采用新型淋水填料改造冷却塔
兰州炼油化工总厂的循环水为集中供水的大型水系统，总供水能力2.2万m3/h。随着我厂炼油化工的不断扩大及深度加工，循环水场亦在不断的挖潜改造来满足装置的用水要求，1995年新开工的4×104 t/a聚丙烯装置的循环水就是通过对4号冷却塔的改造来满足要求的。经过三年的试运行，现对这项技术改造作以总结，以便为循环水场冷却塔的再改造提供技术资料及经验。
在4号冷却塔与4×104 t/a聚丙烯装置配套时，其供水设备之一的水泵已不存在问题，唯一突出的矛盾反映在4号冷却塔冷却处理能力低，处理量1 250 m3/h，难以满足4×104 t/a聚丙烯装置1998年改造为7×104 t/a聚丙烯对循环水水量2 400 m3/h及水温≤26 ℃的要求。为此，我们提出对4号冷却塔进行技术改造。
1.冷却塔的改造内容
4号冷却塔属5间单排并联布置的小型钢筋混凝土逆流式冷却塔，尺寸41m×8．2m(单塔尺寸8.2 m×8.2 m)，采用4.7m的风机强制通风，单塔处理量200～250 m3/h。
1.1 存在问题
4号冷却塔增大处理量时，塔本身存在如下问题：
(1)风速分布不均，而且进风口涡流区大，气流总阻力增大，影响冷却效果；
(2)淋水填料为水泥格网板，自重大，淋水面积小，散热效果较差；水泥折板型收水器，除水效果差，目前均属于淘汰型填料；
(3)通风筒仅有风筒部分，为钢筋混凝土材质，不设有导流圈，不能消除风筒出口的涡流区；
(4)塔的上水立管、配水管偏小，喷头散水效果差，喷水量小。
1.2 改造内容的选择条件
针对4号塔本身的缺陷，我们对技术改造提出了严格要求，对主要部件淋水填料、通风筒、进风口提出选择条件：
(1)淋水填料应具有较高的冷却能力，即水与空气的接触表面积较大，接触时间较长；通风阻力较小；材料易得；施工维修方便；质轻、耐久。
(2)通风筒应保证进风口平缓和消除风筒出口的涡流区。
(3)针对进风口小，塔体又不可做改动的实际情况，提出在进风口增设价廉物美的玻璃钢导风板。
1.3 改造内容
在循环水工艺中冷却塔是直接影响循环水水温、水量的设施，而决定冷却塔处理量及效果的又是塔内的淋水填料。因此，我们特别注意对填料的选择。
当时，我厂共57间4.7 m风机的冷却塔，其中18间为玻璃钢斜交错填料，其余均为水泥格网板填料，因无其它填料的技术结论，我们就从现有冷却塔的淋水分布、处理量进行比较，发现使用的玻璃钢斜交错、水泥格网板填料多少存在布水不均的问题，且玻璃钢斜交错填料有少部分脱落。为此，我们大胆选择了当时由中石化总公司推荐的美国茵派克淋水填料。
该填料为点滴簿膜式，形状为扁状球体，扁状球体的横向直径尺寸185 mm，纵向直径尺寸150 mm，空隙率5%，比表面积108 m2/m3，堆积质量48.1 kg/m3，装填数272个/m3，由改性聚丙烯注塑成型。同时配套选用玻160—45型收水器。
改造内容具体见表1。
表1 4号冷却塔技术改造内容
| 项目 | 内 容 |
| 进风口 | 增设玻璃钢导风板，减少进风口风阻及涡流 |
| 填料 | 以一层水泥格网板支撑，以散堆方式填充1 m的 茵派克填料 |
| 喷头 | 采用茵派克—5型花篮式喷头，出水量12～18 m3/h， 具有洒水均匀、出水量大的特点 |
| 收水器 | 玻160—45型 |
| 风筒 | 增设玻璃钢材质天圆地方导流圈，流线型玻璃钢风筒 |
2.技术改造前后对比
改造后，4号塔总尺寸41 m×8.2 m，集水池水深1.8 m，导流圈高1.195 m，风筒高3.235 m，进风口高2.45m，塔体总高15.415 m。
表2是对4号冷却塔技术改造前存在的缺陷与技术改造后的情况汇总及技术改造的优势。
表2 4号冷却塔技术改造前后对比
| 项目 | 改造前 | 改造后 | 改造后优势 |
| 进风口 | 无导风板，进塔 总阻力增大，存 在涡流区 |
增设导风板，减 少总阻力，消除 进风口涡流区 |
减少总阻力，消 除进风口涡流区 |
| 淋水 填料 |
水泥格网板，容 积散热系数小， 通风阻力大 |
改性聚丙烯茵 派克、采用1层 水泥格网板支撑 |
容积散热系数 远大于水泥格 网板，材质轻 |
| 通风筒 | 流线型较差的 水泥通风筒， 无导流圈，出 口存在风的涡 流区 |
增设琉璃钢材 质，天圆地方 的导流圈，流 线型好的风筒 |
保证出风口平 缓，消除风筒出 口的涡流区。轻 便、防震性能 好、拆装方便 |
| 收水器 | 水泥折板，除 水效果极差 |
玻160—45型 收水器 |
除水效果好， 阻力小 |
| 喷头 | 反射型喷头，过 水量小，6～ 8 m3/h，洒水不 均匀 |
茵派克—5花 蓝式喷头 |
过水量大，12～ 18 m3/h，洒水均 匀，散水面积大 |
3.改造运行情况及标定结论
整个改造完成后，4号塔5间冷却塔运行情况良好，单塔处理水量明显增加，淋水均匀、密度大，水成点滴状下落；站在塔顶，感觉不到有小水滴飞落。
为了更好的测定其性能，在实施改造一年后，我们同北京安利得化工有限公司一同对4号塔进行了标定，标定结果与制订技术改造的预期效果一致。标定中不但标定茵派克填料的实际使用的效果及性能，而且为了与原水泥格网板填料进行对比，我们选择与原4号塔塔体尺寸相同、填料相同的34号塔进行对比标定，34号塔塔内部件同4号塔改造前均一致。
经16天的测试标定工作，将有效原始数据按各测定项目进行筛选和归整，归整出各工况的汇总数据，在此基础上进行各项性能的计算和分析，表3反映出两种填料标定测试结果对比。
表3 两种填料标定测试结果对比
| 项 目 | 4＃冷却塔 | 34＃冷却塔 |
| 填料 | 茵派克 | 水泥格网板 |
| 塔平面尺寸 | 8.2m×8．2m | 8.2m×8.2m |
| 风机型号 | φ4.7 m | φ4.7 m |
| 标定水量/m3.h－1 | 500 | 260 |
| 风量/m3.h－1 | 31.4×104 | 51.3×104 |
| 进塔水温t1/℃ | 28.35 | 27.95 |
| 出塔水温t2/℃ | 21.95 | 21.60 |
| 温差t1－t2/℃ | 6.40 | 6.35 |
| 干球温度θ/℃ | 25.80 | 26.20 |
| 湿球温度τ/℃ | 15.90 | 14.20 |
| 冷幅高t2－τ／℃ | 6.05 | 7.40 |
| 气水比λ | 0.771 | 1.307 |
| 冷却数 | 1.356 2 | 1.052 2 |
| 容积散热系数Ka/kg.m－3.h－1 | 10 563 | 2 231 |
| 填料阻力/mm H2O | 7.66 | 8.49 |
4.技术总结
(1)茵派克填料的总容积散热系数明显优于现34号塔的水泥格网板填料，优于其3～4倍以上；在其它因素不变时，容积散热越大，则冷却塔散热能力越大，塔的体积可越小。
(2)茵派克填充的凉水塔的冷却幅高小于水泥格网板填料。说明茵派克填料的热力性能好，冷却效果佳。
(3)在相同或接近的水汽比条件下，茵派克填料的冷却数大于水泥格网板填料。说明茵派克填料的散热能力大于水泥格网板填料。
(4)4号冷却塔的单塔最大处理量可达600～700 m3/h以上，此时冷却塔塔的风速均在1.78～1.22 m/s之间，属合理范围内；而水泥格网板填料的34号塔处理量260 m3/h，风速已达2.187 m/s，超出合理范围。
(5)收水器的效果，收水器的除水效果一般通过现场观察，4号冷却塔的玻160～45收水器风吹水滴看不到，而34号塔风吹损失水量严重，不仅塔顶风筒下方的部分被风吹到塔外落下的水滴弄湿，而且水滴还飘落到冷却塔下。说明玻160—45收水器除水效果很好。
(6)由以上几点可以看出，4号塔技术改造工作是成功的。此次改造不仅节约了占地面积，降低了基建费用，而且缩短了工期。更重要的是为今后循环水场的冷却塔塔体技术改造及新建冷却塔提供了极好的工程示范。
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