蒋姝蕊／中冶焦耐工程技术有限公司
【摘要】本文结合新疆大黄山焦化工程实例,分析了循环水系统中逆流式机械抽风冷却塔冬季运行结冰现象的原因和危害，提出了防冻措施。
【关键词】冷却塔；防冻
一、简介
焦化厂循环水系统循环水量较大（水量多在5000m3/h以上，冷却温度从45℃降至32℃），多采用逆流式机械抽风冷却塔作为冷却设备对循环水进行冷却以供给生产设备使用。因为北方地区冬季气温较低，天气寒冷，冷却塔在运行中有不同程度的结冰现象，严重影响了冷却塔的正常运行，同时也缩短了冷却塔的使用寿命，并增加了运行成本。下面就冷却塔的冰冻原因等，结合新疆大黄山焦化工程实际简述防冰冻措施。
二、冷却塔结冻原因及危害
循环水的冷却是通过冷却塔使水与空气接触，达到散热作用的结果。根据冷却塔的冷却热平衡原理，循环水所散发的热量等于进塔空气吸收及带走的热量。冬季循环水在冷空气的作用下迅速冷却，发生结冰现象。冷却塔结冰主要与冷却塔热力特性、周围环境及塔内水汽流动特点有关，现以新疆大黄山焦化工程为例进行说明。
图1改进前冷却塔
（一）冷却塔结冰部位及原因分析：
（1）冷却塔塔壁及周围环境结冰。边缘水在风力作用下，水滴将作平抛运行，落在塔进风口外侧，致使塔进风口两侧及周围环境结冰。
（2）进风口上横梁结成冰幕。主要原因是循环下落过程中，部分水会沿塔壁下流，当流到进风口上梁时，水在表面张力的作用下，向外沿浸润，并从沿边落下，在此处与冷空气发生热传递，进而形成冰柱，随着下落水的不断增加，所有冰柱连结起来并向下拖移形成巨大冰幕封住塔进风口。
（3）填料区域结冰。在淋水密度过小且热量得不到补充的填料区域易结冰。
（4）立柱结冰。落水落到梁上时，造成水滴四溅，致使结冰。
（二）冷却塔结冰的主要危害：
（1）冻融破坏混凝土结构，塔体结构受损。
（2）填料易冻碎导致寿命减少。
（3）影响进风量增加风阻，降低换热性能。
（4）增加日常维护工作量，严重时危及人身安全。
三、冷却塔防冻措施
措施一：在冷却塔进风口上缘设热水环管即设置化冰管道
把一部分未经冷却的循环水通过喷水管喷向进风口上方，淋水填料下部，加大循环水向该处的散热量，提高温度，热水管所喷水量约为冬季进塔总水量的20%，设热水管的目的一是切割冰柱，不让冰柱增大;二是形成热水水幕阻挡冷风进入，使从填料上淋下的冷却水免于结冰。在冬季，冷却塔进风口容易结冰，应打开化冰管道上的阀门，喷射未经冷却循环水以防止结冰。化冰管开孔垂直向下喷水，喷水量用阀门控制，以不结冰为好。
措施二：冷却塔水池内设热回水管
当机组热负荷较小或机组试运行时，因循环水温度较低，故将循环水通过热回水管直接排入冷却塔水池内，不让循环水上塔运行，从而避免冷水上塔引起结冰。如果冷却塔是设置在泵房屋面上时，热回水管裸露在外的管线有一定长度，大概6至8米，冬季寒冷，容易形成盲肠，易冻坏。一般热回水管管径较大，冷却塔设置在房间上，其阀门不易操作，可在回水管和热回水之间设置较小管道连接并设置阀门加以控制，这样可以根据天气情况通过打开此小管段的阀门来调节循环水温，也可以通过此阀门的打开来保证热回水管盲肠部分的水流动，防止此管段冻坏。
措施三：冬季停止运行一部分冷却塔
寒冷地区冬季气候条件好，湿球温度低，冷却塔的冷却能力加大。冬季可关闭一部分冷却塔，使剩余冷却塔运行，也具有足够的水量，达到工艺运转的需求，同时达到防结冰的目的。同时解决了冬季时周边配水中间不配水，填料易结冰的问题。关闭一部分冷却塔以增大运行塔的淋水密度，这样可以保证停运塔和运行塔都不结冰且减少了一定的运行费用。
措施四：增设导风板，减少池内雾滴飘移塔外。
传统的逆流塔普遍存在雾滴飘移塔外现象，使塔进风口两侧夏季积水，冬季结冰。主要原因是冬季风机停运，塔上风筒的抽风力下降乃至消失，使塔进风口两侧的气流在无抽力的情况下，随着填料区淋下的大量水滴不停地将气流挤出塔外，形成负压，并产生一定风速，被挤出塔外的气流中含有大量小水滴，也随之飘移到塔结成冰。解决办法是在水池进风口处上加几道斜插45°玻璃钢导风板，避免冷却塔的结冻。
图2改进后冷却塔
四、总结
（一）只采用单一的防冻措施往往不会收到理想效果，应当采取几种措施结合的方法，综合起来考虑，才能获得满意的效果。
（二）运行管理是关键。冷却塔除应在工程上采取防冰冻措施外，还应有一套行之有效的运行管理制度，否则，就难以收到良好的效果。运行管理人员，应根据所设置的防冰冻措施，及时调整运行方式。如根据气温的变化及时关闭冷却塔进水管、打开热回水管阀门、不让冷水上塔或者通过调节阀门开启度的大小来调节冷却塔进水管和热回水管的流量加以调节等。
（三）只要将冷却塔防冰冻措施与合理的运行管理方法结合，冷却塔的冰冻危害就可以预防，就能确保冷却塔安全、可靠运行。
（四）新疆大黄山焦化工程采取以上防冻措施，对于在北方冷却塔冬季运行的结冰问题有了一定的改善。
【参考文献】
[１]赵振国．冷却塔[M].北京：中国水利水电出版社.2001．
[２]西北电力设计院.电力工程水务设计手册[M].北京：中国电力出版社．2005．