冷卻塔水泵原理(冷卻塔原理)

本文將重點(diǎn)介紹密閉式冷卻塔設(shè)：例如如下一、某大型自然通風(fēng)逆流濕式冷卻塔塔型參數(shù)循環(huán)水經(jīng)配水系統(tǒng)以水滴形式噴灑在填料層頂部，并在填料內(nèi)形成下落水膜，最后以水滴形式由填料底面落入集水池內(nèi)，形成塔內(nèi)氣–水兩相熱質(zhì)傳遞的配水區(qū)、填料區(qū)和雨區(qū)；而環(huán)境空氣則在塔內(nèi)外壓差的驅(qū)動下，由進(jìn)風(fēng)口依次進(jìn)入雨區(qū)、填料區(qū)和配水區(qū)，吸熱吸濕后由塔頂出風(fēng)口排出。某1000MW火電機(jī)組所備大型自然通風(fēng)逆流濕式冷卻塔塔型參數(shù)為：淋水面積為12000m2，塔高165m，進(jìn)風(fēng)口高11、64m，直徑為133、21m，喉部直徑75、21m，出口直徑80、08m，塔高與直徑比為1、24，塔高與殼底直徑比為1、32，喉部高度與塔總高比為0、77，進(jìn)風(fēng)口高面積與淋水面積比為0、38。等高布置雙向波填料高為1、5m，其底面標(biāo)高12、39m。1、幾何模型和數(shù)學(xué)模型在冷卻塔運(yùn)行工況和環(huán)境氣象條件一定時，塔內(nèi)外空氣流動及塔內(nèi)氣–水兩相傳熱傳質(zhì)過程可認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)非平衡過程?？紤]到冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的軸對稱性，在環(huán)境自然風(fēng)恒定時，塔內(nèi)外空氣流場及塔內(nèi)氣–水參數(shù)分布關(guān)于自然風(fēng)風(fēng)向所在冷卻塔塔心縱剖面對稱，所以可取設(shè)計冷卻塔的一半作為研究對象，建立高990m、半徑為700m的計算域，如圖所示：計算域高為冷卻塔本身高度的6倍，計算域直徑為冷卻塔塔底半徑的10、5倍。環(huán)境自然風(fēng)下，大計算域的選取使冷卻塔塔體對迎風(fēng)側(cè)進(jìn)口及計算域頂部空氣流動的影響可以忽略不計，保證了計算域迎風(fēng)側(cè)進(jìn)口和頂部設(shè)置為速度入口邊界條件的正確性。鑒于冷卻塔本身尺寸及計算域尺寸的超大性，而塔內(nèi)氣–水兩相傳熱傳質(zhì)僅發(fā)生在雨區(qū)、填料區(qū)和配水區(qū)，且塔內(nèi)空氣流場主要受進(jìn)風(fēng)口和塔頂出風(fēng)口附近空氣流場的影響。因此可對計算域分區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，細(xì)化冷卻塔進(jìn)風(fēng)口、雨區(qū)、填料區(qū)、配水區(qū)、塔筒及冷卻塔塔頂出口附近網(wǎng)格，而對塔外大空間則可使網(wǎng)格按一定比例逐漸放大。分區(qū)域劃分計算域后得網(wǎng)格總數(shù)為83萬、97萬和143萬的3套網(wǎng)格，網(wǎng)格獨(dú)立性分析表明網(wǎng)格總數(shù)為97萬的網(wǎng)格系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)該冷卻塔冷卻性能的準(zhǔn)確計算。考慮到塔內(nèi)外空氣壓力變化相對較小，認(rèn)為空氣為不可壓縮流體，而僅考慮傳熱和傳質(zhì)引起空氣溫度和組分變化所造成空氣密度的變化；采用雷諾平均Navier-Stokes方程描述計算域內(nèi)空氣運(yùn)動，并采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型進(jìn)行湍流封閉；考慮冷卻水z向運(yùn)動的主導(dǎo)性，忽略淋水傾斜，認(rèn)為冷卻水豎直下落；塔內(nèi)滴狀循環(huán)水與空氣兩相間的動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞可由離散相模型描述。2、邊界條件和計算方法計算域邊界條件定義：側(cè)風(fēng)風(fēng)向所在計算域?qū)ΨQ面定義為對稱邊界條件；塔壁、地面、水池水面均定義為固壁無滑移邊界條件，并采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法對空氣運(yùn)動控制方程進(jìn)行近壁面處理；自然風(fēng)條件下，計算域迎風(fēng)側(cè)入口和計算域頂部均定義為速度入口邊界條件，計算域背風(fēng)側(cè)空氣出口定義為壓力出口邊界條件；無環(huán)境自然風(fēng)影響時，計算域兩側(cè)邊界條件定義為壓力入口邊界條件，計算域頂部出口定義為壓力出口邊界條件；卻水自圖所示配水面向下進(jìn)入傳熱傳質(zhì)區(qū)，配水面冷卻水初始體積流量為Vm，進(jìn)塔水溫為twi。密閉式冷卻塔設(shè)簡介計算域內(nèi)氣–水運(yùn)動控制方程的離散采用有限體積法，其中對流項采用二階迎風(fēng)格式，擴(kuò)散項采用中心差分格式，壓力和速度采用SIMPLE算法耦合迭代求解。計算穩(wěn)定收斂標(biāo)準(zhǔn)為，各變量殘差在10-4量級，一定迭代步內(nèi)出塔水溫變化小于0、01℃。二、填料非均勻布置對大型塔性能的影響1、填料布置方式對冷卻塔冷卻塔性能的影響填料非均勻布置對除水器截面平均風(fēng)速zv也產(chǎn)生影響：低速自然風(fēng)條件下，填料非均勻布置對zv影響較??；高速自然風(fēng)條件下，采用填料非均勻布置后，zv下降較大，使得填料非均勻布置對冷卻塔冷卻性能的改善作用有所減小。下文以所研究冷卻塔實(shí)測工況C1為例，分別結(jié)合vc=0和3ms的2種自然風(fēng)條件，分析填料非均勻布置對塔內(nèi)氣-水參數(shù)分布的影響規(guī)律，以揭示填料非均勻布置對冷卻塔冷卻性能的影響機(jī)制。2、無自然風(fēng)時填料非均勻布置作用機(jī)制無環(huán)境自然風(fēng)影響時，塔內(nèi)氣–水兩相參數(shù)呈軸對稱分布，塔內(nèi)某一高度橫截面氣–水參數(shù)僅在徑向上有變化。為分析填料非均勻布置對超大型冷卻塔冷卻性能的影響機(jī)制，取除水器頂部16、2m高度處冷卻塔塔筒橫截面及z=0m水池水面作為特征面，取特征面與冷卻塔中心縱剖面的交線作為特征線，計算分析填料非均勻布置對塔內(nèi)風(fēng)速及出塔水溫的影響機(jī)制。在填料非均勻布置時，給出了塔內(nèi)空氣z向流速vzn沿z16、2m高橫截面特征線的分布。相對于填料均勻布置時該截面特征線上空氣z向流速vza。冷卻塔水池水面外圍水溫較低，內(nèi)圍水溫較高。這表明外圍C區(qū)冷卻能力較大，內(nèi)圍A區(qū)冷卻能力較小。對填料進(jìn)行非均勻布置后，冷卻塔外圍C區(qū)因填料高度增加，填料區(qū)氣–水兩相傳熱傳質(zhì)面積增加，該區(qū)冷卻能力進(jìn)一步增加，在該區(qū)空氣上升速度平均減小0、028ms的情況下，C區(qū)水面水溫平均減小0、244℃；B區(qū)填料高度不變，填料非均勻布置增大了該區(qū)空氣流速，強(qiáng)化了該區(qū)冷卻性能，使B區(qū)水面水溫平均減小0、185℃；A區(qū)填料高度減小，使得該區(qū)通風(fēng)阻力降低，空氣流速增大較多，但因A區(qū)填料內(nèi)傳熱傳質(zhì)面積的減小，該區(qū)水面水溫平均減小0、073℃。對比填料非均勻布置對塔內(nèi)A、B、C這3區(qū)水面出塔水溫的影響，可知塔內(nèi)外圍填料增高對冷卻塔冷卻性能改善起主要作用。對于填料高度相等的區(qū)域，填料非均勻布置對空氣流速較低區(qū)域冷卻能力的改善相對較大。設(shè)ρn為填料非均勻布置時除水器頂部z=16、2m高度塔內(nèi)橫截面特征線上濕空氣密度，ρa則為填料均勻布置時該特征線上濕空氣密度。外圍C區(qū)填料高度的增加，增大了該區(qū)通風(fēng)阻力，降低了該區(qū)空氣流速，但同時增加了該區(qū)填料對應(yīng)氣–水兩相傳熱傳質(zhì)面積，使該區(qū)冷卻性能及冷卻水總散熱量均有所提高，從而使得該區(qū)單位質(zhì)量空氣吸熱吸濕量增大，該區(qū)上方濕空氣密度平均減小0、00148kgm3；B區(qū)冷卻性能也有所提高，但因濕空氣流速增加，該區(qū)單位質(zhì)量空氣吸熱吸濕量變化較小，B區(qū)上方濕空氣密度平均增大0、00066kgm3；A區(qū)空氣流速增大較多，而冷卻能力只是略有改善，使得該區(qū)上方濕空氣密度平均增加0、00233kgm3。結(jié)語：結(jié)合不同風(fēng)速環(huán)境自然風(fēng)，通過所建某淋水面積為12000m2的大型冷卻塔的三維數(shù)值計算模型，計算分析了填料非均勻布置對大型冷卻塔冷卻性能的影響機(jī)制。

泵的選型與其配管問題工藝一，基本依據(jù)1，流量是選泵的重要性能數(shù)據(jù)之一，它直接關(guān)系到整個裝置的的生產(chǎn)能力和輸送能力。如設(shè)計院工藝設(shè)計中能算出泵正常、最小、最大三種流量。選擇泵時，以最大流量為依據(jù)，兼顧正常流量，在沒有最大流量時，通?？扇≌Ａ髁康?、1-1、2倍作為最大流量。,2，裝置系統(tǒng)所需的揚(yáng)程是選泵的又一重要性能數(shù)據(jù)，一般要用放大10%—20%余量后揚(yáng)程來選型。,3，液體性質(zhì)，包括液體介質(zhì)名稱，物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)和其它性質(zhì)，物理性質(zhì)有溫度c密度d，粘度u，介質(zhì)中固體顆粒直徑和氣體的含量等，這涉及到系統(tǒng)的揚(yáng)程，有效氣蝕余量計算和合適泵的類型：化學(xué)性質(zhì)，主要指液體介質(zhì)的化學(xué)腐蝕性和毒性，是選用泵材料和選用那一種軸封型式的重要依據(jù)。,4，裝置系統(tǒng)的管路布置條件指的是送液高度送液距離送液走向，吸如側(cè)最低液面，排出側(cè)最高液面等一些數(shù)據(jù)和管道規(guī)格及其長度、材料、管件規(guī)格、數(shù)量等，以便進(jìn)行系梳揚(yáng)程計算和汽蝕余量的校核。5，操作條件的內(nèi)容很多，如液體的操作T飽和蒸汽力P、吸入側(cè)壓力PS絕對、排出側(cè)容器壓力PZ、海拔高度、環(huán)境溫度操作是間隙的還是連續(xù)的、泵的位置是固定的還是可移的。二，腐蝕的影響一直以來，腐蝕就是化工設(shè)備最頭痛的危害之一，稍有不慎，輕則損壞設(shè)備，重則造成事故甚至引發(fā)災(zāi)難。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，化工設(shè)備的破壞約有60%是由于腐蝕引起的，因此在化工泵選型時首先要注意選材的科學(xué)性。通常有一種誤區(qū)，認(rèn)為不銹鋼是萬能材料，不論什么介質(zhì)和環(huán)境條件都捧出不銹鋼，這是很危險的。針對一些常用化工介質(zhì)談?wù)勥x材的要點(diǎn)：1、硫酸作為強(qiáng)腐蝕介質(zhì)之一，硫酸是用途非常廣泛的重要工業(yè)原料。不同濃度和溫度的硫酸對材料的腐蝕差別較大，對于濃度在80%以上、溫度小于80℃的濃硫酸，碳鋼和鑄鐵有較好的耐蝕性，但它不適合高速流動的硫酸，不適用作泵閥的材料;普通不銹鋼如3040Cr18Ni9、3160Cr18Ni12Mo2Ti對硫酸介質(zhì)也用途有限。因此輸送硫酸的泵閥通常采用高硅鑄鐵鑄造及加工難度大、高合金不銹鋼20號合金制造。氟塑料具有較好的耐硫酸性能，采用襯氟泵F46是一種更為經(jīng)濟(jì)的選擇。廠家適用有：IHF襯氟泵、PFFS強(qiáng)耐腐蝕離心泵、CQB-F氟塑料磁力泵等。2、鹽酸絕大多數(shù)金屬材料都不耐鹽酸腐蝕包括各種不銹鋼材料，含鉬高硅鐵也僅可用于50℃、30%以下鹽酸。和金屬材料相反，絕大多數(shù)非金屬材料對鹽酸都有良好的耐腐蝕性，所以內(nèi)襯橡膠泵和塑料泵如聚丙烯、氟塑料等是輸送鹽酸的最好選擇。廠家適用有：IHF襯氟泵、PFFS強(qiáng)耐腐蝕離心泵、CQ聚丙烯磁力泵或氟塑料磁力泵等。3、硝酸一般金屬大多在硝酸中被迅速腐蝕破壞，不銹鋼是應(yīng)用最廣的耐硝酸材料，對常溫下一切濃度的硝酸都有良好的耐蝕性，值得一提的是含鉬的不銹鋼如316、316L對硝酸的耐蝕性不僅不優(yōu)于普通不銹鋼如304、321，有時甚至不如。而對于高溫硝酸，通常采用鈦及鈦合金材料。廠家適用有：DFLWH化工泵、DFLWPH屏蔽化工泵、DFCZ流程泵、DFLZP自吸化工泵、IH化工泵、CQB磁力泵等，材料為304。4、醋酸它是有機(jī)酸中腐蝕性最強(qiáng)的物質(zhì)之一，普通鋼鐵在一切濃度和溫度的醋酸中都會嚴(yán)重腐蝕，不銹鋼是優(yōu)良的耐醋酸材料，含鉬的316不銹鋼還能適用于高溫和稀醋酸蒸汽。對于高溫高濃醋酸或含有其它腐蝕介質(zhì)等苛刻要求時，可選用高合金不銹鋼或氟塑料泵。5、堿氫氧化鈉鋼鐵廣泛應(yīng)用于80℃以下、30%濃度內(nèi)的氫氧化鈉溶液，也有許多工廠在100℃、75%以下時仍采用普通鋼鐵，雖然腐蝕增加，但經(jīng)濟(jì)性好。普通不銹鋼對堿液的耐蝕性與鑄鐵相比沒有明顯優(yōu)點(diǎn)，只要介質(zhì)中容許少量鐵份摻入不推薦采用不銹鋼。對于高溫堿液多采用鈦及鈦合金或者高合金不銹鋼。廠家一般鑄鐵泵均可用于常溫低濃度堿液，特殊要求時可采用各類不銹鋼泵或氟塑料泵。6、氨氫氧化氨大多數(shù)金屬和非金屬在液氨及氨水氫氧化氨中的腐蝕都很輕微，只有銅和銅合金不宜使用。廠家大多適用于氨及氨水的輸送。7、鹽水海水普通鋼鐵在氯化鈉溶液和海水、咸水中腐蝕率不太高，一般須采用涂料保護(hù);各類不銹鋼也有很低的均勻腐蝕率，但可能因氯離子而引起局部性腐蝕，通常采用316不銹鋼較好。廠家各類化工泵都有316材料配置。8、醇類、酮類、酯類、醚類常見的醇類介質(zhì)有甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇等，酮類介質(zhì)有丙酮、丁酮等，酯類介質(zhì)有各種甲酯、乙酯等，醚類介質(zhì)有甲醚、乙醚、丁醚等，它們基本沒有腐蝕性，常用材料均可適用，具體選用時還應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的屬性和相關(guān)要求做出合理選擇。另外值得注意的是酮、酯、醚對多種橡膠有溶解性，在選擇密封材料時避免出錯。三，其它因素影響一般工業(yè)用泵在工藝流程中可以忽略管道系統(tǒng)中的泄漏量，但必須考慮工藝變化時對流量的影響。農(nóng)業(yè)用泵如果是采用明渠輸水，還必須考慮滲漏及蒸發(fā)量。壓力：吸水池壓力，排水池壓力，管道系統(tǒng)中的壓力差揚(yáng)程損失。管道系統(tǒng)數(shù)據(jù)管徑、長度、管道附件種類及數(shù)目，吸水池至壓水池的幾何標(biāo)高等。如果需要的話還應(yīng)作出裝置特性曲線。四，管道的影響在設(shè)計布置管道時，應(yīng)注意如下事項：1、合理選擇管道直徑，管道直徑大，在相同流量下、液流速度小，阻力損失小，但價格高，管道直徑小，會導(dǎo)致阻力損失急劇增大，使所選泵的揚(yáng)程增加，配帶功率增加，成本和運(yùn)行費(fèi)用都增加。因此應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度綜合考慮。2、排出管及其管接頭應(yīng)考慮所能承受的最大壓力。3、管道布置應(yīng)盡可能布置成直管，盡量減小管道中的附件和盡量縮小管道長度，必須轉(zhuǎn)彎的時候，彎頭的彎曲半徑應(yīng)該是管道直徑的3～5倍，角度盡可能大于90℃。4、泵的排出側(cè)必須裝設(shè)閥門球閥或截止閥等和逆止閥。閥門用來調(diào)節(jié)泵的工況點(diǎn)，逆止閥在液體倒流時可防止泵反轉(zhuǎn)，并使泵避免水錘的打擊。當(dāng)液體倒流時，會產(chǎn)生巨大的反向壓力，使泵損壞五，流量揚(yáng)程的影響流量的確定1、如果生產(chǎn)工藝中已給出最小、正常、最大流量，應(yīng)按最大流量考慮。2、如果生產(chǎn)工藝中只給出正常流量，應(yīng)考慮留有一定的余量。對于ns100的大流量低揚(yáng)程泵，流量余量取5%，對ns50的小流量高揚(yáng)程泵，流量余量取10%，50≤ns≤100的泵，流量余量也取5%，對質(zhì)量低劣和運(yùn)行條件惡劣的泵，流量余量應(yīng)取10%。C、如果基本數(shù)據(jù)只給重量流量，應(yīng)換算成體積流量。六，溫度的影響高溫介質(zhì)的輸送對泵的結(jié)構(gòu)、材料以及輔助系統(tǒng)提出了更高要求，談一談不同的溫度變化對冷卻的要求以及廠家適用泵型：1、對于溫度低于120℃的介質(zhì)，通常不設(shè)置專門的冷卻系統(tǒng)，多采用本身介質(zhì)來潤滑和冷卻。像DFLWH化工泵、DFLWPH屏蔽化工泵超過90℃時屏蔽電機(jī)的防護(hù)等級應(yīng)采用H級;而DFCZ普通型和IH化工泵由于采用了懸架結(jié)構(gòu)可使溫度上限達(dá)到140℃~160℃;IHF襯氟泵最高使用溫度可達(dá)200℃;只有CQB普通磁力泵使用溫度不超過100℃。值得一提是對于易結(jié)晶或含有顆粒的介質(zhì)應(yīng)配有密封面沖洗管路設(shè)計時均留有接口。2、對于120℃以上、300℃以內(nèi)的介質(zhì)，一般在泵蓋上須設(shè)有冷卻腔，密封室也應(yīng)接通冷卻液須配雙端面機(jī)械密封，當(dāng)不允許冷卻液滲入介質(zhì)中時，應(yīng)采取將本身介質(zhì)冷卻后接入可通過簡易熱交換器實(shí)現(xiàn)。目前廠家有DFCZ型化工流程泵、GRG高溫管道泵以及HPK熱水循環(huán)泵正在開發(fā)可供選用，另外CQB-G高溫型磁力泵可用于280℃以內(nèi)的高溫介質(zhì)。3、對于300℃以上的高溫介質(zhì)，不僅泵頭部分需要冷卻，懸架軸承室也應(yīng)設(shè)有冷卻系統(tǒng)，泵結(jié)構(gòu)一般為中心支承形式，機(jī)械密封最好采用金屬波紋管型，但價格高價格是普通機(jī)封的10多倍。目前廠家只有DFAY離心油泵使用溫度能夠達(dá)到420℃正在開發(fā)。七，密封性的影響無泄漏是化工設(shè)備的永遠(yuǎn)追求，正是這種要求促成了磁力泵和屏蔽泵的應(yīng)用日益擴(kuò)展。然而真正做到無泄漏還有很長的路要走，比如磁力泵隔離套和屏蔽泵屏蔽套的壽命問題、材料的孔蝕問題、靜密封的可靠性問題等等。現(xiàn)就密封方面的一些基本情況簡單介紹1、密封形式對于靜密封來說，通常只有密封墊和密封圈兩種形式，而密封圈又以O(shè)型圈應(yīng)用最廣;對于動密封，化工泵很少采用填料密封，以機(jī)械密封為主，機(jī)械密封又有單端面和雙端面、平衡型和非平衡型之分，平衡型適用于高壓介質(zhì)的密封通常指壓力大于1、0MPa，雙端面機(jī)封主要用于高溫、易結(jié)晶、有粘度、含顆粒以及有毒揮發(fā)的介質(zhì)，雙端面機(jī)封應(yīng)向密封腔中注入隔離液，其壓力一般高于介質(zhì)壓力0、07~0、1MPa。2、密封材料化工泵靜密封的材料一般采用氟橡膠，特殊情況才采用聚四氟材料;機(jī)械密封動靜環(huán)的材料配置較為關(guān)鍵，并不是硬質(zhì)合金對硬質(zhì)合金就最好，價格高是一方面，兩者沒有硬度差也并不合理，所以最好根據(jù)介質(zhì)特點(diǎn)區(qū)別對待。注：美國石油學(xué)會API610第八版對機(jī)械密封和管路系統(tǒng)的典型配置在附錄D中有比較詳盡的規(guī)定八，粘度的影響介質(zhì)的粘度對泵的性能影響是很大的，當(dāng)粘度增加時，泵的揚(yáng)程曲線下降，最佳工況的揚(yáng)程和流量均隨之下降，而功率則隨之上升，因而效率降低。一般樣本上的參數(shù)均為輸送清水時的性能，當(dāng)輸送粘性介質(zhì)時應(yīng)進(jìn)行換算不同粘度的修正系數(shù)可查閱相關(guān)換算圖表。對于粘度較高的漿類、膏類及粘稠液的輸送，建議選用螺桿泵，廠家DFGG單螺桿泵適用介質(zhì)粘度可達(dá)1000000cst。

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文章關(guān)鍵詞: 填料 介質(zhì) 計算 布置