王立军，户振宇，王鸣宇
（安阳化学工业集团有限责任公司，河南 安阳455133）
［摘 要］安阳化学工业集团有限责任公司新建空分循环水站（正常用水量4 500 m3/h）在厂区原址上建设，需从初期投资、运行成本、占地面积等方面考虑循环水系统中冷却塔的选型。结合安阳地区工业水价和电价情况，在同等循环水处理量6 000 m3/h条件下，从运行参数、系统能耗、投资、占地面积等方面对普通开式冷却塔、闭式冷却塔、消雾冷却塔进行对比分析。结果表明，就安化公司目前的情况而言，选用普通开式冷却塔更具优势。目前，已将空分循环水站建设普通开式逆流冷却塔列入新建300 kt/a合成氨项目整体工艺设计计划，预期可取得较好的经济效益。
［关键词］空分装置；循环水站；冷却塔选型；普通开式冷却塔；闭式冷却塔；消雾冷却塔；对比分析
［中图分类号］TQ051.5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）05-0034-03
0 引 言
冷却塔是循环水系统中吸收热量排放至大气中以降低水温的设备，据水与空气是否直接接触可分为开式冷却塔和闭式冷却塔；其中，开式冷却塔依据是否节水分为普通开式冷却塔和消雾节水型冷却塔（简称消雾冷却塔），而消雾冷却塔依据其冷凝器安装结构和安装部位的不同可分为翅片管加热式与冷凝模块式等类型。化工企业需根据自身的实际情况选择合适的冷却塔，新疆、内蒙古等水费较高（水资源匮乏）、电价较低的地区大多选用闭式冷却塔，沿海、北京等环保要求较高的地区多选用消雾冷却塔等。
安阳化学工业集团有限责任公司（简称安化公司）新建300 kt/a合成氨项目配套40 000 m3/h空分装置需新建空分循环水站，空分循环水站正常用水量4 500 m3/h、最大用水量5 300 m3/h，循环水上水压力0.5 MPa、温度33 ℃，回水压力0.25 MPa、温度43 ℃，空分循环水站在厂区原址上建设，需从初期投资、运行成本、占地面积等方面考虑循环水系统中冷却塔的选型。为此，结合当地工业水价及电价等因素，就循环水系统中采用普通开式逆流冷却塔、闭式冷却塔、消雾冷却塔进行对比分析，认为新建空分循环水站采用普通开式逆流冷却塔更具优势。以下对有关情况作一介绍。
1 三种冷却塔的对比分析
1.1 普通开式逆流冷却塔
普通开式逆流冷却塔基本构造及冷却流程如图1所示。其工作原理基于水的蒸发冷却作用，使循环水通过塔内的填料层与空气充分接触而降低水温。开式冷却塔塔体内部主要由风机、收水器、配水系统、填料等组成。
普通开式冷却塔的优点：① 换热效率高——热水与空气在填料层中充分接触，可有效降低水温；② 成本低——初始投资和后期维护成本相对较低；③ 适用性广——可适用于大多数工业和商业领域。
普通开式冷却塔的缺点：① 水资源浪费较大——蒸发损失大，需定期补水；② 循环水水质较差——由于其开放式结构，集水池易积累污垢与沉积物，需定期清理及排污；③ 环境影响——挥发出的水蒸气可能会对周围环境产生一定的影响。
1.2 闭式冷却塔
闭式冷却塔基本构造及冷却流程如图2所示。闭式冷却塔工作中由内循环和外循环构成，内循环主要部件为不锈钢或铜质的散热盘管冷却器，循环水在密闭的冷却盘管内流动；外循环则通过喷淋泵抽水至塔顶部并均匀地喷洒到换热管束外部，与管内高温循环水回水进行热交换，底部逆流进风，与下落的喷淋水进行换热，形成的饱和湿热空气由顶部风机排出。闭式冷却塔通常由风机、喷淋系统、循环水箱、冷却盘管、水泵、进出水管路等组成。
闭式冷却塔的优点：① 节约水资源——内部循环系统基本上无蒸发损失，只需少量补水即可保持系统的正常运行；② 循环水水质好——内部循环水在密闭管线中流动，不易受外部环境污染及沉积物的影响，适用于对循环水水质要求较高的系统；③ 环境友好——无大量水蒸气挥发，对周围环境影响较小。
闭式冷却塔的缺点：① 初始投资高——闭式冷却塔由于需要额外的设备和管道系统，相较于开式冷却塔其土建与设备安装成本更高；② 冷却效率较低——闭式冷却塔的冷却效率较低，需更多的冷源量才能达到与开式冷却塔相同的降温效果；③ 占地面积大——单台闭式冷却塔处理水量小，处理循环水量较大时，需布置多台冷却塔，且冷却塔之间要有足够的距离，造成其占地面积大；④ 能耗高——相较于开式冷却塔，闭式冷却塔底部逆流进风，与下落的喷淋水换热，通风阻力大，风机电耗高。
1.3 消雾冷却塔
消雾冷却塔结构如图3所示。开启消雾模式后，经填料区换热的饱和热蒸汽通过热通道进入冷凝模块，外部干冷空气通过冷通道进入冷凝模块，湿热蒸汽与干冷空气在模块内进行间壁式换热、冷凝，换热后的冷凝水通过热通道流入冷却塔水池内，湿热蒸汽则穿过模块后与经加热升温的干冷空气在模块上部区域充分混合，以降低蒸汽含湿量，达到消雾的目的。据消雾冷却塔工作特点、安阳地区全年气温情况，以及与冷却塔厂家交流后得知，在安阳地区，消雾冷却塔可从当年10月开启运行至次年3月，当冬季环境温度低于-5 ℃时，风机停运，冷凝模块消雾效果变差，实际全年消雾运行时间为4个月。
消雾冷却塔的优点：① 散热效果好；② 不造成环境污染；③ 消耗的水量少，节水率较普通开式冷却塔高。
消雾冷却塔的缺点：① 初始投资费用较开式冷却塔高；② 冷却塔上部设置有冷凝模块，冷却塔通风阻力较大，其能耗较开式冷却塔有所增加。
2 三种冷却塔选型对比
以40 000 m3/h空分装置设计6 000 m3/h循环水量为基准，从运行参数、综合能耗、投资、占地面积等方面对普通开式冷却塔、闭式冷却塔、消雾冷却塔进行对比分析。
2.1 主要运行参数对比
更多内容详见《中氮肥》2024年第5期