抗生素發酵工藝所用冷卻塔的性能分析及處理
1 逆流式玻璃鋼冷卻塔的概要
水是人們生產生活中不可缺少的重要資源，水的循環利用越來越顯得重要。
冷卻塔在水的循環利用中發揮著降低水溫、保證工藝要求的至關重要的作用。常見的冷卻塔有逆流式、橫流式、噴射式、蒸發式4種。逆流式冷卻塔主要由風機、收水器、噴淋裝置、填料、鋼結構、百葉窗、集水池、外殼、風筒等部件組成。
填料是冷卻塔的重要組成部分，其質量和作用在很大程度上決定著冷卻塔的冷卻能力，據相關數據顯示，填料產生的降溫達到整個塔降溫的60％～70％。它一般由凸凹不平的聚氯乙烯波紋板制成，親水性能良好，保證水在填料上形成水膜和水滴，而不是水流，增強水氣交換面積，延長水氣交換時間，保證冷卻效果。
逆流式冷卻塔的工作原理：水在塔內與空氣進行熱質交換而得到降溫。工作時，熱水從塔頂向下噴淋，在填料之間形成新的水滴及表面形成水膜，空氣在風機的作用下，由下向上與水滴和水膜逆向運動，水氣進行蒸發傳熱和接觸傳熱的交換，使水降溫。
逆流式冷卻塔的熱工性能與氣候條件尤其與濕球溫度有密切關系，主要有以下３個技術指標。
1.1 進、出水溫差△t
△t=t1-t2(其中，t1為進水溫度，t2為出水溫度)。這是重要的技術指標，隨冷卻塔的不同用途而不同。
1.2 冷幅Δt’
Δt=t2-ξ(℃)，即出水溫度t2與濕球溫度ξ之差。它的大小反映出水溫度和與濕球的接近程度，冷幅越小，冷卻塔的熱工性能越高，反之越低。一般情況下，Δt’=4～6℃。
1.3 冷效Ε
E=△t/Δt’，即進、出水溫差與冷幅的比值。是冷卻塔熱工性能的綜合指針，數值越高，冷卻塔的熱工性能越好。
2 問題的提出
某制藥公司有４臺標準型的逆流式玻璃鋼，型號為DBNL3―500，為抗生素發酵提供26℃左右循環冷卻水。2006年曾對冷卻塔進行了大修，更換了全部的填料，填料為斜交錯填料。循環水質未進行任何處理。
2009年3月份以來，該制藥公司抗生素生產車間提出循環冷卻水溫較高且不穩定，影響了抗生素的生產。多年來，對循環冷卻水水溫提出異議多在環境溫度高的6、7、8三個月，在3月份提出水溫高還是次。
3 情況分析
3.1 原因分析
隨機抽查3-4月份的運行記錄，并對一組運行數據進行了分析。
當日濕球平均溫度20℃，冷卻塔的3個技術指標分別為：
△t=1.13℃，冷幅Δt’=7.56℃，冷效Ε=0.149。
將以上數字與標準型冷卻塔設計參數（表1）相比較，可以看出冷卻塔運行效果不佳，喪失了大部分冷卻能力，性能劣化。
因為在2006年對冷卻塔進行了的大修，更新了全部的填料，短短的3年時間就出現了這么嚴重的問題，原因究竟是什么？
經檢查得知：抗生素生產工藝和產量沒有變化，環境溫度與以往變化不大，冷卻塔風機、上塔泵運行參數也正常，分析認為問題可能出在填料上。
冷卻塔內共填充了約32m3斜交錯填料。檢查時發現單層填料間充滿了約40mm厚的污垢，在污垢中間有兩排交錯的直徑約10mm的不規則水流孔，填料和污垢黏合在一起，需用洋鎬才能將填料和污垢挖出來，造成填料徹底報廢。每一個塔清理的污垢約8m3。
因此可以得出結論：冷卻塔性能劣化是因為填料間充滿了大量的污垢，使得填料上根本不能形成水膜，而是形成一股股水流，嚴重影響了水氣的熱質交換，造成冷卻塔冷卻性能的大部分喪失，致使出水溫度上升。由于冷卻塔功能的喪失，環境溫度變化成了決定出水溫度的主要的決定因素，出水溫度隨環境溫度上下變化，這就是抗生素車間反應的出水溫度不穩定的原因所在。
3.1 污垢的來源
由于冷卻塔水系統與大氣相同，空氣中的塵土、雜物、細菌等都會進入水系統，微生物大量繁殖，形成生物粘泥。同時，循環水中的溶解鹽不斷濃縮，使水的硬度不斷增加。以上是水垢形成的一般原因。但是與以往不同的是，此冷卻塔運行不足三年卻形成了罕見的污垢，初步判定可能是抗生素車間在2007年發生跑料而造成循環水污染形成的污垢。
4 處理辦法
更換填料，是解決問題的根本辦法。為了解決和防止下一次填料時的更換困難，同時探索采用更新的填料，提高冷卻塔性能，我們使用了一種新型S型淋水填料。
該填料具有表面積大、親水性好、風阻小、散熱系數大、熱力綜合性能好、使用壽命長等特點，可根據冷卻塔的實際尺寸，將單片組裝成不同尺寸長方體的填料組裝單元。
S型淋水填料單片板面上下成S型有凸臺梯形波,以凹凸粘接點粘接組裝,單片長度500～5000mm，寬度500～1000mm，片厚0.40±0.05mm。
但是，這種填料在使用中需要注意以下點：(1)單片與單片之間的波形一定要呈斜交錯形式,這樣才具有良好的熱力阻力；(2)長方體的填料組裝單元，適合與方形塔相匹配，與圓形冷卻塔圓周會形成縫隙，需根據間隙的大小用不同數量的單片填料填充；(3)一旦填料堵塞，不易清理。堵塞嚴重時，需要整體更換，會增加成本。
5 處理后的效果
隨機抽取更換填料后的運行記錄，在并對一組運行數據進行分析。
當日濕球平均溫度為24℃，冷卻塔的技術指標分別為：△t=3.37℃，Δt’=2.51℃，Ε=1.34。
可以看出，經過處理后的冷卻塔性能已經恢復；熱工性能達到設計參數，在實際生產中可以滿足抗生素發酵工藝要求。
6 結論
(1)循環冷卻水價格低廉。玻璃鋼冷卻塔結構簡單，操作簡單。因此，往往不為人們所重視，其實在生產中，它對保證工藝要求有著重要意義，而且也是產品成本控制的一個重要方面，同時在節約水資源，保護環境方面發揮著越來越重要的作用。
(2)冷卻塔管理的重點應放在及時對運行數據進行分析，特別是對3個技術指標進行分析，發現異常應及時分析查造原因，并進行針對性處理。
(3)填料是冷卻塔熱交換的主要部件，與冷效高低相關密切，應加強對填料的管理，定期進行檢查、清理、更換。
(4)循環水的水質管理同樣是一個不容忽視的問題。
水是人們生產生活中不可缺少的重要資源，水的循環利用越來越顯得重要。
冷卻塔在水的循環利用中發揮著降低水溫、保證工藝要求的至關重要的作用。常見的冷卻塔有逆流式、橫流式、噴射式、蒸發式4種。逆流式冷卻塔主要由風機、收水器、噴淋裝置、填料、鋼結構、百葉窗、集水池、外殼、風筒等部件組成。
填料是冷卻塔的重要組成部分，其質量和作用在很大程度上決定著冷卻塔的冷卻能力，據相關數據顯示，填料產生的降溫達到整個塔降溫的60％～70％。它一般由凸凹不平的聚氯乙烯波紋板制成，親水性能良好，保證水在填料上形成水膜和水滴，而不是水流，增強水氣交換面積，延長水氣交換時間，保證冷卻效果。
逆流式冷卻塔的工作原理：水在塔內與空氣進行熱質交換而得到降溫。工作時，熱水從塔頂向下噴淋，在填料之間形成新的水滴及表面形成水膜，空氣在風機的作用下，由下向上與水滴和水膜逆向運動，水氣進行蒸發傳熱和接觸傳熱的交換，使水降溫。
逆流式冷卻塔的熱工性能與氣候條件尤其與濕球溫度有密切關系，主要有以下３個技術指標。
1.1 進、出水溫差△t
△t=t1-t2(其中，t1為進水溫度，t2為出水溫度)。這是重要的技術指標，隨冷卻塔的不同用途而不同。
1.2 冷幅Δt’
Δt=t2-ξ(℃)，即出水溫度t2與濕球溫度ξ之差。它的大小反映出水溫度和與濕球的接近程度，冷幅越小，冷卻塔的熱工性能越高，反之越低。一般情況下，Δt’=4～6℃。
1.3 冷效Ε
E=△t/Δt’，即進、出水溫差與冷幅的比值。是冷卻塔熱工性能的綜合指針，數值越高，冷卻塔的熱工性能越好。
2 問題的提出
某制藥公司有４臺標準型的逆流式玻璃鋼，型號為DBNL3―500，為抗生素發酵提供26℃左右循環冷卻水。2006年曾對冷卻塔進行了大修，更換了全部的填料，填料為斜交錯填料。循環水質未進行任何處理。
2009年3月份以來，該制藥公司抗生素生產車間提出循環冷卻水溫較高且不穩定，影響了抗生素的生產。多年來，對循環冷卻水水溫提出異議多在環境溫度高的6、7、8三個月，在3月份提出水溫高還是次。
3 情況分析
3.1 原因分析
隨機抽查3-4月份的運行記錄，并對一組運行數據進行了分析。
當日濕球平均溫度20℃，冷卻塔的3個技術指標分別為：
△t=1.13℃，冷幅Δt’=7.56℃，冷效Ε=0.149。
將以上數字與標準型冷卻塔設計參數（表1）相比較，可以看出冷卻塔運行效果不佳，喪失了大部分冷卻能力，性能劣化。
因為在2006年對冷卻塔進行了的大修，更新了全部的填料，短短的3年時間就出現了這么嚴重的問題，原因究竟是什么？
經檢查得知：抗生素生產工藝和產量沒有變化，環境溫度與以往變化不大，冷卻塔風機、上塔泵運行參數也正常，分析認為問題可能出在填料上。
冷卻塔內共填充了約32m3斜交錯填料。檢查時發現單層填料間充滿了約40mm厚的污垢，在污垢中間有兩排交錯的直徑約10mm的不規則水流孔，填料和污垢黏合在一起，需用洋鎬才能將填料和污垢挖出來，造成填料徹底報廢。每一個塔清理的污垢約8m3。
因此可以得出結論：冷卻塔性能劣化是因為填料間充滿了大量的污垢，使得填料上根本不能形成水膜，而是形成一股股水流，嚴重影響了水氣的熱質交換，造成冷卻塔冷卻性能的大部分喪失，致使出水溫度上升。由于冷卻塔功能的喪失，環境溫度變化成了決定出水溫度的主要的決定因素，出水溫度隨環境溫度上下變化，這就是抗生素車間反應的出水溫度不穩定的原因所在。
3.1 污垢的來源
由于冷卻塔水系統與大氣相同，空氣中的塵土、雜物、細菌等都會進入水系統，微生物大量繁殖，形成生物粘泥。同時，循環水中的溶解鹽不斷濃縮，使水的硬度不斷增加。以上是水垢形成的一般原因。但是與以往不同的是，此冷卻塔運行不足三年卻形成了罕見的污垢，初步判定可能是抗生素車間在2007年發生跑料而造成循環水污染形成的污垢。
4 處理辦法
更換填料，是解決問題的根本辦法。為了解決和防止下一次填料時的更換困難，同時探索采用更新的填料，提高冷卻塔性能，我們使用了一種新型S型淋水填料。
該填料具有表面積大、親水性好、風阻小、散熱系數大、熱力綜合性能好、使用壽命長等特點，可根據冷卻塔的實際尺寸，將單片組裝成不同尺寸長方體的填料組裝單元。
S型淋水填料單片板面上下成S型有凸臺梯形波,以凹凸粘接點粘接組裝,單片長度500～5000mm，寬度500～1000mm，片厚0.40±0.05mm。
但是，這種填料在使用中需要注意以下點：(1)單片與單片之間的波形一定要呈斜交錯形式,這樣才具有良好的熱力阻力；(2)長方體的填料組裝單元，適合與方形塔相匹配，與圓形冷卻塔圓周會形成縫隙，需根據間隙的大小用不同數量的單片填料填充；(3)一旦填料堵塞，不易清理。堵塞嚴重時，需要整體更換，會增加成本。
5 處理后的效果
隨機抽取更換填料后的運行記錄，在并對一組運行數據進行分析。
當日濕球平均溫度為24℃，冷卻塔的技術指標分別為：△t=3.37℃，Δt’=2.51℃，Ε=1.34。
可以看出，經過處理后的冷卻塔性能已經恢復；熱工性能達到設計參數，在實際生產中可以滿足抗生素發酵工藝要求。
6 結論
(1)循環冷卻水價格低廉。玻璃鋼冷卻塔結構簡單，操作簡單。因此，往往不為人們所重視，其實在生產中，它對保證工藝要求有著重要意義，而且也是產品成本控制的一個重要方面，同時在節約水資源，保護環境方面發揮著越來越重要的作用。
(2)冷卻塔管理的重點應放在及時對運行數據進行分析，特別是對3個技術指標進行分析，發現異常應及時分析查造原因，并進行針對性處理。
(3)填料是冷卻塔熱交換的主要部件，與冷效高低相關密切，應加強對填料的管理，定期進行檢查、清理、更換。
(4)循環水的水質管理同樣是一個不容忽視的問題。
