（化学工程专业论文）凉水塔技术研究与应用.pdf

大连理t 火学专业学位硕十学位论文 摘要 凉水塔作为循环水的冷却装置，被广泛应用于化工、石油化工、电力等工业部门。 7 0 年代起，许多科研、设计和生产单位对凉水塔的塔型、填料、配水、收水器以及风扇 等做了大量的技术研究和丌发工作，取得了一些成果，有力地推动了凉水塔技术的发展 和应用。目前，围绕提高凉水塔的冷却效率，降低工程造价，节水，节能等课题研究， 逐步成为人们关注和研究的焦点。 近年来，随着中国石油化工的迅猛发展，中石油辽阳石化分公司呈现出蓬勃发展的 势头，并已取得了长足的进步。辽阳石化分公司为把企业建设成为一个集“油、化、纤 于一体的特大型石油化工化纤联合生产企业，对其原有的四条主要生产线进行大规模投 资扩建和改造，以满足新形势下的生产和销售需求。辽阳石化分公司烯烃厂年产2 0 万 吨乙二醇改造项目就是其中一项，为满足此改造项目，需要新增加冷却循环水用量。本 文对9 3 1 5 0 工段凉水塔进行技术研究和改造，在维持原塔体结构基本不变的情况下， 增加了冷却循环水量。 本文对凉水塔循环水系统的应用和改造进行可行性论证，重点分析研究了其主要组 成部件，如填料、配水系统、收水器、风筒、风机等的性能和特点，通过热力学和动力 学计算，确定了凉水塔的各种性能参数和运行参数，确定了经济合理的冷却塔改造方案， 在不改变原凉水塔基础的情况下，增加了凉水塔处理循环冷却水的能力。本文研究开发 的凉水塔技术改造方案，已经在辽阳石化分公司公用工程装置中得以成功的应用，不但 很好地解决了生产实际需要，也实现了降低能耗、减少污水排放量的要求，具有良好的 经济效益和社会效益。 关键词：凉水塔；填料；风机；收水器 凉水塔技术研究与应用 r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no nt h et e c h n o l o g yo ft h ec o o l i n gt o w e r a b s tr a c t c o o l i n gt o w e rh a sb e e nw i d e l yu s e di nc h e m i c a le n g i n e e r i n g ，p e t r o l c h e m i c a li n d u s t r y a n de l e c t r i c a ld e p a r t m e n ta st h ec o o l i n gs y s t e mo fr e c y c l i n gw a t e r i n19 7 0 s ，m a n yr e s e a r c h e s h a v eb e e nd o n eo nt h et o w e rc o n s t r u c t i o n ，s t a f f i n g ，w a t e rs p r e a d i n gs y s t e m ，w a t e rc o l l e c t i n g s y s t e ma n df a ns y s t e m ，a n ds o m ea c h i e v e m e n t sh a v eb e e no b t a i n e d ，w h i c hp r o m o t e dt h e d e v e l o p m e n to ft h ec o o l i n gt o w e rt e c h n o l o g y a tp r e s e n t ，h o wt of u l f i l lt h ea i mo fe n e r g y c o n s e r v a t i o na n dh o wt oe n h a n c et h ec o o l i n ge f f i c i e n c ya r eb e c o m i n gt h em a i nt a r g e to ft h e r e s e a r c h a st h e d e v e l o p m e n to ft h ep e t r o l e u mi n d u s t r y w i t h i n c h i n a ，l i a o y a n gr e f i n e r y c o m p a n yi sd e v e l o p i n gv e r yf a s ta n dt h e r ei sad i s t i n c ti m p r o v e m e n t i no r d e rt ob u i l dal a r g e p e t r o c h e m i c a lf i b e re n t e r p r i s ew i t h o i l ，c h e m i c a la n df i b e r jo i n tp r o d u c t i o n s ，l i a o y a n g r e f i n e r yc o m p a n yi se n l a r g i n gt h ep r o d u c t i o nl i n e s a m o n ga l lt h o s ep r o je c t s ，t h e2m i l l i o n t o n sp r o d u c t i o nl i n eo fe t h y l e n eg l y c o lm o n o b u t y le t h e rn e e dt oi n c r e a s et h en e e do ft h e r e c y c l i n gc o o l i n gw a t e r t h et e c h n o l o g yi n n o v a t i o no ft h en u m b e r o f9 3 10 5c o o l i n gt o w e ri s d i s c u s s e di nt h i sp a p e r t h er e s u l ts h o w st h a tt h er e c y c l i n gc o o l i n gw a t e ri si n c r e a s e du n d e r n oc h a n g eo ft h eb a s i cc o n s t r u c t i o n so ft h ec o o l i n gt o w e r t h ep a p e rm a i n l yd e m o n s t r a t e st h ef e a s i b i l i t yo ft h er e f o r m a t i o na n da p p l i c a t i o no ft h e c o o l i n gt o w e r t h ep a r a m e t e r so ft h ec o o l i n gt o w e r , s u c ha sf i l l i n g s ，w a t e rs p r e a d i n gs y s t e m ， w a t e rc o l l e c t i n gs y s t e m ，r a ma n da i rp u m p sa r ei n v e s t i g a t e db yu s i n gt h et h e r m a la n d d y n a m i cc a l c u l a t i o n t h e c h a r a c t e ra n do p e r a t i o np a r a m e t e r so ft h ec o o l i n gt o w e ra r e c o n f i r m e d ，a n dt h e n t h er e c o n s t r u c t i o ns c h e m eo ft h ec o o l i n gt o w e ri s e c o n o m i c a l l y d e t e r m i n e d i nt h ec o n d i t i o nt h a tt h eo r i g i n a lc o o l i n gt o w e rb a s ei sn oc h a n g e d ，t h eo p e r a t i o n c a p a b i l i t yo ft h er e c y c l i n gw a t e ri si n c r e a s e d t h ei n n o v a t i o np r o j e c ti nt h i sp a p e rh a sb e e n a p p l i e ds u c c e s s f u l l yi nt h ee q u i p m e n to ft h ep u b l i ce n g i n e e r i n gs y s t e mi nl i a o y a n gr e f i n e r y c o m p a n y a f t e rt h ea p p l i c a t i o n o ft h er e f o r m e d c o o l i n g t o w e rs y s t e m ，t h e e n e r g y c o n s u m p t i o ni sg r e a t l yr e d u c e d ，a n dw a t e rc o n s u m p t i o ni s l o w e r e d s ot h ep r o g r a mi s m e a n i n g f u lt ot h eo l dc o o l i n gt o w e rs y s t e mr e f o r m a t i o n k e yw o r d s ：c o o l i n gt o w e r ；f i l l i n g ；a i rp u m p ：w a t e rc o l l e c t o r 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：盔! 垫竖遮苤盛盗当筐国 一 作者签名： 砼垒。生因日期：型4 年z _ 月l 日 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：2 盏坐坐主墓垄歪五盔当幽 作者签名： 导师签名： 日期：丝幽年l 月卫日 日期：垒幽年- 7 - - 月j l 日 人连理i ：人学专业学位硕+ 学位论文 1绪论 1 1 文献综述 蒸气式冷却技术可追溯到古代，那时河流，海洋，湖泊和池塘等等都是作为供水手 段被利用。由于过去年代工业活动有限，加之水源丰富，冷水被用一回就排放掉那是无 可非议的。在厂址选择中，当考虑地理配置时，总是要利用巨大池塘或沟渠来贮存，冷 却，再循环或排放工艺用水。这样做就需要占地面积很大。为了少占有效面积，在贮水 池中装设喷雾系统使池水充气，同时依靠水在大气中被喷成雾状而产生更大表面面积， 以加快冷却。早期发明的这一喷雾法，就不再依赖池水顶层表面的蒸发及显热交换。 凉水塔技术是项合逻辑的发明，是当时曾发现采用在箱内朝下而不是朝上喷雾方式， 就能降低温度。这一观察以后不久，就在设计中引入根据空气动力学为原理的风扇或气 动推进器。 随着对水冷却方面机械力学及流体动力学的更完臻理解，再设计中添加填料材料以 减慢水滴重力沉降速度，并提供空气一水两相更大的接触界面面积，解决较难冷却问题。 在现代，每项技术都这样那样地获得利用。 凉水塔技术已经极为普遍，因为主要采用的仍是大气冷却法。不过，这些现代设计 比起早期原型确有天壤之别。 凉水塔目前作为冷却循环水的目的被广泛应用于工业- 。通过水与空气的直接 接触已达到冷却目的的凉水塔在供热通风与空调工程中是十分有效和经济的9 1 。在石 油化工，电力等工业部门应用也十分广泛。7 0 年代起许多科研、设计，生产等单位，对 凉水塔的塔型，填料，配水，收水以及风扇等做了大量研究，取得不少成果，有力地推 动了凉水塔技术的发展。提高凉水塔的冷却效率，降低工程造价，节水，节能，成为人 们关注和研究的主题。0 1 淋水填料是凉水塔进行热交换的主要部件。填料性能的好坏直 接关系到冷却效果。填料由5 0 年代木质改为目自仃玻璃钢及塑料制作，这样不仅填料表面 积、强度方面得到了很大提高，而且价格非常便宜；配水喷头材料也由a b s 塑料制作， 强度高，寿命长，并且喷溅均匀，水滴适中，早期的杯式喷头已由目前反射型、三溅式 等多层喷头代替；风筒已由混凝土风筒向玻璃钢节能型风筒转变，目f j 主要有优角风筒、 迥转型等风筒。其特点是高效节能，整体强度高，经久耐用，外型美观：收水器目前主 要由德国g e a 公司和美国马利公司生产的比较先进，其特点主要具有比较大的表面积， 收水效率高，阻力小。今后凉水塔其发展还主要在提高凉水塔的冷却效率，降低工程造 价、节水、节电等方向发展。 凉水塔技术研究与应川 1 2 本文的理论意义和应用价值 本文通过热力学计算，空气动力学计算，计算出冷却塔的实际冷却能力，使所学理 论与工作实际问题相结合，解决现场实际问题，根据需要在原塔基础不变的条件下对塔 的填料、风扇、收水器、布水器、电机、风筒等进行重新调整设定，筛选出一个经济合 理的冷却塔改造方案。这样，不但不需要占地，另建一套循环水设施就满足了处理量增 加的要求。在冷却塔供水能力提高3 5 0 0 t h 的基础上，风机电单耗由0 0 6 3 5 k w h t 降为 0 0 5 1 0 k w h t 。此工段可以使冷却水重复利用，减少了辽阳石化分公司污水的排放，符 合国家构建节约社会的政策，对社会环境的改善，为下一代子孙造福，为辽阳石化分公 司进行“第三次创业”，按照公司“十一五 发展规划实现“打造中国大型石化基地为 目标的新构想”打下良好的基础。 1 3 本文研究思路和结构安排 本文研究思路是：通过对国内外凉水塔的发展及先进技术的调研，确定凉水塔需要 改造的项目内容，并通过热力学计算和空气动力学计算，所得出的理论结果与实际相结 合，筛选出一套经济合理的改造方案，并在实际生产中加以实施，解决现场实际问题。 图1 1 论文研究路线 f i g i 1t h er o u t eo fr e s e a r c hi nt h ep a p e r 人连理r ：人学专业学位硕士学位论文 本文的结构安排：整篇论文共分五部分。 第一章：绪论 介绍了凉水塔的发展历史和目f j 状况，阐述了凉水塔改造的意义，以及本文的研究 思路和结构安排。 第二章：凉水塔改造的可行性分析 介绍了原凉水塔工况。详细论述了凉水塔改造的可行性分析。阐述了凉水塔的工作 原理，并分析了其主要组成设备：填料、配水系统、收水器、风筒和风机。得出调研结 论，确定所选设备，技术。 第三章：凉水塔改造的热力计算 通过计算确定冷却塔的工作气水比；确定冷却塔风机的进塔空气量；冷却塔的实际 冷却能力；比较实际冷却水量和设计水量，以确定塔的尺寸、填料和风机型号；根据风 机轴功率选择适当功率的电机。筛选出一个经济合理的冷却塔方案。 第四章：凉水塔改造前后设备，性能对照及改造后节能减排效果 通过改造前后设备，性能对照表，形象地说明了所确定的改造方案的合理性，并阐 述了节能减排效果的实际意义。 第五章：结论 通过理论与实际相结合，找到了一套合理，有效的方案，解决了现场生产的实际问 题，达到了改造目的。 凉水塔技术研究与应川 2 凉水塔改造的可行性分析 2 1 原凉水塔的工况及改造目的： 烯烃厂是辽阳石化分公司主体生产厂之一，主要生产装置有：蒸汽裂解、聚乙烯、 聚丙烯、环氧乙烷，乙二醇装置等。 该厂9 3 1 5 0 工段是烯烃厂公用工程配套设施。循环水量的设计能力1 1 5 0 0 m 3 h ，有 四座循环冷却塔e 1 5 1 ，e 1 5 2 ，e 1 5 3 ，e 1 5 4 ，其中e 1 5 1 ，e 1 5 2 ，e 1 5 3 每座的循环水量为3 0 0 0 m 3 h ，e 1 5 4 的循环水量为2 5 0 0m 3 h ：凉水塔风筒为混凝土工业风筒：风机为三叶，四叶 风机；填料为国产填料；进塔水温为4 2 。c ，出水温度为3 2 。c 。 本文研究的是：由于乙二醇改造后需增加循环水量3 5 0 0 t h ，9 3 1 5 0 工段现有实际 供水能力只有l1 0 0 0t h 循环水，满足不了乙二醇改造后增加的循环水量要求，只能在现 有凉水塔的基础上进行挖潜改造，解决乙二醇改造需要循环水的问题。这样，通过扩能 改造可以节约能源，使水可以重复利用，既可以达到满足生产实际，又符合社会发展方 向。 2 2 气象、水文、地质等自然条件 表2 1 气象、水文、地质等自然条件 t a b 2 1n a t u r a lc o n diti o n so ft h ep h e n o m e n a ，h y d r o l o g ya n dg e o l o g y 项目名称内容 年平均气温8 1 4 。c ； 极端最高气温3 8 。c ； 1 气温 极端最低气温气温- 3 3 7 。c ； 最热月平均气温2 4 8 。c ； 最冷月平均气温- 1 2 8c 平均相对湿度6 3 2 湿度月平均最高相对湿度8 5 月平均最低相对湿度3 9 乎均人气压1 0 1 4 3 m b a r 3 气压极端最高人气压1 0 4 3 7 m b a r 极端最低人气压9 8 0 4 m b a r 人连理i ：人学专业学位硕十学位论文 全年主导风向北、东南、西南 冬季主导风向北；夏季主导风向南、东南 4 风速和风向年平均风速2 9 m s l o 分钟最大风速( 结构设计风速) 2 9 6 5 m s 基本风压值：高度在3 0 m 以下建筑物0 5 5 l ( n m 2 年平均降雨颦7 3 7 1 m m 月最人降雨量4 5 0 9 m m 5 降雨颦 日最人降雨量1 5 6 9 m m 一小时最人降雨鼙7 7 1 m m 年最人积雪深度3 3 m m 6雪载 基本雪压0 4 k n m 2 7 雷电日数2 3 天 年平均冻十深度9 5 3 a m 8冻十最大冻十深度1 2 6 c m 标准冻_ 七烈度1 1 5 c m 9 地震设防烈度7 度 1 0地温地面下0 7 1 o m 深度处最热日平均地温为2 0 7 2 3凉水塔工作原理： 凉水塔操作是以蒸发冷凝和显热交换为基础，温度不同的两股流体( 在凉水塔情形 下为空气和水) 混合时便放出蒸发潜热，引起较热流体( 水) 发生冷却，这种冷却效应 是借一部分液体变成汽念因而放出蒸发潜热来实现。凉水塔操作中，当温度接触较冷空 气时，空气把水冷却，故空气温度上升，因空气从水中获得显热。在塔内所传递热量中， 显热约占2 5 ，它和蒸发时放出汽化潜热达到的冷却现象是保持平衡的。简单的说，凉 水塔也就是把热量从一物质传递给另一物质的装置。 对于工业凉水塔更贴切的描述：凉水塔是化工过程热量排放的解决方法，或对压缩 设备产生热恶化地改f 。凉水塔把热量由a 处搬至b 处，最终排入大气。 凉水塔技术研究与应用 正常操作时，连续不断循环着的水从冷冻压缩机或工艺换热器吸夺馀热，热水被泵 输送至塔，尔后越过凉水塔落下。蒸发作用除掉水中热量并传给空气。热的湿空气则由 风扇气管排走，被冷却了的凉水回归压缩机或换热器再次吸热。 这个传热过程涉及蒸发和对流两种原理。靠蒸发兼对流而进行的传热速率将随空气一 水界面面积，相对流速，接触时间以及冷却范围增加而增加。塔填料是用来扩充界面表 面面积的，塔排气管或风扇将产生空气对水相对运动，接触时间是和塔尺寸有关。这三 因素将决定塔的设计。 一座凉水塔发挥功效的能力是用它使凉水温度接近于周围空气湿球温度的差距来衡 量。湿球温度愈低( 这情况说明空气被冷却，湿度下降，或者空气既被冷却同时湿度又 下降) ，水出塔时就愈凉。水出塔温度总不可能低于空气入塔温度。实际水最终出塔温 度总要比湿球温度高若干度。 2 4 凉水塔工艺流程图： 人迕理i ：人学专业学位硕十学位论文 风筒 进水 出水 l ，r 图2 1 烯烃厂9 3 1 5 0j f 段凉水塔原。r ：艺流程图 f i g 2 1t h ef o r m e rp r o c e s sd i a g r a mo f9 3 1 5 0c o o li n gt o w e r 本方案采用原处理工艺流程不变，改造后仍为逆流式机械通风冷却塔，进水由泵打 入到配水设施，布水器中，下流穿过填料区，进入循环水池中，再经过管道，水泵，打 到全厂循环水管道中。空气被风机吸入塔底，然后垂直上升穿过填料而运动，在流体一 流体发生混合过程，空气和水互成逆流，空气再经过配水系统，除水器，风筒排入大气。 凉水塔技术研究与应用 2 5 填料 针对原工艺流程及整体基础不变，我们考虑对原凉水塔主要部件填料进行改造，更 换。填料的作用是在最小风压损失范围内产生尽可能多的气一水界面接触面积 。填料 性能的好坏直接关系到冷却效果。针对工程具体情况，认真选择填料是很重要的。 2 5 1基本原理 填料选择的基本原则应包括下述几点：n 3 ( 1 )单位体积的填料表面积要大，散热性能好； ( 2 ) 填料型式应有利于水流速度缓慢、通风阻力小； ( 3 )填料表面不宜太光滑，亲水性能要好： ( 4 )应根据水质选择不同的片间距或孔径 ( 5 )填料片强度大、整体性能好，便于组装和安装： ( 6 )耐用、便宜。 2 5 2 分析 原装置填料为国产斜折波填料，此填料的主要特点是整体刚性好，耐用；可适用稍 差的水质，表面光滑，亲水性差，冷却能力较低。单位体积填料质量大，价格比较高。 9 0 年代以来，p v c 材质的填料发展较快。1 9 9 2 年一1 9 9 3 年水力电力科学研究院受电力部 委托，将当时市场上的2 0 多种p v c 填料归纳为1 2 种，填料高度均取1m ，在相同的试验条 件下进行性能测定，这次测定结果具有可比性，为征确选择薄膜填料提供了科学依据。 表2 2 列出了有关的几种填料的试验结果及数据。 人连理l 人学专业学位硕士学位论文 表2 2 几种淋水填料的性能 t a b 2 2t h ep e r f o r m a n c eo fs o m ek i n d so ft h es p o u tf illi n g s 填料名称冷却数n 淋水密度q = l o m 3 m2 时 每立方米组装体 1 i i 川风速下阻力p a n m 3 每米长片数 质量k g 2 5 m 2 2 m s 斜双梯波1 7 4 o “7 55 93 32 2 双斜波 1 7 8 入“”7 0 5 53 22 2 5 5 梯形斜波 1 7 0 入“6 45 03 02 0 5 s 波1 6 9 凡0 6 75 74 43 22 l - 2 双向波1 5 4 入“”4 53 44 22 3 从表2 2 可以看出，斜折波填料的热力性能最好，通风阻力也比较适合于机械通 风凉水塔上使用。 2 5 3 对比： 对沧州冷却塔分公司t x 复合波填料和海鸥公司自主研发的t x i i 型双梯波填料进 行调研。 2 5 3 1t x 复合波填料 该填料是美国马利厂家提供的填料。2 # 和4 # 塔，采用t x 复合波高性能冷却填料， 安装高度为1 5 m ( 每层0 5 米高，共3 层) ，片厚0 4 0 0 5 m m ，单片长度1 0 0 0 m m 。该 填料由配方独特的橡塑合金改性p v c 制成，一次料，无再生料，不含增塑剂，使用年限 比普通p v c 填料长2 3 倍，填料为单元块体，基片设计，是散热性、导风性、滞水性、 抗淤性的综合优化，抗冲击强度大，耐老化，机械强度高，防淤塞，抗粘泥，比表面积大， 散质系数高，质轻强韧，耐大淋水密度冲击，不脆裂不变形。填料安装无通天缝隙，填 料与塔壁、梁柱之间挤紧添满，无壁流。该填料理化性能优异，密度小于1 5 5 9 c m 3 ，沸 水中纵向尺寸收缩率5 ，吸水率0 1 5 ，常温拉伸强度( 纵横向) 1 4 2 2 m p a ，氧指 数3 0 ，常温断裂伸长率纵向5 0 ，横向3 5 ，变形温度6 5 ，抗压强度3 6 0 k g f | ， 凉水塔技术研究与应h ! j ( 1 ) t x 复合波填料进行性能试验及计算 试验规格 填料片规格：t x 波成型片1 0 0 0 m m * 5 0 0 m m 组装方式：粘接，分三层交错排放 填料组装高度：1 5 m 质量重量：2 2 k g m 3 试样数量：8 4 片1 5 m 3 试验装置 试验塔： 试验塔系钢结构，塔高1 3 3 m ，塔体试验段外壁截面积为1 2 m * 1 2 m ，该塔试验段为 一加层，内壁截面积为1 o m * 1 o m 。塔内采用压力配水，由5 根巾5 0 m m 钢管组成，每根 管底部开一排由7 m m 孔，每个配水管下面均有宽5 0 m m 的溅水板，喷洒的水滴由溅水板溅 丌。配水管上部装有除水器。试验塔尾冷高度4 8 m ，塔体两面迸风，进风口设在集水盘 上部。 循环水泵： 循环水泵为3 8 a - 9 型，流量4 5 m ：h ；扬程3 2 6 m ，配用电机功率7 5 k w ：转速2 9 0 0 r m i n 。 离心式鼓风机： 离心式鼓风机为g 4 - 7 3 - 11 型，风量4 4 8 0 0 m 3 h ：全压2 6 1 8 p a ，配用电机功率3 7 k w ， 转速1 4 5 0 r m i n 。 卧式热交换器： 卧式热交换器内由巾2 5 m m 紫铜管组成，蒸汽在热交换器内加热铜管内的冷却水，蒸 汽凝结水由热交换器底部疏水到试验塔底部水箱。 空气调温室： 调节进塔空气的温度，湿度。 试验塔系统流程： 冷却水经吸水管进入水泵，经卧式热交换器升温，通过测流装置进入试验塔配水管， 喷淋后的热水溅落在淋水填料上，经淋水填料冷却后落到集水盘上，由集水盘汇入塔底 部水箱。空气经调温室，调湿后进入鼓风机，通过测速装置进入实验塔内，经淋水填料， 配水装置，除水器排入大气。 主要参数测量和试验工况 人迕理l ：人学专业学位硕士学位论文 主要参数测量： a 进塔干，湿球温度，出塔干，湿球温度，进塔水温度，出塔水温度均采用p t 一1 0 0 型测温探头测量，仪表分辨率0 0 1 ，测量误差不大于o 2 。 b 大气压力采用d y m 型空盒式大气压力表测量，仪表量程8 0 0 - 1 0 6 4 h p a ，分辨率l h p a ， 测量误差不大于2 h p a 。 c 进塔风量采用皮托管和u 形管差压计测量，皮托管安装管道直径3 0 0 m m ，皮托管 系数o 9 9 ，差压计量程1 0 0 0 0 p a ，分辨率l o p a 。 d 进塔水量采用流量孑l 板和差压计测量，孔板为标准孔板，用容积法测量出流量值 后，相应读出差压计的指示值，以此编制流量与差压关系，差压计内介质为汞。 e 淋水填料阻力采用全压管和d j m 型补偿式微压计测量，在淋水填料上，下部各布 置三根全压管并引压至联箱，由联箱引出全压到补偿式微压计，补偿式微压计量程 0 - 1 5 0 0 p a ，测量误差不大于0 8 p a 。 试验工况范围： 大气压力：9 8 0 h p a 9 7 8h p a ： 干球温度：3 0 7 5 一2 6 2 9 ： 湿球温度：2 5 9 4 一2 4 5 l ： 淋水密度：1 4 o o t ( m 2 h ) 一6 0 6 t ( m 2 h ) ： 填料处风速：2 2 6 m s 一0 9 0 m s ： 进塔水温：4 4 7 9 一3 9 5 0 出塔水温：3 5 3 6 - - 2 7 6 6 计算有效工况点为1 5 个 综合效果计算 气象条件：进塔干球温度o 。= 2 9 8 进塔湿球温度t = 2 6 5 相对湿度由。= 7 6 大气压力e = 9 9 9 9 2 h p a 冷却塔参数：冷却塔面积f a ，= 4 5 0 0 m m 2 冷却塔总高度h = 1 0 5 m 冷却塔有效高度h ，= 9 7 2 m 进风口高度h 。= 7 8 m 凉水塔技术研究与廊悄 计算公式 a 冷却数 淋水面积与出口面积之比d i - 2 5 冷却水温差及淋水密度：淋水密度p = 6 5t ( m z h ) 水温差t = 8 2 计算结果：出塔水温t 2 - 3 1 7 9 。c 填料处风速v 。，= 0 9 7 m s q ：三c 却：一c w a ti 一1 + 三+ 三+ 三+ 三+ - + 三+ 土+ 上) k 点h h 3 k n 、a h o扬| f 2 2 缟玩吃一2吃一l ( 2 1 ) 式中：q 一冷却数： c w 一水的比热，k j ( k g ) ： h 一饱和空气与湿空气的焓差k j k g 用最小二乘法有效工况点的冷却数整理成如下形式： q = a 2 ” 式中：a 试验系数 入气水比 m 试验指数 b 容积散质系数 k 口：鲤 式中：k 一容积散质系数，k g ( m 3 h ) q w 进塔水流量k g h v 淋水填料体积 r r l 3 同理，用最小二乘法有效工况点的冷却数整理成如下形式： ( 2 2 ) ( 2 3 ) 人连理上大学专业学位硕士学位论文 k a = b o g ”q ” 试中：b o - - - 试验系数 g 一通风密度，k g ( m 2 s ) q 淋水密度，t ( m 2 h ) c 淋水填料阻力 用最小二乘法将淋水填料阻力整理成如下形式： 卸| d 、= 9 8 1 埘鬻 式中：a p 淋水填料阻力 p ，一进塔空气密度， a 。试验阻力系数 嘴一淋水填料处平均风速 其中： 4 0 = a z q 2 + a y q + a z 27 g + m ，q + m ： 表2 3t x 斜波淋水填料热力性能试验数据汇总表 ( 2 4 ) ( 2 5 ) t a b 2 3t h e r m o e l e c t r i c a l l yp e r f o r m a n c et e s tc o l l e c td a t af o rt xo b l i q u e w a v ef i l l i n g 序大气压力十球温度湿球温度淋水密度 填料处进塔水温出塔温度 气水比 冷却数容积散质系数 号 ( h p a )( )( )( t ( m 2 h ) )风速( )( ) ( k g ( 1 1 1 3 h ) ) ( a s ) i9 8 02 7 4 62 4 5 i6 0 60 4 2 3 23 1 9 30 6 0 l l1 2 5 2 95 3 5 3 8 29 8 02 6 5 z2 5 1 26 0 6i 4 44 i 1 92 8 8 50 9 6 6 52 0 2 2 58 5 9 2 3 39 7 8：；0 7 52 5 9 46 0 62 2 64 4 2 02 7 6 61 4 9 0 22 8 0 5 61 1 8 9 3 2 49 8 02 7 4 22 4 6 47 9 9o 9 04 1 4 63 2 9 00 4 5 5 4i 2 0 6 26 8 1 4 0 2 59 8 02 6 2 92 4 7 87 9 91 4 4： 9 5 02 9 6 l0 7 3 3 i1 7 6 0 29 8 8 3 1 69 7 83 0 ( ) 02 5 d 07 9 42 2 64 4 7 928 4 51 1 ：3 9 42 3 4 4 61 3 0 5 5 3 79 8 02 7 4 82 5 5 ll o o io 9 04o 4 83 4 0 40 3 6 3 31 0 1 0 67 1 6 5 6 凉水塔技术研究与应用 89 8 0 2 6 7 5 2 5 1 71 0 o l1 4 44 1 0 03 1 2 9 0 5 8 4 3 1 5 7 1 8 1 1 0 8 6 6 99 7 82 8 9 2 2 5 0 7l o 0 l2 2 6 4 1 8 72 9 3 90 9 0 7 51 8 3 7 51 2 9 1 5 0 l o9 8 02 7 1 7 2 5 d 71 2 0 30 9 0 4 0 2 93 4 7 80 3 0 2 50 8 9 6 87 6 5 5 3 1 19 8 02 7 1 2 2 5 2 6 1 2 1 3 1 4 4 4 1 6 53 2 9 40 4 8 1 51 2 2 0 01 0 4 6 2 6 1 29 7 82 7 9 62 4 6 61 2 0 02 2 64 0 7 43 0 0 40 7 5 9 51 5 6 7 21 3 2 2 2 4 1 39 8 02 6 8 72 5 2 41 4 0 0o 9 04 0 3 93 5 3 60 2 6 0 40 8 6 1 48 5 6 0 8 1 49 8 02 7 8 52 5 6 51 4 o oi 4 4 4 2 2 ( ) ： ： 9 5 0 4 1 6 3 1 1 7 8 8 l l 鹄：i 7 1 5 9 8 0 2 7 5 72 4 5 21 4 0 02 2 6 4 0 5 8 ：“j 7 3 0 6 5 3 51 4 3 1 91 4 lo ( ；： i 0 一 毒， 气水比九 图2 2t x 斜波填料热力性能曲线图 f i g 2 2t h et h e r m o d y n a m i c a l l yp e r f o r m a n c ec u r v eo ft xo b l i q u e w a v ef i l l i n g 1 4 一 冷却数n 人连理j ：人学专业学位硕十学位论文 l o q 矽 l 斑邃v c p ( m s ) 图2 3t x 斜波填料阻力性能曲线图 f i 9 2 3t h er e s i s t a n c ep e r f o r m a n c ec u r v eo ft xo b li q u e w a v ef i l l i n g 小结 t x 复合波淋水填料热力及阻力性能 a 冷却数及容积散质系数 冷却数q = 2 0 5 入0 6 8 溶剂散质系数k a = 3 3 4 4 9 06 8 q o 3 3 b 阻力性能方程式 却| a = 9 8 1 a o v ： 式中：a 。= 0 0 0 0 2 q 2 + o 0 2 0 3 q + 0 8 9 6 8 聊o = - 0 0 0 0 5 q 2 + o 0 0 6 0 q + 2 0 l1 7 c 综合效果计算 一1 5 ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) 一l二1协誓v、婚盘一文l，蠕。飞凌 凉水塔技术研究麻 出塔水温t 。= 3 1 7 9 填料处风速v f o 9 7 m s 中国化学工程集团公司沧州冷却塔分公司的t x 复合波淋水填料，综合计算出塔水温 t 2 = 3 17 9 。c ，填料处风速v 。= 09 7 m s ，可供工业冷却塔选用。 2 5 3 2 t ) 【- 一1 1 型填料 淋水填料选用该公司自主研发的t x l i 型双梯波薄膜填料。该填料片采用全自动 真空吸塑成型，成型后的填料片更加均匀、美观，充分保证填料的力学性能和各项指标 均达到或超过国家电力行业标准。 特点1 高效低阻具有更大的比表面积，采用交错 粘结和交错组装成型的填料，在淋水时可有效延长水滴在填 料段的停留时日j ，水气热交换更加充分；与目前市场上广泛 应用的填料相比，在热工性能相当的前提下，该填料气流阻 力约低8 2 0 ； 特点2 ：选料考究填料原材料用该公司3 0 多年来 不断改进和更新的改性p v c 材质，使填料亲水憎油性能优越、 耐温差变化及耐糯热老化性能优异在6 5 条件下时不发生 ) l d i 变形，在一4 0 c 条件r 不破碎、不脆裂，在2 0 c 条件下 于i 0 0 次； 图24 职梯波薄膜填料 f i 9 24d o u b l e t r a p e z o i d m e m b r a n ef 1 1 l i n g 随机抽检，3 6 0 。折叠，大 特点3 ：组装块强度高填料片采用专用粘接剂粘接，粘接率不低于9 5 ，填 料块平压强度4 0 0 0 n 群，粘接2 4 小时后的剪切强度大于33 m p a 。 2 6配水系统 填料系统改造后，根据处理量增加，对相应的配水系统也应考虑改造。 2 6 1 基本原理 配水系统的功能在于把入塔热水均匀分配在填料段表面上。 配水系统由配水管道、布水喷头等组成。配水管道设计压力应均衡，配水喷头 应喷溅均匀、水滴适中，所需进水压头要低。 大连理工大学专业学位硕十学位论文 2 6 2 分析： 由于改造后运行水量大幅提高，原配水管管线偏小，流速过高，配水均匀性被破坏， 因此需更换。目前，多采用多层流喷头，多层流喷头在喷洒状态、布置均匀性、结构 形式以及峰固性等方面都优于反射型。 多层流喷头具有下述特点： ( 1 ) 多层流喷头的溅散盘的支架与上部结构为整体注塑，溅散盘卡在四个吊杆之 间并与底架粘接成整体，不会脱落。 ( 2 ) 喷溅盘由一定角度的抛撒槽、抛撒槽间不同位置与角度的缝隙以及盘中间小 孔与下面的溅散体构成。水经喷溅后形成立体状多层水滴，提高了喷洒的均匀性。 ( 3 ) 设计有不同的上帽，可分别适用于逆流式冷却塔槽式配水、管式配水。横流 式冷却塔池式配水、管式配水，并考虑了与目前反射i i i 型喷头的互换性。 薄膜式填料与点滴式填料相比，水的再分配能力差，因此更要求配水的均匀性。 2 6 3对比 此次对沧州冷却塔分公司的配水系统与海鸥公司的配水系统进行调研。 2 6 3 1沧州冷却塔分公司的配水系统 采用机械强度高、内壁光滑、水压沿程损失小的f r p u p v c 材质管式环状配水系统， 均采用不锈钢材质悬吊件吊装，配水管之间的连接采用法兰连接，连接螺栓均为不锈钢 材质。配水支管配备稳压盒，配水喷头为a b s 材质蜗壳式多层流喷头，对水力负荷有较 大的适应性，配水均匀，应保证9 0 的喷头流量与平均流量偏差值5 ，其余1 0 的喷 头流量与平均流量偏差值1 0 。喷头出水口平面应处于整个配水系统的最低点，保证 配水系统具有自排功能，当系统停车时不会出现管道积水和泥垢积淀问题。喷头配有放 松锁紧装置。 2 6 3 2海鸥公司的配水系统 根据该公司多年来对大型工业冷却塔配水系统的研究和使用经验，本次采用全管式 配水系统，配水管线采用管式枝状对称布置，配水主管选用新型增强型u p v c 复合管材， 管材制造依据b s 3 5 0 5 w i s 4 3 卜0 6 英国压力管标准，喷头采用该公司专利产品三溅式 防松锁紧喷头( 专利号为9 524 4 3 1 9 8 ) 布水，喷溅方式为下喷。配水管安装采用支撑 与悬吊相结合的方法，悬吊件采用不锈钢带钢。 凉水塔技术研究与麻 特点1 ：专利喷头应用一该喷头具有布水均匀，设计 工作压头低( 喷头出口正常工作压力仅为061 l i i 。0 ) ，压 力适应范围广，不易堵塞等特点。由于其带有经特殊设计 的锁紧防松装置，可使其与布水管连接牢固不脱落，有 较强的抗冲击能力，保证配水系统长期安全运行。采用a b s 塑料一次注塑成型，在8 0 气温条件下不软化变形，强度 高，使用寿命长； 特点2 ：布水均匀一配水管线采用管式枝状对称布 局，通过采用变径、变坡、变喷头标高等综合措施，保 证喷头入口水压相同，确保整个配水系统配水的均匀性： 零 幽25 二溅式防松喷又 f 1 8 25 t h r e ed i r e c t i o n p r e v e n t i n gfx0 mi o o s es h 棚e z 特点3 ：操作弹性大一实塔测试表明：塔内不同位置喷头的布水流量偏差 5 ，系 统对水力负荷具有较高的适应性该系统在运行负荷达到1 3 0 时仍可正常工作，运行负 荷低至7 0 时整塔却水均匀性不受影响，太大提高了设备运行的安全性和可靠性； 特点4 ：免维护易保养设计中总配水管下方设有中l o o m m 出口，主管及支管下 部装有喷头，保证配水系统最低点均有泻水点，以防止设备停运时管道积水和运行时管 道污物沉淀，避免了配水管道进行人工清洗的麻烦。在浊度小于3 0 0 p p m 非粘性水质中能 全天候安全运行。喷头为一次