項技術改造作以總結，以便為循環(huán)水場冷卻塔的再改造提供技術資料及經驗。
在4號冷卻塔與4×104 t/a聚丙烯裝置配套時，其供水設備之一的水泵已不存在問題，唯一突出的矛盾反映在4號冷卻塔冷卻處理能力低，處理量1 250 m3/h，難以滿足4×104 t/a聚丙烯裝置1998年改造為7×104 t/a聚丙烯對循環(huán)水水量2 400 m3/h及水溫≤26 ℃的要求。為此，我們提出對4號冷卻塔進行技術改造。
1.冷卻塔的改造內容
4號冷卻塔屬5間單排并聯(lián)布置的小型鋼筋混凝土逆流式冷卻塔，尺寸41m×8．2m(單塔尺寸8.2 m×8.2 m)，采用4.7m的風機強制通風，單塔處理量200～250 m3/h。
1.1 存在問題
4號冷卻塔增大處理量時，塔本身存在如下問題：
(1)風速分布不均，而且進風口渦流區(qū)大，氣流總阻力增大，影響冷卻效果；
(2)淋水填料為水泥格網板，自重大，淋水面積小，散熱效果較差；水泥折板型收水器，除水效果差，目前均屬于淘汰型填料；
(3)通風筒僅有風筒部分，為鋼筋混凝土材質，不設有導流圈，不能消除風筒出口的渦流區(qū)；
(4)塔的上水立管、配水管偏小，噴頭散水效果差，噴水量小。
1.2 改造內容的選擇條件
針對4號塔本身的缺陷，我們對技術改造提出了嚴格要求，對主要部件淋水填料、通風筒、進風口提出選擇條件：
(1)淋水填料應具有較高的冷卻能力，即水與空氣的接觸表面積較大，接觸時間較長；通風阻力較小；材料易得；施工維修方便；質輕、耐久。
(2)通風筒應保證進風口平緩和消除風筒出口的渦流區(qū)。
(3)針對進風口小，塔體又不可做改動的實際情況，提出在進風口增設價廉物美的玻璃鋼導風板。
1.3 改造內容
在循環(huán)水工藝中冷卻塔是直接影響循環(huán)水水溫、水量的設施，而決定冷卻塔處理量及效果的又是塔內的淋水填料。因此，我們特別注意對填料的選擇。
當時，我廠共57間4.7 m風機的冷卻塔，其中18間為玻璃鋼斜交錯填料，其余均為水泥格網板填料，因無其它填料的技術結論，我們就從現有冷卻塔的淋水分布、處理量進行比較，發(fā)現使用的玻璃鋼斜交錯、水泥格網板填料多少存在布水不均的問題，且玻璃鋼斜交錯填料有少部分脫落。為此，我們大膽選擇了當時由中石化總公司推薦的美國茵派克淋水填料。
該填料為點滴簿膜式，形狀為扁狀球體，扁狀球體的橫向直徑尺寸185 mm，縱向直徑尺寸150 mm，空隙率5%，比表面積108 m2/m3，堆積質量48.1 kg/m3，裝填數272個/m3，由改性聚丙烯注塑成型。同時配套選用玻160—45型收水器。
改造內容具體見表1。
表1 4號冷卻塔技術改造內容
| 項目 | 內 容 |
| 進風口 | 增設玻璃鋼導風板，減少進風口風阻及渦流 |
| 填料 | 以一層水泥格網板支撐，以散堆方式填充1 m的 茵派克填料 |
| 噴頭 | 采用茵派克—5型花籃式噴頭，出水量12～18 m3/h， 具有灑水均勻、出水量大的特點 |
| 收水器 | 玻160—45型 |
| 風筒 | 增設玻璃鋼材質天圓地方導流圈，流線型玻璃鋼風筒 |
2.技術改造前后對比
改造后，4號塔總尺寸41 m×8.2 m，集水池水深1.8 m，導流圈高1.195 m，風筒高3.235 m，進風口高2.45m，塔體總高15.415 m。
表2是對4號冷卻塔技術改造前存在的缺陷與技術改造后的情況匯總及技術改造的優(yōu)勢。
表2 4號冷卻塔技術改造前后對比
| 項目 | 改造前 | 改造后 | 改造后優(yōu)勢 |
| 進風口 | 無導風板，進塔 總阻力增大，存 在渦流區(qū) |
增設導風板，減 少總阻力，消除 進風口渦流區(qū) |
減少總阻力，消 除進風口渦流區(qū) |
| 淋水 填料 |
水泥格網板，容 積散熱系數小， 通風阻力大 |
改性聚丙烯茵 派克、采用1層 水泥格網板支撐 |
容積散熱系數 遠大于水泥格 網板，材質輕 |
| 通風筒 | 流線型較差的 水泥通風筒， 無導流圈，出 口存在風的渦 流區(qū) |
增設琉璃鋼材 質，天圓地方 的導流圈，流 線型好的風筒 |
保證出風口平 緩，消除風筒出 口的渦流區(qū)。輕 便、防震性能 好、拆裝方便 |
| 收水器 | 水泥折板，除 水效果極差 |
玻160—45型 收水器 |
除水效果好， 阻力小 |
| 噴頭 | 反射型噴頭，過 水量小，6～ 8 m3/h，灑水不 均勻 |
茵派克—5花 藍式噴頭 |
過水量大，12～ 18 m3/h，灑水均 勻，散水面積大 |
3.改造運行情況及標定結論
整個改造完成后，4號塔5間冷卻塔運行情況良好，單塔處理水量明顯增加，淋水均勻、密度大，水成點滴狀下落；站在塔頂，感覺不到有小水滴飛落。
為了更好的測定其性能，在實施改造一年后，我們同北京安利得化工有限公司一同對4號塔進行了標定，標定結果與制訂技術改造的預期效果一致。標定中不但標定茵派克填料的實際使用的效果及性能，而且為了與原水泥格網板填料進行對比，我們選擇與原4號塔塔體尺寸相同、填料相同的34號塔進行對比標定，34號塔塔內部件同4號塔改造前均一致。
經16天的測試標定工作，將有效原始數據按各測定項目進行篩選和歸整，歸整出各工況的匯總數據，在此基礎上進行各項性能的計算和分析，表3反映出兩種填料標定測試結果對比。
表3 兩種填料標定測試結果對比
| 項 目 | 4＃冷卻塔 | 34＃冷卻塔 |
| 填料 | 茵派克 | 水泥格網板 |
| 塔平面尺寸 | 8.2m×8．2m | 8.2m×8.2m |
| 風機型號 | φ4.7 m | φ4.7 m |
| 標定水量/m3.h－1 | 500 | 260 |
| 風量/m3.h－1 | 31.4×104 | 51.3×104 |
| 進塔水溫t1/℃ | 28.35 | 27.95 |
| 出塔水溫t2/℃ | 21.95 | 21.60 |
| 溫差t1－t2/℃ | 6.40 | 6.35 |
| 干球溫度θ/℃ | 25.80 | 26.20 |
| 濕球溫度τ/℃ | 15.90 | 14.20 |
| 冷幅高t2－τ／℃ | 6.05 | 7.40 |
| 氣水比λ | 0.771 | 1.307 |
| 冷卻數 | 1.356 2 | 1.052 2 |
| 容積散熱系數Ka/kg.m－3.h－1 | 10 563 | 2 231 |
| 填料阻力/mm H2O | 7.66 | 8.49 |
4.技術總結
(1)茵派克填料的總容積散熱系數明顯優(yōu)于現34號塔的水泥格網板填料，優(yōu)于其3～4倍以上；在其它因素不變時，容積散熱越大，則冷卻塔散熱能力越大，塔的體積可越小。
(2)茵派克填充的涼水塔的冷卻幅高小于水泥格網板填料。說明茵派克填料的熱力性能好，冷卻效果佳。
(3)在相同或接近的水汽比條件下，茵派克填料的冷卻數大于水泥格網板填料。說明茵派克填料的散熱能力大于水泥格網板填料。
(4)4號冷卻塔的單塔最大處理量可達600～700 m3/h以上，此時冷卻塔塔的風速均在1.78～1.22 m/s之間，屬合理范圍內；而水泥格網板填料的34號塔處理量260 m3/h，風速已達2.187 m/s，超出合理范圍。
(5)收水器的效果，收水器的除水效果一般通過現場觀察，4號冷卻塔的玻160～45收水器風吹水滴看不到，而34號塔風吹損失水量嚴重，不僅塔頂風筒下方的部分被風吹到塔外落下的水滴弄濕，而且水滴還飄落到冷卻塔下。說明玻160—45收水器除水效果很好。
(6)由以上幾點可以看出，4號塔技術改造工作是成功的。此次改造不僅節(jié)約了占地面積，降低了基建費用，而且縮短了工期。更重要的是為今后循環(huán)水場的冷卻塔塔體技術改造及新建冷卻塔提供了極好的工程示范。
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