开式冷却塔和闭式冷却塔的防冻措施
作者： ‖ 时间：2019/12/13 ‖ 来源： ‖ 点击：3144
（一）前言
冷却塔主要以水为循流体，从冷却对象中吸收热量，通过风或水的作用，从而使其温度降低。在冬季来临时，特别是我国北方，由于气温较低，冷却塔在使用时，极易发生结冰的现象，给用户带来了极大困扰。
（二）冷却塔的结构及运行原理介绍
冷却塔因其结构形式的不同，相应主要结冰位置也会有所不同。根据水和空气的接触方式可以将机械通风冷却塔分为开式冷却塔和闭式冷却塔，同时根据水和空气的流动方向，又可将冷却塔分为横流式冷却塔和逆流式冷却塔。
1、开式冷却塔的工作原理：
冷却水经水泵加压从冷却对象吸热后通过水管进入冷却塔，通过喷轮系统均匀分布至到填料上，热水以自身重力流经填料，落入塔底水池，变成所需冷却水待重复使用。空气从入风口处进入塔内，穿过填料下的冷却水、与热水成相反方向（逆流）或垂直方向（横流）穿过填料、通过收水器、风机、从风筒排出。开式冷却塔由于水和空气为直接接触，因此降温效果较佳，而且此类冷却塔造价低，是目前最广泛使用之冷却塔。
2、闭式冷却塔的工作原理：
冷却水在散热盘管内流动，一方面通过与管外空气的温差，形成接触传热而冷却。另一方面通过喷淋水与盘管接触，蒸发散去盘管内的流体。闭式冷却塔的冷却流体因为是封闭循环的，所以没有水的蒸发损失，也没有漂水的污染，而且补给水量极少，初投资高，维护维修费用低，使用寿命长，所以闭式冷却塔正在慢慢被人们所接受，特别是北方缺水地区。
（三）冷却塔结冰的本质和危害
我们都知道，水要结成冰基本条件是环境温度低于0℃，温度高时水分子动能大而无法牢固产生氢键，分子间以尽可能小的进行杂乱无章的排列。温度降低后（低于4℃），越来越多的分子动能不足以打破产生的氢键，而氢键有一定键长，所以在温度低于4℃以后固定的氢键越来越多。这是对结冰现象的微观解释；冷却塔本身作为一个循环冷却设备，必然会使得工艺热水不同程度的降温，尤其在低温季节，室外干湿球温度极低，而通常情况下闭式冷却塔安装在室外，在冷空气的作用下，热交换迅速，热水极容易冷却。而水要结成冰并且积聚成一个较大的体积，还得必须要有固体物作为载体，所以我们通常会发现在冷却塔的外侧护板、百叶窗、填料、盘管、收水器、集水盘等位置有较为严重的冻结现象。
结冰的的产生对设备的使用寿命和工作性能影响非常大，如果结冰发生在进风口，那么伴随着冰块积聚，冰块重量逐渐增加，容易造成百叶窗的破损，使之失去导风效能，如果结冰位置发生在集水盘，那么由于结冰过程冰块体积增加将导致玻璃钢集水盘受膨胀作用力而破裂，造成漏水，等等…
（四）开式冷却塔和闭式冷却塔的防冻措施
通过上文的介绍，我们可以基本了解冷却塔的结构、运行原理，以及部分位置结冰现象和直接危害，那么接下来我们就全面的对冷却塔结冰现象进行探讨，并针对性的提出解决方案。
（1）横流冷却塔结冰位置、原因以及解决方案。
1、集水盘：
积水盘中的水是循环流动的，但是在集水盘边缘位置水流相对缓慢许多，在低温条件下，此处也会容易结冰积聚。而且，如果集水盘密封不好，有渗水或滴水现象，那么长时间下水盘外部也会随之结冰积聚。
解决措施：
A、在集水盘加装电加热装置，并安装温度传感器，通过实时监控集水盘中的水温而自动控制电加热装置的启停，使得积水盘中的水长期保持在一定温度不致结冰。
B、在低温季节来临之前，将集水盘漏水、渗水、滴水位置全部修补完好，杜绝漏水、渗水、滴水现象发生，从而杜绝此处结冰现象产生。
2、淋水填料
横流闭式冷却塔填料分布于塔体两侧，进风面积大，大约整个塔身高度，水流通过填料时由于水膜较薄，水流缓慢，在靠近填料外侧水与冷空气接触充分，降温快速明显，极易结冰并逐渐积聚。
解决方案：
A、在冷却塔进风口处悬挂附着安装保温篷布，减小水与外界冷空气的接触强度，减小结冰现象产生的几率。
B、适当加大临水密度，通过适当加大流量或者多台冷却塔使用时关闭若干台来加大临水密度，这样可以保证循环水有一定的热负荷，增大了水流速度，有效的改善了结冰现象。
3、百叶窗，百叶窗本身作为导风装置，可以有效减小涡流区域，使气流分布均匀，保证空气分配区静压均匀，降低冷却塔总阻力，同时也可有效收集由于填料收水效果不好或者布水不均而从填料溅出的水滴使之流入塔内，但是显而易见，随之而来的则是水滴或水流由于流量小热量低停滞时间长，与冷空气接触充分而极易结冰并逐渐积聚。
解决方案：
A、在散水槽（池）底部设置弧形或折型挡水板，杜绝水滴溅出，将水滴直接导流至填料内部，从而避免百叶窗上溅水，进而避免结冰现象产生；
B、在流量满足使用要求的条件下，人工堵塞靠近外侧的散水孔或散水喷头，避免溅水产生；
4、散水槽（池），由于目前大部分横流式冷却塔均采用槽（池）式配水，即热水通过冷却塔顶部的散水槽（池）由自身重力通过填料均匀布水。但是由于散水槽裸露在外面，与冷空气直接接触，在散水槽边缘和流速较慢的散水孔或散水喷头部位容易结冰并逐渐积聚。
解决方案：
A、在散水槽顶部加装散水槽盖板，较小水与冷空气的接触强度，起到一定的保温作用，进而避免结冰现象产生；
B、停机检视，确保散水孔或散水喷头畅通，确保散水槽（池）内整洁，避免堵塞；
5、传动设备，如果风机长时间停转，那么由于冷却塔运行时排出的水汽、水滴落到风机叶片上，长时间积聚容易结冰，如果冰层不能及时清理，那么再次开机运行时会由于叶片动静平衡失调而造成风机振动，严重时会造成风机和塔体结构的损坏；
解决方案：
1、若风机长时间停转，则最好将其拆卸保养，避免积结冰层；
2、安装变空控制系统，降低风机转速；
（2）逆流式冷却塔结冰位置、原因，解决方案。
1、集水盘的防冻措施可参考横流冷却塔的描述
2、填料，逆流式冷却塔填料填充于冷却塔内部，如果由于配水不均，那么也会容易造成部分区域结冰悬挂，特别在靠近进风口四周处，水与冷空气接触充分，降温快速明显，极易结冰并逐渐积聚。
解决方案：
A、在冷却塔进风口处悬挂附着安装保温篷布，减小水与外界冷空 气的接触强度，减小结冰现象产生的几率。
B、检视配水装置是否堵塞或损坏，保证配水均匀；
C、适当增加淋水密度
3、百叶窗，百叶窗本身作为导风装置，可以有效减小涡流区域，使气流分布均匀，保证空气分配区静压均匀，降低冷却塔总阻力，同时也可有效收集由于填料收水效果不好或者布水不均而从填料溅出的水滴流入塔内，但是显而易见，随之而来的则是水滴或水流由于流量小热量低，由于停滞时间长，与冷空气接触充分极易结冰并逐渐积聚。
解决方案：
A、在进风口上边缘内侧（填料底部外边缘）设置弧形或折型挡水板，杜绝水滴溅出，将水滴直接导流至集水盘内部，从而避免百叶窗上溅水，进而避免结冰现象产生；
4、收水器，由于逆流式冷却塔收水器位于风机下方，靠近出风口，水汽持续穿透或停滞时间长，容易形成冻结；
解决方案：
A、低温季节来临之前需彻底清理收水器，保证收水器清洁畅通；
B、冬季定期停机清理收水器；
C、选择亮光面PVC平片制作的收水器，替换哑光面（磨砂面）PVC收水器，可以有效降低水汽水滴附着，减轻了结冰的程度；
4、 传动设备（参考横流塔描述）；
（3）闭式冷却塔的盘管防冻措施
闭式冷却塔支持干式运行和湿式运行，湿式运行除盘管外的其它部件防冻参考上文。闭式冷却塔在干式运行下虽然没有外部的喷淋水，但如果临时、长时停机或者管内水温过低流速慢，也极容易造成管内流体冻结。而这种冻结破坏性非常大，由于盘管换热器有较多的回路循环，管线密集穿插，冻结位置较多，往往较难处理，严重的将会造成整组盘管换热器的报废，而盘管换热器的造价往往又是非常昂贵的，所以这不仅给用户的正常使用造成了影响，也同时损害了用户的经济利益。
解决方案：
冷却盘管循环水温必须保持或高于7℃。密闭系统的循环水在没有热负荷的情况下，即便循环水保持流动也会发生结冰现象，必须有妥善的闭式冷却塔防冻措施，一般需考虑采取以下三种方式最合适：
A、让循环水保持一定的热负荷，一般可在配管系统内设置浸没式电加热器或者在管路上加装电伴热；同时密闭系统内的循环水保持适当流量（建议客户保持在10~15m3/h），并通过温度传感器和控制系统来实现温度的实时监控。
B、在冷却盘管内加注防冻液，乙二醇或丙二醇即可。在这里需要注意的是，若用户自行购买应选择名牌产品，因为市场上的闭式冷却塔防冻液良莠不齐。
C、若停机时间短或稍长，则可通过设置自动旁路加热系统，来切换管路流体循环，使管路内流体保持一定的热负荷。
D、若极长时间或季节性停机，则建议用户使用压缩空气（通常0.4Mpa以下）等辅助排空盘管换热器内的水，防止盘管被冻结；
(五)结论：
通过以上的分析，相信大家都对冷却塔结冰现象有了明确的认识，可以确定，冷却塔的冻结危害是大的，那么要想方设法避免这种现象，就要从下面三个方面入手：
① 降低水与冷空气的接触强度；
② 避免水与易结冰位置载体的接触；
③ 增加水的热负荷；
冷却塔发展至今，越来越多的冷却塔生产厂家或用户重视考虑改善低温季节设备的安全高效运行，通过实践得出许多措施方法值得借鉴，比如安装自动旋转百叶窗，可以在低温季节自动旋转角度，关闭百叶窗，使进风口封闭，阻绝冷空气入塔内，亦起到一定的保温作用，还节减了寒冷天气条件下人工作业量等等这些都是在以上三种思路条件下的成功尝试。
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