冷却塔设计与测试中的几个问题

　一、工业冷却塔的‘非标化’更趋合理

冷却塔是工业生产的辅助设备，是为工艺设备服务的。这就决定了冷却塔的大小、型式及部件的组成必须适应水系统的要求和特点，也只有这样，设计出的冷却塔才有其经济及运行的合理性。

冷却塔服务的工艺设备各行业有所不同，现在从工艺设备的差异来看冷却塔的合理变化。

民用冷却塔所服务的对象都是制冷机，它要求冷却塔的水温是相同的，即：进塔水温37℃，出塔水温32℃。所不同的是：制冷机的容量不同，不同的容量配不同大小水量的冷却塔，民用塔的冷却水量与其它工业冷却水量相比较小。这就决定了民用塔可以做成标准型塔，为提高效益，民用塔的适用气温分成了两个档次，即：南方设计气温按湿球温度为28℃；北方按湿球温度为27℃。

电力行业的工艺设备都是汽轮机，它对冷却塔的水温要求都是按夏季90%保证率时，出塔水温不超出33℃，水温差因地因机组有所不同。与民用塔相比它的冷却水量大的多，这就决定了不同的发电机组配套不同大小的冷却塔，同一机组在不同地理位置配的冷却塔的大小也应不同。以常用的200MW机为例，其冷却水量为36000t/h左右，在北京地区(湿球温度为：24.4℃)配4500平方米自然通风冷却塔。同样的机组在山西的大同(湿球温度为：19.0℃)需配用塔的淋水面积仅需3000平方米。山西和北京都地处北方，若仅按民用塔的划分标准，大同就要多投入1500平方米的冷却塔投资。

而冶金、石油、石油化工以及其它工业领域的工艺设备千差万别，其不仅对水温的要求差别较大，而所需冷却水量的大小也都各不一样。

温差变化范围：8--20℃；

出塔水温要求多层次：32℃、35℃、40℃等；

水质有：净水、浊水、含有特种化学成份的水等等。

因此，只有针对不同的工艺系统特点，进行该系统的冷却塔的量体裁衣式的非标设计，哪怕是个别部件的非标设计才是合理的、经济的。

上述情况是从不同的工艺系统来认识冷却塔非标设计的必要性的，另一方面结合我国的国情，新建项目减少，改造项目却增多，这时地皮的占用的多少也越来越被重视。有许多工程项目的冷却塔在总图上不易找到位置，对于这种情况，冷却塔必须服从总图的要求，同时还要完成冷却任务。这种情况下，冷却塔必须根据现埸的地形进行非标设计来满足工艺和地形的要求。如：上钢三厂的风机直径4.7米冷却塔放在了水泵房顶；本钢连轧的冷却塔尺寸设计成了6米×9米等。

二、冷却塔的工艺设计关键是紧抓主要矛盾

近年来大家都较注重冷却塔填料的高效质轻，因此，塑料淋水填料有较大的发展，很多单位开发出了多种不同的塑料淋水填料，一种比一种散热效果好。在冷却塔的设计时，设计人员都选用热力特性高的淋水填料，而其它一些散热性能差的塑料或其它材质的淋水填料受到了冷落。这种作法是对的，但不全面，而在有些情况下是错误的。下举例说明。

某钢铁厂的高炉冷却水系统情况如下：

高炉冷却水系统共分三个部分，高炉炉体、水冲渣和煤气清洗。

气象条件为：

大气干球温度：31.0℃

大气湿球温度：27.1℃

大气压力：1004.2mbar

不同水系统的水量、水温和水质情况如下：

针对水系统的具体情况我们在作冷却塔的整塔和塔部件设计时是这样考虑的。

1、冷却塔整塔设计

根据工程的工期、水量、水温、埸地条件及水质情况，我们在塔的总体设计上作如下的考虑：

A、冷却塔的基本结构采用砼结构放置在地面上，这样塔的基本结构比较稳固结实并且维护方便。

B、冷却塔的配水我们采用了槽管结合的方式，减小了冷却塔的塔内进风阻力，使风机的效能发挥更好，因而整塔冷效提高。

C、风机直径选为4.95米，直径比常用4.7米有所增大，从而改善塔内的风速分布情况，提高了塔的冷效。

D、由于有以上总体设计的几方面改进，塔的平面尺寸比常用的风机直径4.7米的砼塔有所减小。这样节省了占地同时减小了造价。

2、炉体水系统冷却塔塔芯设计

炉体水系统的特点是：炉体水系统为净水系统，水质相对较好，另一方面，水温的要求比较高。根据这个特点塔的填料、淋水及收水作如下选择。这个水系统的主要矛盾是散热。

A、填料：填料我们设计用质轻高效的塑料填料--JCX2-27。这种填料是中国水利水电科学研究院的专利产品，九三年水科院对国内市面上的常用的二十多种填料进行统一的测试，该填料是热力阻力综合性能排队第二名，但它的结构刚度比第一名要强。从常期使用上可以不变型，而能长期保持其性能。

B、喷头：我们设计选用了多层流喷头。目前常用的喷头是反射三型喷头，该喷头的配水比较均匀，但它的缺点是下面的溅水盘易掉，造成配水不均。水科院针对上述情况对反射三型喷头进行了改进，研制了多层流喷头。

C、收水器：我们设计选用了常用的波160-45填料。

3、水冲渣水系统冷却塔塔芯设计

水冲渣系统的冷却水特点：热水温度高达70℃、水质是有铁渣的浊水。这个水系统主要矛盾是水温高，而出塔水温要求低。根据这个特点我们在设计上作了如下选择。

A、填料：我们设计选用了热力阻力特性居中，耐高温耐腐蚀的陶瓷填料。

B、收水器和喷头的选用与炉体水系统相同。

4、煤气清洗系统冷却塔塔芯设计

煤气清洗系统的冷却水特点是：水质较差，极易堵塞。这个水系统的主要矛盾是水质差极易堵塞，而出塔水温要求也不高。根据这个特点我们在塔芯设计上有下不同：

A、填料：设计选用塑料网格大层距布置。以往该系统的填料多是水泥网格，水泥网格填料亲水、亲泥性好，另在布置上为连续摆放，极易造成堵塞，同时水泥网格加工质量不易保证，影响其性能且易损坏。塑料网格本身材质是憎水、憎泥的，另在摆放上增大它的层距，这对于有效防堵都有较好的作用。

B、配水系统：我们设计上采用了槽槽结合的方式，便于维护。喷头选用了挂篮式喷头，不易堵塞。

C、收水器选用同前。

三、冷却塔的测试

1、冷却塔的测试目的

冷却塔的测试目的有两个，一是考核冷却塔是否达到设计能力，是反应供货商对用户是否提供了性能合格的冷却塔，称为考核测试；二是通过测试得到塔的热力特性，积累实测资料，服务设计，提高设计水平，称为性能测试。

2、冷却塔测试的几个必须测试参数

无论是冷却塔的考核测试还是冷却塔的性能测试以下参数是必须测试的:冷却塔的水量、进塔空气的干湿球温度、大气压、进出塔的水温。

测试上述几个参数一般可以回答，冷却塔能否达到设计能力。随着冷却塔技术的不断完善，冷却塔的供货商应能提供精度相对较高的冷却塔运行曲线簇。通过测试上述几个参数与运行曲线作比较，即可回答冷却塔是否达到设计要求。例如：电力部八十年代引进哈蒙技术设计的安徽坪为电厂冷却塔的测试就是按此法进行的。

目前国内大多数的冷却塔的供货商尚不能提供塔的运行曲线簇，或者提供的曲线簇的误差较大，所以我们的测试规定的考核方法不按上办法处理。

除了测量以上参数外，冷却测试时还测量其它一些参数。如：机力通风塔还要测试风量、阻力、淋水分布、电机功率等。这样做的目的有二，其一是目前我们设计单位设计冷却塔时，更多的相信工业塔实测的冷却塔资料。即：淋水填料的热力特性N=Aλn。同时也为冷却塔的设计提供改进的依据。其二是分清责任。目前我国机力塔的供货商一般是配套供货，即：机电设备与塔芯的生产厂非一家。这样在冷却塔的整体性能达不到设计要求时，可分析出是风机风量达不到设计要求还是塔芯性能达不到设计要求。

3、冷却塔测试时为什么要对测试的参数变化作限定

冷却塔测试时，不同的规范对测试参数的变化作了一定的限制。如：

限定变化的参数 电力部规定 CTI

湿球温度 与设计值比 5℃

进塔水温 与设计值比 2℃

水 量 与设计值差 10%

温 差 与设计值差 20%

作上述限定的原因是在不同的工况条件下测定塔的冷却数不落在同一线上。从理论和过去试验都可以证明：上述限定变化的参数与冷却数的是非正交的。湿球温度对冷却数基本不产生影响，而进塔水温则对冷却数影响比较大。例如：在进塔水温为t0时所测定的冷却数N0，当进塔水温变为t1时的冷却数近似为N1=（t0/t1）0.4。

从上述的规律不难看出作以上限定的用心良苦。

进塔水温与设计值比相差 2℃(按设计进塔水温40℃左右)，冷却数相差2%，而温差变化则是通过影响进塔水温来间接影响冷却数的，如某冷却塔设计温差为10℃，湿球温度为27℃，进塔水温为42℃，当温差变为8℃时，进塔水温变为40.2℃,与规定要求相吻合。湿球温度本身对冷却数基本不影响，但对于运行的一定负荷的冷却塔的运行温度产生影响。如上的例子中如温差不变而湿球温度变为22℃，则塔的运行水温变化为进塔水温39℃，出塔水温为29℃。

水量的变化对塔的冷却数的影响有两方面原因，一是由于水量与设计的差别造成塔的运行水温的变化，二是造成冷却塔的配水不均影响冷却数。冷却塔一般设计选用一种喷头后，喷咀口径对于设计水量配水均匀性最佳。当水量变化后，配水将出现不均匀，从而造成冷却数下降。

4、目前冷却塔运行的现状

从大量的冷却塔的测试中发现，多数冷却塔不在设计工况运行，且相差较大。

行业 设计温差 实测与设计比值

电力 7--9℃ 0.95--1.05

冶金 8--20℃ 0.3--0.6

石化 8--10℃ 0.3--0.6

从上面的资料可以看出，电力行业的冷却塔的设计的余量不大，与实际运行情况差不多，而石化冶金行业的冷却塔的设计往往是余量过大。这与行业的特点有关，电力行业的冷却水量大对投资的影响也大，其它行业的冷却水量相对较小，受重视程度也小。

在这种情况下，冷却塔的测试条件都不易达到测试规定对测试参数的变化范围的限定，有时现埸又不允许调节水量。而又要测试冷却塔，则必须对测试结果进行修正。

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