欒明華，隋風(fēng)秋
(齊魯石化公司氯堿廠 山東 淄博 255400)

　　摘　要：對(duì)循環(huán)水冷卻塔邊層填料大量快速損壞的原因進(jìn)行了分析探討。提出了解決這一問題的幾種方法。對(duì)這幾種方法的優(yōu)、缺點(diǎn)及可行性進(jìn)行了對(duì)比，確定了切實(shí)可行的冷卻塔改造方案。采用這一方案對(duì)冷卻塔進(jìn)行了改造，收到了較好的效果。為此類冷卻塔的改造提供了理論上和實(shí)踐上的依據(jù)。
　　關(guān)鍵詞：冷卻塔；填料；橫流
　　中圖分類號(hào)：TU991.42
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1009-2455(2001)02)-0045-03

1 問題的提出

　　自從70年代，隨大氮肥裝置引進(jìn)Marley－600型橫流點(diǎn)滴式冷卻塔(以下稱馬利原塔)后，全國(guó)至今建造投用類似的冷卻塔(以下稱仿馬利塔)共有近300座^[1]。齊魯乙烯第二循環(huán)水冷卻塔即屬此類仿馬利塔。在馬利塔的消化吸收過程中，由于材料要立足于國(guó)內(nèi)資源，所以對(duì)馬利原塔進(jìn)行了一些改動(dòng)。因?yàn)閷?duì)馬利原塔的一些關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)及功能理解得不深不透，這些改動(dòng)帶來了仿馬利塔邊層填料損壞，熱力性能下降、出力降低的問題。國(guó)內(nèi)此類塔經(jīng)過測(cè)試，其出力明顯低于設(shè)計(jì)值(見表1)^[2，3，4]。

　　我廠冷卻塔雖沒經(jīng)過測(cè)試，但在實(shí)際運(yùn)行中，對(duì)這一問題體會(huì)也非常深。邊層填料更換后，幾個(gè)月的時(shí)間就會(huì)全部破壞。不僅塔的冷卻能力下降，而且產(chǎn)生大量塑料碎片，隨循環(huán)水進(jìn)入換熱器、堵塞水流通道，影響水的流動(dòng)。因此，這一問題必須解決。
　　本文對(duì)仿馬利塔邊層填料的損壞原因進(jìn)行了探討，并根據(jù)國(guó)內(nèi)同類型冷卻塔的改造經(jīng)驗(yàn)，選擇了適合我廠冷卻塔改造的方案，使這一問題得到了較好的解決。

2 邊層填料損壞原因探討

　　馬利原塔與訪馬利塔的填料均選用M型改性PVC點(diǎn)滴填料。而馬利原塔的邊層填料損壞狀況與內(nèi)部填料基本一致，無明顯差別，均屬正常的老化損壞。滄州化肥廠的馬利原塔的填料經(jīng)過十多年使用，自然老化損壞，于1988年更換為國(guó)產(chǎn)M型填料后，使用也十分成功，基本與進(jìn)口填料相同。而國(guó)產(chǎn)M型填料在與我廠冷卻塔相類似的仿馬利塔上使用，則邊層填料損壞十分嚴(yán)重，損壞速度非?？?。這與在馬利原塔上的使用情況明顯不同。由此可以看出，邊層填料的損壞不是因?yàn)樘盍媳旧碓?，而是由于塔的結(jié)構(gòu)造成的，所以有必要對(duì)這兩種塔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行一下分析研究。
　　馬利原塔的塔體為木結(jié)構(gòu)，其制造精度較高，較容易實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思想，并且其百頁(yè)窗為波紋板，其波紋為水平方向(見圖1)。下落的水流沿百頁(yè)窗波紋板傾斜向下流動(dòng)。在流動(dòng)過程中，沖擊在水平的直波上，然后改變方向。這一過程在百頁(yè)窗波紋板上反復(fù)進(jìn)行(見圖2)^[1]。這種由波峰到波谷反復(fù)沖擊并反復(fù)改變方向的流動(dòng)起到了消能作用，減小了水流的沖擊力，使流速減慢，最終沿百頁(yè)窗垂直落下，而不會(huì)直沖向邊層的M型填料。所以邊層M型填料與內(nèi)部M型填料一樣，只承受正常淋水密度的沖擊力，不會(huì)快速損壞。當(dāng)然這種結(jié)構(gòu)不能解決不開風(fēng)機(jī)時(shí)百頁(yè)窗內(nèi)形成的水幕。因此，塔的邊層阻力依然很大，對(duì)塔進(jìn)風(fēng)量有影響。

　　而對(duì)仿馬利塔，其百頁(yè)窗為水泥澆鑄的平板，并且在百頁(yè)窗下設(shè)有橫梁(見圖3)。這種結(jié)構(gòu)使下落的水流沖擊到百頁(yè)窗平板后，改變流動(dòng)方向，沿百頁(yè)窗平板的平面，以與百頁(yè)窗平板相同的傾角，沖向邊層填料及百頁(yè)窗下的橫梁(見圖4)。由于冷卻塔本身具有12°的傾角，這一沖擊水流自上而下逐漸匯集增大，沖向M型填料。這自上而下逐漸增大的沖擊力人型填料無法承受而被沖擊損壞。因?yàn)榘夙?yè)窗下沿有一橫梁，下落水流部分沖擊在橫梁上，造成水流濺起、分散，而后擴(kuò)大影響區(qū)域落下，使邊層填料損壞的面積逐漸擴(kuò)大。

　　對(duì)于乙烯第二循環(huán)水冷卻塔的邊層填料損壞還有另一個(gè)特殊原因。因?yàn)槲覐SPVC裝置的冰機(jī)要求冷卻水溫度不能低于26℃。在冬季，循環(huán)水要滿足這一溫度必須停部分冷卻塔。由于塔的邊層與冷空氣直接接觸，由集水池上升的水汽至塔中、上部很容易凝結(jié)成冰，形成冰掛。隨著冰掛的逐漸長(zhǎng)大重量增加，將邊層填料墜塌，且繼續(xù)下落，砸塌下層的邊層填料。直至冰掛破碎，沖擊力基本消失為止。

3 改造方案的探討

　　從以上討論得知，造成邊層填料嚴(yán)重?fù)p壞的主要原因是百頁(yè)窗無消能作用，使百頁(yè)窗匯集的巨大水流以較高的流速?zèng)_擊邊層M型填料，超過了M型填料的耐沖擊強(qiáng)度所致。因而，改造只能從以下三個(gè)方面采取措施：
3.1 增加消能裝置，減小水流的沖擊力
　　這一方案對(duì)于新塔設(shè)計(jì)建造是可取的。但對(duì)于老塔改造，在已有的平板百頁(yè)窗上增加波紋，是很難實(shí)現(xiàn)的。即使能夠?qū)崿F(xiàn)、仍然解決不了邊層水幕引起的進(jìn)風(fēng)口阻力增大及冬天掛冰砸壞填料的問題。而邊層巨大的水幕會(huì)大大地降低進(jìn)塔空氣量，同樣會(huì)降低塔的熱力性能。所以這一方案不宜采用。
3.2 減小邊層水量，減小水流沖擊力
　　此方法容易實(shí)現(xiàn)。齊魯公司的第二化肥廠和橡膠廠采用過此方案改造訪馬利塔。具體方法是堵死布水槽邊層3至5排布水孔。由于仿馬利塔的傾角，這一方案只能使水幕有所減輕，但不能消除。同樣，邊層填料的損壞有所減輕，但不能避免。同時(shí)由于邊層布水孔堵死，減小了塔的淋水面積，降低了塔的熱交換能力。這一點(diǎn)已被丁苯橡膠循環(huán)水冷卻塔改造測(cè)試結(jié)果所證實(shí)。并且由于布水孔減少，布水阻力增大，布水槽液位升高，容易造成布水槽溢流，大量水從邊層溢流，邊層局部的水量反而增大。這部分邊層填料損壞速度更快。
3.3 增加過層填料的強(qiáng)度
　　第三方案可以通過邊層安裝薄膜填料，即所謂冷卻塔的點(diǎn)滴一薄膜填料混裝來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)楸∧ぬ盍系膹?qiáng)度較高，可承受的淋水密度大，所以薄膜填料不會(huì)因淋水密度大而沖擊損壞。這一改造方案已經(jīng)應(yīng)用于許多仿馬利塔的改造中，改造的測(cè)試結(jié)果以及實(shí)際運(yùn)行證明，改造十分成功，較好地解決了邊層填料破損問題，塔的出力提高很大(見表2)^{[2，3，4]}。同時(shí)對(duì)馬利原塔存在的一些缺陷也解決得較好。所以我廠循環(huán)水冷卻塔采用此方案進(jìn)行了改造。收到了較好的效果。

　　注：改造前為全點(diǎn)滴填料塔，改造后為點(diǎn)滴—薄膜混裝塔，以下表與此相同。
　　點(diǎn)滴一薄膜混裝的具體方案就是塔的里層仍然為點(diǎn)滴填料粒型點(diǎn)滴板)，邊層用PVC薄膜填料取代PVC點(diǎn)滴填料，并且薄膜填料的徑深分別為1m、0.8m、0.6m三種(可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整)，自上而下排布(見圖5)。

　　點(diǎn)滴填料與薄膜填料在設(shè)計(jì)選用時(shí)，傳統(tǒng)觀念歷來是兩種填料獨(dú)立使用。在實(shí)際使用中，由于兩種填料結(jié)構(gòu)的不同而各有所長(zhǎng)，各有所短。點(diǎn)滴填料具有填料用量少、安裝體積大、風(fēng)阻小、不易堵塞和結(jié)垢的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有邊層易損壞、配風(fēng)不均勻、容積散質(zhì)系數(shù)低的缺點(diǎn)。而薄膜填料具有占地小、能承受較大沖擊力、熱力特性好的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具有費(fèi)用高、易堵塞、風(fēng)阻大的缺點(diǎn)。根據(jù)這兩種填料的特點(diǎn)，將其結(jié)合起來，巧妙地進(jìn)行混裝，能夠較好地用其之長(zhǎng)，避其之短。使仿馬利塔發(fā)揮其最佳冷卻效果，較好地克服了原設(shè)計(jì)的一些缺陷，解決了以下幾個(gè)問題：
4.1 改善了整塔的風(fēng)阻，使配風(fēng)均勻。
　　在仿馬利塔中，空氣流動(dòng)路線上部短、下部長(zhǎng)(見圖6)，且邊層水幕自上而下越來越密，所以進(jìn)風(fēng)阻力自上而下逐漸增大，風(fēng)量逐漸減少。

　　由于水幕的阻擋，也造成了仿馬利塔邊層阻力不合理地增大，減少了風(fēng)量，使整塔的熱力性能下降。
　　薄膜填料本身阻力較點(diǎn)滴填料大，邊層安裝上、中、下不同尺寸的薄膜填料，有利于改善塔的配風(fēng)均勻性。
　　由于邊層的薄膜填料能有效地將邊層水幕分隔成大量微型通道，減小了水幕對(duì)進(jìn)塔空氣的阻力，增大了進(jìn)風(fēng)量，這可以從采用此方案改造塔的測(cè)試中得到證實(shí)(見表3)^[2，3]。

4.2 解決邊層填料損壞問題。
　　薄膜填料具有很好的耐沖擊能力，并具有良好的消能作用，所以能承受較大的淋水密度。將其安裝在邊層，自上而下的大密度淋水不能將其沖擊壞。山西化肥廠采用此方案改造的冷卻塔已運(yùn)行7a，仍完好無損。邊層薄膜填料不僅自身不會(huì)被水沖擊壞，而且還做為一道堅(jiān)固的屏障，保護(hù)著里層的填料，避免外界因素造成的損壞。從而保證整塔的熱力性能。
　　對(duì)冬季停塔水汽上升凝結(jié)成冰造成邊層填料損壞的問題也較好地得到解決。因?yàn)楸∧ぬ盍峡沙惺艿闹亓看?，冰無法將其砸壞。即使冰融化時(shí)，會(huì)被間距很小的下層薄膜填料接住，而緩慢融化，不會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊力，對(duì)填料無破壞作用。
4.3 提高冷卻塔的熱力性能。
　　薄膜填料具有良好的冷卻能力，在相同工況下，其容積散質(zhì)系數(shù)比點(diǎn)滴填料高約一倍。在淋水密度大的情況下，能較好地發(fā)揮出薄膜填料優(yōu)良的冷卻能力。我廠仿馬利的邊層恰好淋水密度較內(nèi)層大得多。這對(duì)提高全塔的容積散質(zhì)系數(shù)極為有利(見表4)^[2，3]。

5 結(jié)語

　　 采用點(diǎn)滴一薄膜填料混裝改造仿馬利塔達(dá)到了以下效果：
　　 ①塔配風(fēng)均勻、進(jìn)風(fēng)阻力減??；
　　 ③邊層填料不會(huì)被沖擊損壞冰掛墜塌；
　　 ③提高了冷卻塔的熱力性能。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：
　　欒明華(1964－)，男，漢，工程師。
　　隋風(fēng)秋(1961－)，男，漢，高級(jí)工程師。