开式横流冷却塔薄膜淋水填料浅谈

基本原理·

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01 在冷却塔中的重要作用

     填料在开式横流冷却塔的作用是增加循环水与空气的接触面积，并延长冷却水停留在空气中的时间，终增加散热量，它的效率取决于冷却水与空气在填料中充分接触的程度。空气与水直接接触时，根据水温不同，可能发生显热交换，也可能既有显热交换又有潜热交换，即同时伴有质交换（湿交换）。显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。潜热交换是空气中的水蒸气凝结而放出汽化潜热的结果，这就是我们常说的冷却塔蒸发散热。

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2、冷却水降温机理

蒸发散热通过物质交换，即通过水分子不断扩散到空气中来完成。水分子有着不同的能量，平均能量有水温决定，在水表面附近一部分动能大的水分子克服邻近水分子的吸引力逃出水面而成为水蒸气，由于能量大的水分子逃离，水面附近的水体能量变小。因此，水温降低，这就是蒸发散热，

      一般认为蒸发的水分子先在水表面形成一层薄的饱和空气层，其温度和水面温度相同，然后水蒸气从饱和层向大气中扩散，水蒸气扩散的快慢取决于饱和层的水蒸气压力和大气的水蒸气压力差，即道尔顿（Dolton）定律，可用下图表示此过程。

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03 结构的介绍

填料是由塑料片材通过吸塑成型或热压成型，吸塑成型的填料手感摸上去要比热压成型的填料质地柔软，一片填料包含进风段、散热段、导流段和收水段。

进风段是引导空气进入填料，填料组装后入风面是呈蜂窝状的导流器，风阻系数小，抗扰度大、立体三维变形，使塔不会因片距不均匀而产生风分布不均匀的现象，均布的风负荷使塔的散热填料面积得到有效使用。同时，蜂窝状风口的三维特性，使阳光大部不能射入填料内表面，抑制了填料表面长青苔的可能。良好的布风效果，提高并稳定了水的热交换强度。

填料中间梯形突起的波浪面是散热段，梯形波浪是为了延展填料面积，使填料的散热面积增长，增加散热量，梯形的角度要做成R形圆角，让更多的水流在板面上分布形成膜，而不是水流。导流槽和收水段降低进风阻力的同时可将水隔断在收水器段，从而达到低飘水、高性能的效果。

       粘接式填料和悬挂式填料的区别：填料表面因循环水分蒸发，无机物浓度增大而结晶沉淀，填料表面结垢后自重变重，加上水流冲击，发生“弯腰”变形，变形后的填料受水流冲击力使变形更加严重，这是一种不可逆的“恶性张循环”。开始这种循环，粘接式填料很快就因拉力使用粘接点断裂；而悬挂式填料在表面积垢后，随着水流冲刷，表面过厚度的积垢会自动脱落，填料不会产生形变，同时悬挂式填料也便于清洗，无需业维护人员即可进行清洗作业。

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04 性能的甄别

1、 测试降温效果

上面我们讲过，冷塔的降温机理主要表现有两种，一种是温差降温，低焓值的空气与高焓值的热水进行直接热交换降温，温差降温空气温度越低热交换量越大；但当空气温度高于水温时，直接热交换就不可能进行了（长时间后，水温还会升高），这种状态下只有通过水蒸发带走热量降温，当然如果空气中的水气也是饱和状态，则这个降温过程也是不能进行。不论是温差降温还是蒸发降温，冷却水降温作用大小都与参加交换介质的空气总流量成正比，与空气和冷却水的交换面积（接触面积）成正比，在接触面积一定时，和空气的相对流速也是成正比。

基于以上分析，针对在线运行的开式横流冷却塔填料的性能测试，在同一制冷系统中（一致的上塔水温），将冷却泵频率控制为同一频率，这样可认为分配到各塔的水流量是一致的，同时将冷塔风机频率也调整为一致，这样可认为空气的流速也是一致的，这时可通过以下几个参数判定填料的性能。

2、提高填料性能的几个途径

一是增加填料的高度，这种情况在选择冷却塔时是有效的，冷却塔型号选定后，填补的高度也就确定了。

二是保持高度不变，减少填料片材的间距，即增加填料的安装数量，但增加填料数量，进风阻力可能会相应提高，从而会增加风机的能耗，有时并不能取的应有的效果，反而使得耗材量偏大。

三是改进板面结构，提高水流在板面上的均匀分布性，结构含比表面积、波距、片距、片材厚度等，而影响换热效率还有进塔空气参数、填料迎面风速、进塔风量、淋水密度、冷却水进口温度等。

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5、是否需要更换的判定分析

填料长期使用的环境是高温高热环境， 而填料的材质都是塑料材质或者是增强型塑料材质。在使用一定时间之后，出现老化、破碎、开裂等情况，这是冷却塔填料的正常现象。

1、根据破碎量判定

      冷却塔填料的过度老化后就会变得易碎，在外界的重力打击下，如清洗时的高压水流冲击，就很容易将填料外段与水流接触的地方打碎，随着运行时循环水的冲击碎片脱落。脱落的碎片就会进入到循环水系统的Y型过滤器，少量的集聚会减少冷却水的循环量，大量堆积就会直接堵塞Y型过滤器，无法完成水路的循环。这种情况不但会增加系统的耗能，还会可能导致制冷系统中断停止运行。

2、依据性能衰减量判定

填料老化开裂、下坠、片间错位也是影响冷却塔散热性能的主要原因，可使用上面讲到的降温测试方法进行多塔对比测试。以不影响系统运行安全，且能满足工艺要求为判定依据，同等给定条件下逼近度高的性能为优。

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6、日常使用事项

1、水处理的重要性

      循环水系统中的沉积物主要是水垢和污垢（淤泥、腐蚀产物及生物沉积物），天然水中溶解的各种盐类因受热等各种原因从水中析出，我们称之为水垢。填料结垢后增大了进风阻力，风机耗能增加，严重结垢填料片间距堵死影响系统的安全运行。

良好的水处理不仅能够解决或缓解结垢，还可避免制冷金属设备腐蚀，以及因微生物滋生形成的黏泥污垢堵塞管道或各种材料及设备严重受损等问题，威胁和破坏数据中心的安全运行，所以水处理是制冷系统正常、高效运行的基础。

2、及时清洗的重要性，

      上面我们提到了循环水系统中的沉积物除了水垢还有污垢，污垢大部分是空气中的灰尘遇水沉积；水垢可以通过在水中投加各种化学水处理药剂得到有效的处理和控制，污垢只能通过物理清洁，定期彻底的冷却塔清理也是制冷系统高效运行的基本工作内容。