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旭能带你了解中国冷却塔产业发展之那些年那些事儿
发布时间:2021-01-12        浏览次数:22        返回列表
          冷却塔,一种水循环冷却设备。广泛应用于人们的工业生产及日常生活中。由于全国每年新增冷却塔与更新、维修冷却塔的量十分巨大,故而它已成为一种产业

 

它需要一大批有志于冷却塔科研、设计、开发、原材料生产、制造、施工、安装、测试、调试、生产运行及操作管理的人才。

 


 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     冷却塔安装

冷却塔测试

目前,全国冷却塔生产企业达上千家,冷却塔产业直接或间接的从业人员有近百万,其上游(即原材料生产)、下游(即施工、安装、运行、维修、管理)链接的产业从业人员更是超过了四、五百万。换句话说,冷却塔产业已成为对国家建设、社会安定有很大影响的一个产业。

 


当然,冷却塔产业有如此规模离不开一朝一夕的成长与发展。自打上世纪30年代中国出现了第一台冷却塔后,其在中国的发展之路便正式拉开帷幕

 

 

 

五十年代:启蒙

 

 

我国此时的冷却塔技术多引进于前苏联。

唐山某处工业冷却塔

当时的机力通风冷却塔绝大多数是木制点滴式横流塔,淋水填料是木板条,池式配水,装有磁质有棱角的溅水碟与管嘴,风机叶型是30年代英国皇家学会的叶型,叶片材质为铝合金,蜗轮蜗杆减速机,电机是双速电机。用现在的观点看,这种冷却塔在技术上是很落后的,其效率低、处理水量少、夏季配水池藻类生长严重、冬季防冰化冰困难。

50~60年代在抚顺、大庆、兰州等地的炼油厂,冷却塔都同时遇到上述问题,给生产带来诸多困难。在这个时期,中国的冷却塔工作者是处在懵懂的学习启蒙阶段,可查找的冷却塔文献也极少,更谈不上计算,处理水量也只是查阅苏联的冷却塔选用曲线,只知当然而不知所以然,处在必然王国里。
       六十年代:探索

 

     此时,中国的冷却塔工作者经过探索思考,开始走自己的路。一些有关冷却塔的文章、著作的出现,打破了冷却塔界的茫然状态。特别值得一提的是1965年有两本著述,一是胡伦帧等翻译的别尔曼(苏联)的《循环水的蒸发冷却》,二是中小型冷却塔通用设计编制组编写的《中小型冷却塔设计与计算》,这两本书对于中国冷却塔工作者而言,正如在茫茫大海中航行的轮船见到了航标,对推动中国冷却塔产业的发展起到了极大的作用。

 

别尔曼(苏联)的《循环水的蒸发冷却》

《中小型冷却塔设计与计算》

与此同时,64m2逆流机械抽风点滴式冷却塔与16m2、60m2机械鼓风逆流点滴式冷却塔通用图的完成,也大大促进了冷却塔在中国的推广应用。但这时的冷却塔通用图,由于受材料与通风设备的限制,其技术水平仍很低,如冷却塔框架只能使用钢筋混凝土;淋水填料、收水器只能使用水泥板条或石棉水泥板条,换热效率低、阻力大;配水喷头只有杯式或瓶式(管式配水),配水压力高且不均匀,中空严重。鉴于上述冷却塔构建与材料的限制,冷却塔塔体都非常高大,能耗甚高。

 

钢筋混凝土框架冷却塔

面对这种状况,很多有远见的冷却塔工作者继续不断地探索与追求。在上个世纪六十年代中期,相继出现了塑料点波填料(上海第六制药厂荣敬安)、聚乙烯塑料格网板(中国石化洛阳院吴孟周等)及酚醛纸蜂窝(东北电力院李志悌等)。虽然这些探索与发现终因当时的中国缺少聚氯乙烯、聚乙烯等基本有机化工原料而不能推广应用。但可喜的是,适应中国国情、取材于本土、完全中国化的淋水填料——水泥格网板终于研制成功,并在唐山发电厂得到成功应用,从而成为70年代冷却塔的主打淋水填料。




 

 

 

七十年代:厚积

        一、水泥格网板时代
六十年代的探索孕育了中国冷却塔产业在七十年代的起步。一大批以水泥格网板为淋水填料的冷却塔设计纷纷出现,电力、石油、化工、石化等设计单位都有采用Φ4.7Φ8.0冷却风机的冷却塔通用与复用设计。在当时的计划经济条件下,设计文件的索取是非常容易的,无论派员去取还是发函索取,只要花上图纸的工本费(以公斤计算图纸费用,约60RMB/kg)即可获得全套设计文件,充分体现了“同志式的互助合作精神”。与此同时,一大批以生产水泥格网板为业的乡镇企业纷纷诞生。

 

水泥网格板填料

水泥格网板的性能研究和加工方法的创新同时展开。水泥格网板诞生初期,采用层距250mm,共12层的安装方式。此后,中国水利科学研究院、西安热工院及东北电力院都进行了模拟塔和工业原型塔的大量测试与研究工作,确定了水泥格网板淋水填料的热工与气动性能。其中东北电力设计院研究的G16-50×50-50-4800的性能最好,其冷却数方程为:N=1.981λ0.5,阻力为60~70Pa。上述型号的意义是:16层50×50水泥格网板、层距50mm、尾效(指淋水填料到水池顶的距离,即雨区,可理解为进风口高度)4.8m。


加工方法也不断适应生产发展而改进。最早水泥格网板生产采用蜡模,对石蜡质量要求比较高,水泥格网板浇筑好后,经养护达标后再把石蜡化掉脱模,回收石蜡再利用。其生产周期长、成本高。随后出现了铝模,以铝铸成模具,浇筑水泥砂浆,在养护室内经蒸汽加热进行养护,以缩短养护时间,提高模具周转率,减少模具数量。但在那个非常年代,铝是制造飞机与领袖像章的敏感材料,是受控使用的材料,是不可能在冷却塔生产中大量使用的。为降低成本、缩短制造周期,橡胶模具便应运而生,所谓橡胶模是带壑口的橡胶板条,可相互插入与方型木(或塑料)楔组成模具,8铅丝与水泥砂浆放入后稍做振捣,即可脱模。但因无产品标准,这种加工方法在降低成本与缩短制造周期的同时,也大大降低了产品质量,蜂窝、麻面、孔洞难免产生,翘曲、断裂、变形更是经常发生。二十世纪七十年代,中国冷却塔可以称为水泥格网板时代,并一直延续到八十年代初,但最终自毁于自身质量,这是非常深刻的教训。


二、进口冷却塔激起的浪花

    七十年代初,为了解决农用化肥问题,中央批准建设十三套化肥(合成氨装置规模为30万吨/年),分别从美国、日本、法国引进,在引进化肥工艺的同时,也引进了冷却塔技术。从美国引进的是Marley-600型木结构点滴式横流塔,其淋水填料分为M型塑料和木制板条两种,风机为Φ8.53,处理水量为3000m3/h;从日本东洋公司引进的是钢结构薄膜式冷却塔,淋水填料为塑料多波型,风机为Φ8.53与Φ7.7,处理水量分别为3000m3/h和2000m3/h;从法国赫尔提公司引进的是钢筋混凝土结构逆流点滴式冷却塔,淋水填料为100×50塑料格网,风机为Φ9.14,塔体高大,处理水量为4000m3/h。后来武汉钢铁公司2.7m轧机又引进了德国的冷却塔;70年代末,镇海石化与宁夏化工厂又同时引进了日本神钢法都拉的横流冷却塔。在这一时期,进口冷却塔在中国冷却塔界激起了层层的浪花,形成了横流冷却塔热。

Marley-600型冷却塔构造示意图

为了研究国外冷却塔技术,当时石化部组织对十三套化肥的冷却塔进行了详细测试。经测试表明,除美国Marley-600型冷却塔达到处理能力外,其余均未达到设计处理量。而法国赫尔提公司冷却塔处理水量仅为2700m3/h,尚未达到设计处理量的70%,因此石化部向该公司索赔了3台风机。这是中国第一次成功地向外国冷却塔商索赔。这次有组织的冷却塔测试,对中国冷却塔技术的发展起到了很大的启发作用。


三、国产塑料淋水填料崭露头角

     在这个年代,随着与国外交流的开展,中国的塑料淋水填料也应运而生。35×15-60°塑料斜波首先在北京第二热电厂应用,塑料菱形花纹、折波、高密度聚乙烯格网相继问世。

 

四、科研开发、创新起步

 

中小型冷却塔试验研究会议的召开、中小型冷却塔试验研究小组的成立及试验研究工作的开展,是七十年代中国冷却塔最大的事件。


1975年,由建设部标准所组织召开了全国冷却塔第一次研究会,国内水利、电力、石油、化工、建筑、冶金等行业知名院所与专家人士参加了会议。与会人员在会上交流了引进冷却塔的情况,讨论了中小型冷却塔实验装置设计方案。经会议研究决定由上海工业建筑设计院周光亮牵头在上海胶鞋二厂筹建冷却塔实验装置,并尽快开展冷却塔实验研究工作,由西安冶金建筑学院王大哲主编冷却塔测试方法,以统一冷却塔测试验收标准。本次会议增强了与会单位之间的冷却塔技术交流,也促进了承担任务的单位卓有成效地开展工作。

 

继此次会议后,分别于1977年在广州、1978年在北京召开了两次冷却塔技术交流会。会上,中小型冷却塔试验研究小组审查了工业冷却塔测试方法,汇报了研究成果,包括淋水填料性能测试报告、配水喷头性能测试报告、进水温度与进塔空气湿球温度对淋水填料散热冷却数的影响以及逆流冷却塔塔型研究等,这些成果对冷却塔产业的发展起到了积极作用。在广州会议上,与会代表一致要求国家在冷却塔风机与淋水填料开发上加大资金、人力及物力投入,以满足蓬勃发展的工业和人民生活条件的改善对冷却塔需求的增加。此次会议最终决定以会议的名义,向国家计委、国家机械委、国家建材总局、建设部、石化部发出上述呼吁,但在计划经济时代,这种呼吁如石沉大海。


但改革开放彻底打破了这种沉寂,上述呼吁的冷却塔关键设备与材料,在市场经济条件下以势如破竹之势涌入市场,不但不再是奇缺之物,而且变卖方市场为买方市场,其销售需要进行激烈竞争。

 

五、基础工作锦上添花

 

在国外进口冷却塔详细测试和冷却塔科研成果的基础上,冷却塔基础工作也在抓紧进行。石化部要求给水排水中心站组织编制的冷却塔通用设计于1977年基本完成,炼油循环水场设计规范开始编制,工业循环水设计规范和工业循环水冷却设计规范的编制工作也已起步……所有这些基础工作都给冷却塔产业锦上添花。

 

《工业循环水冷却设计规范》2014版

 

六、民用小型冷却塔纷纷崛起


1977年,广州会议曾组织与会代表参观了广州华侨饭店从日本进口的空调冷却塔。当时大家对其漂亮的外观、紧凑的结构、玻璃钢塔体、阔叶片风机及高效淋水填料极感兴趣。而时隔不到一年,机械部四院付敬远与上海工业建筑设计院周光亮便都研制出了与上述冷却塔相似的圆形冷却塔,使用的风机都是上海交大任世瑶开发的、由上虞风机厂生产的冷却轴流风机。此后,一大批冷却塔制造厂相继诞生。至此,使用多年的仿苏1~12风机宣布退出在冷却塔上使用的舞台。

 

七、冷却塔气动的有益探索


影响冷却塔性能的因素有两个方面,一是淋水填料的热工与气动性能,二是冷却塔的气动性能。所谓冷却塔气动性能是指包括淋水填料在内的冷却塔各部分阻力和分配。以往我们对于冷却塔的气动性能缺乏了解,只有通过实验与测试才能有较深刻的认识。


1970年,洛阳石化设计院与北京石油设计院以及北京石化工程公司组成了联合测试组,对北京东方红炼油厂一循冷却塔进行了测试。通过测试发现冷却塔进风口处、除水器到风筒进口处出现涡流区,进风口处有1/3淋水填料不进风,除水器以上的冷却塔收缩段阻力达22Pa,风筒扩散段有直径达2.2m的回流区,平面轴线尺寸为9×9m的冷却塔工作风量仅有30万m3/h,全压阻力达165Pa,所以该塔处理水量仅有380m3/h。

 

人们在冷却塔内测量水温

1976年,中国科技大学的胡德芳在对合肥电厂冷却塔流场进行测试时发现了与东炼冷却塔相似的问题。随后,他提出了合理确定冷却塔进风口与淋水断面的合理比例、进风口加设侧向导风板和水平导风板、塔的收缩段加设导流圈、加高风筒扩散段高度等措施,以消除涡流、减少空气阻力、提高工作风量,从而进一步提高冷却塔处理水量。


总之,中国冷却塔产业的发展离不开行业内所有同仁的共同努力,我们在享受这些优秀成果的同时,更应该铭记、感恩这每一段光辉历史。