某油田终端污水系统COD单...级冷却塔填料结构优化与改造_孙洪斌.pdf

清 洗 世 界Cleaning World实用技术实用技术实用技术实用技术第39卷第3期2023年3月0 引言冷却塔具有冷却效率高、耐腐蚀性好、适应性强、占地面积小等特点，被广泛应用于石油化工、冶金冶炼、机械制造、电力工程等领域。作为油田终端 COD 处理单元的重要设备之一，二级冷却塔性能的好坏直接决定整体工艺流程的稳定运行。某油田终端 COD 处理单元冷却塔为开放式冷却塔，安装于进水调节池上方，分为一级、二级冷却塔，采用两级串联工艺对终端上游来水进行降温，能够将 7580 的来水温度降低至 35 左右，以维持微生物最好的温度环境。正常情况下，主要降温流程为：利用含油污水处理装置双滤料过滤器处理后的出水，进入一级冷却塔进行降温（水温由 75 降至 50），经配水池进入隔油池，分离浮油后再经导流墙进入配水井，缓慢流入调节池，调节池内设有潜水搅拌机，通过机械方式实现水质均衡。调节池内的生产污水由泵送至二级冷却塔（水温降至 35 左右），再自流至 MBBR 曝气池，利用电潜泵送入脱聚罐，然后经 CSAT 池后流入 CAST 反 应池。随着油田陆岸终端接收来液不断增加，COD单元处理任务不断增大，对二级冷却塔的降温能力提出了较高的要求。而填料是二级冷却塔最重要的部件之一，其结构布局方式选择、材质可靠程度对于保证二级冷却塔的降温效果十分重要。1 COD 二级冷却塔概况1.1 主要运行参数终端 COD 处理单元二级冷却塔的主要运行参数如表 1 所示。作者简介：孙洪斌（1984-），男，工程师，毕业于中国石油大学（北京），工程硕士，石油与天然气工程专业，现从事海上油气开采生产管理工作。收稿日期：2022-11-23。文章编号：1671-8909（2023）3-0022-003某油田终端污水系统 COD 单元二级冷却塔填料结构优化与改造孙洪斌，王圣（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）摘要：本文针对填料支撑断裂、坍塌损坏影响 COD 处理单元二级冷却塔降温效果的问题，展开填料结构改造升级。通过优化填料排列方式，将横向直铺布局方式改为 45倾斜布局方式，以增加污水下流速度，减少聚合物、杂质、絮凝物等附着物的堆积，提升污水蒸发速率。通过回收利用原有木质填料和格栅板，以提高填料支撑力，减少改造成本和施工周期。改造实现二级冷却塔出口温度降低 3 的显著效果，延长了二级冷却塔的使用寿命。关键词：COD 处理单元；二级冷却塔；填料；布局方式；结构改造中图分类号：X741 文献标识码：A表 1 主要运行参数类别处理量/(m3h-1)进口温度/出口温度/设计参数3605035运行参数100约 49约 381.2 工作原理冷却塔的工作原理是基于蒸发致冷效应，在外界不给液体补充能量条件下，通过热传递方式从周围物体中吸收热量，增加液体蒸发量，降低液体温度。利用冷却塔降低污水温度时，主要通过其内部填料增大污水表面面积，让处于污水表面附近的分子数目增加，使污水液面飞出的分子数量增多，加快污水蒸发速度，带走更多的热量，实现污水降温。23第 39 卷孙洪斌 等.某油田终端污水系统 COD 单元二级冷却塔填料结构优化与改造1.3 运行情况某油田终端 COD 处理单元共有 4 组二级冷却塔，每台冷却塔分为 2 组，每组 4 个填料室，每个填料室配置 500 根木质填料，以横向直铺的方式有序排放在格栅板上。由于流程来液复杂多变、运行环境较为恶劣、设计存在缺陷等原因，出现多组填料室内填料支撑网断裂、填料坍塌损坏等现象，导致冷却塔运行效率明显降低，严重影响来液污水的降温效果。经调研分析，发现造成填料支撑网断裂、坍塌损坏等情况的主要原因是由于进水中的聚合物较多，经冷却后凝固附着在填料上（填料材质为防腐木条），而冷却塔填料外侧的聚合物可通过清水定期冲洗去除，其内部填料附着物无法得到有效清理，导致填料附着物越积越多，给污水向下流动带来较大的阻力，加上水流长期的垂直冲刷，给木质填料较大的冲击力，最终致使填料支撑网过载断裂，内部填料倾卸、坍塌。随着海上油气的不断开发，终端处理厂的处理任务不断加重，对冷却塔的安全稳定运行提出较大考验，一旦无法有效降低来水温度，将会对下游生化活性污泥处理工艺造成重大影响，给流程的日常运转带来较大安全隐患。因此，提出相应的解决方案，及时恢复冷却塔的降温能力。2 结构优化对比分析2.1 更换冷却塔结合现场实际情况，提出对冷却塔的整体进行更换，与生产厂家沟通后，发现更换费用高达 60万/台，且制造施工周期为半年，无法及时改善冷却塔降温效果的同时也给流程的稳定运行带来较大的影响，不可取。2.2 更换支撑网经与厂家协商，提出更换冷却塔支撑网材质，将竹纤维材质更换成强度较高的玻璃钢，以有效防止支撑网过载断裂。但厂家仅能提供固定型号的支撑网，无法提供加厚及附加加强筋的玻璃钢支撑网。如延用原厂提供的支撑网，仍无法有效保证使用周期，会继续出现此类坍塌情况。由于更换的玻璃钢支撑网结构材质发生变化，若仍使用现有填料，会出现因技术参数不一致、设备不配套带来的填料无法紧固在支撑网上的情况，依然会出现填料频繁脱落的现象，不可取。2.3 优化填料结构冷却塔内部填料利用横向直铺的布局方式，让污水垂直下落冲击填料板面，液体经板面下流，其填料板面易附着悬挂大量聚合物、杂质、絮凝物等，长期堆积于填料板面，导致支撑网受力过高，发生疲劳变形、过载断裂，造成填料木板发生坍塌。对此，优化更改木质填料的布局方式，将横向直铺布局结构更改为 45倾斜布局结构，能够加快液体的流通速度，减少聚合物、杂质、絮凝物在填料木板上的堆积。附着物更易伴随污水流走，能够有效减少木质填料数量的同时也会增加填料的间隔空间，增加污水中水汽分子的蒸发，改善冷却塔的降温能力。填料结构改造方案前后对比如图 1 所示。a)改造前 b)改造后图 1 填料与支撑网改造前/后侧视图3 改造过程与效果3.1 冷却塔填料改造过程（1）支撑网、填料选材。对支撑网进行选材，通过观察冷却塔内部结构发现用于两侧固定填料的玻璃钢支架与日常使用的格栅网较为相似。格栅板属于玻璃钢材制，具有腐蚀性强、承压能力高、易改造的特点，比较符合支撑网的选材要求。经过对格栅网、填料、玻璃钢支架的尺寸进行测量，发现格栅板的孔径与填料的尺寸相对吻合，格栅网的斜角度尺寸刚好与木质填料的宽度相匹配，仅需对填料进行轻微打磨便可直接进行安装。因此，选择格栅板代替原有的竹纤维编织物作为填料支撑，能够有效的防止填料坍塌。对于填料进行选材，现场发现木质填料整体结构并没有损坏，故对其回收再利用，将坍塌的冷却塔填料进行整理，用刮板将附着的聚合物清理干净，加工成适合插入格栅板的尺寸。（2）设计参数规格。根据冷却塔内部填料的结构尺寸，对格栅板和填料进行计算，确定格栅网格每小格对角长度 42 mm，填料宽度 35 mm，具体24第 3 期清 洗 世 界结构参数如表 2 所示。（3）具体改造、实施过程。拆除。对二级冷却塔进行拆卸分解，取下送风挡板，逐步拆除木质填料，清理塌陷损坏的支撑，处理拆除的木质填料，并依次精选出完整性较好的木质填料进行备用。预制支架。预制填料四脚支撑支架，用以固定填料和加固格栅板，并增加制作更为结实的钢制底座，对于防止填料再次发生坍塌情况起到双保险的作用。预制格栅板。测量格栅挂网尺寸，将格栅板按照相应的规格进行切割、拼接和组装，利用紧固螺栓将其固定于冷却塔主体框架内，实现对填料的稳定支撑。处理木质填料。对堆积在木质填料上的聚合物、杂质、絮凝物等附着物进行清洗和打磨，符合尺寸要求后进行安装，安装方式采用斜向45交错安装。安装。支撑填料回填安装完成后，将取下的送风挡板逐一恢复，安装冷却塔外壳。试运行。对改造后的二级冷却塔进行试运行，监测二级冷却塔的出水温度参数，查看降温效果是否得到改善，是否满足实际要求。3.2 改造效果终端厂 COD 处理单元二级冷却塔填料结构改造完成后，对其进行试运行，对处理后的出水温度实时监测、记录、整理统计，并对比改造前后温度参数的变化，如图 2 所示。从图 2 中可以看到，改造前二级冷却塔的出口表 2 主要设计参数结构尺寸（长 宽 高）/mm数量/个格栅板250025002532填料12003594000图 2 二级冷却塔改造前/后出口温度变化40393837363534330 5 10 15 20 25 30监测频率/次改造前温度变化改造后温度变化二级冷却塔出口温度/温度在 38 左右，改造后的出水温度在 35 左右，平均降低了 3，说明二级冷却塔的降温效果得到明显改善，满足实际要求，能够较好的保证 CAST池的运行温度，维持良好的生物活性。4 结论（1）通过优化填料排列方式，调节填料安装角度为 45，实现污水交错下流，减轻了水流对填料的冲击，减少了悬浮物、聚合物等杂质在木质填料表面上的堆积，加快了污水的流通速度，提升了污水的蒸发速率，有效降低二级冷却塔的出水温度。（2）通过对木质填料和闲置格栅板的回收再利用，增加了填料的支撑强度，节约了制造成本，减少了改造施工周期，真正实现了“降本增效”。（3）通过二级冷却塔填料改造升级，弥补了原有冷却塔填料结构的布局缺陷，减少了填料坍塌情况的发生，延长了二级冷却塔的使用寿命。参考文献：1 谢春.超滤-反渗透在循环冷却塔排污水处理中的应用 J.化工管理，2021(08):50-51.2 董喜荣.浅析某油田注水站冷却塔循环冷却水工艺J.石化技术，2021,28(08):89-90.3 郑水华.超大型冷却塔内气液两相流动和传热传质过程的数值模拟研究 D.浙江大学，2012.4 陈建东，周文胜，陈军.自然通风冷却塔增加内区风力技术改造的探讨 J.中国设备工程，2022(19):117-120.5 陈礼生.冷却塔竹质淋水填料的冷却性能和耐久性能研究 D.中国林业科学研究院，2019.6 余志康.逆流湿式冷却塔填料传热传质特性研究D.常州大学，2022.7 常亮，李海燕.抗震冷却塔金属淋水填料研究 J.中国水利水电科学研究院学报，2017,15(01):75-79.8 赵 顺 安，李 红 莉，冯 晶.机 械 通 风 冷 却 塔 进风口区域气流特性研究 J.工业用水与废水，2013,44(01):69-72.9刘万兵.超滤、反渗透在循环冷却塔排污水处理中的应用 J.广东化工，2014(14):163-164+160.10李江，鄢贵权，李福勤.超滤-反渗透组合工艺处理电厂循环冷却排污水 J.贵州科学，2008(03):80-82.