Uzdatnianie wody w wieżach chłodniczych

Tutaj znajdziesz kompletny przewodnik na temat ustalania optymalnego systemu uzdatniania wody dla wież chłodniczych.

Jaki jest cel automatycznego systemu makijażu? Jaka jest rola właściwej obróbki chemicznej? Jak utrzymać wodę obiegową w optymalnych granicach eksploatacyjnych? Na wszystkie pytania odpowie Twój doradca ds. chłodzenia procesowego.

Przede wszystkim przyjrzyjmy się, jak działa wieża chłodnicza.

1. Krótkie wprowadzenie do obsługi wieży chłodniczej

Wieże chłodzące ewaporacyjne, używane do chłodzenia wody, są systemami o niezwykle wysokiej efektywności energetycznej. Poprzez wymuszenie ewaporacji niewielkiej ilości wody, obniżają temperaturę reszty krążącej masy wody.

W maksymalnym potencjale ilość ewaporującej się wody wynosi około 2% całej masy krążącej. Dlatego też, wykorzystując ciepło latentnej ewaporacji, możliwe jest pracowanie przy temperaturach zbliżonych do temperatury kulki wilgotności, co pozwala osiągnąć bardzo niskie koszty operacyjne w porównaniu z chłodzeniem za pomocą chłodnic lub bieżącej wody.

2. Co dzieje się z krążącą wodą?

Systemu zaprojektowanego z wieżą chłodniczą nie można uznać za całkowicie zamknięty obieg, ponieważ zachodzi bezpośrednia wymiana z powietrzem, ani za całkowicie otwarty obieg, ponieważ większość wody jest recyrkulowana.

Ze względu na parowanie, poziom wody musi być uzupełniany przez automatyczny system uzupełniania.

W porównaniu do wody uzupełniającej, następujące główne czynniki wpływają na początkową jakość wody obiegowej:

• Zanieczyszczenia spowodowane kontaktem z powietrzem: w celu uzyskania odparowania, duże masy powietrza są wtłaczane do wymiennika, dzięki czemu wieża wyparna jest czysta i usuwa kurz z napływającego powietrza, które może zawierać brud, substancje organiczne i ewentualnie zanieczyszczenia.
• Zanieczyszczenia spowodowane kontaktem z chłodzonym sprzętem i, w stosownych przypadkach, bezpośrednim chłodzeniem elementów.
• Ciągły wzrost stężenia soli w wodzie, w tym wszelkich elementów zanieczyszczających wymienionych powyżej. Ze względu na odparowanie części wody, którą można uznać za destylowaną, a następnie jej uzupełnienie, zasolenie wody obiegowej będzie nadal wzrastać, bez odpowiedniego oczyszczania.
• Wzrost obciążenia bakteryjnego i wzrost glonów/biofilmu z powodu sprzyjających warunków (światło, materia organiczna, temperatura, poziom tlenu).

3. Korzyści ze stosowania automatycznego systemu uzdatniania wody

W związku z powyższym, bez odpowiedniego zarządzania i uzdatniania chemicznego, krążąca woda wkrótce niekorzystnie wpłynie na system chłodzenia i zmniejszy wydajność wymiany zarówno wieży, jak i całego obwodu.

Te niekorzystne skutki to głównie

• Powszechne zanieczyszczenie, szczególnie zlokalizowane na powierzchniach wymiany. Należy zauważyć, że tworzenie się niewielkiej warstwy zanieczyszczeń izoluje powierzchnie wymiany (które mają wysoką przewodność cieplną), szybko obniżając wydajność systemu. Z biegiem czasu, ciągłe zanieczyszczenie zwiększa warstwę, aż staje się grubą i izolującą warstwą, która zatyka pakiety chłodzące i wieżowe.
• Miejscowa lub rozległa korozja. Oprócz bezpośredniego kontaktu z wodą chłodzącą, korozja może również wystąpić pod osadami zanieczyszczeń (korozja podosadowa). Zjawisko to jest bardzo niebezpieczne dla systemu, ponieważ może spowodować uszkodzenie sprzętu, a tym samym doprowadzić do przestoju systemu chłodzenia.
• Rozwój glonów i biofilmu, które obniżają wydajność wymiany ciepła, może zatykać kanały i mieć wpływ na bezpieczeństwo zdrowotne. Obecnie wytyczne wyraźnie zalecają optymalne zarządzanie systemem pod względem kontroli namnażania się bakterii.

Należy zauważyć, że zjawiska opisane powyżej nasilają się, gdy występują jednocześnie. W związku z tym, aby utrzymać bezpieczne i wydajne zarządzanie w czasie, ważne jest, aby eksploatować instalację optymalnie pod względem wszystkich parametrów.

4. Jak przeprowadzić prawidłowe uzdatnianie wody

Celem tego uzdatniania jest zatem utrzymanie wody obiegowej w optymalnych limitach operacyjnych, uzyskując najlepszy kompromis między wydajnością, bezpieczeństwem i kosztami zarządzania. Nie istnieje jednak „uniwersalny” system uzdatniania, ale możliwe są różne konfiguracje i stopnie złożoności, w zależności od

• Wielkość i potencjał oczyszczalni. Ogólnie rzecz biorąc, małe oczyszczalnie wymagają prostszych systemów, podczas gdy duże oczyszczalnie wymagają bardziej złożonych systemów.
• Stopnia automatyzacji wymaganego do zminimalizowania pracy zaangażowanego personelu.
• Potrzeba automatycznej regulacji w zależności od zmian obciążenia cieplnego.
• Budżet wymagany dla systemu oczyszczania i jego obsługi. Ogólnie rzecz biorąc, bardziej złożone i kompletne systemy wiążą się z niższymi kosztami eksploatacji, co czyni je bardziej odpowiednimi dla średnich/dużych zakładów o znacznej liczbie godzin pracy rocznie. I odwrotnie, prostsze systemy mają niższy koszt zakupu i są odpowiednie dla zakładów o małej wydajności lub używanych sporadycznie.
  Rodzaj procesu, warunki pracy i jakość wody zasilającej.
• Specyficzne potrzeby (na przykład wymagane przez proces lub producenta sprzętu, który ma być chłodzony).

Aby uzyskać pełną kontrolę nad instalacją, system uzdatniania musi wykonywać głównie następujące zadania:

• Monitorowanie i utrzymywanie prawidłowego stężenia soli w wodzie. W tym celu należy zainstalować automatyczny system oczyszczania. Należy go wdrożyć z różnymi strategiami działania w zależności od różnych wymagań i warunków operacyjnych, utrzymując stężenie wody w granicach możliwych do zarządzania przez uzdatnianie.
• Kontrola i minimalizacja ryzyka zanieczyszczenia. W celu ochrony przed zanieczyszczeniem ważne jest, aby przyjąć i osiągnąć synergię między automatycznym systemem oczyszczania, chemicznym produktem kondycjonującym i systemem wstępnego uzdatniania wody, jeśli jest obecny.
• Kontrola i minimalizacja ryzyka korozji. Aby uniknąć korozji, ważne jest, aby przyjąć i osiągnąć synergię między automatycznym systemem oczyszczania, produktem do kondycjonowania chemicznego i odpowiednio dobrać materiały konstrukcyjne systemu.
• Kontrola wzrostu bakterii. W celu ochrony przed rozwojem glonów i biofilmu oraz utrzymania akceptowalnych warunków pracy, ważne jest, aby stosowanie produktu dezynfekującego było wspierane przez materiały i konstruktywne wybory dokonane w celu zminimalizowania tego zjawiska.

Jak wspomniano powyżej, możliwe i często wskazane jest dodanie do systemu wstępnego uzdatniania wody, takiego jak zmiękczanie lub procesy osmozy. Zazwyczaj najlepszy kompromis między wynikami, kosztami operacyjnymi i redukcją zużycia zasobów uzyskuje się dzięki odpowiedniemu systemowi zmiękczania, który jest w stanie całkowicie – lub częściowo – zmniejszyć twardość wody, umożliwiając w ten sposób głębsze cykle koncentracji.

W ten sposób można zmniejszyć zużycie wody i produktów, a jednocześnie, dzięki wyższemu stężeniu, skuteczniej chronić system i zwiększyć bezpieczeństwo przed negatywnymi skutkami awarii części uzdatniania.

5. Uwagi dotyczące obróbki wstępnej i wynikającego z niej współczynnika koncentracji

Poniższy wykres porównuje całkowite zużycie wody, biorąc pod uwagę wodę twardą, miękką lub osmotyczną. Wykres wyraźnie pokazuje, że niższe całkowite zużycie wody uzyskuje się przy użyciu wody miękkiej. Jest to możliwe dzięki dobremu współczynnikowi stężenia i niewielkiej ilości wody potrzebnej do regeneracji żywicy.

Z drugiej strony, rozwiązanie z osmozą jest teoretycznie optymalne, jeśli weźmie się pod uwagę tylko ilość wody w wieży. Jednak znaczny wpływ ścieków spowodowany procesem osmozy sprawia, że ogólne zużycie jest zbliżone do tego, które można uzyskać z twardej wody. Jeśli chodzi o dostarczanie wody osmotycznej, należy również wziąć pod uwagę znaczne zużycie energii elektrycznej i antyskalantu. Dlatego stosowanie wody osmotycznej w wieży jest wskazane tylko wtedy, gdy jest to technicznie wymagane i niezbędne.

Współczynnik stężenia wody w obiegu, który jest stosunkiem wody uzupełniającej do wody usuwanej z systemu i który bezpośrednio wpływa na jakość wody w obiegu, jej wykorzystanie i chemikalia, zależy od kilku czynników. Najważniejsze z nich to z pewnością jakość wody zasilającej (na którą duży wpływ ma uzdatnianie wstępne), warunki pracy oraz rodzaj/jakość/ilość stosowanych środków kondycjonujących. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli nie ustalono konkretnych limitów dla zakładu, współczynnik stężenia musi umożliwiać utrzymanie obecnych soli w roztworze, unikając ich wytrącania, biorąc pod uwagę czynniki wymienione powyżej.

Dla celów informacyjnych, współczynniki stężenia osiągalne w przeciętnych warunkach temperatury i jakości wody wynoszą od 1,5 do 2,0 razy dla wody twardej, od 2,5 do 3,2 razy dla wody miękkiej i od 5,0 do 8,0 razy dla wody osmotycznej.

Ponieważ dostępna woda różni się w zależności od obszaru, nie można zdefiniować unikalnego i jednoznacznego procesu zarządzania. Dlatego też należy przeprowadzić ogólną ocenę systemu w celu określenia najlepszego podejścia.

Jednym z aspektów, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze rodzaju dostaw, jest również stosowanie produktów kondycjonujących, które znacząco wpływają na koszty operacyjne zakładu. Poniżej znajduje się wykres porównawczy różnych rozwiązań.

Wykres wyraźnie pokazuje, że stosowanie wody miękkiej lub osmotycznej zapewnia znaczne oszczędności w zakresie ogólnych ilości produktu chemicznego w porównaniu do stosowania wody twardej. Dla celów informacyjnych, w przypadku stosowania twardej wody w obiegu, system uzdatniania jako całość będzie bardziej ukierunkowany na zmniejszenie współczynnika zanieczyszczenia w porównaniu z efektem korozyjnym spowodowanym wodą w obiegu, i odwrotnie, w przypadku stosowania wody miękkiej lub osmotycznej.

6. Wnioski

Instalacja i właściwe zarządzanie odpowiednim systemem uzdatniania zapewnia stabilne warunki pracy systemu chłodzenia i wysoką wydajność w czasie. Systemy automatyczne mogą optymalnie obsługiwać wieże i wymagają ograniczonej pracy operacyjnej.

Poprzez odpowiednią ocenę specyficznych wymagań każdego systemu, możliwe jest zidentyfikowanie właściwego systemu zarządzania, o różnym stopniu złożoności, w celu zapewnienia wymaganej wydajności przy akceptowalnym koszcie operacyjnym.

Pomimo wyższego kosztu początkowego, przyjęcie bardziej kompleksowych systemów oczyszczania i obróbki wstępnej zmniejsza koszty operacyjne systemu. Dlatego są one zawsze zalecane, gdy średnia wydajność cieplna instalacji zaczyna mieć duży wpływ.