欒明華，隋風秋
(齊魯石化公司氯堿廠 山東 淄博 255400)

　　摘　要：對循環水冷卻塔邊層填料大量快速損壞的原因進行了分析探討。提出了解決這一問題的幾種方法。對這幾種方法的優、缺點及可行性進行了對比，確定了切實可行的冷卻塔改造方案。采用這一方案對冷卻塔進行了改造，收到了較好的效果。為此類冷卻塔的改造提供了理論上和實踐上的依據。
　　關鍵詞：冷卻塔；填料；橫流
　　中圖分類號：TU991.42
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009-2455(2001)02)-0045-03

1 問題的提出

　　自從70年代，隨大氮肥裝置引進Marley－600型橫流點滴式冷卻塔(以下稱馬利原塔)后，全國至今建造投用類似的冷卻塔(以下稱仿馬利塔)共有近300座^[1]。齊魯乙烯第二循環水冷卻塔即屬此類仿馬利塔。在馬利塔的消化吸收過程中，由于材料要立足于國內資源，所以對馬利原塔進行了一些改動。因為對馬利原塔的一些關鍵部位的結構及功能理解得不深不透，這些改動帶來了仿馬利塔邊層填料損壞，熱力性能下降、出力降低的問題。國內此類塔經過測試，其出力明顯低于設計值(見表1)^[2，3，4]。

　　我廠冷卻塔雖沒經過測試，但在實際運行中，對這一問題體會也非常深。邊層填料更換后，幾個月的時間就會全部破壞。不僅塔的冷卻能力下降，而且產生大量塑料碎片，隨循環水進入換熱器、堵塞水流通道，影響水的流動。因此，這一問題必須解決。
　　本文對仿馬利塔邊層填料的損壞原因進行了探討，并根據國內同類型冷卻塔的改造經驗，選擇了適合我廠冷卻塔改造的方案，使這一問題得到了較好的解決。

2 邊層填料損壞原因探討

　　馬利原塔與訪馬利塔的填料均選用M型改性PVC點滴填料。而馬利原塔的邊層填料損壞狀況與內部填料基本一致，無明顯差別，均屬正常的老化損壞。滄州化肥廠的馬利原塔的填料經過十多年使用，自然老化損壞，于1988年更換為國產M型填料后，使用也十分成功，基本與進口填料相同。而國產M型填料在與我廠冷卻塔相類似的仿馬利塔上使用，則邊層填料損壞十分嚴重，損壞速度非常快。這與在馬利原塔上的使用情況明顯不同。由此可以看出，邊層填料的損壞不是因為填料本身原因，而是由于塔的結構造成的，所以有必要對這兩種塔的結構進行一下分析研究。
　　馬利原塔的塔體為木結構，其制造精度較高，較容易實現設計思想，并且其百頁窗為波紋板，其波紋為水平方向(見圖1)。下落的水流沿百頁窗波紋板傾斜向下流動。在流動過程中，沖擊在水平的直波上，然后改變方向。這一過程在百頁窗波紋板上反復進行(見圖2)^[1]。這種由波峰到波谷反復沖擊并反復改變方向的流動起到了消能作用，減小了水流的沖擊力，使流速減慢，最終沿百頁窗垂直落下，而不會直沖向邊層的M型填料。所以邊層M型填料與內部M型填料一樣，只承受正常淋水密度的沖擊力，不會快速損壞。當然這種結構不能解決不開風機時百頁窗內形成的水幕。因此，塔的邊層阻力依然很大，對塔進風量有影響。

　　而對仿馬利塔，其百頁窗為水泥澆鑄的平板，并且在百頁窗下設有橫梁(見圖3)。這種結構使下落的水流沖擊到百頁窗平板后，改變流動方向，沿百頁窗平板的平面，以與百頁窗平板相同的傾角，沖向邊層填料及百頁窗下的橫梁(見圖4)。由于冷卻塔本身具有12°的傾角，這一沖擊水流自上而下逐漸匯集增大，沖向M型填料。這自上而下逐漸增大的沖擊力人型填料無法承受而被沖擊損壞。因為百頁窗下沿有一橫梁，下落水流部分沖擊在橫梁上，造成水流濺起、分散，而后擴大影響區域落下，使邊層填料損壞的面積逐漸擴大。

　　對于乙烯第二循環水冷卻塔的邊層填料損壞還有另一個特殊原因。因為我廠PVC裝置的冰機要求冷卻水溫度不能低于26℃。在冬季，循環水要滿足這一溫度必須停部分冷卻塔。由于塔的邊層與冷空氣直接接觸，由集水池上升的水汽至塔中、上部很容易凝結成冰，形成冰掛。隨著冰掛的逐漸長大重量增加，將邊層填料墜塌，且繼續下落，砸塌下層的邊層填料。直至冰掛破碎，沖擊力基本消失為止。

3 改造方案的探討

　　從以上討論得知，造成邊層填料嚴重損壞的主要原因是百頁窗無消能作用，使百頁窗匯集的巨大水流以較高的流速沖擊邊層M型填料，超過了M型填料的耐沖擊強度所致。因而，改造只能從以下三個方面采取措施：
3.1 增加消能裝置，減小水流的沖擊力
　　這一方案對于新塔設計建造是可取的。但對于老塔改造，在已有的平板百頁窗上增加波紋，是很難實現的。即使能夠實現、仍然解決不了邊層水幕引起的進風口阻力增大及冬天掛冰砸壞填料的問題。而邊層巨大的水幕會大大地降低進塔空氣量，同樣會降低塔的熱力性能。所以這一方案不宜采用。
3.2 減小邊層水量，減小水流沖擊力
　　此方法容易實現。齊魯公司的第二化肥廠和橡膠廠采用過此方案改造訪馬利塔。具體方法是堵死布水槽邊層3至5排布水孔。由于仿馬利塔的傾角，這一方案只能使水幕有所減輕，但不能消除。同樣，邊層填料的損壞有所減輕，但不能避免。同時由于邊層布水孔堵死，減小了塔的淋水面積，降低了塔的熱交換能力。這一點已被丁苯橡膠循環水冷卻塔改造測試結果所證實。并且由于布水孔減少，布水阻力增大，布水槽液位升高，容易造成布水槽溢流，大量水從邊層溢流，邊層局部的水量反而增大。這部分邊層填料損壞速度更快。
3.3 增加過層填料的強度
　　第三方案可以通過邊層安裝薄膜填料，即所謂冷卻塔的點滴一薄膜填料混裝來實現。因為薄膜填料的強度較高，可承受的淋水密度大，所以薄膜填料不會因淋水密度大而沖擊損壞。這一改造方案已經應用于許多仿馬利塔的改造中，改造的測試結果以及實際運行證明，改造十分成功，較好地解決了邊層填料破損問題，塔的出力提高很大(見表2)^[2，3，4]。同時對馬利原塔存在的一些缺陷也解決得較好。所以我廠循環水冷卻塔采用此方案進行了改造。收到了較好的效果。

　　注：改造前為全點滴填料塔，改造后為點滴—薄膜混裝塔，以下表與此相同。
　　點滴一薄膜混裝的具體方案就是塔的里層仍然為點滴填料粒型點滴板)，邊層用PVC薄膜填料取代PVC點滴填料，并且薄膜填料的徑深分別為1m、0.8m、0.6m三種(可根據實際情況調整)，自上而下排布(見圖5)。

　　點滴填料與薄膜填料在設計選用時，傳統觀念歷來是兩種填料獨立使用。在實際使用中，由于兩種填料結構的不同而各有所長，各有所短。點滴填料具有填料用量少、安裝體積大、風阻小、不易堵塞和結垢的優點，但同時也具有邊層易損壞、配風不均勻、容積散質系數低的缺點。而薄膜填料具有占地小、能承受較大沖擊力、熱力特性好的優點，同時也具有費用高、易堵塞、風阻大的缺點。根據這兩種填料的特點，將其結合起來，巧妙地進行混裝，能夠較好地用其之長，避其之短。使仿馬利塔發揮其最佳冷卻效果，較好地克服了原設計的一些缺陷，解決了以下幾個問題：
4.1 改善了整塔的風阻，使配風均勻。
　　在仿馬利塔中，空氣流動路線上部短、下部長(見圖6)，且邊層水幕自上而下越來越密，所以進風阻力自上而下逐漸增大，風量逐漸減少。

　　由于水幕的阻擋，也造成了仿馬利塔邊層阻力不合理地增大，減少了風量，使整塔的熱力性能下降。
　　薄膜填料本身阻力較點滴填料大，邊層安裝上、中、下不同尺寸的薄膜填料，有利于改善塔的配風均勻性。
　　由于邊層的薄膜填料能有效地將邊層水幕分隔成大量微型通道，減小了水幕對進塔空氣的阻力，增大了進風量，這可以從采用此方案改造塔的測試中得到證實(見表3)^[2，3]。

4.2 解決邊層填料損壞問題。
　　薄膜填料具有很好的耐沖擊能力，并具有良好的消能作用，所以能承受較大的淋水密度。將其安裝在邊層，自上而下的大密度淋水不能將其沖擊壞。山西化肥廠采用此方案改造的冷卻塔已運行7a，仍完好無損。邊層薄膜填料不僅自身不會被水沖擊壞，而且還做為一道堅固的屏障，保護著里層的填料，避免外界因素造成的損壞。從而保證整塔的熱力性能。
　　對冬季停塔水汽上升凝結成冰造成邊層填料損壞的問題也較好地得到解決。因為薄膜填料可承受的重量大，冰無法將其砸壞。即使冰融化時，會被間距很小的下層薄膜填料接住，而緩慢融化，不會產生很大的沖擊力，對填料無破壞作用。
4.3 提高冷卻塔的熱力性能。
　　薄膜填料具有良好的冷卻能力，在相同工況下，其容積散質系數比點滴填料高約一倍。在淋水密度大的情況下，能較好地發揮出薄膜填料優良的冷卻能力。我廠仿馬利的邊層恰好淋水密度較內層大得多。這對提高全塔的容積散質系數極為有利(見表4)^[2，3]。

5 結語

　　 采用點滴一薄膜填料混裝改造仿馬利塔達到了以下效果：
　　 ①塔配風均勻、進風阻力減小；
　　 ③邊層填料不會被沖擊損壞冰掛墜塌；
　　 ③提高了冷卻塔的熱力性能。

參考文獻：

　　 [1] 陳晉鼎，石震增.橫流冷卻塔優化設計[J].化工給排水設計，1989，(1).
　　 [2] 畢永堯，等.山西化肥廠南循環水冷卻塔測試報告[R].山西：山西化肥廠，1992.8.
　　 [3] 楊勤祥，等.齊魯石化烯烴廠一循冷卻塔改造測試報告[R].淄博：齊魯石化烯烴廠，.1996.10.
　　 [4] 李建國，等.揚子石化烯烴廠二循冷卻塔改造造試報告[R].滄州：化工部勘察設計院涼水塔填料廠.1994.9.

作者簡介：
　　欒明華(1964－)，男，漢，工程師。
　　隋風秋(1961－)，男，漢，高級工程師。