横流冷却塔边层填料破损原因及处理措施

栾明华，隋风秋
(齐鲁石化公司氯碱厂 山东 淄博 255400)

　　摘　要：对循环水冷却塔边层填料大量快速损坏的原因进行了分析探讨。提出了解决这一问题的几种方法。对这几种方法的优、缺点及可行性进行了对比，确定了切实可行的冷却塔改造方案。采用这一方案对冷却塔进行了改造，收到了较好的效果。为此类冷却塔的改造提供了理论上和实践上的依据。
　　关键词：冷却塔；填料；横流
　　中图分类号：TU991.42
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2001)02)-0045-03

1 问题的提出

　　自从70年代，随大氮肥装置引进Marley－600型横流点滴式冷却塔(以下称马利原塔)后，全国至今建造投用类似的冷却塔(以下称仿马利塔)共有近300座^[1]。齐鲁乙烯第二循环水冷却塔即属此类仿马利塔。在马利塔的消化吸收过程中，由于材料要立足于国内资源，所以对马利原塔进行了一些改动。因为对马利原塔的一些关键部位的结构及功能理解得不深不透，这些改动带来了仿马利塔边层填料损坏，热力性能下降、出力降低的问题。国内此类塔经过测试，其出力明显低于设计值(见表1)^[2，3，4]。

　　我厂冷却塔虽没经过测试，但在实际运行中，对这一问题体会也非常深。边层填料更换后，几个月的时间就会全部破坏。不仅塔的冷却能力下降，而且产生大量塑料碎片，随循环水进入换热器、堵塞水流通道，影响水的流动。因此，这一问题必须解决。
　　本文对仿马利塔边层填料的损坏原因进行了探讨，并根据国内同类型冷却塔的改造经验，选择了适合我厂冷却塔改造的方案，使这一问题得到了较好的解决。

2 边层填料损坏原因探讨

　　马利原塔与访马利塔的填料均选用M型改性PVC点滴填料。而马利原塔的边层填料损坏状况与内部填料基本一致，无明显差别，均属正常的老化损坏。沧州化肥厂的马利原塔的填料经过十多年使用，自然老化损坏，于1988年更换为国产M型填料后，使用也十分成功，基本与进口填料相同。而国产M型填料在与我厂冷却塔相类似的仿马利塔上使用，则边层填料损坏十分严重，损坏速度非常快。这与在马利原塔上的使用情况明显不同。由此可以看出，边层填料的损坏不是因为填料本身原因，而是由于塔的结构造成的，所以有必要对这两种塔的结构进行一下分析研究。
　　马利原塔的塔体为木结构，其制造精度较高，较容易实现设计思想，并且其百页窗为波纹板，其波纹为水平方向(见图1)。下落的水流沿百页窗波纹板倾斜向下流动。在流动过程中，冲击在水平的直波上，然后改变方向。这一过程在百页窗波纹板上反复进行(见图2)^[1]。这种由波峰到波谷反复冲击并反复改变方向的流动起到了消能作用，减小了水流的冲击力，使流速减慢，最终沿百页窗垂直落下，而不会直冲向边层的M型填料。所以边层M型填料与内部M型填料一样，只承受正常淋水密度的冲击力，不会快速损坏。当然这种结构不能解决不开风机时百页窗内形成的水幕。因此，塔的边层阻力依然很大，对塔进风量有影响。

　　而对仿马利塔，其百页窗为水泥浇铸的平板，并且在百页窗下设有横梁(见图3)。这种结构使下落的水流冲击到百页窗平板后，改变流动方向，沿百页窗平板的平面，以与百页窗平板相同的倾角，冲向边层填料及百页窗下的横梁(见图4)。由于冷却塔本身具有12°的倾角，这一冲击水流自上而下逐渐汇集增大，冲向M型填料。这自上而下逐渐增大的冲击力人型填料无法承受而被冲击损坏。因为百页窗下沿有一横梁，下落水流部分冲击在横梁上，造成水流溅起、分散，而后扩大影响区域落下，使边层填料损坏的面积逐渐扩大。

　　对于乙烯第二循环水冷却塔的边层填料损坏还有另一个特殊原因。因为我厂PVC装置的冰机要求冷却水温度不能低于26℃。在冬季，循环水要满足这一温度必须停部分冷却塔。由于塔的边层与冷空气直接接触，由集水池上升的水汽至塔中、上部很容易凝结成冰，形成冰挂。随着冰挂的逐渐长大重量增加，将边层填料坠塌，且继续下落，砸塌下层的边层填料。直至冰挂破碎，冲击力基本消失为止。

3 改造方案的探讨

　　从以上讨论得知，造成边层填料严重损坏的主要原因是百页窗无消能作用，使百页窗汇集的巨大水流以较高的流速冲击边层M型填料，超过了M型填料的耐冲击强度所致。因而，改造只能从以下三个方面采取措施：
3.1 增加消能装置，减小水流的冲击力
　　这一方案对于新塔设计建造是可取的。但对于老塔改造，在已有的平板百页窗上增加波纹，是很难实现的。即使能够实现、仍然解决不了边层水幕引起的进风口阻力增大及冬天挂冰砸坏填料的问题。而边层巨大的水幕会大大地降低进塔空气量，同样会降低塔的热力性能。所以这一方案不宜采用。
3.2 减小边层水量，减小水流冲击力
　　此方法容易实现。齐鲁公司的第二化肥厂和橡胶厂采用过此方案改造访马利塔。具体方法是堵死布水槽边层3至5排布水孔。由于仿马利塔的倾角，这一方案只能使水幕有所减轻，但不能消除。同样，边层填料的损坏有所减轻，但不能避免。同时由于边层布水孔堵死，减小了塔的淋水面积，降低了塔的热交换能力。这一点已被丁苯橡胶循环水冷却塔改造测试结果所证实。并且由于布水孔减少，布水阻力增大，布水槽液位升高，容易造成布水槽溢流，大量水从边层溢流，边层局部的水量反而增大。这部分边层填料损坏速度更快。
3.3 增加过层填料的强度
　　第三方案可以通过边层安装薄膜填料，即所谓冷却塔的点滴一薄膜填料混装来实现。因为薄膜填料的强度较高，可承受的淋水密度大，所以薄膜填料不会因淋水密度大而冲击损坏。这一改造方案已经应用于许多仿马利塔的改造中，改造的测试结果以及实际运行证明，改造十分成功，较好地解决了边层填料破损问题，塔的出力提高很大(见表2)^[2，3，4]。同时对马利原塔存在的一些缺陷也解决得较好。所以我厂循环水冷却塔采用此方案进行了改造。收到了较好的效果。

　　注：改造前为全点滴填料塔，改造后为点滴—薄膜混装塔，以下表与此相同。
　　点滴一薄膜混装的具体方案就是塔的里层仍然为点滴填料粒型点滴板)，边层用PVC薄膜填料取代PVC点滴填料，并且薄膜填料的径深分别为1m、0.8m、0.6m三种(可根据实际情况调整)，自上而下排布(见图5)。

　　点滴填料与薄膜填料在设计选用时，传统观念历来是两种填料独立使用。在实际使用中，由于两种填料结构的不同而各有所长，各有所短。点滴填料具有填料用量少、安装体积大、风阻小、不易堵塞和结垢的优点，但同时也具有边层易损坏、配风不均匀、容积散质系数低的缺点。而薄膜填料具有占地小、能承受较大冲击力、热力特性好的优点，同时也具有费用高、易堵塞、风阻大的缺点。根据这两种填料的特点，将其结合起来，巧妙地进行混装，能够较好地用其之长，避其之短。使仿马利塔发挥其最佳冷却效果，较好地克服了原设计的一些缺陷，解决了以下几个问题：
4.1 改善了整塔的风阻，使配风均匀。
　　在仿马利塔中，空气流动路线上部短、下部长(见图6)，且边层水幕自上而下越来越密，所以进风阻力自上而下逐渐增大，风量逐渐减少。

　　由于水幕的阻挡，也造成了仿马利塔边层阻力不合理地增大，减少了风量，使整塔的热力性能下降。
　　薄膜填料本身阻力较点滴填料大，边层安装上、中、下不同尺寸的薄膜填料，有利于改善塔的配风均匀性。
　　由于边层的薄膜填料能有效地将边层水幕分隔成大量微型通道，减小了水幕对进塔空气的阻力，增大了进风量，这可以从采用此方案改造塔的测试中得到证实(见表3)^[2，3]。

4.2 解决边层填料损坏问题。
　　薄膜填料具有很好的耐冲击能力，并具有良好的消能作用，所以能承受较大的淋水密度。将其安装在边层，自上而下的大密度淋水不能将其冲击坏。山西化肥厂采用此方案改造的冷却塔已运行7a，仍完好无损。边层薄膜填料不仅自身不会被水冲击坏，而且还做为一道坚固的屏障，保护着里层的填料，避免外界因素造成的损坏。从而保证整塔的热力性能。
　　对冬季停塔水汽上升凝结成冰造成边层填料损坏的问题也较好地得到解决。因为薄膜填料可承受的重量大，冰无法将其砸坏。即使冰融化时，会被间距很小的下层薄膜填料接住，而缓慢融化，不会产生很大的冲击力，对填料无破坏作用。
4.3 提高冷却塔的热力性能。
　　薄膜填料具有良好的冷却能力，在相同工况下，其容积散质系数比点滴填料高约一倍。在淋水密度大的情况下，能较好地发挥出薄膜填料优良的冷却能力。我厂仿马利的边层恰好淋水密度较内层大得多。这对提高全塔的容积散质系数极为有利(见表4)^[2，3]。

5 结语

　　 采用点滴一薄膜填料混装改造仿马利塔达到了以下效果：
　　 ①塔配风均匀、进风阻力减小；
　　 ③边层填料不会被冲击损坏冰挂坠塌；
　　 ③提高了冷却塔的热力性能。

参考文献：

　　 [1] 陈晋鼎，石震增.横流冷却塔优化设计[J].化工给排水设计，1989，(1).
　　 [2] 毕永尧，等.山西化肥厂南循环水冷却塔测试报告[R].山西：山西化肥厂，1992.8.
　　 [3] 杨勤祥，等.齐鲁石化烯烃厂一循冷却塔改造测试报告[R].淄博：齐鲁石化烯烃厂，.1996.10.
　　 [4] 李建国，等.扬子石化烯烃厂二循冷却塔改造造试报告[R].沧州：化工部勘察设计院凉水塔填料厂.1994.9.

作者简介：
　　栾明华(1964－)，男，汉，工程师。
　　隋风秋(1961－)，男，汉，高级工程师。