冷却塔的防冰技术研究

杨 雪

(大庆职业学院，黑龙江 大庆163255)

自世界上第一座机械通风冷却塔问世以来，凡在北纬36°以北建造的工业循环水流、逆流及自然通风式冷却塔均存在不同程度的结冰现象，轻者影响冷却塔的正常运行，重者能使整套化工装置停产。大型横流冷却塔因结冰严重，每年冬季不得不采用风机反转融冰，仅此一项每年要消耗大量电能。据了解，迄今为止，国内外建造的冷却塔在防冰技术上没有获得重大突破，每年在我国北方的化工企业因冷却塔结冰所造成各项经济损失达近亿元。半个多世纪以来，国内外冷却塔的研究及设计工作者们始终不断地探索研究，采用了多项防冰技术措施。近年来，循环水科技工作者一直把严寒地区冷却塔冬季结冰问题称为工业界需要解决的难题之一。

1 横流冷却塔结冰原因分析及危害性

横流冷却塔在寒冷地区冬季结冰的主要原因有四个:一是边层填料水滴飞溅造成了横流塔百叶窗板上端面的冬季结冰和堆积冰块现象(见图1);二是塔的边层水量过小，循环水温偏低造成了边层填料挂冰幕的现象;三是冷却塔百叶窗板搭接处因有渗漏现象，导致百叶窗下部挂冰胡、冰栓(见图2);四是收水器性能低下，飘滴损失严重导致冷却塔地面四处结冰。

图1 横流塔百叶窗板上端面的结冰情况

图2 冷却塔百叶窗下部挂冰胡、冰栓情况

横流塔常见结冰处为进风口双侧每层百叶窗板上平面堆积冰块。百叶窗下檐挂冰幕，最终上下两者结合导致冷却塔进风道全部被冰封死。众所周知，横流塔的进风口一但被冰封死，外界冷空气就无法与塔内热循环水进行良好的置换。最终导致循环水温严重超标，从而影响化工装置正常生产，结冰还会造成塔内填料、百叶窗、塔体结构遭到不同程度的损坏。最为严重的是由于冬季长期结冰不得不经常采用风机反转融冰。形成了结冰融冰、再结冰再融冰。风机经常性反转不仅会造成风机的严重损坏而且还消耗大量的电能。并且每次风机反转融下的冰块会顺着百叶窗直接冲击边层填料，由于冰块较大、较硬，在很短的时间里就将边层填料砸得破烂不堪。破碎下来的填料片最终会顺着循环水直接进入装置内的换热器，导致换热器大面积堵塞，以致影响整个化工装置的正常生产或造成全厂停产。这种现象在北方地区非常普遍，并且导致的危害性及损失都很大。

2 防冰改造的经济效益及计算依据

与逆流塔冬季结冰相比，横流塔结冰给企业造成的损失要大的多，据统计，某化肥厂2#塔8 ～10 是Φ8.53 米的风机大型横流塔，每台塔电机功率160KW。在一般严寒期可达155 天，结冰期达210 天，如每台、每天用2 小时时间风机反转，那么一台160kw 的电机一冬要多消耗210 天×160kw ×2 小时/天=67200kw/小时，产生很大的能量消耗。另外，当百叶窗的结冰面积达到30% ～60%，这段时间里塔的冷风量相应减少30% ～60%，水温也随着进风量的减少而升高。为了满足生产工艺要求，通常都采取多开风机以及连续运转的方法，强行抽入塔外的冷空气进入塔内与热循环水交换来满足生产要求。平均每天至少需比不结冰的冷却塔每台多运转6 小时以上。每年仅消耗在这上面的电能为(当百叶窗的结冰面积超过60%时风机就必须进行反转)200 天×160kw×6 小时×10 台塔=1920000kw/小时，两项合计672000 +1920000 =2592000 ×0.4 元/度=1036800 元。

在实验过程中，10 台风机因上防化冰装置而减少频繁正转反转的次数大大延长了设备的使用寿命，降低了设备维修次数，仅此每年可为该厂节约设备更新费40 万(以每年更换1 台风机计算);同时边层填料因不结冰而大大降低了填料更换周期，仅此每年可解决材料修理费50 万元(以平均每年更换2 间损坏填料计算)。

另外，某化肥厂2#塔3 间在05年年底已经改造完成、1#塔7 间在06年9月也都上了防化冰装置。经过统计，每年1#、2#塔可节约资金为:电费103.68 万元、设备更新修理费40 万、填料更换材料修理费50万，三项目总计每年节约资金为103.68 +40 +60 =203.68 万元，如果运行十年、二十年或十间、二十间塔累加起来，那节省费用是相当可观的。

3 具体防冰解决方案

技术原理核心思想是利用全厂循环水，高温回水通过化冰分支管对冰幕进行喷淋化冰，具体解决方案如下(以1#塔为例):

1)在1#塔外东西两侧4 根DN800 冷却塔主上水管分别引出DN250 出水短管，然后焊接DN250 法兰，在法兰上安装蝶阀，蝶阀的另一端连接管道过滤器，管道过滤器的外壳为碳钢，内壁滤网材质为不锈钢;

2)从管道过滤器另一端连接DN250 引水管，引水管经过2 个900 弯头分别通到冷却塔端墙板4 个角部位，然后再与化冰喷淋器给水立管连通［1］;

3)在化冰喷淋器给水立管上分别开6 个φ50 出水孔，孔的位置与每层百叶窗的间距相等，然后在出水孔位置焊接DN50 碳钢短节，安装并固定DN250 立管，调整出水孔位置及角度;

4)在DN50 碳钢短节处分别焊DN50 钢制法兰，法兰与DN50 铸铁球阀连接，球阀的另一端的法兰焊不锈钢1″丝扣短节;

5)不锈钢化冰喷淋管每根长度为17 米，由3 根焊接而成，焊接工作全部在地面完成，3 间塔的喷淋管为24 根，规格为ф51 ×1.5 喷淋管的一端由不锈钢墙封死，另一端焊接1″不锈钢丝扣;

6)用U 型卡将喷淋管固定在百叶窗顶部向下100mm 处，带丝扣的一端与丝扣短节相连;

7)调整各层喷淋管喷淋角度和出水孔水量，尤其调整每层的水量，直到达到防冰效果为止［2］。

4 防冰措施实施后冬季现场实施效果

经过两年的冬季运行，同改造前相比，冷却塔的结冰现象有了显著改观(如图3)，效果比较明显。防冰技术的投用，提高了冷却塔自身运行的可靠性，降低了损耗，延长了使用寿命。实际上，冷却塔的防冰措施是一个影响因素较多的综合性问题，防冰的方法很多，无论选用哪种防冰措施都要根据具体情况，经过多方面的分析、研究和试验才能解决。除此之外，还要拥有一套严格健全的操作管理制度，只有将两者很好地结合在一起并充分运用，才能更好地解决冷却塔的防冰问题。

图3 冷却塔百叶窗现象消失

［1］林选才，刘慈慰.给水排水设计手册［M］.北京:中国建筑出版社，2004:102 -106.

［2］周本省.工业水处理技术［M］.北京:化学工业出版社，1997:137 -140.