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    新聞正文
    中華人民共和國國家標準機械通風冷卻塔工藝設計規范
    發布者:管理員 發布時間:2012/12/17 閱讀:37421


     
    中華人民共和國國家標準機械通風冷卻塔工藝設計規范
    GB/T 50392-2006條文說明
    1 總 則
    1.0.1 冷卻塔是工業節水的重要設備,國家有關部門一直關注冷卻塔技術的發展;、石化、冶金、紡織等高耗水行業以及民用空調系統廣泛使用的是機械通風式冷卻塔,電力行業也有一些循環冷卻水系統使用的是機械通風式冷卻塔,可以說有循環冷卻水的地方就有機械通風冷卻塔。
    我國廣泛使用機械通風式冷卻塔始于20世紀70年代,三十多年來,我國的冷卻塔技術經歷了一個從無到有、從低水平到具有一定水平的過程。目前,我國機械通風冷卻塔及其相關產品方面的新技術、新產品層出不窮,有的確實有較高的技術含量,有的尚需加以規范。由于缺少必要的設計規范,在機械通風冷卻塔的設計、招標過程中不可避免地存在盲目性和人為性。有的制造商為了達到目的,不惜偷工減料,不合格的冷卻塔投入使用后,輕則影響生產,影響節水效果,重則造成人力、物力的巨大浪費,影響了I業生產裝置長周期、安全、穩定地運行。為了經濟、合理、安全地發揮冷卻塔在工業節水領域中的重要作用,特制定本規范。
    1.0.2 本條規定了本規范的適用范圍。循環冷卻水系統以冷卻水是否與空氣直接接觸而分為敞開式(濕式)系統和密閉式(干式)系統。本規范適用于循環水與空氣直接接觸,熱交換和物質交換同時進行的敞開式循環供水系統機械通風冷卻塔的設計。
    機械通風冷卻塔由以下類別構成:
    由于密閉式冷卻塔的傳熱方式與敞開式循環供水系統機械通風冷卻塔的傳熱方式完全不同,因此本規范不適用于密閉式循環系統。
    在機械通風冷卻塔中還有一類噴射式冷卻塔,目前對噴射式冷卻塔研究較少,測試數據也少,因此本規范也不適于噴射式冷卻塔的設計。
    對適用的工程類別方面,本規范規定了"新建"和"擴建"工程。由于改建工程的實際情況比較復雜,亦不便作統一規定,實際工作中可參照本規范的有關規定執行。
    1.0.3 本條提出在冷卻塔設計中,需要貫徹國家技術經濟方針、政策的幾個重要方面。
    1.0.4 為了使設計的冷卻塔能夠安全、經濟、高效、實用,必須堅持在不斷總結生產實踐經驗和科學試驗的基礎上,積極開發和慎重采用先進的技術。近三十年以來,我國循環冷卻水技術的迅速發展,設計水平的不斷提高,在長期設計實踐工作中,各設計部門聯合科研、生產部門,結合工程的實際需要,不斷開發和推廣應用了許多先進技術的結果。例如冷卻塔的淋水填料、除水器及配水噴頭的型式和材料的不斷創新,冷卻塔使用的軸流風機的改進和發展等等。
    隨著我國工業的發展,工業冷卻水將大量增長。由于水資源的限制,冷卻水的循環使用必將日益發展。為了使設計的冷卻設施安全、經濟、高效、實用,必須堅持在不斷總結生產實踐經驗和科學試驗的基礎上,積極開發和慎重采用先進技術這一原則。
    1.0.5 本條規定了執行本規范與其他國家標準、規范之間的關系。冷卻塔的設計中會遇到建筑的布置、防火、防爆、交通道路、環保、噪聲等,應按國家現行的有關強制性標準、規范執行。本條在原條文基礎上強調執行本規范與國家現行的其他有關強制性標準、規范之間的關系。
    3 一般規定
    3.0.1 冷卻塔大、中、小型的界限劃分,可按風機直徑的大小、土建結構尺寸和結構難易度,以及單格塔的冷卻水量進行劃分。對近年來國內高耗水行業如化工、石化、冶金等系統使用的機械通風冷卻塔調查表明,單格水量負荷已達到4000m3 /h及以上。根據國內常用冷卻塔的能力,將冷卻塔劃分成三個級別。對特殊水質或溫差>15℃的水來說,水量界限可適當調整。
    3.0.2 冷卻塔的設計水溫是依據工藝所提供需要的冷卻水量、水溫差(t1一t2)以及當地氣象條件數據,進行合理設計計算的。故本條規定應密切配合工藝裝置,進行多方案比較,達到技術先進、經濟合理,注意克服設計過分保守的傾向。
    3.0.3
    l 橫流式冷卻塔填料頂面至風機吸人段下緣(風筒入口)之間要留出一過渡高度,供從填料水平方向流出的氣流順利轉彎向上進入風筒,根據設計和實踐經驗,此高度宜取等于或大于風機直徑的0.2倍。
    2 逆流式抽風式冷卻塔中的氣流從面積較大的填料頂面流出后,經氣流收縮段進入面積較小的風筒入口,當二者之間高差足夠大時氣流為自由收縮,損失**小,氣流穩定性****,但一般做不到,故氣流受塔壁形狀和尺寸大小的影響產生不同效果。例如,風筒進口采用流線型、拋物線型可以使氣流平穩進入風機風筒,避免氣流與風筒邊壁分離產生渦流耗損。根據中國水利水電科學研究院的研究結果,風筒進口采用流線型比直角型風量可提高18%。同時根據實踐經驗提出以下適宜措施:
    1)當塔頂為平蓋板時,氣流收縮段的頂角是指一個當量的直圓錐臺形漸縮管的頂角;其大口面積等于填料頂面積(或除水器頂面積),小口面積等于風機風筒進口面積,高度為填料頂(除水器頂)至塔頂板內壁的高度差,此高度決定于頂角的大小。見圖1和圖2。
    對氣流收縮角的描述曾有兩種說法,其一是從填料頂兩側邊緣作風機葉片中心線與塔中心線交點的連線形成一個三角形,其頂角即為氣流收縮角,如圖1中虛線所示,從圖上可以看出,它不是氣流收縮角,因為氣流是從寬度等于填料寬度的斷面流出,一路漸縮,到直徑等于風筒進口的斷面,而后進入風筒,但按此三角形推算,在風筒下口標高處,此三角形的寬度明顯小于風筒人口直徑,故不能將它定義為氣流收縮角。
    另一種說法是從填料頂兩側邊緣作風筒圈梁下口直徑兩側邊緣的連線并延伸至塔中心線形成一個三角形,如圖2中虛線所示,它的頂角稱為氣流收縮角,對塔身為圓形的塔來說是正確的,但對正方形塔或矩形塔則顯得不完全對,因為在塔橫斷面處填料邊緣離塔中心距離**短,以此距離推求的頂角**小,而在進風口邊緣處(即塔水平斷面斜對角)的填料邊緣至塔中心的距離為**長,對方形塔二者比值為1.414倍,以此值推算的頂角為****。對這樣的氣流收縮段頂角,采用哪一個數值為代表值,目前眾說紛紜尚沒有規定可依。
    參照通風工程對于從方形(矩形)斷面漸變至圓形斷面的漸縮管,又稱天圓地方形漸縮管,它對氣流收縮角的正確定義方法是:將方形(矩形)斷面(面積用F表示)按面積相同折合成當量圓形斷面 來計算,可以求出一個當量的頂角,它除可確定一個高度外,還可按此頂角值,進一步求出通風阻力損失值。此種方法定義比較準確合理,故本規定采用此種定義方法。
    工程設計時,先分別定出塔頂板內壁至除水器的高差,除水器 至配水裝置的高差,配水裝置至填料頂面的高差,以三者合計的高差,推求填料頂算起的氣流收縮角,如果該角度小于90°,可認為符合要求,如果大于90°則應調整上述高度。
    2)塔頂蓋板為收縮型時,塔頂板的收縮角即為除水器上方的氣流收縮角,見圖3。
    3 橫流式機械通風冷卻塔的進風口風速較高,一般在3.0m/s左右,同時總高度較大,沿填料垂直下落的水流將產生橫向偏移,為充分發揮填料換熱作用,填料宜采取按收縮傾角安裝形式,根據設計和眾多橫流塔的實踐經驗提出適宜收縮傾角的數據。
    4 雙側進風的逆流式機械通風冷卻塔宜設中部擋風隔板,能減少單向穿堂風及渦流旋風不穩定的影響。隔板上緣距填料支撐梁底200~300mm,具有穩定風壓,減少渦流旋風的作用。
    5 橫流式冷卻塔填料底部至水面間一般有300mm左右的空間.有的冷卻塔利用橫梁作為擋風板防止氣流短路流通,但當池中水位降低時,該空間成為空氣短路的通道,致使塔的冷卻能力下降,故應另考慮有效措施。
    3.0.4 本條規定的參數,系參照國內外工程設計及市場冷卻塔發展趨勢,以大量實測數據為準的原則提出。
    3.0.5 本條規定的參數系參照美國尼爾·W·凱利著《橫流冷卻塔性能手冊》中的數據。
    3.0.6 本條是依據各類塔型、各種塔排布置形式進行濕熱空氣回流和干擾影響因素推算及占地面積推算成果,篩選后提出推薦的數據。塔排長度與寬度之比,前蘇聯規范規定為3:1;英國規范規定宜取5:1。在總圖平面布置狹窄地區,大、中型冷卻塔可放寬至5:1,但應對濕熱空氣和干擾影響進行****計算。
    3.0.7 結合我國現有工程實際布置情況制定本條條文。
    1 長軸位于同一直線上的相鄰塔排,凈距不少于4m,主要為考慮施工期基坑開挖和兩排塔基礎間的結構間距和運行管理、檢修期間的通道要求。
    2 長軸不在同一直線上、平行布置的相鄰塔排,凈距不少于塔進風口高度的4倍,主要是考慮塔的通風要求。以上規定沒有考慮濕熱空氣回流和干擾的影響。如果考慮回流和干擾的影響,塔排間距可參考表1和前蘇聯B.A·格拉特柯夫的關于塔排間距的建議可參考表2。
    前蘇聯經驗公式,系單格塔面積為64~192m2的多格塔排及單格面積400mz的塔排,塔排間距為20~40m,并且是逆流式冷卻塔。
    從公式分析0.2B一項,系指塔排長度影響濕球溫度的附加值,而0.2B[K(n一1)sina]一項,系指塔排間距尺寸的大小影響濕球溫度的附加值。兩項之和,即考慮干擾,也考慮回流的影響因素。
    本規范推薦采用前蘇聯"全蘇給水、排水、水工結構物和水文地質科學研究所"計算逆流式冷卻塔的干擾和回流影響的經驗公式。
    3 各種計算公式成果分析見表4。
    回流率Re確定后,宜按下列公式計算回流影響因素后的相對濕度φ'、進塔空氣濕球溫度τ'、進塔干球溫度θ'。
    從表4數據分析,本規范3.0.8條、3.0.9條的規定是可行的。目前關于塔排間距的研究成果較少,以上數據都是選自經典的冷卻塔專著。隨著工業裝置的逐步大型化,循環裝置也在大型化,由此而導致的區域氣候的變化不容忽視。國內某大型石化企業曾在塔排設計進行過試驗和計算機軟件模擬,發現由于濕空氣回流和干擾引起區域濕球溫度的上升大于本條給出的濕球溫度修正范圍。因此,對于大型循環水裝置,當采用多排布置時,濕空氣的修正值宜通過試驗確定。
    3.0.10 本條是根據實踐經驗提出分隔的基本原則,冷卻塔的集水池是否進行分隔,直接與冷卻塔的運行管理是否方便、合理及經濟性有關。
    3.0.11 冷卻塔在廠區總平面規劃中的位置應當根據生產工藝流程的要求、冷卻塔與周圍環境之間的相互影響及工業企業的發展擴建規模等因素綜合考慮確定。
    1 為避免或減輕冷卻塔的漂滴、水霧對廠區主要建筑物和露天配電裝置的影響,冷卻塔應布置在廠區冬季主導風向的下風側。
    2 為防粉塵影響和污染,冷卻塔應布置在粉塵源全年主導風向的上風側。
    3 冷卻塔應遠離廠內露天熱源,如高爐,石油化工廠和化肥廠的露天加熱設備、火炬等。熱源影響使進入冷卻塔的空氣參數長時間處于高設計值,導致冷卻塔冷卻效果達不到設計要求。
    4 從冷卻塔本身的進風要求,結合國內外研究成果,機械通風冷卻塔與相鄰建筑物的凈距至少應為塔的進風口高度的兩倍。
    3.0.12 在氣候寒冷的地區修建的冷卻塔,冬季運行中的****危害是冷卻塔的結冰。冷卻塔結冰后,不僅影響塔的通風、降低冷卻效率,嚴重時還會造成淋水填料塌落、塔體結構和設備的損壞。冷卻塔易結冰的部位、原因及危害:
    1)進風口處結冰。這是一種**普遍的結冰形式。在各種類型冷卻塔的進風口處均有可能結冰。逆流冷卻塔一般是在進風口上、下緣及兩側結冰。橫流式冷卻塔會因進風口百葉窗內緣掛冰及頂部進水槽漏水造成的進風口支柱和百葉窗外側大面積結冰。
    進風口處結冰的主要原因是冷卻塔淋水填料外圍水量過小,沿塔壁下流的少量水在進風口上緣或擋水檐邊緣滯留時間過長,遇冷空氣而結冰。進風口處結冰除對冷卻塔的混凝土有破壞作用外,還影響冷卻塔的進風,使塔的冷卻效果降低。
    2)淋水填料結冰。淋水填料的大面積結冰是由于冷卻塔的熱負荷及水量過小,造成淋水填料底部掛冰,淋水填料大面積塌落。
    3)塔頂結冰。當除水器除水效果較差時,水滴隨出塔空氣飛出塔外,飄落在塔頂平臺及風筒上造成結冰。塔頂的結冰除對冷卻塔結構造成危害外,還將影響運行人員的安全巡邏。
    4)冷卻塔周圍地面結冰。由于除水器的效率較差,大量水滴飄落在冷卻塔周圍或進風口處,由于風的旋流,將一部分水滴帶出塔外灑落在進風口周圍的地面上,都會造成塔周圍地面結冰。這種結冰主要影響運行人員的安全巡視及冷卻塔附近的交通安全。
    5)風機葉片表面結冰。當冷卻塔的格數較多時,冬天常有一些塔格不運行。由于運行的塔格排出的水汽飄落到停止運行的塔格風機葉片上,在葉片表面結冰。如果不對這些結冰的葉片進行融冰處理,在啟動運行時,因葉片的靜、動平衡失調,將引起風機振動,嚴重時會造成風機及塔體結構的損壞。
    6)某些風機的減速器采用稀潤滑油,并帶有油循環系統。當冬季停用時間較長時,潤滑油會在管路中凝固,風機在啟動運行之前如果不對油加熱解凝,將會造成油路不暢,風機減速器因失潤造成事故。
    7)除上述塔本身的冰凍之外,塔的進水干管閥門及集水池也會因塔停止運行而導致進水閥門被凍裂,集水池池壁凍裂的事故。
    多年來國內很多生產運行單位和設計單位在冷卻塔的防冰方面積累了豐富的經驗,國外的一些成熟經驗也可借鑒。本條給出的是一些機械通風冷卻塔常用的防凍方法。
    3.0.13 國家環境保護部門對城市環境的噪聲視不同類型的區域有不同的控制標準。各種類型的冷卻塔的噪聲都遠遠超過規定標準。機械通風冷卻塔的噪聲是由配水、淋水及水滴落入集水池時產生的水滴撞擊聲、風機和傳動機構產生的鼓風和機械傳動噪聲等項構成。據國外和國內的一些資料介紹,各種不同類型冷卻塔在距塔外緣10m、距地面1.2m處測得的噪聲約為70~80dB(A)。
    控制冷卻塔噪聲影響的辦法為:
    1 選用低噪聲風機和傳動裝置或采用高極數電動機與低轉數風機直聯的風機動力系統。
    2 改善配水和集水系統,在集水池內放置吸聲材料,降低淋水噪聲。
    采用以上兩項措施后機械通風冷卻塔的噪聲可降至60dB(A)以下。
    3 在塔的周圍建消聲·隔墻或種植林帶也可以使冷卻塔的噪聲降低10~20dB(A)。
    當上述措施仍不能滿足環境對噪聲的要求時,則需要把冷卻塔布置在遠離對噪聲敏感的區域。
    4 氣象參數的整理和取值
    4.0.1 本條規定了收集氣象資料時選擇氣象臺(站)的原則。在實際工作中,往往冷卻塔所在地沒有國家氣象臺(站),必要時可在擬建冷卻塔所在地設短期氣象觀測站,用短期觀測資料求取與國家氣象臺(站)的相關關系,只有選取相關關系較好的氣象臺(站)的資料,才可進行必要的修正,以供設計使用。
    4.0.2 根據對某些城市連續5年和10年的氣象資料進行頻率統計的結果,兩條頻率曲線基本重合。日平均干球或濕球溫度,兩種資料年限的統計結果,在相同頻率時相差僅0.1~0.2℃。為減少資料的收集及統計計算工作量,采用連續5年的資料就能夠滿足設計精度的要求。
    4.0.3 設計單位對日平均氣象參數的取值方法可歸納為以下4種:
    1 取國家氣象部門統一規定的一晝夜4次標準時間(每天的2、8、14、20點)測值的算術平均值作為日平均值;
    2 取每天24小時的24次測值的算術平均值作為日平均值;
    3.取每天的8、14、20點3次測值的算術平均值作為日平均值;
    4 取每天14點測值作為日平均值。
    按第3和第4種方法取值無疑會使計算氣溫增高,使冷卻塔尺寸增大。
    對國內某些城市的濕球溫度分別按第1和第2兩種方法計算日平均值,其結果表明,不同頻率時的日平均濕球溫度均相差甚小。為便于氣象資料的收集和簡化統計計算工作,以一晝夜4次標準時間測值的算術平均值作為日平均值是適宜的。對冷卻塔水美國冷卻塔設計****計算水溫的氣象條件是按夏季(6~9月)濕球溫度頻率統計方法計算的頻率為2%~10%的小時氣象條件,頻率值由業主視工程條件選定。
    英國冷卻塔規范BS-4485(1988年版)規定:根據不同工藝過程的需要,選擇歷年炎熱時期(一般以4個月計)頻率為1%~5%的小時濕球溫度值作為設計氣象條件。
    我國《火力發電廠設計技術規程》DL/T 5000-2000(1994年版)規定:冷卻水的****計算溫度宜按歷年**炎熱時期(一般以3個月計)頻率為10%的日平均氣象條件計算。
    我國石油、化工、紡織和機械系統的設計單位是以每年夏季不超過5個**熱天的日平均濕球溫度及對應的干球溫度的多年平均值作為氣象條件的****計算值。
    綜合各工業系統的需要,同時使設計人員通過現有的設計手冊取得氣象參數資料,本規范規定以多年平均每年**熱時期3個月中**熱天數不超過5~10d的日平均濕球溫度作為設計濕球溫度。個別對冷卻水溫要求較嚴格或要求不高的工藝過程,在充分論證的基礎上,本規范允許提高或降低標準。
    按頻率統計步驟從收集不少于5年的氣象記錄資料(每年夏季),對規定溫度區間的天數進行統計計算,求得平均每年濕球溫度及對應干球溫度超過某一溫度值的相應的頻率,也稱保證率。該方法統計工作量大,過程較復雜。
    以每年夏季**熱時期3個月中不超過5~10個**熱天的日平均濕球溫度及對應的干球溫度的多年平均值作為****溫度計算值。該方法統計清楚簡單,確定設計濕球溫度及對應的干球溫度所需的工作量較少,易于實施,并能保證精度,故本規范推薦采用此種方法。
    5 設計計算
    5.1 熱力計算中常用參數計算
    很多冷卻塔方面的專著都給出了本節所列出的參數的計算公式,但大多是采用非法定單位表示,使用者每次都要自行換算,很容易出差錯,本規范將它全部改用法定單位表示,并一一詳細列出,以保證和提高計算質量和速度。
    5.2 逆流式冷卻塔工作特性
    5.2.1 逆流式與橫流式冷卻塔工作特性的熱力計算方法有壓差動力法和焓差動力法兩種計算方法,各有優劣。由于焓差, , , , 法具有求解簡便的優點,得到世界各國工程技術人員的普遍應用,而且我國有關部門在冷卻塔的熱力試驗中基本上都采用焓差法整理試驗數據,因此本規范推薦采用焓差法。
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