提升三循凉水塔冷却性能的方法与测试_吴仙.pdf

化学工程与装备 2023 年 第 7 期 178 Chemical Engineering&Equipment 2023 年 7 月 提升三循凉水塔冷却性能的方法与测试 提升三循凉水塔冷却性能的方法与测试 吴 仙，陈丰巍，曹令臣，张 齐（中石油独山子石化公司公用工程部，新疆 克拉玛依 833699）摘 要：摘 要：公用工程单元三循冷却塔在夏季满负荷状态下供水温度依旧超标，夏季冷却问题突出。就此问题分析影响三循冷却塔冷却性能的原因并找出可实施对策，通过合理调整风机叶片角度观察相应的参数变化，为找出最佳解决方案提供数据支持。关键词：关键词：循环水；冷却塔；风机；角度；风量 前 言 前 言 公用工程部公用工程单元第三循环水场（以下简称三循），为独山子石化公司化工新区各工艺装置及辅助装置提供循环冷却水。其中三循有逆流式机械通风冷却塔 18 座（其中原有旧冷却塔 16 座，扩建冷却塔 2 座），2022 年夏季，三循冷却塔一直处于满负荷，所带装置热负荷高，供水温度经常出现超指标（28）情况，夏季冷却问题突出。为切实解决三循供水温度高的情况，运行单元于 2022 年 6 月安排中化沧州冷却塔有限公司对三循冷却塔进行了冷却能力的测试，测试结果发现三循扩建 58A-K-0001A、58A-K-0001B风机实测风量为 230.75104m3/h、232.33104 m3/h，为设计风量 304104m3/h 的 75.90%、76.42%。三循其他冷却塔风机风量实测范围为 198.75104m3/h253.29104m3/h，仅为设计风量 295104m3/h 的 67.37%85.86%，实测电流为额定电流的 55.3979.05%，实测冷却能力为 61.0678%，实测值与设计值差距较大。1 影响三循冷却塔冷却性能的原因 1 影响三循冷却塔冷却性能的原因 2022 年 8 月至 9 月，为增加冷却塔风量，提升冷却塔效率，运行部多次与冷却塔及风机厂家进行技术交流，查找出三循冷却塔冷却能力不足的主要原因如下：1.1 风机风量达不到设计要求 从中国工程建设协会标准 TCECS118-2017冷却塔验收测试规程7.1 条：凉水塔性能评价指标计算公式：sQ=(Qc/Qd)100%=Gt/(cQd)100%Qc=Gt/c 式中：sQ-评价指标（)Qc-修正到设计工况下进塔水流量（kg/h)Gt-实测进塔空气流量kg(DA)/h Qd-设计冷却水流量（kg/h)c-修正到设计工况下气水比 从以上计算公式可知：在设计能力范围内，冷却能力与进塔空气流量正相关，进塔水量一定的情况下，冷却能力的提升比例取决于进塔风量提升比例，目前风机风量平均 230104 m3/h，为设计风量的 78%。风机风量小是影响冷却能力的主要原因。另外，塔内薄膜填料存在污堵现象，堵塞填料通道，也会造成塔内阻力增加，导致风量有所降低。1.2 旧凉水塔轴线平面尺寸偏小，结构设计存在问题 三循旧的 16 间凉水塔轴线平面尺寸偏小，淋水密度接近国家规范的上限。设计风速已超规范上限，说明冷却塔尺寸设计偏小。通过改造，冷却塔能力基本不可能达到 100%设计能力。两间新扩建的冷却塔单塔轴线平面尺寸为 19m19m,其淋水密度高达 13.85m3/(m2.h)，塔内风速为 2.34m/s，未超过设计的风速及淋水密度，新扩建两间塔设计状况好于旧塔。扩建塔通过提升风量及改造，冷却能力可以达到 100%。1.3 填料使用年限长，冷却效率有所下降 塔内填料型号为 2006 年设计，冷却塔中填料片间距 34mm，是市面上片间距最大的填料，片间距大填料比表面积小，换热效率低，影响降温效果。三循自 2009 年开工至今已运行 13 年多，16 间冷却塔填料未进行过整体更换，填料存在一定的破碎及污堵，会造成填料热力性能下降，同样的风量情况下冷却能力降低。1.4 配水喷头配置不合理，喷头数量少 三循老塔配水系统单个喷头覆盖面积过大，喷洒交叉不到位，造成实际配水不均，影响冷却塔冷却效果。另外，单喷头流量 22.32t/h 设计偏大，喷水水滴粒径较大、正常水量时容易打坏喷头或掉喷头，造成局部形成水柱，损毁填料。三循新扩建塔单间 336 个 NS-B 三溅式喷头，单喷头流量 14.88t/h，布水状况较旧塔略有改善，但也偏大。1.5 冷却塔超设计负荷运行 三循设计循环量 90000t/h，2022 年夏季运行循环量达93000t/h，没有裕量且超设计 3000t/h 运行。2 对策测试 2 对策测试 基于以上分析，根据三循风机运行工况认为风机风量的大小是制约冷却塔冷却能力的重要原因，而通过合理调整风机叶片角度（保证风机安全使用为前提）是增加风量的有效手段。DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.07.076 吴 仙：提升三循凉水塔冷却性能的方法与测试 179 2022 年 11 月 2 日至 11 月 14 日，三循装置分别对三循58-K-0001A、58-K-0001D 风机进行叶片角度的调整和风量测试。现将测试结果总结如下：2.1 设备调试部分：2.1.1 风机角度调整情况：11 月 2 日至 11 月 10 日，三循装置分别对三循58-K-0001D 风机叶片角由 12.70.5提升至 15.70.5，叶片角度增加 3；58-K-0001A 风机叶片角度由12.70.5提升至 14.70.5，叶片角度增加 2。2.1.2 电流变化情况：58-K-0001D 风机（变频）电流变化情况，电机额定电流：359.8A，风机变频器运行频率在 80%条件下，对比叶片角度调整前电流增加 52A，增幅 34.67%。风机变频器运行频率在满频（100%）条件下，对比叶片角度调整前增加电流75A，增幅 37.31%。如表 2.1：表 2.1 三循 58-K-0001D 风机电流变化情况 表 2.1 三循 58-K-0001D 风机电流变化情况 测试时间 风机运行电流（A）11 月 1 日叶片角度调整之前 80%运行频率 150 11 月 7 日叶片角度调整之后 80%运行频率 202 增加 52 增加幅度 34.67%11 月 1 日叶片角度调整之前 100%运行频率 201 11 月 7 日叶片角度调整之后 100%运行频率 276 增加 75 增加幅度 37.31%5K-0001A 风机电流变化情况：电机额定电流：24.1A，调整前电流：14.23A 调整后电流：18A，增加 3.77A，增幅26.49%。如表 2.2：表 2.2 三循 58-K-0001A 风机电流变化情况 表 2.2 三循 58-K-0001A 风机电流变化情况 测试时间 风机运行电流（A）11 月 8 日叶片角度调整前 14.23 11 月 10 日叶片角度调整后 18 增加 3.77 增加幅度 26.49%2.1.3 功率变化情况 58-K-0001D 电机额定功率：200kW，满频（100%）条件下，叶片角度调整前功率：126.8kW，调整后功率：169.8kW，增加 43kW，增幅 33.91%。如表 2.3：表 2.3 三循 58-K-0001D 风机功率变化情况 表 2.3 三循 58-K-0001D 风机功率变化情况 测试时间 电机功率（KW）11 月 8 日叶片角度调整之前 100%运行频率 126.8 11 月 10 日叶片角度调整之后 100%运行频率 169.8 增加 43 增加幅度 33.91%58-K-0001A 电机额定功率：200kW，叶片角度调整前功率：131.61KW，调整后功率：166.48kW，增加 34.87kW，增幅 26.49%。如表 2.4：表 2.4 三循 58-K-0001A 风机功率变化情况 表 2.4 三循 58-K-0001A 风机功率变化情况 测试时间 电机功率（kW）11 月 8 日叶片角度调整之前 100%负荷自测 131.61 11 月 10 日叶片角度调整之后 100%负荷自测 166.48 增加 34.87 增加幅度 26.49%2.1.4 电机和减速箱状态参数变化情况：58-K-0001D 风机满频状态下减速机温度 58.8，较叶片角度调整前上涨 7.3（涨幅 15%），上涨明显；减速箱振动最高上涨至 2.15mm/s，较叶片角度调整前均值上涨0.4mm/s（涨幅 35%），上涨明显；电机振动 1.1mm/s、0.56mm/s、较叶片角度调整前上涨 0.42mm/s、0.18mm/s，上涨幅度适中。水平收水器运行状态正常，较叶片角度调整前无明显变化。如表 2.5：表 2.5 三循 58-K-0001D 电机和减速箱变化情况 表 2.5 三循 58-K-0001D 电机和减速箱变化情况 名称 减速机温度（65）减速箱振动（3.0mm/s）电机联轴端振动（3.0mm/s）电机非联轴端振动（3.0mm/s）调整前 51.5 1.15 0.68 0.38 调整后 58.8 1.55 1.1 0.56 180 吴 仙：提升三循凉水塔冷却性能的方法与测试 58-K-0001A 风机减速机温度 57.5，较叶片角度调整前上涨 1.5，涨幅不明显；减速箱振动均值上涨 0.07mm/s、涨幅不明显，较叶片角度调整前；电机振动 0.74mm/s、0.40mm/s（设防值3.0mm/s）、较叶片角度调整前上涨0.12mm/s、0.05mm/s。水平收水器运行状态正常，较叶片角度调整前无明显变化。如表 2.6：表 2.6 三循 58-K-0001A 电机和减速箱变化情况 表 2.6 三循 58-K-0001A 电机和减速箱变化情况 名称 减速机温度（65）减速箱振动（3.0mm/s）电机联轴端振动（3.0mm/s）电机非联轴端振动（3.0mm/s）调整前 56.0 1.12 0.62 0.35 调整后 57.5 1.19 0.74 0.40 2.2 风量测试部分 2.2.1 风量变化 三循 58-K-0001A 风机叶片角度调整后风量增加 33.4万方，风量提升 15.3%。如表 2.7：表 2.7 三循 58-K-0001A 风量变化情况 表 2.7 三循 58-K-0001A 风量变化情况 测试时间 风机风量（万 m3/h）11 月 9 日叶片角度调整之前 217.5 11 月 14 日叶片角度调整之后 250.9 增减 33.4 增幅 15.35%三循 58-K-0001D 风机叶片角度调整后 80%负荷风量增加 11.3 万方，风量提升 5.35%，如表 2.8。三循 58-K-0001D风机叶片角度调整后 100%负荷风量增加 23.3 万方，风量提升 9.42%，如表 2.9。表 2.8 三循 58-K-0001D（80%负荷）风量变化情况 表 2.8 三循 58-K-0001D（80%负荷）风量变化情况 测试时间 风机风量（万 m3/h）11 月 1 日叶片角度调整之前 211.2 11 月 7 日叶片角度调整之后 222.5 增减 11.3 增幅 5.35%表 2.9 三循 58-K-0001D（100%负荷）风量变化情况 表 2.9 三循 58-K-0001D（100%负荷）风量变化情况 测试时间 风机风量（万 m3/h）11 月 1 日叶片角度调整之前 100%负荷自测 247.5 11 月 7 日叶片角度调整之后 100%负荷自测 270.8 增减 23.3 增幅 9.42%3 测试结论 3 测试结论（1）2022 年 11 月上旬通过对两台风机叶片角度进行调整，叶片角度增大 3，风量可提升 33 万方，根据两个标准参编公司模拟计算，中化工程沧州冷却技术有限公司和江苏海鸥冷却塔公司初步计算结果：风量提升 33 万方，在设计干球温度 33、湿球温度 21情况下，水温可下降近0.8。在设计风量范围内，每提高 10 万方风，水温下降0.20.3。如 2023 年剩余 16 间水塔风机风量提升能达到目前水平，对于缓解夏季高温时段循环水供水温度超标起到很大作用。（2）电耗增加情况：按照目前测试两台机组功率平均增加 39 千瓦计算，夏季风机三个月满负荷运行，电耗合计增加 39*24*90=84240 度，运行部能耗负担加重。（3）目前 58-K-0001D 和 58-K-0001A 风机各项运行参数较叶片角度调整之前均有明显上 涨，仍在设防值内运行,从运行状态参数看总体运行平稳可控。后期仍需连续长周期运行监测验证。4 下一步计划 4 下一步计划（1）风机叶片角度增加后，减速机、叶片、碳纤维传动轴、膜片，电机轴承等配件使用寿命大幅缩短，设备运行故障率相对上升，影响设备长周期稳定运行。需要重新修订风机检修维护策略。（2）根据每年春、秋两季风机例行检查情况，适当缩短叶片和碳纤维传动轴等配件更换周期，由原来的 8 年缩短为 6 年，后期上报一定数量的配件，做好应急检修配件储备工作。（3）2022 年冬季至 2023 年春季 58-K-0001A/58-K-0001D 保持满负荷运行，2023 年 3 月初对这两台风机风量再进行一次测试，检验风量变化情况，如风量保持稳定且风机运行可靠性、安全性有保障的基础上，利用 2023 年3-4 月份完成三循其他 16 间水塔风机叶片角度调整工作。（4）就此次测试的数据和风机、叶片、冷却塔厂家继续进行技术交流，进一步探索提升增加冷却能力的技术方案；（5）2023 年三循 18 间水塔风机叶片角度调整工作结束之后，选取有资质的第三方公司，在夏季对三循冷却能力再进行一次全面的测试，检验风机角度调整后三循冷却能力的提升幅度。为找出最佳解决方案提供数据支持。