关于抗生素发酵工艺所用冷却塔的性能劣化分析及处理

1逆流式玻璃钢冷却塔的概要水是人们生产生活中不可缺少的重要资源，水的循环利用越来越显得重要。冷却塔在水的循环利用中发挥着降低水温、保证工艺要求的至关重要的作用。常见的冷却塔有逆流式、横流式、喷射式、蒸发式4种。逆流式冷却塔主要由风机、收水器、喷淋装置、填料、钢结构、百叶窗、集水池、外壳、风筒等部件组成。填料是冷却塔的重要组成部分，其质量和作用在很大程度上决定着冷却塔的冷却能力，据相关数据显示，填料产生的降温达到整个塔降温的60％～70％。它一般由凸凹不平的聚氯乙烯波纹板制成，亲水性能良好，保证水在填料上形成水膜和水滴，而不是水流，增强水气交换面积，延长水气交换时间，保证冷却效果。逆流式冷却塔的工作原理：水在塔内与空气进行热质交换而得到降温。工作时，热水从塔顶向下喷淋，在填料之间形成新的水滴及表面形成水膜，空气在风机的作用下，由下向上与水滴和水膜逆向运动，水气进行蒸发传热和接触传热的交换，使水降温。逆流式冷却塔的热工性能与气候条件尤其与湿球温度有密切关系，主要有以下３个技术指标。1.1进、出水温差△t△t=t1-t2（其中，t1为进水温度，t2为出水温度）。这是zui重要的技术指标，随冷却塔的不同用途而不同。1.2冷幅Δt’Δt=t2-ξ（℃），即出水温度t2与湿球温度ξ之差。它的大小反映出水温度和与湿球的接近程度，冷幅越小，冷却塔的热工性能越高，反之越低。一般情况下，Δt’=4～6℃。1.3冷效ΕE=△t/Δt’，即进、出水温差与冷幅的比值。是冷却塔热工性能的综合指针，数值越高，冷却塔的热工性能越好。标准型逆流式冷却塔设计参数如表1所示。　　表1标准型逆流式冷却塔设计参数 名称 进水温度 t1/℃ 出水温度 t2/℃ 进出水温差 △t/℃ 湿球温度 ξ/℃ 冷幅Δ t’/℃ 冷效 E 数据 37 32 5 28 4 1.25 2问题的提出某制药公司有４台标准型的逆流式玻璃钢，型号为DBNL3—500，为抗生素发酵提供26℃左右循环冷却水。2006年曾对冷却塔进行了大修，更换了全部的填料，填料为斜交错填料。循环水质未进行任何处理。2009年3月份以来，该制药公司抗生素生产车间提出循环冷却水温较高且不稳定，影响了抗生素的生产。多年来，对循环冷却水水温提出异议多在环境温度zui高的6、7、8三个月，在3月份提出水温高还是*次。3情况分析3.1原因分析随机抽查3-4月份的运行记录，并对一组运行数据进行了分析,如表2所示。　　表2冷却塔非正常运行记录数据 9︰00 10︰00 11︰00 12︰00 13︰00 14︰00 15︰00 平均 t1/℃ 28.7 28.7 28.0 28.9 28.9 28.9 28.7 28.69 t2/℃ 27.3 27.8 27.0 27.7 27.7 27.7 27.7 27.56 △t/℃ 1.4 0.9 1.0 1.2 1.2 1.2 1.0 1.13 当日湿球平均温度20℃，冷却塔的3个技术指标分别为：△t=1.13℃，冷幅Δt’=7.56℃，冷效Ε=0.149。将以上数字与标准型冷却塔设计参数（表1）相比较，可以看出冷却塔运行效果不佳，丧失了大部分冷却能力，性能劣化。因为在2006年对冷却塔进行了的大修，更新了全部的填料，短短的3年时间就出现了这么严重的问题，原因究竟是什么？经检查得知：抗生素生产工艺和产量没有变化，环境温度与以往变化不大，冷却塔风机、上塔泵运行参数也正常，分析认为问题可能出在填料上。冷却塔内共填充了约32m3斜交错填料。检查时发现单层填料间充满了约40mm厚的污垢，在污垢中间有两排交错的直径约10mm的不规则水流孔，填料和污垢黏合在一起，需用洋镐才能将填料和污垢挖出来，造成填料彻底报废。每一个塔清理的污垢约8m3。因此可以得出结论：冷却塔性能劣化是因为填料间充满了大量的污垢，使得填料上根本不能形成水膜，而是形成一股股水流，严重影响了水气的热质交换，造成冷却塔冷却性能的大部分丧失，致使出水温度上升。由于冷却塔功能的丧失，环境温度变化成了决定出水温度的zui主要的决定因素，出水温度随环境温度上下变化，这就是抗生素车间反应的出水温度不稳定的原因所在。3.1污垢的来源由于冷却塔水系统与大气相同，空气中的尘土、杂物、细菌等都会进入水系统，微生物大量繁殖，形成生物粘泥。同时，循环水中的溶解盐不断浓缩，使水的硬度不断增加。以上是水垢形成的一般原因。但是与以往不同的是，此冷却塔运行不足三年却形成了罕见的污垢，初步判定可能是抗生素车间在2007年发生跑料而造成循环水污染形成的污垢。4处理办法更换填料，是解决问题的根本办法。为了解决和防止下一次填料时的更换困难，同时探索采用更新的填料，提高冷却塔性能，我们使用了一种新型“S”型淋水填料。该填料具有表面积大、亲水性好、风阻小、散热系数大、热力综合性能好、使用寿命长等特点，可根据冷却塔的实际尺寸，将单片组装成不同尺寸长方体的填料组装单元。“S”型淋水填料单片板面上下成“S”型有凸台梯形波,以凹凸粘接点粘接组装,单片长度500～5000mm，宽度500～1000mm，片厚0.40±0.05mm。但是，这种填料在使用中需要注意以下点：（1）单片与单片之间的波形一定要呈斜交错形式,这样才具有良好的热力阻力；（2）长方体的填料组装单元，zui适合与方形塔相匹配，与圆形冷却塔圆周会形成缝隙，需根据间隙的大小用不同数量的单片填料填充；（3）一旦填料堵塞，不易清理。堵塞严重时，需要整体更换，会增加成本。4处理后的效果随机抽取更换填料后的运行记录，在并对一组运行数据进行分析，如表3所示。　　表3更换填料后冷却塔运行参数 9︰00 10︰00 11︰00 12︰00 t1/℃ 23.7 24.6 24.8 25.1 t2/℃ 19.8 20.6 21.3 22.0 △t/℃ 3.9 4.0 3.5 3.1 13︰00 14︰00 15︰00 平均 t1/℃ 25.1 25.4 25.3 24.86 t2/℃ 22.0 22.2 22.5 21.49 △t/℃ 3.1 3.2 2.8 3.37 当日湿球平均温度为24℃，冷却塔的技术指标分别为：△t=3.37℃，Δt’=2.51℃，Ε=1.34。将表1、表2、表3进行比较分析，可以看出，经过处理后的冷却塔性能已经恢复；热工性能达到设计参数，在实际生产中可以满足抗生素发酵工艺要求。6结论（1）循环冷却水价格低廉。玻璃钢冷却塔结构简单，操作简单。因此，往往不为人们所重视，其实在生产中，它对保证工艺要求有着重要意义，而且也是产品成本控制的一个重要方面，同时在节约水资源，保护环境方面发挥着越来越重要的作用。（2）冷却塔管理的重点应放在及时对运行数据进行分析，特别是对3个技术指标进行分析，发现异常应及时分析查造原因，并进行针对性处理。（3）填料是冷却塔热交换的主要部件，与冷效高低相关密切，应加强对填料的管理，定期进行检查、清理、更换。（4）循环水的水质管理同样是一个不容忽视的问题。
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