关键词：逆流式冷却塔；热工性能；S型填料；循环冷却水；湿球温度
1 逆流式玻璃钢冷却塔的概要
水是人们生产生活中不可缺少的重要资源，水的循环利用越来越显得重要。
冷却塔在水的循环利用中发挥着降低水温、保证工艺要求的至关重要的作用。常见的冷却塔有逆流式、横流式、喷射式、蒸发式4种。逆流式冷却塔主要由风机、收水器、喷淋装置、填料、钢结构、百叶窗、集水池、外壳、风筒等部件组成。
填料是冷却塔的重要组成部分，其质量和作用在很大程度上决定着冷却塔的冷却能力，据相关数据显示，填料产生的降温达到整个塔降温的60％～70％。它一般由凸凹不平的聚氯乙烯波纹板制成，亲水性能良好，保证水在填料上形成水膜和水滴，而不是水流，增强水气交换面积，延长水气交换时间，保证冷却效果。
逆流式冷却塔的工作原理：水在塔内与空气进行热质交换而得到降温。工作时，热水从塔顶向下喷淋，在填料之间形成新的水滴及表面形成水膜，空气在风机的作用下，由下向上与水滴和水膜逆向运动，水气进行蒸发传热和接触传热的交换，使水降温。
逆流式冷却塔的热工性能与气候条件尤其与湿球温度有密切关系，主要有以下３个技术指标。
1.1 进、出水温差△t
△t=t1-t2 (其中，t1为进水温度，t2为出水温度)。这是最重要的技术指标，随冷却塔的不同用途而不同。
1.2 冷幅Δt’
Δt= t2-ξ(℃)，即出水温度t2与湿球温度ξ之差。它的大小反映出水温度和与湿球的接近程度，冷幅越小，冷却塔的热工性能越高，反之越低。一般情况下，Δt’=4～6 ℃。
1.3 冷效Ε
E=△t/Δt’，即进、出水温差与冷幅的比值。是冷却塔热工性能的综合指针，数值越高，冷却塔的热工性能越好。
标准型逆流式冷却塔设计参数如表1所示。
表1 标准型逆流式冷却塔设计参数
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名称
|
进水温度
t1/℃
|
出水温度
t2/℃
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进出水温差
△t/℃
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湿球温度
ξ/℃
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冷幅Δ
t’/℃
|
冷效
E
|
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数据
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37
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32
|
5
|
28
|
4
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1.25
|
2 问题的提出
某制药公司有４台标准型的逆流式玻璃钢，型号为DBNL3—500，为抗生素发酵提供26 ℃左右循环冷却水。2006年曾对冷却塔进行了大修，更换了全部的填料，填料为斜交错填料。循环水质未进行任何处理。
2009年3月份以来，该制药公司抗生素生产车间提出循环冷却水温较高且不稳定，影响了抗生素的生产。多年来，对循环冷却水水温提出异议多在环境温度最高的6、7、8三个月，在3月份提出水温高还是第一次。
3 情况分析
3.1原因分析
随机抽查3-4月份的运行记录，并对一组运行数据进行了分析,如表2所示。
表2 冷却塔非正常运行记录数据
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9︰00
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10︰00
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11︰00
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12︰00
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13︰00
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14︰00
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15︰00
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平均
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t1/℃
|
28.7
|
28.7
|
28.0
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28.9
|
28.9
|
28.9
|
28.7
|
28.69
|
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t2/℃
|
27.3
|
27.8
|
27.0
|
27.7
|
27.7
|
27.7
|
27.7
|
27.56
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| △t/℃ |
1.4
|
0.9
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1.0
|
1.2
|
1.2
|
1.2
|
1.0
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1.13
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当日湿球平均温度20 ℃，冷却塔的3个技术指标分别为：
△t=1.13 ℃，冷幅Δt’=7.56 ℃ ，冷效Ε=0.149。
将以上数字与标准型冷却塔设计参数（表1）相比较，可以看出冷却塔运行效果不佳，丧失了大部分冷却能力，性能劣化。
因为在2006年对冷却塔进行了的大修，更新了全部的填料，短短的3年时间就出现了这么严重的问题，原因究竟是什么？
经检查得知：抗生素生产工艺和产量没有变化，环境温度与以往变化不大，冷却塔风机、上塔泵运行参数也正常，分析认为问题可能出在填料上。
冷却塔内共填充了约32 m3斜交错填料。检查时发现单层填料间充满了约40 mm厚的污垢，在污垢中间有两排交错的直径约10 mm的不规则水流孔，填料和污垢黏合在一起，需用洋镐才能将填料和污垢挖出来，造成填料彻底报废。每一个塔清理的污垢约8 m3。
因此可以得出结论：冷却塔性能劣化是因为填料间充满了大量的污垢，使得填料上根本不能形成水膜，而是形成一股股水流，严重影响了水气的热质交换，造成冷却塔冷却性能的大部分丧失，致使出水温度上升。由于冷却塔功能的丧失，环境温度变化成了决定出水温度的最主要的决定因素，出水温度随环境温度上下变化，这就是抗生素车间反应的出水温度不稳定的原因所在。
3.1污垢的来源
由于冷却塔水系统与大气相同，空气中的尘土、杂物、细菌等都会进入水系统，微生物大量繁殖，形成生物粘泥。同时，循环水中的溶解盐不断浓缩，使水的硬度不断增加。以上是水垢形成的一般原因。但是与以往不同的是，此冷却塔运行不足三年却形成了罕见的污垢，初步判定可能是抗生素车间在2007年发生跑料而造成循环水污染形成的污垢。
4处理办法
更换填料，是解决问题的根本办法。为了解决和防止下一次填料时的更换困难，同时探索采用更新的填料，提高冷却塔性能，我们使用了一种新型“S”型淋水填料。
该填料具有表面积大、亲水性好、风阻小、散热系数大、热力综合性能好、使用寿命长等特点，可根据冷却塔的实际尺寸，将单片组装成不同尺寸长方体的填料组装单元。
“S”型淋水填料单片板面上下成“S”型有凸台梯形波,以凹凸粘接点粘接组装, 单片长度500～5 000 mm，宽度500～1 000 mm，片厚0.40±0.05 mm。
但是，这种填料在使用中需要注意以下点：(1)单片与单片之间的波形一定要呈斜交错形式,这样才具有良好的热力阻力；(2)长方体的填料组装单元，最适合与方形塔相匹配，与圆形冷却塔圆周会形成缝隙，需根据间隙的大小用不同数量的单片填料填充；(3)一旦填料堵塞，不易清理。堵塞严重时，需要整体更换，会增加成本。
4处理后的效果
随机抽取更换填料后的运行记录，在并对一组运行数据进行分析，如表3所示。
表3 更换填料后冷却塔运行参数
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9︰00
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10︰00
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11︰00
|
12︰00
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t1/℃
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23.7
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24.6
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24.8
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25.1
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t2/℃
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19.8
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20.6
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21.3
|
22.0
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△t/℃
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3.9
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4.0
|
3.5
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3.1
|
|
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13︰00
|
14︰00
|
15︰00
|
平均
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|
t1/℃
|
25.1
|
25.4
|
25.3
|
24.86
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t2/℃
|
22.0
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22.2
|
22.5
|
21.49
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△t/℃
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3.1
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3.2
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2.8
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3.37
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当日湿球平均温度为24 ℃，冷却塔的技术指标分别为：△t=3.37 ℃ ，Δt’=2.51 ℃ ，Ε=1.34。
将表1、表2、表3进行比较分析，可以看出，经过处理后的冷却塔性能已经恢复；热工性能达到设计参数，在实际生产中可以满足抗生素发酵工艺要求。
6结论
(1)循环冷却水价格低廉。玻璃钢冷却塔结构简单，操作简单。因此，往往不为人们所重视，其实在生产中，它对保证工艺要求有着重要意义，而且也是产品成本控制的一个重要方面，同时在节约水资源，保护环境方面发挥着越来越重要的作用。
(2)冷却塔管理的重点应放在及时对运行数据进行分析，特别是对3个技术指标进行分析，发现异常应及时分析查造原因，并进行针对性处理。
(3)填料是冷却塔热交换的主要部件，与冷效高低相关密切，应加强对填料的管理，定期进行检查、清理、更换。
(4)循环水的水质管理同样是一个不容忽视的问题。
[参考文献]
[1] 陈师霖，岳孝方主编. 空调与制冷技术.同济大学出版社，1993
[2]（日）豐田還吉著，工业用水及水质管理.中国建筑工业出版社
[3] 戴永庆主编，溴化锂吸收式制冷技术.机械工业出版社
作者简介：王锐华（1965－）男，机械动力副总工程师，从事制药、动力机械设备的管理。
