中國紡織工業設計院
朱 昱

概述

　　巴斯夫——華源尼龍有限公司是一家中外合資企業，廠址位于上海市青浦縣中紡科技城內，產品為錦綸6BCF地毯絲，目前該工程一期工程（規模為7000噸/年）已建成投產。
　　該工程的循環冷卻水站主要提供工藝裝置和冷凍空壓站循環冷卻用水，主要設計參數為：
　　冷卻塔進水溫度：≤41℃　　　　　　　　 進水壓力：不低于0.25MPa
　　冷卻塔出水溫度：≥26℃≤33℃　　 出水壓力：不低于0.45MPa
　　循環冷卻水的水質標準符合GB50050-95《工業循環冷卻水處理設計規范》。
　　在設計該工程的循環冷卻水站的過程中，針對合資企業項目的特點，在裝置的規模、布局、監控儀表的選用等方面的都做了大量工作，力求使工程投資結構經濟合理，提高自動化程度，操作簡例，易于管理。由于工程場地地質條件較差，為了節省施工費用，減少施工難度，在高程布置方案的選擇上做了多方案比較。
　　在此，我把本設計中的一些主要思路、方案比較、設備選型等介紹一下，并結合設計和實際運行出現的一些值得探討的問題談一談自己的觀點，供大家參考并提供寶貴意見。

一 循環冷卻水站的規模

　　由于該工程按一次規劃，分期建設的原則分為AⅠ、AⅡ、B、C幾個階段，各個階段所需循環冷卻水量各不相同。其中AⅠ期工程循環冷卻水量為3000m³/h，因此在確定循環冷卻水站的規模時，既要著眼遠期發展，預留用地，又要綜合考慮近期與長遠的關系，一次規劃，分期建設，合理投資。比如冷卻塔的選項用，如果選用每座300m³/h的大型冷卻塔，從節省占地角度看是合理的，但由于該工程將根據產品的市場銷路情況分期建設且階段較多，公用工程需求量的不可預見性較大，加之循環冷卻水在夏季和冬季的需求量各不相同，因此若選用每座1500m³/h的中型冷卻塔則更能靈活機動的適應工程各個階段、各個季節的不同需求。
　　基于上述原則，循環冷卻水站的占地按最大規模9000m³/h考慮，約3600m²。冷卻塔分為兩組，每組三座冷卻塔，每座冷卻塔冷卻水量1500m³/h，這樣，循環冷卻水站可分別提供1500、3000、4500、6000、9000m³/h若干檔的循環水量。除一組冷卻塔預留用地外，其它土建工程（泵房及附房、吸水池等）都按最大規模一次建成，并預留設備基礎。AⅠ期安裝的設備，除旁濾設備及一些小設備外，均按3000m³/h考慮。

二 循環冷卻水工藝流程

　　下圖是循環冷卻水站工藝流程框圖：

　　循環冷卻回水由冷凍空壓站引出(DN800)，利用其余壓(0．25MPa)進入冷卻塔。另外，從回水主管中分出一路旁通管(DN400)，利用溫控調節閥調節旁通流量。設置旁通管的目的，一是可以節約能耗：根據設計參數，循環冷卻水供回水溫度分別為≤33℃和≤41℃，在冬季氣溫較低時，冷卻回水不必全部進入冷卻塔處理即可達到設計供水溫度；二是根據冷凍機的工藝要求，冷卻水供水溫度不能低于26℃，這是和以往循環水站設計有所不同的，因此溫度調節閥將控制溫度設定為27℃-32℃，水溫正常值為≤32℃，當溫度下降至30℃時，調節閥開啟，當下降至27℃時，調節閥開啟度為最大。
　　經冷卻塔處理后的冷卻水在塔底水池匯集后，自流到吸水池，吸水池入口處為一個隔板混合井。在吸水池分別設置液位指示和溫度指示在線儀表。
　　循環水泵房設置有三臺循環水泵，二用一備。水泵流量按照每座冷卻塔的設計流量選定為1500m³／h，即一臺水泵對應一座冷卻塔。
　　泵房內另有兩臺旁濾水泵(一用一備)，規范要求夯濾水量為循環水量的3％--5％，因此旁濾水泵的流量按C期規模(即9000m³／h)的3％選定。
　　泵房附房包括值班控制室、化驗室、變配電室、加藥間、藥劑倉庫。加藥間內設置一套加藥裝置，阻垢緩蝕劑等藥劑在此調配、混合，經計量泵投加到吸水池前混合并，與冷卻水充分混合。

三　冷卻塔選型

　　根據上海地區氣象參數，經計算，氣水比確定為0．8，采用直徑7．7m、風量13．5x104m³／h的風機，單塔冷卻水量可達1600m³／h。風筒采用玻璃鋼風筒，塔內設有玻璃鋼集流器，淋水填料為雙斜波填料，材質為改性PVC，噴頭采用反射型，收水器型線S形。
　　對于是采用鋼筋混凝土框架結構冷卻塔還是采用鋼支架玻璃鋼冷卻塔，我為此做了比較。首先，從外形比較，鋼支架玻璃鋼冷卻塔外形美觀，鋼筋混凝土結構冷卻塔略顯笨重，占地稍大；其二，玻璃鋼冷卻塔為預制構件，安裝進度快，而混凝土冷卻塔需現澆，工程進度稍遜一籌；第三，對于大中型冷卻塔來說，鋼筋混凝土結構冷卻塔堅固耐用，折舊年限長，一般壽命可達20--50年；而大中型全玻瑚鋼塔的堅固穩定程度則要差一些，使用壽命在5-10年；第四，鋼支架玻璃鋼塔的防腐要求較，且養護費用高，相反，混凝土冷卻塔在防腐性能上要優于前者；還有一點就是，鋼筋混凝土冷卻塔的，造價比鋼支架全玻璃鋼冷卻塔便宜，平均每塔相差10萬元左右。經過和業主對國內同類型冷卻塔的共同考察，最后決定采用鋼筋混凝土框架結構冷卻塔。

四 平面布置

　　根據上海地區氣象條件及總圖中冷凍空壓站的位置，循環冷卻水泵房定位于冷凍空壓站正西，泵房以南依次為吸水井、冷卻塔。如前所述，泵房土建工程是按最終規模設計的，因此，后期的水泵基礎和預留預埋都已施工到位。
　　根據規范中冷卻塔與其他建筑物間距的限制，冷卻塔與泵房及附房的最小間距應是25米，但由于場地及總圖布置的限制，實際間距只有23．5米。
　　由于規范中間距的限制，在以往循環冷卻水站的設計中，冷卻塔和泵房之間都布置了一座吸水池，用以彌補間距過大而造成的吸水管過長，從而引起水泵吸水流量不穩定的現象。另外，還可以在吸水池前設置導板混合并，以利于阻垢級蝕劑等藥劑與循環水的充分混合。在下面的高程布置說明中可以看到，由于吸水池的存在，從冷卻塔塔底水地經吸水池，再到水泵吸入管，水頭損失是相當大的。

五 高程布置

　　以泵房和附房室內地坪為相對標高±0．00m，冷卻塔塔底水池底標高定為-1．00m，塔底水池水面標高定為+0．90m。
　　從塔底水池到吸水池的管道布置，設計時共有幾種方案，通過對水頭損失的計算，比較如下表：

方案一 方案二 方案三 方案簡述 每座冷卻塔設獨立塔底水池；兩組塔共用一根連通管。 一組冷卻塔中，三座塔的塔底水池連通為一體共用一個DNl000管道出口；兩組塔共用一根連通管。 每組冷卻塔的塔底水池連通為一體，兩組塔分別用一根DNl000管道引入吸水池混合井。 管道布置 管道支管較多，與其它管道交叉多 管道布置簡單，管道交叉少 有兩根大口徑主管，占地較多 水頭損失(塔底水池出口至吸水池出口) 由于管道布置較為復雜，造成局部水頭損失很大，如按最終規模(9000m³/h)計算，水頭損失達3．17m 當使用一組冷卻塔(4500m³／h)時計算時水頭損失較小；但當另一組冷卻塔出水在共用管道匯合時，局部損失增加，總的結果為1．43m。 由于兩組冷卻塔個自獨立，水頭損失僅是一組冷卻塔水量的計算值，因而計算數值較小，為0．99m。 施工難度及工程造價 由于水頭損失大，吸水池及泵房的標高都很低，土建挖深很多，由于現場地基土質很差，地下水位很高，施工難度較大，挖得越深，工程費用將成倍增加。 水頭損失較小，施工難度及造價有所降低，且管道施工工程量小。 水頭損失比前兩個方案都小，因而施工難度和費用是最低的。同時，對后期發展的管道銜接也比較有利。 其他 每座冷卻塔自成一體，便于調控及養護清洗。 同方案三 塔底水池連為一體后，當冷卻塔不同時使用時，易產生水流死角，滋生藻類；出水管口徑較大，閥門口徑達DNl000，雖然選用了蝸輪式蝶閥，但可靠性有待時間考驗。

　　很明顯，方案3的管道布置既簡單又有利于后期發展，較小的水頭損失使吸水池、泵房的高程不至于很低，對于現場較差的地基土質來說，無疑大大降低了工程造價和施工難度。
　　由于AI期時只用兩座冷卻塔，因而第三座預留塔下的水池暫時與另兩格水池隔離，防止水流不暢而滋生藻類。

六 儀表控制

　　在循環冷卻水站的設計中，根據業主的要求，控制儀表的設計原則是簡單、實用、可靠。同時，也采用了一些先進可靠的監測控制儀表。如對風機減速箱內油溫、振動、油位的監測儀表的選用，以往的設計是分別安裝各自的傳感器放大器，并經由相互獨立的傳輸和供電線路，最后顯示在不同的監測記錄儀表上。這種方法使傳感器、變送器安裝繁瑣，傳輸線路雜亂，易受干擾，不便維護，成本較高。在我所調研的多家工廠的冷卻塔中，都曾經發生因監測不當或發現不及時而導致風機機件損壞的事故。根據風機生產廠家的建議，設計中選用了KR—939B型風機安全監控系統，該系統運用了多參數組合探頭技術、數字指令編碼技術，使以往的監控方式有了根本的改觀，它對風機抽濕、油位、振動集中監測指示記錄報警，維護方便，成本低，可實現科學化數據管理。目前該系統已在多座冷卻水站得到應用，并獲得良好的效果，可靠性較強。系統分別由三參數組合探頭、風機監控器構成(計算機管理網絡暫沒有安裝，但預留接口)。已參數組合探頭安裝于風機減速箱油標固定座或觀察孔安裝座上，其探針直接插入潤滑油中，將減速箱內的油溫、油位以及機械振動直接轉換為電信號，并傳至控制室內的風機監控器。風機監控器可以對風機的三項運行參數進行實時監測，完成數字顯示記錄、超限報警、自動控制故障風機停機等多種功能。由于每臺監控器有一條四芯電纜掛接八只組合探頭，可同時對八臺風機進行監測，因此，對于本循環冷卻水站而言，一臺監控器業已滿足最終需要，今后只需每增加一臺風機就增設一個組合探頭即可。另外，監控器除可以獨立完成動態監控任務外，還能夠通過串行數據通訊線路與上位計算機實現多臺掛接，并與KR—933風機智能控制器一起組成統一的計算機實時監控管理網絡，——這項功能將隨著今后工程擴建及管理的提高而逐步實現。

七　實際運行情況

　　該循環冷卻水站的施工安裝、試車運行均較為順利。由于站內設備操作簡單易學，設備維護方便，操作工管理起來較為輕松。迄今該站已平穩運行一年有余，裝置設備均正常運轉，尚未出現大的問題及故障。　　 根據業主反饋的情況，由于冷凍機的選用是根據外商的資料，考慮了后期工程的發展需要而留有相當的余量，因此目前冷凍機的夏季負荷僅65％左右，冬季低溫時只能采用開空調加熱旁通閥增加負荷后維持冷凍機20％運轉負荷，因此循環冷卻水系統設備潛力很大，為馬上開工的二期工程創造了有利條件。現在，冷卻塔和循環水泵正常只開一臺，水泵流量在1100m3／h左右，夏季供水溫度27±0．5℃，回水溫度不超過34℃，冬季(11月中旬至次年3、4月)可不開冷卻塔風機。溫度控制旁通流量調節閥使用情況良好，根據當地的氣象條件，調節閥控制在28℃全閉，25℃全開，對空壓機、冷凍機的穩定運轉提供了條件。不過，由于今冬(1999--2000年)上海遭遇罕見的寒冷低溫，塔內部分填料 結冰，為此只得關閉旁通閥，強制回水上塔防止冰凍。由于風機安全監控系統的采用，使管理人員隨時隨地能夠及時了解風機的運轉狀況，對保證風機安全運轉起了很大作用。
　　由于補充水管道的計量水表在施工圖設計時應甲方要求取消，目前不能得到有關補充水量的數據，因而藥劑的投加量均是根據經驗投加，加之原設計采用的試驗裝置監測換熱器也因甲方原因取消，所以對整個系統阻垢防腐效果尚不能以數據評價。但從對設備的檢修情況來看，沒有腐蝕及明顯結垢現象。另外冷卻塔的進風面沒有設計百頁式隔板，塔內光照充沛，有水藻類繁殖，額外加大了藥劑量。

八　 對一些設計問題的探討

　　大型循環冷卻水站的占地面積都比較大，這是因為冷卻塔和泵房、配電室平行布置，由于間距的限制，拉大了冷卻塔與泵房之間的距離。如此大的占地面積，對于現在寸土寸金的土地來說很不經濟。如何減少大型循環冷卻水站的占地面積，應是一個值得研究的課題。《工業企業總平面設計規范》中規定了冷卻塔與相鄰設施的最小水平間距，但在實際應用時，往往感到規定的間距過大。近年來，冷卻塔風筒、收水器等部件的性能都有明顯提高，為縮小間距提供了條件。我認為在循環水站平面布置設計中，在不違反規范基本原則，滿足冷卻塔進風要求的前提下；應能根據具體情況適當靈活掌握。
　　循環水泵一般采用大流量的S或SH型臥式泵，占地較大。目前國內已有大流量的潛水給水泵和立式離心泵生產，如果能用潛水泵或立式離心泵取代臥式泵，水泵露天安裝，直接從塔底水池吸水，則占地面積將大大減少，同時也大大減少了土建工程。從節能的角度而言，由于減少了水頭損失，水泵耗電也將降低。
　　加藥泵可以選擇與循環水泵同揚程的計量泵，藥劑直接泵入管道混合器，既可省去混合并，也可提高藥劑混合效果。同理，也可不必設專門的旁濾泵，而由循環水泵供水管分出支管接至無閥過濾器，當然，由于無閥過濾器所需水頭較低，支管應安裝減壓閥。