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中华人民共和国国家标准机械通风冷却塔工艺设计规范
GB／T 50392-2006条文说明
1 总 则
1．0．1 冷却塔是工业节水的重要设备，国家有关部门一直关注冷却塔技术的发展。化工、石化、冶金、纺织等高耗水行业以及民用空调系统广泛使用的是机械通风式冷却塔，电力行业也有一些循环冷却水系统使用的是机械通风式冷却塔，可以说有循环冷却水的地方就有机械通风冷却塔。
我国广泛使用机械通风式冷却塔始于20世纪70年代，三十多年来，我国的冷却塔技术经历了一个从无到有、从低水平到具有一定水平的过程。目前，我国机械通风冷却塔及其相关产品方面的新技术、新产品层出不穷，有的确实有较高的技术含量，有的尚需加以规范。由于缺少必要的设计规范，在机械通风冷却塔的设计、招标过程中不可避免地存在盲目性和人为性。有的制造商为了达到目的，不惜偷工减料，不合格的冷却塔投入使用后，轻则影响生产，影响节水效果，重则造成人力、物力的巨大浪费，影响了I业生产装置长周期、安全、稳定地运行。为了经济、合理、安全地发挥冷却塔在工业节水领域中的重要作用，特制定本规范。
1．0．2 本条规定了本规范的适用范围。循环冷却水系统以冷却水是否与空气直接接触而分为敞开式(湿式)系统和密闭式(干式)系统。本规范适用于循环水与空气直接接触，热交换和物质交换同时进行的敞开式循环供水系统机械通风冷却塔的设计。
机械通风冷却塔由以下类别构成：
由于密闭式冷却塔的传热方式与敞开式循环供水系统机械通风冷却塔的传热方式完全不同，因此本规范不适用于密闭式循环系统。
在机械通风冷却塔中还有一类喷射式冷却塔，目前对喷射式冷却塔研究较少，测试数据也少，因此本规范也不适于喷射式冷却塔的设计。
对适用的工程类别方面，本规范规定了"新建"和"扩建"工程。由于改建工程的实际情况比较复杂，亦不便作统一规定，实际工作中可参照本规范的有关规定执行。
1．0．3 本条提出在冷却塔设计中，需要贯彻国家技术经济方针、政策的几个重要方面。
1．0．4 为了使设计的冷却塔能够安全、经济、高效、实用，必须坚持在不断总结生产实践经验和科学试验的基础上，积极开发和慎重采用先进的技术。近三十年以来，我国循环冷却水技术的迅速发展，设计水平的不断提高，在长期设计实践工作中，各设计部门联合科研、生产部门，结合工程的实际需要，不断开发和推广应用了许多先进技术的结果。例如冷却塔的淋水填料、除水器及配水喷头的型式和材料的不断创新，冷却塔使用的轴流风机的改进和发展等等。
随着我国工业的发展，工业冷却水将大量增长。由于水资源的限制，冷却水的循环使用必将日益发展。为了使设计的冷却设施安全、经济、高效、实用，必须坚持在不断总结生产实践经验和科学试验的基础上，积极开发和慎重采用先进技术这一原则。
1．0．5 本条规定了执行本规范与其他国家标准、规范之间的关系。冷却塔的设计中会遇到建筑的布置、防火、防爆、交通道路、环保、噪声等，应按国家现行的有关强制性标准、规范执行。本条在原条文基础上强调执行本规范与国家现行的其他有关强制性标准、规范之间的关系。
3 一般规定
3．0．1 冷却塔大、中、小型的界限划分，可按风机直径的大小、土建结构尺寸和结构难易度，以及单格塔的冷却水量进行划分。对近年来国内高耗水行业如化工、石化、冶金等系统使用的机械通风冷却塔调查表明，单格水量负荷已达到4000m3 ／h及以上。根据国内常用冷却塔的能力，将冷却塔划分成三个级别。对特殊水质或温差＞15℃的水来说，水量界限可适当调整。
3．0．2 冷却塔的设计水温是依据工艺所提供需要的冷却水量、水温差(t1一t2)以及当地气象条件数据，进行合理设计计算的。故本条规定应密切配合工艺装置，进行多方案比较，达到技术先进、经济合理，注意克服设计过分保守的倾向。
3．0．3
l 横流式冷却塔填料顶面至风机吸人段下缘(风筒入口)之间要留出一过渡高度，供从填料水平方向流出的气流顺利转弯向上进入风筒，根据设计和实践经验，此高度宜取等于或大于风机直径的0．2倍。
2 逆流式抽风式冷却塔中的气流从面积较大的填料顶面流出后，经气流收缩段进入面积较小的风筒入口，当二者之间高差足够大时气流为自由收缩，损失最小，气流稳定性最佳，但一般做不到，故气流受塔壁形状和尺寸大小的影响产生不同效果。例如，风筒进口采用流线型、抛物线型可以使气流平稳进入风机风筒，避免气流与风筒边壁分离产生涡流耗损。根据中国水利水电科学研究院的研究结果，风筒进口采用流线型比直角型风量可提高18％。同时根据实践经验提出以下适宜措施：
1)当塔顶为平盖板时，气流收缩段的顶角是指一个当量的直圆锥台形渐缩管的顶角；其大口面积等于填料顶面积(或除水器顶面积)，小口面积等于风机风筒进口面积，高度为填料顶(除水器顶)至塔顶板内壁的高度差，此高度决定于顶角的大小。见图1和图2。
对气流收缩角的描述曾有两种说法，其一是从填料顶两侧边缘作风机叶片中心线与塔中心线交点的连线形成一个三角形，其顶角即为气流收缩角，如图1中虚线所示，从图上可以看出，它不是气流收缩角，因为气流是从宽度等于填料宽度的断面流出，一路渐缩，到直径等于风筒进口的断面，而后进入风筒，但按此三角形推算，在风筒下口标高处，此三角形的宽度明显小于风筒人口直径，故不能将它定义为气流收缩角。
另一种说法是从填料顶两侧边缘作风筒圈梁下口直径两侧边缘的连线并延伸至塔中心线形成一个三角形，如图2中虚线所示，它的顶角称为气流收缩角，对塔身为圆形的塔来说是正确的，但对正方形塔或矩形塔则显得不完全对，因为在塔横断面处填料边缘离塔中心距离最短，以此距离推求的顶角最小，而在进风口边缘处(即塔水平断面斜对角)的填料边缘至塔中心的距离为最长，对方形塔二者比值为1．414倍，以此值推算的顶角为最大。对这样的气流收缩段顶角，采用哪一个数值为代表值，目前众说纷纭尚没有规定可依。
参照通风工程对于从方形(矩形)断面渐变至圆形断面的渐缩管，又称天圆地方形渐缩管，它对气流收缩角的正确定义方法是：将方形(矩形)断面(面积用F表示)按面积相同折合成当量圆形断面 来计算，可以求出一个当量的顶角，它除可确定一个高度外，还可按此顶角值，进一步求出通风阻力损失值。此种方法定义比较准确合理，故本规定采用此种定义方法。
工程设计时，先分别定出塔顶板内壁至除水器的高差，除水器 至配水装置的高差，配水装置至填料顶面的高差，以三者合计的高差，推求填料顶算起的气流收缩角，如果该角度小于90°，可认为符合要求，如果大于90°则应调整上述高度。
2)塔顶盖板为收缩型时，塔顶板的收缩角即为除水器上方的气流收缩角，见图3。
3 横流式机械通风冷却塔的进风口风速较高，一般在3．0m／s左右，同时总高度较大，沿填料垂直下落的水流将产生横向偏移，为充分发挥填料换热作用，填料宜采取按收缩倾角安装形式，根据设计和众多横流塔的实践经验提出适宜收缩倾角的数据。
4 双侧进风的逆流式机械通风冷却塔宜设中部挡风隔板，能减少单向穿堂风及涡流旋风不稳定的影响。隔板上缘距填料支撑梁底200～300mm，具有稳定风压，减少涡流旋风的作用。
5 横流式冷却塔填料底部至水面间一般有300mm左右的空间．有的冷却塔利用横梁作为挡风板防止气流短路流通，但当池中水位降低时，该空间成为空气短路的通道，致使塔的冷却能力下降，故应另考虑有效措施。
3．0．4 本条规定的参数，系参照国内外工程设计及市场冷却塔发展趋势，以大量实测数据为准的原则提出。
3．0．5 本条规定的参数系参照美国尼尔·W·凯利著《横流冷却塔性能手册》中的数据。
3．0．6 本条是依据各类塔型、各种塔排布置形式进行湿热空气回流和干扰影响因素推算及占地面积推算成果，筛选后提出推荐的数据。塔排长度与宽度之比，前苏联规范规定为3:1；英国规范规定宜取5:1。在总图平面布置狭窄地区，大、中型冷却塔可放宽至5:1，但应对湿热空气和干扰影响进行精确计算。
3．0．7 结合我国现有工程实际布置情况制定本条条文。
1 长轴位于同一直线上的相邻塔排，净距不少于4m，主要为考虑施工期基坑开挖和两排塔基础间的结构间距和运行管理、检修期间的通道要求。
2 长轴不在同一直线上、平行布置的相邻塔排，净距不少于塔进风口高度的4倍，主要是考虑塔的通风要求。以上规定没有考虑湿热空气回流和干扰的影响。如果考虑回流和干扰的影响，塔排间距可参考表1和前苏联B．A·格拉特柯夫的关于塔排间距的建议可参考表2。
前苏联经验公式，系单格塔面积为64～192m2的多格塔排及单格面积400mz的塔排，塔排间距为20～40m，并且是逆流式冷却塔。
从公式分析0．2B一项，系指塔排长度影响湿球温度的附加值，而0．2B[K(n一1)sina]一项，系指塔排间距尺寸的大小影响湿球温度的附加值。两项之和，即考虑干扰，也考虑回流的影响因素。
本规范推荐采用前苏联"全苏给水、排水、水工结构物和水文地质科学研究所"计算逆流式冷却塔的干扰和回流影响的经验公式。
3 各种计算公式成果分析见表4。
回流率Re确定后，宜按下列公式计算回流影响因素后的相对湿度φ＇、进塔空气湿球温度τ＇、进塔干球温度θ＇。
从表4数据分析，本规范3．0．8条、3．0．9条的规定是可行的。目前关于塔排间距的研究成果较少，以上数据都是选自经典的冷却塔专著。随着工业装置的逐步大型化，循环装置也在大型化，由此而导致的区域气候的变化不容忽视。国内某大型石化企业曾在塔排设计进行过试验和计算机软件模拟，发现由于湿空气回流和干扰引起区域湿球温度的上升大于本条给出的湿球温度修正范围。因此，对于大型循环水装置，当采用多排布置时，湿空气的修正值宜通过试验确定。
3．0．10 本条是根据实践经验提出分隔的基本原则，冷却塔的集水池是否进行分隔，直接与冷却塔的运行管理是否方便、合理及经济性有关。
3．0．11 冷却塔在厂区总平面规划中的位置应当根据生产工艺流程的要求、冷却塔与周围环境之间的相互影响及工业企业的发展扩建规模等因素综合考虑确定。
1 为避免或减轻冷却塔的漂滴、水雾对厂区主要建筑物和露天配电装置的影响，冷却塔应布置在厂区冬季主导风向的下风侧。
2 为防粉尘影响和污染，冷却塔应布置在粉尘源全年主导风向的上风侧。
3 冷却塔应远离厂内露天热源，如高炉，石油化工厂和化肥厂的露天加热设备、火炬等。热源影响使进入冷却塔的空气参数长时间处于高设计值，导致冷却塔冷却效果达不到设计要求。
4 从冷却塔本身的进风要求，结合国内外研究成果，机械通风冷却塔与相邻建筑物的净距至少应为塔的进风口高度的两倍。
3．0．12 在气候寒冷的地区修建的冷却塔，冬季运行中的最大危害是冷却塔的结冰。冷却塔结冰后，不仅影响塔的通风、降低冷却效率，严重时还会造成淋水填料塌落、塔体结构和设备的损坏。冷却塔易结冰的部位、原因及危害：
1)进风口处结冰。这是一种最普遍的结冰形式。在各种类型冷却塔的进风口处均有可能结冰。逆流冷却塔一般是在进风口上、下缘及两侧结冰。横流式冷却塔会因进风口百叶窗内缘挂冰及顶部进水槽漏水造成的进风口支柱和百叶窗外侧大面积结冰。
进风口处结冰的主要原因是冷却塔淋水填料外围水量过小，沿塔壁下流的少量水在进风口上缘或挡水檐边缘滞留时间过长，遇冷空气而结冰。进风口处结冰除对冷却塔的混凝土有破坏作用外，还影响冷却塔的进风，使塔的冷却效果降低。
2)淋水填料结冰。淋水填料的大面积结冰是由于冷却塔的热负荷及水量过小，造成淋水填料底部挂冰，淋水填料大面积塌落。
3)塔顶结冰。当除水器除水效果较差时，水滴随出塔空气飞出塔外，飘落在塔顶平台及风筒上造成结冰。塔顶的结冰除对冷却塔结构造成危害外，还将影响运行人员的安全巡逻。
4)冷却塔周围地面结冰。由于除水器的效率较差，大量水滴飘落在冷却塔周围或进风口处，由于风的旋流，将一部分水滴带出塔外洒落在进风口周围的地面上，都会造成塔周围地面结冰。这种结冰主要影响运行人员的安全巡视及冷却塔附近的交通安全。
5)风机叶片表面结冰。当冷却塔的格数较多时，冬天常有一些塔格不运行。由于运行的塔格排出的水汽飘落到停止运行的塔格风机叶片上，在叶片表面结冰。如果不对这些结冰的叶片进行融冰处理，在启动运行时，因叶片的静、动平衡失调，将引起风机振动，严重时会造成风机及塔体结构的损坏。
6)某些风机的减速器采用稀润滑油，并带有油循环系统。当冬季停用时间较长时，润滑油会在管路中凝固，风机在启动运行之前如果不对油加热解凝，将会造成油路不畅，风机减速器因失润造成事故。
7)除上述塔本身的冰冻之外，塔的进水干管阀门及集水池也会因塔停止运行而导致进水阀门被冻裂，集水池池壁冻裂的事故。
多年来国内很多生产运行单位和设计单位在冷却塔的防冰方面积累了丰富的经验，国外的一些成熟经验也可借鉴。本条给出的是一些机械通风冷却塔常用的防冻方法。
3．0．13 国家环境保护部门对城市环境的噪声视不同类型的区域有不同的控制标准。各种类型的冷却塔的噪声都远远超过规定标准。机械通风冷却塔的噪声是由配水、淋水及水滴落入集水池时产生的水滴撞击声、风机和传动机构产生的鼓风和机械传动噪声等项构成。据国外和国内的一些资料介绍，各种不同类型冷却塔在距塔外缘10m、距地面1．2m处测得的噪声约为70～80dB(A)。
控制冷却塔噪声影响的办法为：
1 选用低噪声风机和传动装置或采用高极数电动机与低转数风机直联的风机动力系统。
2 改善配水和集水系统，在集水池内放置吸声材料，降低淋水噪声。
采用以上两项措施后机械通风冷却塔的噪声可降至60dB(A)以下。
3 在塔的周围建消声·隔墙或种植林带也可以使冷却塔的噪声降低10～20dB(A)。
当上述措施仍不能满足环境对噪声的要求时，则需要把冷却塔布置在远离对噪声敏感的区域。
4 气象参数的整理和取值
4．0．1 本条规定了收集气象资料时选择气象台(站)的原则。在实际工作中，往往冷却塔所在地没有国家气象台(站)，必要时可在拟建冷却塔所在地设短期气象观测站，用短期观测资料求取与国家气象台(站)的相关关系，只有选取相关关系较好的气象台(站)的资料，才可进行必要的修正，以供设计使用。
4．0．2 根据对某些城市连续5年和10年的气象资料进行频率统计的结果，两条频率曲线基本重合。日平均干球或湿球温度，两种资料年限的统计结果，在相同频率时相差仅0．1～0．2℃。为减少资料的收集及统计计算工作量，采用连续5年的资料就能够满足设计精度的要求。
4．0．3 设计单位对日平均气象参数的取值方法可归纳为以下4种：
1 取国家气象部门统一规定的一昼夜4次标准时间(每天的2、8、14、20点)测值的算术平均值作为日平均值；
2 取每天24小时的24次测值的算术平均值作为日平均值；
3．取每天的8、14、20点3次测值的算术平均值作为日平均值；
4 取每天14点测值作为日平均值。
按第3和第4种方法取值无疑会使计算气温增高，使冷却塔尺寸增大。
对国内某些城市的湿球温度分别按第1和第2两种方法计算日平均值，其结果表明，不同频率时的日平均湿球温度均相差甚小。为便于气象资料的收集和简化统计计算工作，以一昼夜4次标准时间测值的算术平均值作为日平均值是适宜的。对冷却塔水美国冷却塔设计最高计算水温的气象条件是按夏季(6～9月)湿球温度频率统计方法计算的频率为2％～10％的小时气象条件，频率值由业主视工程条件选定。
英国冷却塔规范BS-4485(1988年版)规定：根据不同工艺过程的需要，选择历年炎热时期(一般以4个月计)频率为1％～5％的小时湿球温度值作为设计气象条件。
我国《火力发电厂设计技术规程》DL／T 5000-2000(1994年版)规定：冷却水的最高计算温度宜按历年最炎热时期(一般以3个月计)频率为10％的日平均气象条件计算。
我国石油、化工、纺织和机械系统的设计单位是以每年夏季不超过5个最热天的日平均湿球温度及对应的干球温度的多年平均值作为气象条件的最高计算值。
综合各工业系统的需要，同时使设计人员通过现有的设计手册取得气象参数资料，本规范规定以多年平均每年最热时期3个月中最热天数不超过5～10d的日平均湿球温度作为设计湿球温度。个别对冷却水温要求较严格或要求不高的工艺过程，在充分论证的基础上，本规范允许提高或降低标准。
按频率统计步骤从收集不少于5年的气象记录资料(每年夏季)，对规定温度区间的天数进行统计计算，求得平均每年湿球温度及对应干球温度超过某一温度值的相应的频率，也称保证率。该方法统计工作量大，过程较复杂。
以每年夏季最热时期3个月中不超过5～10个最热天的日平均湿球温度及对应的干球温度的多年平均值作为最高温度计算值。该方法统计清楚简单，确定设计湿球温度及对应的干球温度所需的工作量较少，易于实施，并能保证精度，故本规范推荐采用此种方法。
5 设计计算
5．1 热力计算中常用参数计算
很多冷却塔方面的专著都给出了本节所列出的参数的计算公式，但大多是采用非法定单位表示，使用者每次都要自行换算，很容易出差错，本规范将它全部改用法定单位表示，并一一详细列出，以保证和提高计算质量和速度。
5．2 逆流式冷却塔工作特性
5．2．1 逆流式与横流式冷却塔工作特性的热力计算方法有压差动力法和焓差动力法两种计算方法，各有优劣。由于焓差, , , , 法具有求解简便的优点，得到世界各国工程技术人员的普遍应用，而且我国有关部门在冷却塔的热力试验中基本上都采用焓差法整理试验数据，因此本规范推荐采用焓差法。
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