中國(guó)紡織工業(yè)設(shè)計(jì)院
朱 昱

概述

　　巴斯夫——華源尼龍有限公司是一家中外合資企業(yè)，廠址位于上海市青浦縣中紡科技城內(nèi)，產(chǎn)品為錦綸6BCF地毯絲，目前該工程一期工程（規(guī)模為7000噸/年）已建成投產(chǎn)。
　　該工程的循環(huán)冷卻水站主要提供工藝裝置和冷凍空壓站循環(huán)冷卻用水，主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：
　　冷卻塔進(jìn)水溫度：≤41℃　　　　　　　　 進(jìn)水壓力：不低于0.25MPa
　　冷卻塔出水溫度：≥26℃≤33℃　　 出水壓力：不低于0.45MPa
　　循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)符合GB50050-95《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》。
　　在設(shè)計(jì)該工程的循環(huán)冷卻水站的過(guò)程中，針對(duì)合資企業(yè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，在裝置的規(guī)模、布局、監(jiān)控儀表的選用等方面的都做了大量工作，力求使工程投資結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理，提高自動(dòng)化程度，操作簡(jiǎn)例，易于管理。由于工程場(chǎng)地地質(zhì)條件較差，為了節(jié)省施工費(fèi)用，減少施工難度，在高程布置方案的選擇上做了多方案比較。
　　在此，我把本設(shè)計(jì)中的一些主要思路、方案比較、設(shè)備選型等介紹一下，并結(jié)合設(shè)計(jì)和實(shí)際運(yùn)行出現(xiàn)的一些值得探討的問(wèn)題談一談自己的觀點(diǎn)，供大家參考并提供寶貴意見(jiàn)。

一 循環(huán)冷卻水站的規(guī)模

　　由于該工程按一次規(guī)劃，分期建設(shè)的原則分為AⅠ、AⅡ、B、C幾個(gè)階段，各個(gè)階段所需循環(huán)冷卻水量各不相同。其中AⅠ期工程循環(huán)冷卻水量為3000m³/h，因此在確定循環(huán)冷卻水站的規(guī)模時(shí)，既要著眼遠(yuǎn)期發(fā)展，預(yù)留用地，又要綜合考慮近期與長(zhǎng)遠(yuǎn)的關(guān)系，一次規(guī)劃，分期建設(shè)，合理投資。比如冷卻塔的選項(xiàng)用，如果選用每座300m³/h的大型冷卻塔，從節(jié)省占地角度看是合理的，但由于該工程將根據(jù)產(chǎn)品的市場(chǎng)銷路情況分期建設(shè)且階段較多，公用工程需求量的不可預(yù)見(jiàn)性較大，加之循環(huán)冷卻水在夏季和冬季的需求量各不相同，因此若選用每座1500m³/h的中型冷卻塔則更能靈活機(jī)動(dòng)的適應(yīng)工程各個(gè)階段、各個(gè)季節(jié)的不同需求。
　　基于上述原則，循環(huán)冷卻水站的占地按最大規(guī)模9000m³/h考慮，約3600m²。冷卻塔分為兩組，每組三座冷卻塔，每座冷卻塔冷卻水量1500m³/h，這樣，循環(huán)冷卻水站可分別提供1500、3000、4500、6000、9000m³/h若干檔的循環(huán)水量。除一組冷卻塔預(yù)留用地外，其它土建工程（泵房及附房、吸水池等）都按最大規(guī)模一次建成，并預(yù)留設(shè)備基礎(chǔ)。AⅠ期安裝的設(shè)備，除旁濾設(shè)備及一些小設(shè)備外，均按3000m³/h考慮。

二 循環(huán)冷卻水工藝流程

　　下圖是循環(huán)冷卻水站工藝流程框圖：

　　循環(huán)冷卻回水由冷凍空壓站引出(DN800)，利用其余壓(0．25MPa)進(jìn)入冷卻塔。另外，從回水主管中分出一路旁通管(DN400)，利用溫控調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)旁通流量。設(shè)置旁通管的目的，一是可以節(jié)約能耗：根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，循環(huán)冷卻水供回水溫度分別為≤33℃和≤41℃，在冬季氣溫較低時(shí)，冷卻回水不必全部進(jìn)入冷卻塔處理即可達(dá)到設(shè)計(jì)供水溫度；二是根據(jù)冷凍機(jī)的工藝要求，冷卻水供水溫度不能低于26℃，這是和以往循環(huán)水站設(shè)計(jì)有所不同的，因此溫度調(diào)節(jié)閥將控制溫度設(shè)定為27℃-32℃，水溫正常值為≤32℃，當(dāng)溫度下降至30℃時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟，當(dāng)下降至27℃時(shí)，調(diào)節(jié)閥開(kāi)啟度為最大。
　　經(jīng)冷卻塔處理后的冷卻水在塔底水池匯集后，自流到吸水池，吸水池入口處為一個(gè)隔板混合井。在吸水池分別設(shè)置液位指示和溫度指示在線儀表。
　　循環(huán)水泵房設(shè)置有三臺(tái)循環(huán)水泵，二用一備。水泵流量按照每座冷卻塔的設(shè)計(jì)流量選定為1500m³／h，即一臺(tái)水泵對(duì)應(yīng)一座冷卻塔。
　　泵房?jī)?nèi)另有兩臺(tái)旁濾水泵(一用一備)，規(guī)范要求夯濾水量為循環(huán)水量的3％--5％，因此旁濾水泵的流量按C期規(guī)模(即9000m³／h)的3％選定。
　　泵房附房包括值班控制室、化驗(yàn)室、變配電室、加藥間、藥劑倉(cāng)庫(kù)。加藥間內(nèi)設(shè)置一套加藥裝置，阻垢緩蝕劑等藥劑在此調(diào)配、混合，經(jīng)計(jì)量泵投加到吸水池前混合并，與冷卻水充分混合。

三　冷卻塔選型

　　根據(jù)上海地區(qū)氣象參數(shù)，經(jīng)計(jì)算，氣水比確定為0．8，采用直徑7．7m、風(fēng)量13．5x104m³／h的風(fēng)機(jī)，單塔冷卻水量可達(dá)1600m³／h。風(fēng)筒采用玻璃鋼風(fēng)筒，塔內(nèi)設(shè)有玻璃鋼集流器，淋水填料為雙斜波填料，材質(zhì)為改性PVC，噴頭采用反射型，收水器型線S形。
　　對(duì)于是采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)冷卻塔還是采用鋼支架玻璃鋼冷卻塔，我為此做了比較。首先，從外形比較，鋼支架玻璃鋼冷卻塔外形美觀，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)冷卻塔略顯笨重，占地稍大；其二，玻璃鋼冷卻塔為預(yù)制構(gòu)件，安裝進(jìn)度快，而混凝土冷卻塔需現(xiàn)澆，工程進(jìn)度稍遜一籌；第三，對(duì)于大中型冷卻塔來(lái)說(shuō)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)冷卻塔堅(jiān)固耐用，折舊年限長(zhǎng)，一般壽命可達(dá)20--50年；而大中型全玻瑚鋼塔的堅(jiān)固穩(wěn)定程度則要差一些，使用壽命在5-10年；第四，鋼支架玻璃鋼塔的防腐要求較，且養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高，相反，混凝土冷卻塔在防腐性能上要優(yōu)于前者；還有一點(diǎn)就是，鋼筋混凝土冷卻塔的，造價(jià)比鋼支架全玻璃鋼冷卻塔便宜，平均每塔相差10萬(wàn)元左右。經(jīng)過(guò)和業(yè)主對(duì)國(guó)內(nèi)同類型冷卻塔的共同考察，最后決定采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)冷卻塔。

四 平面布置

　　根據(jù)上海地區(qū)氣象條件及總圖中冷凍空壓站的位置，循環(huán)冷卻水泵房定位于冷凍空壓站正西，泵房以南依次為吸水井、冷卻塔。如前所述，泵房土建工程是按最終規(guī)模設(shè)計(jì)的，因此，后期的水泵基礎(chǔ)和預(yù)留預(yù)埋都已施工到位。
　　根據(jù)規(guī)范中冷卻塔與其他建筑物間距的限制，冷卻塔與泵房及附房的最小間距應(yīng)是25米，但由于場(chǎng)地及總圖布置的限制，實(shí)際間距只有23．5米。
　　由于規(guī)范中間距的限制，在以往循環(huán)冷卻水站的設(shè)計(jì)中，冷卻塔和泵房之間都布置了一座吸水池，用以彌補(bǔ)間距過(guò)大而造成的吸水管過(guò)長(zhǎng)，從而引起水泵吸水流量不穩(wěn)定的現(xiàn)象。另外，還可以在吸水池前設(shè)置導(dǎo)板混合并，以利于阻垢級(jí)蝕劑等藥劑與循環(huán)水的充分混合。在下面的高程布置說(shuō)明中可以看到，由于吸水池的存在，從冷卻塔塔底水地經(jīng)吸水池，再到水泵吸入管，水頭損失是相當(dāng)大的。

五 高程布置

　　以泵房和附房室內(nèi)地坪為相對(duì)標(biāo)高±0．00m，冷卻塔塔底水池底標(biāo)高定為-1．00m，塔底水池水面標(biāo)高定為+0．90m。
　　從塔底水池到吸水池的管道布置，設(shè)計(jì)時(shí)共有幾種方案，通過(guò)對(duì)水頭損失的計(jì)算，比較如下表：

方案一 方案二 方案三 方案簡(jiǎn)述 每座冷卻塔設(shè)獨(dú)立塔底水池；兩組塔共用一根連通管。 一組冷卻塔中，三座塔的塔底水池連通為一體共用一個(gè)DNl000管道出口；兩組塔共用一根連通管。 每組冷卻塔的塔底水池連通為一體，兩組塔分別用一根DNl000管道引入吸水池混合井。 管道布置 管道支管較多，與其它管道交叉多 管道布置簡(jiǎn)單，管道交叉少 有兩根大口徑主管，占地較多 水頭損失(塔底水池出口至吸水池出口) 由于管道布置較為復(fù)雜，造成局部水頭損失很大，如按最終規(guī)模(9000m³/h)計(jì)算，水頭損失達(dá)3．17m 當(dāng)使用一組冷卻塔(4500m³／h)時(shí)計(jì)算時(shí)水頭損失較小；但當(dāng)另一組冷卻塔出水在共用管道匯合時(shí)，局部損失增加，總的結(jié)果為1．43m。 由于兩組冷卻塔個(gè)自獨(dú)立，水頭損失僅是一組冷卻塔水量的計(jì)算值，因而計(jì)算數(shù)值較小，為0．99m。 施工難度及工程造價(jià) 由于水頭損失大，吸水池及泵房的標(biāo)高都很低，土建挖深很多，由于現(xiàn)場(chǎng)地基土質(zhì)很差，地下水位很高，施工難度較大，挖得越深，工程費(fèi)用將成倍增加。 水頭損失較小，施工難度及造價(jià)有所降低，且管道施工工程量小。 水頭損失比前兩個(gè)方案都小，因而施工難度和費(fèi)用是最低的。同時(shí)，對(duì)后期發(fā)展的管道銜接也比較有利。 其他 每座冷卻塔自成一體，便于調(diào)控及養(yǎng)護(hù)清洗。 同方案三 塔底水池連為一體后，當(dāng)冷卻塔不同時(shí)使用時(shí)，易產(chǎn)生水流死角，滋生藻類；出水管口徑較大，閥門口徑達(dá)DNl000，雖然選用了蝸輪式蝶閥，但可靠性有待時(shí)間考驗(yàn)。

　　很明顯，方案3的管道布置既簡(jiǎn)單又有利于后期發(fā)展，較小的水頭損失使吸水池、泵房的高程不至于很低，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)較差的地基土質(zhì)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑大大降低了工程造價(jià)和施工難度。
　　由于AI期時(shí)只用兩座冷卻塔，因而第三座預(yù)留塔下的水池暫時(shí)與另兩格水池隔離，防止水流不暢而滋生藻類。

六 儀表控制

　　在循環(huán)冷卻水站的設(shè)計(jì)中，根據(jù)業(yè)主的要求，控制儀表的設(shè)計(jì)原則是簡(jiǎn)單、實(shí)用、可靠。同時(shí)，也采用了一些先進(jìn)可靠的監(jiān)測(cè)控制儀表。如對(duì)風(fēng)機(jī)減速箱內(nèi)油溫、振動(dòng)、油位的監(jiān)測(cè)儀表的選用，以往的設(shè)計(jì)是分別安裝各自的傳感器放大器，并經(jīng)由相互獨(dú)立的傳輸和供電線路，最后顯示在不同的監(jiān)測(cè)記錄儀表上。這種方法使傳感器、變送器安裝繁瑣，傳輸線路雜亂，易受干擾，不便維護(hù)，成本較高。在我所調(diào)研的多家工廠的冷卻塔中，都曾經(jīng)發(fā)生因監(jiān)測(cè)不當(dāng)或發(fā)現(xiàn)不及時(shí)而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)機(jī)件損壞的事故。根據(jù)風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家的建議，設(shè)計(jì)中選用了KR—939B型風(fēng)機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用了多參數(shù)組合探頭技術(shù)、數(shù)字指令編碼技術(shù)，使以往的監(jiān)控方式有了根本的改觀，它對(duì)風(fēng)機(jī)抽濕、油位、振動(dòng)集中監(jiān)測(cè)指示記錄報(bào)警，維護(hù)方便，成本低，可實(shí)現(xiàn)科學(xué)化數(shù)據(jù)管理。目前該系統(tǒng)已在多座冷卻水站得到應(yīng)用，并獲得良好的效果，可靠性較強(qiáng)。系統(tǒng)分別由三參數(shù)組合探頭、風(fēng)機(jī)監(jiān)控器構(gòu)成(計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)暫沒(méi)有安裝，但預(yù)留接口)。已參數(shù)組合探頭安裝于風(fēng)機(jī)減速箱油標(biāo)固定座或觀察孔安裝座上，其探針直接插入潤(rùn)滑油中，將減速箱內(nèi)的油溫、油位以及機(jī)械振動(dòng)直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳至控制室內(nèi)的風(fēng)機(jī)監(jiān)控器。風(fēng)機(jī)監(jiān)控器可以對(duì)風(fēng)機(jī)的三項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，完成數(shù)字顯示記錄、超限報(bào)警、自動(dòng)控制故障風(fēng)機(jī)停機(jī)等多種功能。由于每臺(tái)監(jiān)控器有一條四芯電纜掛接八只組合探頭，可同時(shí)對(duì)八臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此，對(duì)于本循環(huán)冷卻水站而言，一臺(tái)監(jiān)控器業(yè)已滿足最終需要，今后只需每增加一臺(tái)風(fēng)機(jī)就增設(shè)一個(gè)組合探頭即可。另外，監(jiān)控器除可以獨(dú)立完成動(dòng)態(tài)監(jiān)控任務(wù)外，還能夠通過(guò)串行數(shù)據(jù)通訊線路與上位計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)掛接，并與KR—933風(fēng)機(jī)智能控制器一起組成統(tǒng)一的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理網(wǎng)絡(luò)，——這項(xiàng)功能將隨著今后工程擴(kuò)建及管理的提高而逐步實(shí)現(xiàn)。

七　實(shí)際運(yùn)行情況

　　該循環(huán)冷卻水站的施工安裝、試車運(yùn)行均較為順利。由于站內(nèi)設(shè)備操作簡(jiǎn)單易學(xué)，設(shè)備維護(hù)方便，操作工管理起來(lái)較為輕松。迄今該站已平穩(wěn)運(yùn)行一年有余，裝置設(shè)備均正常運(yùn)轉(zhuǎn)，尚未出現(xiàn)大的問(wèn)題及故障?！　? 根據(jù)業(yè)主反饋的情況，由于冷凍機(jī)的選用是根據(jù)外商的資料，考慮了后期工程的發(fā)展需要而留有相當(dāng)?shù)挠嗔浚虼四壳袄鋬鰴C(jī)的夏季負(fù)荷僅65％左右，冬季低溫時(shí)只能采用開(kāi)空調(diào)加熱旁通閥增加負(fù)荷后維持冷凍機(jī)20％運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，因此循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)備潛力很大，為馬上開(kāi)工的二期工程創(chuàng)造了有利條件。現(xiàn)在，冷卻塔和循環(huán)水泵正常只開(kāi)一臺(tái)，水泵流量在1100m3／h左右，夏季供水溫度27±0．5℃，回水溫度不超過(guò)34℃，冬季(11月中旬至次年3、4月)可不開(kāi)冷卻塔風(fēng)機(jī)。溫度控制旁通流量調(diào)節(jié)閥使用情況良好，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件，調(diào)節(jié)閥控制在28℃全閉，25℃全開(kāi)，對(duì)空壓機(jī)、冷凍機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供了條件。不過(guò)，由于今冬(1999--2000年)上海遭遇罕見(jiàn)的寒冷低溫，塔內(nèi)部分填料 結(jié)冰，為此只得關(guān)閉旁通閥，強(qiáng)制回水上塔防止冰凍。由于風(fēng)機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)的采用，使管理人員隨時(shí)隨地能夠及時(shí)了解風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，對(duì)保證風(fēng)機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)起了很大作用。
　　由于補(bǔ)充水管道的計(jì)量水表在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)甲方要求取消，目前不能得到有關(guān)補(bǔ)充水量的數(shù)據(jù)，因而藥劑的投加量均是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)投加，加之原設(shè)計(jì)采用的試驗(yàn)裝置監(jiān)測(cè)換熱器也因甲方原因取消，所以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)阻垢防腐效果尚不能以數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)。但從對(duì)設(shè)備的檢修情況來(lái)看，沒(méi)有腐蝕及明顯結(jié)垢現(xiàn)象。另外冷卻塔的進(jìn)風(fēng)面沒(méi)有設(shè)計(jì)百頁(yè)式隔板，塔內(nèi)光照充沛，有水藻類繁殖，額外加大了藥劑量。

八　 對(duì)一些設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討

　　大型循環(huán)冷卻水站的占地面積都比較大，這是因?yàn)槔鋮s塔和泵房、配電室平行布置，由于間距的限制，拉大了冷卻塔與泵房之間的距離。如此大的占地面積，對(duì)于現(xiàn)在寸土寸金的土地來(lái)說(shuō)很不經(jīng)濟(jì)。如何減少大型循環(huán)冷卻水站的占地面積，應(yīng)是一個(gè)值得研究的課題?！豆I(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定了冷卻塔與相鄰設(shè)施的最小水平間距，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往感到規(guī)定的間距過(guò)大。近年來(lái)，冷卻塔風(fēng)筒、收水器等部件的性能都有明顯提高，為縮小間距提供了條件。我認(rèn)為在循環(huán)水站平面布置設(shè)計(jì)中，在不違反規(guī)范基本原則，滿足冷卻塔進(jìn)風(fēng)要求的前提下；應(yīng)能根據(jù)具體情況適當(dāng)靈活掌握。
　　循環(huán)水泵一般采用大流量的S或SH型臥式泵，占地較大。目前國(guó)內(nèi)已有大流量的潛水給水泵和立式離心泵生產(chǎn)，如果能用潛水泵或立式離心泵取代臥式泵，水泵露天安裝，直接從塔底水池吸水，則占地面積將大大減少，同時(shí)也大大減少了土建工程。從節(jié)能的角度而言，由于減少了水頭損失，水泵耗電也將降低。
　　加藥泵可以選擇與循環(huán)水泵同揚(yáng)程的計(jì)量泵，藥劑直接泵入管道混合器，既可省去混合并，也可提高藥劑混合效果。同理，也可不必設(shè)專門的旁濾泵，而由循環(huán)水泵供水管分出支管接至無(wú)閥過(guò)濾器，當(dāng)然，由于無(wú)閥過(guò)濾器所需水頭較低，支管應(yīng)安裝減壓閥。