循环水冷却塔及重力式无阀过滤罐设计若干问题探讨

2022-09-11

一、概述

在《工业企业总平面设计规范》 (GB50187-2012) , 表5.3.9中, 规定了自然通风冷却塔和机械通风冷却塔的“冷却塔与相邻设施的最小水平间距”, 同时在第5.3.9“注4”中, 规定了:“单个小型冷却塔与相邻设施的间距可适当减少, 玻璃钢冷却塔与相邻设施的间距可不受本表规定的限制。” (详述以规范为准, 此略) 。

在《化工企业总图运输设计规范》 (GB50489-2009) 中, 规定了“机械通风冷却塔与相邻建筑物、构筑物之间的最小水平间距 (M) ”, 在第5.3.3注5中, 规定:“小型机械通风冷却塔与相邻设施的间距可适当减少。” (详述以规范为准, 此略) 。

在《工业循环水处理设计规范》GB50050-2007说明中, 规定:“现行规范和修订规范对旁滤量的规定均为1~5%, 但是考虑到有些多尘地区的企业反映, 旁滤量不足, 所以增加了多尘地区或灰尘指数偏高地区可适当提高” (详见规范说明, 此略) 。据此, 当前设计循环水旁滤量有增加的趋势, 有的已达8-10%。而重力式无阀过滤罐, 正因其水力自动, 不需气源电源, 不需配套设备, 不需人为操控, 安装场地要求不高, 无易损、更换件, 检修周期长, 长期使用后, 也只需在必要时, 清洗或更换石英砂滤料, 维护简便、成本极低等独具的优点, 而成为首选被广泛采用, 并占有广阔的市场。

工业凉水塔是循环水冷却必需设备, 重力式无阀过滤罐也应用十分广泛, 又由于规范作了上述规定, 所以很有必要对当前已存在的问题, 引起高度重视, 使设备发挥出最大效能。下面就对其予以分析探讨。

二、设备选型及配置存在或易被忽视的几个问题

笔者所知, 不少工程项目在这两种设备的选型和配置上, 均存在不合规或不合理, 甚至既不合规又不合理问题。

1.凉水塔在此方面存在的问题, 多表现在: (1) 台数配置不合理, 不是单台能力过大就是过小。若单台能力过大, 台数就少了, 运行调节范围变小。因为冷却塔热力性能由诸多设计参数 (含气象条件) 决定, 水温降并非随流量的大幅减少而成线线性比例显著增大。尤其调节为低负荷 (低于设计下限) 状态下运行, 就成大马拉小车, 造成运转成本相对升高。若单台能力过小, 虽调节性强, 但占地较大。 (2) 对规范中对凉水塔类型及大、中、小型界限的划分定义, 理解不准不透, 导致凉水塔布置不符合规范规定的“冷却塔与相邻设施的最小水平间距”和“通风间距”, 不是间距小了, 达不到规范“最小水平间距”和通风间距的要求, 验收通不过, 就是间距大了, 浪费占地; (3) 对凉水塔的选型, 排列组合的科学性不够, 造成配置不合理。 (4) 对其布置形式缺乏多种方案比较, 该分散还是集中。

2.重力式无阀过滤罐在此方面存在的问题, 表现在: (1) 没有注意到产品样本中, 虹吸排污池不合理, 尺寸偏小问题。大排污量时出现反冲洗污水外溢;

这种重力式无阀过滤罐, 产品样本中, 各制造厂家的设备特性参数是相同的。其平均反冲洗强度均为15升/M2.S。单台过滤罐产水量从20M3/h~175M3/h, 对应的虹吸反冲洗排水流量 (强度按15升/M2.S在继续进水工况下) 从18.75升/S~163.65/S。排污量增加了近8倍, 对应的虹吸排污池尺寸却为同一大小。单台产水量从200M3/h~750M3/h的过滤罐, 对应的反冲洗排水流量 (强度按15升/M2.S在继续进水工况下) 从188.3升/S~467.6/S。排污量增加了近1.5倍, 对应的虹吸反冲洗排污池尺寸也为同一大小。 (2) 单台型号选的大, 除仍存在不便调节外, 排污不能分流错峰, 既是将反冲洗强度经调小, 反冲洗排污瞬间排量和冲量仍会很大, 排不急, 大量外溢。有的一味靠增大排水管径, 却又造成了投资浪费。 (3) 没有与凉水塔的配置作对应的合理匹配, 使二者检修和运行不宜协调调节。

实际工程案例证明, 单台过滤罐产水量从20M3/h~80M3/h, 即反冲洗排水流量从18.75升/S~75升/S范围时, 样本中缓冲池尺寸较为合适, 反冲洗排水流量从75升/S~163升/S范围时, 尺寸明显偏小, 缓冲度不够。在188.3升/S~467.6/S排量时, 随排量的增大, 水势更猛, 冲量更大, 问题也显得更加突出, 即便增大排水管, 效果也不明显。污水外溢, 既污染周围地面环境。又损失污水回收处理量和增加人工维护工作量。所以精心合理的选择过滤罐台数, 并改大虹吸排污池尺寸, 是一个很好的措施, 也是一个不可忽视的重要环节。

三、解决策略

首先要对规范有准确的理解和掌握, 特别注意各规范的适用范围, 熟悉所设计项目的特点, 分析和了解生产工艺方式、预判生产负荷变化规律情况, 为设备选型提供依据。设备在选型和配置上, 可针对性地从以下几个方面入手:

1.凉水塔选型及配置: (1) 要选择正规的、有制造资质的生产厂家; (2) 要符合《工业循环水冷却设计规范》有关规定。 (3) 利用最先进成熟的科技成果。 (3) 选择凉水塔布置方式, 是集中还是分散; (4) 选择空间布置的形式, 是部分还是全部平面或竖向布置; (5) 选择组合形式, 少台还是多台, 同型号还是不同型号组合; (6) 借鉴利用好的经验; (7) 要适合项目所在地的气象、气候条件、热力性能满足生产工艺需要; (8) 适合水质的要求; (9) 确定能承受的地震烈度; (10) 确定能承受的最大风载; (9) 经过方案比选, 确定既符合规范中“与相邻设施的最小水平间距”和“通风间距”的要求, 又最省地, 最适合项目特点和实际的最优方案等。

2.重力式无阀过滤罐选型及配置: (1) 要选择正规的、有相应资质的生产厂家, 生产制造符合相关规范; (2) 选择组合形式, 少台还是多台, 不同型号还是同型号; (3) 应与凉水塔的配置相匹配; (4) 经过多方案比选, 确定最优的方案。

对前述虹吸排污池小的问题, 可采取以下措施:1>依据排水量, 并考虑到其冲量, 注意适当放大样本中虹吸排污池尺寸, 提高缓冲能力;这在设备设置在屋顶时, 尤为重要;2>酌情尽量选多台小型过滤罐配置, 这样各台能错开排污。还可将各虹吸排污池联通, 以分散排污;3>若场地允许, 就近设专用缓冲池, 这样可减小排污总管管径;4>大排量的情况下, 就近设置专门的循环水排污水处理站, 缩短排污管和回用中水管长, 减少阻力, 减少工程投资, 一举多得 (注:就近设置专门排污水处理回收站问题不在此讨论) ;5>特别提示, 不建议一味采取增大排水管径的措施, 既便是增大排水管径, 也应仅限在靠近排出口较短距离内, 起到疏散缓冲水流的作用即可, 以免增加工程投资。

四、结语

此项设计是一个比较复杂的系统工程, 目前存在问题的案例不少, 要避免上述问题的发生使其设计合理, 就应着重从以下方面着手。

1.熟悉其设备性能、原理, 搞好市场调研, 摸清用户对该种设备的使用情况;加深对项目生产工艺特点的了解, 开拓和丰富设计思路、利用好有关经验, 精心推敲, 全面权衡。

2.熟悉相关规范, 将规范、基本理论知识和最新科技成果, 丰富的设计和工程经验及先进的理念有机结合, 融会贯通;有针对性地选型配置, 做到因地制宜, 量体裁衣。

3.对还存在此问题的案例, 笔者认为, 在适当的时机, 酌情择机予以技改, 是很有必要的, 对合理经济运行, 降低动力成本, 提高经济效益很有成效。

本文只是针对笔者本人发现的问题, 提出探讨性的思路, 希望对设计者起到拾漏补缺, 有所启发, 引起重视, 对使用者起到有所收益的作用。

摘要：循环水系统所用主要设备--循环水冷却塔及重力式无阀过滤罐, 如何选型和配置, 对循环水系统本身能否经济合理运行, 以满足不同生产负荷下的高效运转, 至关重要。而往往有的设计者, 恰恰在选型和配置中, 因有些要素被忽略, 出现了选型和配置不合理问题。本文结合规范和经验, 探讨其避免和解决策略, 使其既符合规范和总平布置原则, 节省占地, 又调节方便, 适应生产负荷变化, 实现调节方便、经济合理运行。

关键词：冷却塔,重力式无阀过滤罐,设计规范要求,反冲洗排污量,设备选型配置