摘要：將橫流式冷卻塔通過技術改造成逆流式冷卻塔，使冷卻能力提高20%以上，是冷卻塔提高能力節約投資，行之有效的好辦法。
關鍵詞：冷卻塔橫流逆流迴圈冷卻水改造
二十世紀80年代，石化行業引進並建造了一批橫流式機力通風塔。近年來，由於石化企業對生產裝置不斷的擴容改造，使這批機力通風冷卻塔也處於擴容改造之列。二十世紀90年代初，石化行業引進了美國「馬利」公司的逆流式機力通風冷卻技術，現在，石化、鋼鐵、電力行業大多採用逆流式機力通風冷卻塔。
那麼為什麼要改，又如何來改，下面就南化公司橫改逆專案作一詳細闡述。
一、冷卻塔現狀
迴圈水的設計能力是依據原配套裝置工藝負荷的需求來定的，近年來，該迴圈水裝置的冷卻能力逐漸降低，而配套的裝置裝置能力又在逐步提高，原有的迴圈水裝置已經不能滿足日益擴大的生產需求，特別在夏季迴圈量滿負荷時溫降很難滿足工藝的要求。另外該塔組經多年執行還存在填料老化損壞、漂滴水明顯、噴頭堵塞、配水不勻等問題，該塔群已成為裝置擴容生產的瓶頸問題，為了改善這種狀況，充分挖掘該塔群的潛在能力，針對目前冷卻塔存在的缺陷和問題並對迴圈水場的冷卻塔進行現場勘測和論證分析，確定對老塔進行塔型改造，本著以不增加占地，不改變原有動力、外界管網架等基礎設施，節約投資，並能保障裝置生產執行的
連續性，進一步提高冷卻處理能力的原則進行。
二 、橫流式冷卻塔改造的優化
1.冷卻塔的冷卻機理
常規採用的濕式冷卻塔中流過水表面的空氣與
水直接接觸，通過接觸散熱和蒸發散熱（由於在冷卻塔中輻射散熱量很小，忽略不計），把水中的熱量傳輸給空氣，從而使迴圈水溫度降低。淋水填料是冷卻塔的重要組成部分，是決定冷卻塔效率高低的關鍵部件，其效能的優劣將直接影響到整塔的熱工效果，保證並提高填料散熱效率的關鍵是：提高單位體積填料的表面積（即提高填料的比表面積），從而增大水、氣接觸面積和接觸時間；消耗水滴下降過程中的動能，延長水、氣接觸時間；足夠的水蒸氣推動力——大焓差。
2.冷卻塔分類特點
冷卻塔按熱水和空氣的交換流動方向主要分為逆流式和橫流式兩種型別，也就是有逆流式冷卻塔和橫流式冷卻塔兩種塔型。
橫流塔的水、氣交換如圖2所示：
圖2 橫流塔的水、氣交換
橫流塔的水、氣交換特點為：
水流方向與氣流方向垂直；由於風筒出口離進風窗高度較小，存在出塔濕熱氣流回流現象；不能充分利用焓差推動力；有較大的弱風區（死角）及低效區；較高的上塔水壓頭、較大的能耗。
在橫流塔內水的溫度梯度是從上往下逐漸降低，由外到內逐漸公升高。如果按理想狀態考慮，如圖2所示假設橫流塔16個區在工作中配風量都是相同的，那麼就「a、b、c、d」四個區而言，在進風口側的「a」區水溫最高、空氣溫度最低，即焓差推動力最大，因而冷卻效率最高。淋水從上到下經過「a」區充分冷卻後水溫下降最大，而就「e、f、g、h」 四個區而言，「f」區水溫較高、空氣溫度較低，因而「f」區冷卻效率在「e、f、g、h」中是最高的；同理，「k」區的冷卻效率
在「i、j、k、l」中最高，從理論上講「p」區的冷卻效率在「m、n、o、p」中最高，但由於是弱風區，冷卻效率並不高。所以，理想配風狀態下的橫流塔中冷卻效率高的區域在淋水填料的對角線上（p點除外），而其它區域填料由於都不處於理想焓差範圍內，冷卻效率都無法得到較好的發揮。而在橫流塔的實際執行中，由於塔頂風機的向上抽風作用，填料段配風不可能均布，如圖2所示的「o、 p、l」區實際配風量很小，成為塔內弱風區和死角，而到達「c、d、h」區的空氣經過和高溫段水經過「a、b、e、f、g」區熱交換後，成為高溫、高濕（接近飽和）的空氣，換熱效果大幅下降，成為橫流塔的低效區。
橫流塔內水滴下落過程中本身重力和進風的浮力共同作用，如圖3所示，由於浮力是偏於斜上方的，其本身在豎直方向的分力相對較小，水滴下落速度較快，在一定體積填料內的停留時間將較短，即水和空氣的接觸時間較短。
由於橫流塔塔內填料段存在弱風區（死角）及低效區，以及較短的水力停留時間現象，若要完成水冷卻任務，則需要填料的體積很大，填料的堆放高度很高，同時增加了上塔水管的高度。
填料區的下部，考慮到冷卻塔冬季時或工藝要求存在風機停開的現象，而橫流塔中填料的裝填又有一定的角度，會導致大量淋水打在進風百頁窗板上，塔下部濺水嚴重。
逆流塔的水、氣交換特點為：
水流方向與氣流方向相反；由於風筒出口離進風口距離較大，出塔濕熱氣流回流現象較少；充分利用焓差、充分利用水蒸發的推動力；比較順暢的氣流流線，較少的弱風區；較低的上水壓頭。
在逆流塔內水的溫度梯度是從上往下逐漸降低。如果按理想狀態考慮，每一橫斷面上配風是均勻的情況下，則每一橫斷面的溫度是相同的，實際執行中，在充分保證一定的進風窗風速和有效的導流措施情況下，逆流塔的工作可近似看成是均勻配風的，不存在大面積的弱風區和死角。逆流塔的每一橫斷面換熱狀況可看作是基本相同的，這就保證了在填料下部最冷的風與最冷的水、填料上部最熱的風與最熱的水進行熱交換，保持合理焓差，不存在明顯低效區。
逆流塔內水滴下落過程中在本身重力和進風的浮力共同作用，如圖5所示，由於浮力和重力的作用方向是相反的，水滴的下落速度較慢，在一定體積填料內的停留時間將較長，即水和空氣的接觸時間較長，換熱會比較充分。 對於薄膜填料，絕大部分淋水在薄膜填料表面形成水膜，水膜向下是延流狀下落，速度大多低於水滴。
3.改造後效能的優化
為了充分利用裝置的原有條件，最大限度的發揮裝置的潛在能力，在利用原塔基本框架的前提下，將橫流塔改造為冷卻效率更高的逆流塔是目前較優的一種方法。即通過對塔體內部的配水系統、收水系統及淋水裝置的更新改造，並充分利用原塔風機、電機的使用效能的基礎上可使改造後的冷卻塔處理能力增加20%以上。這樣既可以充分利用逆流塔熱工效率高、也充分利用了原橫流塔占地面積大的特點，同時
又無須改變原塔的動力資源，管路系統等，可最大幅度地挖掘該塔的潛力。
三、改造方法
拆除原塔的填料，噴淋、收水器及兩側百葉窗，保留原8.35m層、11.73m層部分填料次梁，以供改造後填料、收水器支撐用。
在兩側的進風口方向，從標高8.35m處向上到原配水池底掛裝5m厚的玻璃鋼板，原配水池處用混凝土封堵配水口，將塔淋水段面改為尺寸為12m×18m。利用原塔的氣室間，在8.
35m標高的平面上安裝型材主填料架，主填料架上擱置frp填料支架，形成新的支撐填料體系。進風口側利用原橫流塔填料次梁支撐填料。新配置的填料採用pvc薄膜填料，分層交錯排列，總高度為1.
25m。共270 m3/臺。
廢除原塔池式配水，採用管式配水系統，配水標高布置在1.03m，布水噴頭選用由abs工程塑料製作的三濺式低壓噴頭，其水頭損失小，流量係數大，需用水壓低，對不同壓力適應強、噴角大，徑向和周向不均勻係數小，布水均勻，布置安裝維護方便。
布水系統主管採用單根管變徑進入，主管直徑0820mm，用抱箍懸吊在混凝土梁下，支管為16根
0200mm的upvc管，同樣用抱箍懸吊在配水鋼梁下。 為保證配水均勻，在支管的尾端設一根0150mm的連通管，形成管網，以保持配水平穩。
配水層上方設定一層收水器，收水器與氣流垂直方向布置，收水器採用sj160型高效加筋弧形收水器，共216m2/臺。其飄水損失低於迴圈水量的0.001%。
改造塔如圖6所示。
比較改造前後填料收水器用量，橫流塔填料用量720m3/臺，收水器300m2/臺，改造後填料收水器用量減少50%，冷卻能力提高了，採用逆流塔價效比大大提高。為改善塔兩側外界氣流形成的穿趟風影響，在填料中線區域（雨區段）增加隔風牆板，使進塔氣流更趨流暢均勻，同時考慮冬季執行時部分風機停運，在自然冷卻時邊層出現濺水問題，在進風口增置導水板，防止邊層水滴的濺散缺陷。
四、效能測試
從測量結果可以看出，改造後的冷卻塔的單塔冷卻能力達到近3300m3/h（10℃溫差），比原設計冷卻能力提高了近30%，取得了很好的經濟效果，改造獲得了成功。
五、結論
通過對冷卻塔的改造，尤其對早期的橫流塔，改造為逆流塔後，冷卻能力至少增加25%（10℃溫差）以上，冷卻能力得到了大大的提高，且施工周期短、施工方便。這對如何進一步提高冷卻塔的能力起到很好的借鑑作用。
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