逆流式風(fēng)機冷卻塔冷卻效果不佳原因分析及處理

高永春 覃家忠

摘 要：簡要介紹廣西鋼鐵氣體廠2#40000Nm?/h制氧機組風(fēng)機冷卻塔結(jié)構(gòu)及工作原理，分析其冷卻效果不佳的原因，追根朔源，針對故障隱患及各影響因素采取了針對性的措施，顯著提高風(fēng)機冷卻塔冷卻能力，促進機組節(jié)能降耗。

關(guān)鍵詞：冷卻塔;冷卻效果;故障。

1、風(fēng)機冷卻塔簡介

2#40000Nm?/h制氧機組風(fēng)機冷卻塔為鋼筋混凝土框架逆流式冷卻塔，共設(shè)三臺風(fēng)機提供空氣流動的動力源。其冷卻原理是將機組冷卻回水均勻噴撒至散熱填料表面，散熱填料增大水滴與空氣的接觸面積和接觸時間，當(dāng)水滴和空氣接觸時，一方面由于空氣與熱水的直接傳熱，另一方面由于水蒸汽和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，利用蒸發(fā)吸熱的原理，將水中的熱量帶走，從而達到降溫的目的。經(jīng)冷卻后的水進入水池，利用循環(huán)水泵將其傳送至機組各冷卻器中吸收熱量，循環(huán)水經(jīng)換熱后再次回到冷卻塔冷卻，形成循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

2、故障現(xiàn)象

2#40000Nm?/h制氧機組投產(chǎn)運行一段時間后，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水供水溫度為28.6℃，而同期1#40000Nm?/h制氧機組循環(huán)水供水溫度僅為27.4℃。兩套機組的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)——逆流式風(fēng)機冷卻塔的結(jié)構(gòu)一樣，而供水溫度不同，初步判斷，循環(huán)水系統(tǒng)某個環(huán)節(jié)肯定出現(xiàn)了異常，設(shè)備冷卻效果不佳導(dǎo)致機組的能耗居高不下。

對主體設(shè)備進行檢查并未發(fā)現(xiàn)異常，停機之后進入冷卻塔內(nèi)部仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)：1.三臺冷卻塔內(nèi)部布水總管均有明顯下沉并且管托處管道受擠壓而破損;2.布水支管不再處于水平狀態(tài)，而是隨著主管的下沉呈現(xiàn)出與主管連接端低、末端高的狀態(tài);3.由于布水管下沉、布水不均勻，支管與主管連接端下方受水流沖擊大，部分填料已經(jīng)破損、變形。冷卻塔布水不均勻、填料受損是導(dǎo)致機組供水溫度偏高的直接原因。

3、布水主管下沉原因分析及處理

3.1 原因分析

布水管在冷卻塔內(nèi)部僅承受水及自重向下的力，設(shè)計已經(jīng)留有足夠裕量，并沒有大到可以迫使主管下沉并且破損的程度，而在冷卻塔外，布水主管與冷卻塔上水管法蘭連接，到現(xiàn)場查看后發(fā)現(xiàn)機組回水總管管托還未灌漿，并且支撐管道的是安裝時調(diào)整管道水平的H型鋼、槽鋼等，這些支撐件由于管道充滿水后重量倍增無法繼續(xù)支撐而變形，進而導(dǎo)致回水總管下沉，冷卻塔上水管隨著回水總管的下沉而下沉，進而對塔內(nèi)布水總管施加一個向下的力，這是導(dǎo)致布水總管、支管下沉的原因。系統(tǒng)上水前冷卻塔布水管處于水平狀態(tài)（如圖1），布水均勻，當(dāng)主管下沉?xí)r帶動支管向下變形，首尾兩端高度差為δ，這導(dǎo)致水流由A噴頭到D噴頭逐漸減?。ㄈ鐖D2），即布水系統(tǒng)無法均勻布水。長此以往不僅無法最大限度地發(fā)揮出冷卻塔的冷卻能力，導(dǎo)致機組能耗高，而且導(dǎo)致布水管在應(yīng)力的作用下進一步破損的概率大大增加。

3.2針對性處理措施

首先拆開上水管與布水主管連接法蘭，使塔內(nèi)管道處于自由狀態(tài)，然后將受損的布水主管修復(fù)，恢復(fù)布水主管、支管的水平度并可靠固定，再將回水總管頂起來，使上水管法蘭與布水主管法蘭重合，恢復(fù)法蘭連接，最后將回水主管各個管托灌漿，實現(xiàn)管托可靠支撐。進一步檢查確認(rèn)，更換塔內(nèi)變形、受損的填料，保證有效換熱面積。

4.其他潛在因素分析及處理

4.1回水總管撓度大

由于回水總管管托沒有位于各上水管的正下方，當(dāng)管托灌漿完成后，假設(shè)基礎(chǔ)無下沉，當(dāng)機組正常運行、管道充滿水后，各上水管處重量增大，向下作用于回水總管，會導(dǎo)致回水總管發(fā)生輕微變形，具體表現(xiàn)為各上水管下沉，雖然下沉量不大，但由于各連接處均為剛性連接，同樣會造成布水總管受管托擠壓而變形甚至破損。

現(xiàn)以一段回水總管（兩個支架A、C之間）做受力分析及撓度計算（如圖3），設(shè)該段回水總管長L，受上水管垂直向下的作用力F且F作用于A、C中點B處，管道撓度為ω，管道彎曲剛度EI為常數(shù)。

①建立撓曲軸近似微分方程并積分

支架A、C處支反力為：

由上式可知：當(dāng)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行時，上水管充滿水即F無法改變，管道剛度EI取決于管道材質(zhì)、管徑大小、管道壁厚等管道參數(shù)，同樣無法改變，而管道長度L可以通過縮短兩端支架A、C的距離而減小，即A、C的距離越小，管道撓度越小，當(dāng)L=0時，δ=0。綜上所述，為了消除回水總管撓曲而導(dǎo)致上水管的下沉，我們在上水管下方B點處增加一處管道支架，從而避免了可能發(fā)生的管道位移。

4.2異物飄入水池過多

為避免異物（如塑料袋、樹葉等）進入循環(huán)水系統(tǒng)，對設(shè)備換熱器循環(huán)水流道造成堵塞，降低換熱效率，對冷卻塔采用400目不銹鋼網(wǎng)對冷卻塔進行圍擋，對阻擋異物進入循環(huán)水系統(tǒng)起到了良好的作用。另一方面，也降低了清洗水池的頻率，無形之中降低了生產(chǎn)成本。

5.總結(jié)

循環(huán)水溫度高長期運行會導(dǎo)致各設(shè)備冷卻器結(jié)垢速度加快，設(shè)備冷卻器結(jié)垢一方面降低了換熱效率，另一方面導(dǎo)致冷卻水流道進一步變小從而冷卻水流量變小導(dǎo)致?lián)Q熱效果變差，形成惡性循環(huán)，設(shè)備得不到有效冷卻，機組能耗升高，必須采取有效的措施對該勢頭進行遏制。E1997AB0-6DE4-4188-9019-28A49CC4CB3A