冷却塔水泵原理(冷却塔原理)

本文将重点介绍密闭式冷却塔设：例如如下一、某大型自然通风逆流湿式冷却塔塔型参数循环水经配水系统以水滴形式喷洒在填料层顶部，并在填料内形成下落水膜，最后以水滴形式由填料底面落入集水池内，形成塔内气–水两相热质传递的配水区、填料区和雨区；而环境空气则在塔内外压差的驱动下，由进风口依次进入雨区、填料区和配水区，吸热吸湿后由塔顶出风口排出。某1000MW火电机组所备大型自然通风逆流湿式冷却塔塔型参数为：淋水面积为12000m2，塔高165m，进风口高11、64m，直径为133、21m，喉部直径75、21m，出口直径80、08m，塔高与直径比为1、24，塔高与壳底直径比为1、32，喉部高度与塔总高比为0、77，进风口高面积与淋水面积比为0、38。等高布置双向波填料高为1、5m，其底面标高12、39m。1、几何模型和数学模型在冷却塔运行工况和环境气象条件一定时，塔内外空气流动及塔内气–水两相传热传质过程可认为是稳态非平衡过程。考虑到冷却塔结构设计的轴对称性，在环境自然风恒定时，塔内外空气流场及塔内气–水参数分布关于自然风风向所在冷却塔塔心纵剖面对称，所以可取设计冷却塔的一半作为研究对象，建立高990m、半径为700m的计算域，如图所示：计算域高为冷却塔本身高度的6倍，计算域直径为冷却塔塔底半径的10、5倍。环境自然风下，大计算域的选取使冷却塔塔体对迎风侧进口及计算域顶部空气流动的影响可以忽略不计，保证了计算域迎风侧进口和顶部设置为速度入口边界条件的正确性。鉴于冷却塔本身尺寸及计算域尺寸的超大性，而塔内气–水两相传热传质仅发生在雨区、填料区和配水区，且塔内空气流场主要受进风口和塔顶出风口附近空气流场的影响。因此可对计算域分区域进行网格划分，细化冷却塔进风口、雨区、填料区、配水区、塔筒及冷却塔塔顶出口附近网格，而对塔外大空间则可使网格按一定比例逐渐放大。分区域划分计算域后得网格总数为83万、97万和143万的3套网格，网格独立性分析表明网格总数为97万的网格系统可实现该冷却塔冷却性能的准确计算。考虑到塔内外空气压力变化相对较小，认为空气为不可压缩流体，而仅考虑传热和传质引起空气温度和组分变化所造成空气密度的变化；采用雷诺平均Navier-Stokes方程描述计算域内空气运动，并采用标准k-ε湍流模型进行湍流封闭；考虑冷却水z向运动的主导性，忽略淋水倾斜，认为冷却水竖直下落；塔内滴状循环水与空气两相间的动量传递、热量传递和质量传递可由离散相模型描述。2、边界条件和计算方法计算域边界条件定义：侧风风向所在计算域对称面定义为对称边界条件；塔壁、地面、水池水面均定义为固壁无滑移边界条件，并采用标准壁面函数法对空气运动控制方程进行近壁面处理；自然风条件下，计算域迎风侧入口和计算域顶部均定义为速度入口边界条件，计算域背风侧空气出口定义为压力出口边界条件；无环境自然风影响时，计算域两侧边界条件定义为压力入口边界条件，计算域顶部出口定义为压力出口边界条件；却水自图所示配水面向下进入传热传质区，配水面冷却水初始体积流量为Vm，进塔水温为twi。密闭式冷却塔设简介计算域内气–水运动控制方程的离散采用有限体积法，其中对流项采用二阶迎风格式，扩散项采用中心差分格式，压力和速度采用SIMPLE算法耦合迭代求解。计算稳定收敛标准为，各变量残差在10-4量级，一定迭代步内出塔水温变化小于0、01℃。二、填料非均匀布置对大型塔性能的影响1、填料布置方式对冷却塔冷却塔性能的影响填料非均匀布置对除水器截面平均风速zv也产生影响：低速自然风条件下，填料非均匀布置对zv影响较小；高速自然风条件下，采用填料非均匀布置后，zv下降较大，使得填料非均匀布置对冷却塔冷却性能的改善作用有所减小。下文以所研究冷却塔实测工况C1为例，分别结合vc=0和3ms的2种自然风条件，分析填料非均匀布置对塔内气-水参数分布的影响规律，以揭示填料非均匀布置对冷却塔冷却性能的影响机制。2、无自然风时填料非均匀布置作用机制无环境自然风影响时，塔内气–水两相参数呈轴对称分布，塔内某一高度横截面气–水参数仅在径向上有变化。为分析填料非均匀布置对超大型冷却塔冷却性能的影响机制，取除水器顶部16、2m高度处冷却塔塔筒横截面及z=0m水池水面作为特征面，取特征面与冷却塔中心纵剖面的交线作为特征线，计算分析填料非均匀布置对塔内风速及出塔水温的影响机制。在填料非均匀布置时，给出了塔内空气z向流速vzn沿z16、2m高横截面特征线的分布。相对于填料均匀布置时该截面特征线上空气z向流速vza。冷却塔水池水面外围水温较低，内围水温较高。这表明外围C区冷却能力较大，内围A区冷却能力较小。对填料进行非均匀布置后，冷却塔外围C区因填料高度增加，填料区气–水两相传热传质面积增加，该区冷却能力进一步增加，在该区空气上升速度平均减小0、028ms的情况下，C区水面水温平均减小0、244℃；B区填料高度不变，填料非均匀布置增大了该区空气流速，强化了该区冷却性能，使B区水面水温平均减小0、185℃；A区填料高度减小，使得该区通风阻力降低，空气流速增大较多，但因A区填料内传热传质面积的减小，该区水面水温平均减小0、073℃。对比填料非均匀布置对塔内A、B、C这3区水面出塔水温的影响，可知塔内外围填料增高对冷却塔冷却性能改善起主要作用。对于填料高度相等的区域，填料非均匀布置对空气流速较低区域冷却能力的改善相对较大。设ρn为填料非均匀布置时除水器顶部z=16、2m高度塔内横截面特征线上湿空气密度，ρa则为填料均匀布置时该特征线上湿空气密度。外围C区填料高度的增加，增大了该区通风阻力，降低了该区空气流速，但同时增加了该区填料对应气–水两相传热传质面积，使该区冷却性能及冷却水总散热量均有所提高，从而使得该区单位质量空气吸热吸湿量增大，该区上方湿空气密度平均减小0、00148kgm3；B区冷却性能也有所提高，但因湿空气流速增加，该区单位质量空气吸热吸湿量变化较小，B区上方湿空气密度平均增大0、00066kgm3；A区空气流速增大较多，而冷却能力只是略有改善，使得该区上方湿空气密度平均增加0、00233kgm3。结语：结合不同风速环境自然风，通过所建某淋水面积为12000m2的大型冷却塔的三维数值计算模型，计算分析了填料非均匀布置对大型冷却塔冷却性能的影响机制。

泵的选型与其配管问题工艺一，基本依据1，流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能力和输送能力。如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常流量的1、1-1、2倍作为最大流量。,2，装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大10%—20%余量后扬程来选型。,3，液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物理性质有温度c密度d，粘度u，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及到系统的扬程，有效气蚀余量计算和合适泵的类型：化学性质，主要指液体介质的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。,4，装置系统的管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、数量等，以便进行系梳扬程计算和汽蚀余量的校核。5，操作条件的内容很多，如液体的操作T饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS绝对、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、泵的位置是固定的还是可移的。二，腐蚀的影响一直以来，腐蚀就是化工设备最头痛的危害之一，稍有不慎，轻则损坏设备，重则造成事故甚至引发灾难。据有关统计，化工设备的破坏约有60%是由于腐蚀引起的，因此在化工泵选型时首先要注意选材的科学性。通常有一种误区，认为不锈钢是万能材料，不论什么介质和环境条件都捧出不锈钢，这是很危险的。针对一些常用化工介质谈谈选材的要点：1、硫酸作为强腐蚀介质之一，硫酸是用途非常广泛的重要工业原料。不同浓度和温度的硫酸对材料的腐蚀差别较大，对于浓度在80%以上、温度小于80℃的浓硫酸，碳钢和铸铁有较好的耐蚀性，但它不适合高速流动的硫酸，不适用作泵阀的材料;普通不锈钢如3040Cr18Ni9、3160Cr18Ni12Mo2Ti对硫酸介质也用途有限。因此输送硫酸的泵阀通常采用高硅铸铁铸造及加工难度大、高合金不锈钢20号合金制造。氟塑料具有较好的耐硫酸性能，采用衬氟泵F46是一种更为经济的选择。厂家适用有：IHF衬氟泵、PFFS强耐腐蚀离心泵、CQB-F氟塑料磁力泵等。2、盐酸绝大多数金属材料都不耐盐酸腐蚀包括各种不锈钢材料，含钼高硅铁也仅可用于50℃、30%以下盐酸。和金属材料相反，绝大多数非金属材料对盐酸都有良好的耐腐蚀性，所以内衬橡胶泵和塑料泵如聚丙烯、氟塑料等是输送盐酸的最好选择。厂家适用有：IHF衬氟泵、PFFS强耐腐蚀离心泵、CQ聚丙烯磁力泵或氟塑料磁力泵等。3、硝酸一般金属大多在硝酸中被迅速腐蚀破坏，不锈钢是应用最广的耐硝酸材料，对常温下一切浓度的硝酸都有良好的耐蚀性，值得一提的是含钼的不锈钢如316、316L对硝酸的耐蚀性不仅不优于普通不锈钢如304、321，有时甚至不如。而对于高温硝酸，通常采用钛及钛合金材料。厂家适用有：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，材料为304。4、醋酸它是有机酸中腐蚀性最强的物质之一，普通钢铁在一切浓度和温度的醋酸中都会严重腐蚀，不锈钢是优良的耐醋酸材料，含钼的316不锈钢还能适用于高温和稀醋酸蒸汽。对于高温高浓醋酸或含有其它腐蚀介质等苛刻要求时，可选用高合金不锈钢或氟塑料泵。5、碱氢氧化钠钢铁广泛应用于80℃以下、30%浓度内的氢氧化钠溶液，也有许多工厂在100℃、75%以下时仍采用普通钢铁，虽然腐蚀增加，但经济性好。普通不锈钢对碱液的耐蚀性与铸铁相比没有明显优点，只要介质中容许少量铁份掺入不推荐采用不锈钢。对于高温碱液多采用钛及钛合金或者高合金不锈钢。厂家一般铸铁泵均可用于常温低浓度碱液，特殊要求时可采用各类不锈钢泵或氟塑料泵。6、氨氢氧化氨大多数金属和非金属在液氨及氨水氢氧化氨中的腐蚀都很轻微，只有铜和铜合金不宜使用。厂家大多适用于氨及氨水的输送。7、盐水海水普通钢铁在氯化钠溶液和海水、咸水中腐蚀率不太高，一般须采用涂料保护;各类不锈钢也有很低的均匀腐蚀率，但可能因氯离子而引起局部性腐蚀，通常采用316不锈钢较好。厂家各类化工泵都有316材料配置。8、醇类、酮类、酯类、醚类常见的醇类介质有甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇等，酮类介质有丙酮、丁酮等，酯类介质有各种甲酯、乙酯等，醚类介质有甲醚、乙醚、丁醚等，它们基本没有腐蚀性，常用材料均可适用，具体选用时还应根据介质的属性和相关要求做出合理选择。另外值得注意的是酮、酯、醚对多种橡胶有溶解性，在选择密封材料时避免出错。三，其它因素影响一般工业用泵在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量，但必须考虑工艺变化时对流量的影响。农业用泵如果是采用明渠输水，还必须考虑渗漏及蒸发量。压力：吸水池压力，排水池压力，管道系统中的压力差扬程损失。管道系统数据管径、长度、管道附件种类及数目，吸水池至压水池的几何标高等。如果需要的话还应作出装置特性曲线。四，管道的影响在设计布置管道时，应注意如下事项：1、合理选择管道直径，管道直径大，在相同流量下、液流速度小，阻力损失小，但价格高，管道直径小，会导致阻力损失急剧增大，使所选泵的扬程增加，配带功率增加，成本和运行费用都增加。因此应从技术和经济的角度综合考虑。2、排出管及其管接头应考虑所能承受的最大压力。3、管道布置应尽可能布置成直管，尽量减小管道中的附件和尽量缩小管道长度，必须转弯的时候，弯头的弯曲半径应该是管道直径的3～5倍，角度尽可能大于90℃。4、泵的排出侧必须装设阀门球阀或截止阀等和逆止阀。阀门用来调节泵的工况点，逆止阀在液体倒流时可防止泵反转，并使泵避免水锤的打击。当液体倒流时，会产生巨大的反向压力，使泵损坏五，流量扬程的影响流量的确定1、如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量，应按最大流量考虑。2、如果生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定的余量。对于ns100的大流量低扬程泵，流量余量取5%，对ns50的小流量高扬程泵，流量余量取10%，50≤ns≤100的泵，流量余量也取5%，对质量低劣和运行条件恶劣的泵，流量余量应取10%。C、如果基本数据只给重量流量，应换算成体积流量。六，温度的影响高温介质的输送对泵的结构、材料以及辅助系统提出了更高要求，谈一谈不同的温度变化对冷却的要求以及厂家适用泵型：1、对于温度低于120℃的介质，通常不设置专门的冷却系统，多采用本身介质来润滑和冷却。像DFLWH化工泵、DFLWPH屏蔽化工泵超过90℃时屏蔽电机的防护等级应采用H级;而DFCZ普通型和IH化工泵由于采用了悬架结构可使温度上限达到140℃~160℃;IHF衬氟泵最高使用温度可达200℃;只有CQB普通磁力泵使用温度不超过100℃。值得一提是对于易结晶或含有颗粒的介质应配有密封面冲洗管路设计时均留有接口。2、对于120℃以上、300℃以内的介质，一般在泵盖上须设有冷却腔，密封室也应接通冷却液须配双端面机械密封，当不允许冷却液渗入介质中时，应采取将本身介质冷却后接入可通过简易热交换器实现。目前厂家有DFCZ型化工流程泵、GRG高温管道泵以及HPK热水循环泵正在开发可供选用，另外CQB-G高温型磁力泵可用于280℃以内的高温介质。3、对于300℃以上的高温介质，不仅泵头部分需要冷却，悬架轴承室也应设有冷却系统，泵结构一般为中心支承形式，机械密封最好采用金属波纹管型，但价格高价格是普通机封的10多倍。目前厂家只有DFAY离心油泵使用温度能够达到420℃正在开发。七，密封性的影响无泄漏是化工设备的永远追求，正是这种要求促成了磁力泵和屏蔽泵的应用日益扩展。然而真正做到无泄漏还有很长的路要走，比如磁力泵隔离套和屏蔽泵屏蔽套的寿命问题、材料的孔蚀问题、静密封的可靠性问题等等。现就密封方面的一些基本情况简单介绍1、密封形式对于静密封来说，通常只有密封垫和密封圈两种形式，而密封圈又以O型圈应用最广;对于动密封，化工泵很少采用填料密封，以机械密封为主，机械密封又有单端面和双端面、平衡型和非平衡型之分，平衡型适用于高压介质的密封通常指压力大于1、0MPa，双端面机封主要用于高温、易结晶、有粘度、含颗粒以及有毒挥发的介质，双端面机封应向密封腔中注入隔离液，其压力一般高于介质压力0、07~0、1MPa。2、密封材料化工泵静密封的材料一般采用氟橡胶，特殊情况才采用聚四氟材料;机械密封动静环的材料配置较为关键，并不是硬质合金对硬质合金就最好，价格高是一方面，两者没有硬度差也并不合理，所以最好根据介质特点区别对待。注：美国石油学会API610第八版对机械密封和管路系统的典型配置在附录D中有比较详尽的规定八，粘度的影响介质的粘度对泵的性能影响是很大的，当粘度增加时，泵的扬程曲线下降，最佳工况的扬程和流量均随之下降，而功率则随之上升，因而效率降低。一般样本上的参数均为输送清水时的性能，当输送粘性介质时应进行换算不同粘度的修正系数可查阅相关换算图表。对于粘度较高的浆类、膏类及粘稠液的输送，建议选用螺杆泵，厂家DFGG单螺杆泵适用介质粘度可达1000000cst。

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文章关键词: 填料 介质 计算 布置