水手册——开放的循环冷却系统|苏伊士

冷却塔
的循环浓度、水平衡
沉积控制
腐蚀控制程序
未来的考虑
冷却水设备的监视和控制

一个开放的循环冷却系统反复使用相同的水来冷却工艺设备。热吸收损耗的过程必须允许重用的水。冷却塔、喷池塘和蒸发式冷凝器用于这一目的。

打开循环冷却系统保存大量的淡水替代方法相比,直流冷却。水排放废物的数量大大减少在开放循环方法,和化学治疗是更经济。然而,开放的循环冷却系统本质上是比直流式系统接受更多的治疗相关的问题:

蒸发冷却在水中溶解的固体浓度增加,提高腐蚀和沉积倾向
相对较高的温度显著提高腐蚀电位
保留时间越长,温暖的水在一个开放的循环系统增加生物的趋势增长
空气中的气体如二氧化硫、氨和硫化氢可以从空气中吸收,导致更高的腐蚀速率
微生物、营养和潜在foulants也可以吸收水在塔

冷却塔是最常见的方法在开放的循环冷却系统散热。他们的设计是为了提供亲密的空气/水接触。拒绝热量主要是通过蒸发的冷却水的一部分。一些合理的热损失(由空气直接冷却的水)也会发生,但这只是一个小的部分总热量放出。

类型的塔

冷却塔的类型进行分类草案(自然或机械)和气流的方向(横向气流或逆流)。机械通风塔进一步细分为强制或诱导通风塔。

自然通风的城楼。有时被称为“双曲线”塔由于独特的形状和功能的烟囱,自然通风塔不需要粉丝。他们被设计成利用之间的密度差空气进入塔和塔内的温暖的空气。大厦内部的温暖、潮湿的空气密度较低,因此提高密度,清凉的空气是在塔的底部。(500英尺)高烟囱需要引起足够的气流。自然通风塔可以逆流或横流式的设计。塔图是一个横向气流模型。填充是外部的壳周围形成一个环。在逆流模型中,填充在壳。在这两种模型,空烟囱占大多数的塔高度。

机械通风塔。机械通风塔使用风扇将空气通过塔。在强制通风设计中,球迷空气推入塔的底部。几乎所有的强制通风塔是逆流设计。诱导通风塔顶端有一个风扇将空气通过塔。这些塔可以使用横向气流或逆流气流,往往比强制通风塔。

逆流塔。在逆流塔、空气向上移动,直接反对向下流动的水。这个设计提供良好的热交换因为最酷的空气接触最酷的水。标题和喷雾喷嘴通常用于分发的水逆流塔。

横流式的城楼。在横流式的塔,横向气流向下流动的水。横流式的设计提供了一个简单的空气路径,从而增加马力气流对于一个给定的风扇。横流式的塔通常有一个重力给水系统的分布与等间距的甲板计量孔分发水。通常,甲板上覆盖抑制藻类的生长。

冷却塔组件

填充部分。填充部分是最重要的部分。各种类型的包装或填充是用来防止水均匀分布和增加水蒸发表面积更有效。最初,填补由红木制成的“飞溅酒吧”或加压处理的冷杉。酒吧现在可用在塑料。其他类型的填补包括塑料飞溅网格、陶瓷砖,和电影。

电影填补近年来已成为非常受欢迎的。它由密集的波纹,垂直放置,导致水流穿过塔在一个非常薄膜。电影填补通常是塑料制成的。聚氯乙烯(PVC)通常用于系统最高水温度为130°F或更少。氯化聚氯乙烯(CPVC)能够承受的温度大约165°F。

电影在给定的空间填充提供了更多的冷却能力比填满。溅满可以部分或完全取代电影填补支出现有冷却塔的能力。因为很近间距、电影填补非常容易受到各种类型的沉积。碳酸钙结垢和污垢悬浮物发生在某些系统。过程的污染物,如油脂、可以直接foulants和/或导致大生物生长的填补。任何类型的沉积会严重降低塔的冷却效率。

百叶窗。百叶窗。百叶窗是用来帮助直接气流进入塔和减少风阻损失的数量(水溅或吹出的塔)。

芯材料。芯材料。“漂移”是一个术语,用来描述的水滴携入的空气中离开塔顶。因为漂移有相同的成分为循环水,它不应该与蒸发相混淆。漂移应该最小化,因为它浪费水和可能导致染色在建筑物和汽车塔的距离。芯材料突然改变气流的方向,传授离心力从空气中分离水。早期的芯材料是由红木人字形结构。现代芯材料通常是塑料制成的,有许多不同的形状。他们更有效地消除漂移比早期的木头版本,但产生的压降较小。

方法湿球、冷却范围

冷却塔设计冷却水在一定温度下给定的一组为对象。“湿球温度”的最低温度,水可以通过蒸发冷却。它不是实际设计一个塔冷却湿球温度。冷池温度之间的差异和湿球温度称为“方法”。Towers are typically designed with a 7-15°F approach. The temperature difference between the hot return water and the cold sump water is referred to as the "cooling range" (DT ). Cooling range is usually around 10-25°F but can be as high as 40°F in some systems.

的循环浓度、水平衡

计算周期的浓度

水在冷却塔通过换热器和循环的速度称为“再循环速度。”Water is lost from the system through evaporation and blowdown. For calculation purposes, blowdown is defined as all nonevaporative water losses (windage, drift, leaks, and intentional blowdown).

化妆品是添加到系统来代替蒸发和排污。

大约1000 Btu的热量丢失的水每磅的水被蒸发掉。这等于蒸发大约1%的冷却水为每个10°F整个冷却塔的温度下降。以下方程描述蒸发之间的这种关系,再循环率,和温度变化:

Eq-1

地点:E =蒸发,流量RR =再循环率、流量吗

DT =冷却范围,°F F =蒸发的因素

蒸发因素F = 1当所有来自蒸发降温。为简单起见,通常被认为是这样。在现实中,F随相对湿度和干球温度。系统实际的F值一般在0.75和1.0之间,但可以低至0.6在非常寒冷的天气。

纯净的水蒸发,矿物质留在循环水,使它比化妆更集中的水。注意排污有相同的化学成分作为循环水。浓度的“循环”(或“周期”)是一个比较的溶解固体的补充水的排放水平。在3的循环浓度,排污组成的固体浓度的三倍。

周期可以通过比较计算浓度的可溶性成分的化妆品和排污流。因为氯离子和硫酸盐是可溶性即使在非常高的浓度,为测量他们是很好的选择。然而,计算结果可能无效如果美联储氯或硫酸系统作为水处理项目的一部分。

周期通常基于电导率作为一种简单的方法来自动排污。然而,周期基于电导率可以略高于周期基于单个物种,由于氯、硫酸和治疗的化学物质。

使用任何适当的组件: Eq-2

的循环浓度也可以表示如下: Eq-3

地点:μ=化妆品(蒸发+排污),流量BD =排污流量吗

注意,基于流量的关系在加仑每分钟的逆浓度的关系。

如果E + BD代替μ: Eq-4

地点:

E =蒸发解决排污,这个方程是: Eq-5

这是一个非常有用的方程在冷却水治疗。周期后的浓度已经决定化妆和排污浓度的基础上,从系统实际排污迷路,或维持所需的排污系统所需的周期数,可以计算。

因为处理药品没有蒸发掉了,只有通过排污处理药品丢失(所有nonevaporative失水)必须更换。因此,计算排污饲料利率和确定治疗成本是至关重要的。

因素限制的循环浓度

物理限制。是有限度的周期在一个冷却塔的数量。游隙、漂移和泄漏都是无意的排污的来源。漂移的损失高达0.2%的老塔的再循环率极限环5 - 10。额外损失由于泄漏和偏差可以进一步限制一些老的系统。新塔往往携带漂移担保再循环率的0.02%或更少。新建系统,使用高效塔芯材料,没有多余的损失可能是机械的能力达到50 - 100次或更多。

化学的局限性。随着水的溶解固体水平增加,腐蚀和沉积倾向增加。因为腐蚀是一种电化学反应,高导电性由于溶解固体增加了腐蚀速率(见24章进一步讨论)。变得越来越困难和昂贵的抑制腐蚀随着电导率的方法和超过10000µmho。

一些盐逆温度溶解度;即。,他们不溶性温度较高,因此往往形成沉积物热换热器管。许多盐也不可溶性高博士冷却塔水集中和pH值增加,倾向于pre-cipitate结垢盐增加。

因为它是最不溶性盐之一,碳酸钙是一种常见的规模在开放前循环冷却系统。钙和硅酸镁、硫酸钙和其他类型的规模也会发生。没有有一个广泛的治疗碳酸钙和石膏的相对溶解度通常,硫酸钙的形式在冷却系统中找到。

碳酸钙比例可以预测定性Langelier饱和指数(LSI)和Ryznar稳定指数(RSI)。指数确定如下:

Langelier饱和指数= pHa -小灵通Ryznar稳定指数= 2(小灵通)- pHa

饱和值小灵通(pH)是一个函数的总固体、温度、钙、和碱度。pHa是实际的水的pH值。

一个积极的LSI表明碳酸钙沉积的趋势。Ryznar稳定指数显示相同的趋势计算值为6.0或更少。更完整的大规模集成电路和肢体重复性劳损症在第25章的讨论,存款和规模Control-Cooling系统。

有或没有冷却水化学处理,周期的最终浓度限制无法防止结垢。

沉积控制

正如前面提到的,有许多污染物冷却水导致存款的问题。讨论了三个主要类型的沉积:缩放、一般污染和生物污染。

结垢

在冷却系统结垢可以控制:

通过排污控制最小化的循环浓度
添加酸,防止沉积pH-sensitive物种
软化水减少钙
在过饱和条件下使用规模抑制剂允许操作

排污控制。增加排污浓度极限环是一个有效的方式来降低循环水的扩展潜力。然而,高排污并不总是可容忍的,根据水质,不能总是提供完整的规模控制。在许多地方,淡水供应是有限的和昂贵的。

餐桌上还有。化妆和排污率在不同的周期

餐桌上还有。化妆和排污率在不同的周期^一个

周期	化妆,流量	排污,流量
2	2000年	1000年
4	1330年	333年
8	1140年	143年
15	1070年	71年
20.	1050年	53

^一个RR = 50000流量;DT = 20°F。

的有限公司₂形成整个冷却塔排放,而硫酸仍然作为副产品。

降低pH值通过酸饲料也降低了其他pH-sensitive物种的比例倾向如硅酸镁、氢氧化锌、磷酸氢钙。

因为控制酸饲料是至关重要的,应该使用一个自动给水系统。吃得太多的酸会导致过度腐蚀;失去酸饲料可以导致快速形成规模。酸稀释系统应该使用适当的搅拌,以防止酸侵蚀的混凝土池。

当补充水硫酸塔高和/或操作在高周期,硫酸饲料可能导致硫酸钙缩放。有时,使用盐酸代替硫酸在这种情况下。然而,这可能导致高氯水平,这往往造成显著增加腐蚀甚不锈钢的点蚀和/或应力开裂。

注入的二氧化碳进入循环水控制pH值偶尔提出了。这样的待遇降低pH值但不降低碱度。循环水是充气每次经过冷却塔。这减少了二氧化碳浓度在水中的平衡值大气条件,导致pH值上升。pH值在塔的快速增加会导致碳酸钙比例在塔上填补。由于曝气、二氧化碳不循环,必须基于系统再循环速度。通常不被认为是一个实际的手段控制pH值在开放循环系统。

水软化。水软化。石灰软化的化妆或侧流烟可以用来降低钙和,通常,碱度。这减少了碳酸钙和硫酸钙扩展倾向的水在给定数量的周期和pH值。侧流烟石灰软化还用于硅水平较低。

抑制剂。抑制剂。冷却系统可以运行在更高的循环浓度和/或高pH值在适当的抑制剂应用规模。这些材料影响晶体生长,允许操作在“过饱和”条件。有机磷酸盐,也叫做为原料,一般用于抑制碳酸钙垢。为原料或各种高分子材料可用于抑制其他类型的规模,如硫酸钙和磷酸钙。

有一个相对高质量的补充水在不同浓度的周期。没有任何类型的化学添加剂,这水是有限2周期。5周期pH值约为8.3,+ 1.5大规模集成电路。系统的操作没有酸饲料如果使用阻垢剂。10点周期没有酸饲料,大规模集成电路+ 2.5,水碳酸钙阻垢剂是可以治疗的。15岁周期,没有酸饲料,理论pH值为9.2和大规模集成电路+ 3.2。在这种情况下,水是无法有效治疗15周期与传统碳酸钙抑制剂。酸应美联储降低pH值8.7或以下,以便可以使用阻垢剂。

表31-2。循环冷却水在不同周期。

		循环水在 2个周期	循环水在 5个周期	循环水在10个周期	循环水在15个周期
	补充水	没有酸饲料	没有酸饲料	没有酸饲料	没有酸饲料	酸性pH值8.7
钙 (CaCO₃),ppm	50	One hundred.	250年	500年	750年	750年
镁 (CaCO₃),ppm	20.	40	One hundred.	300年	300年	300年
M碱度 (CaCO₃),ppm	40	80年	200年	400年	600年	310年
硫酸 (所以₄²),ppm	40	80年	200年	400年	600年	890年
氯化(Cl^{- - - - - -}	10	20.	50	One hundred.	150年	150年
石英(二氧化硅),ppm	10	20.	50	One hundred.	150年	150年
pH值	7.0	7.6	8.3	8.9	9.2	8.7
pH值_年代(120°F)	8.2	7.6	6.8	6.4	6.0	6.2
大规模集成电路	-1.2	0	+ 1.5	+ 2.5	+ 3.2	+ 2.5
肢体重复性劳损症	9.4	7.6	5.3	3.9	2.8	3.7
碳酸钙所控制^一个:		B	B / S	B / S	X	B / A / S

^一个B,排污;B / S,排污加阻垢剂;B / A / S,排污+援助+ CaCO3scale抑制剂;X,不能操作。

一般污染控制

物种并不会形成规模(铁、泥浆、淤泥和其他碎片)也会导致沉积问题。因为这些材料是由固体颗粒、沉积通常是比热从流量。悬浮体倾向于在低流量领域退出,如塔油底壳和热交换器冷却水在壳程。除了作为一个蓄水池,塔池提供了沉淀池。积累的固体可以删除从水池里定期通过真空或铲的方法。各种天然和合成聚合物在热交换器可以用来减少污染。

有机污染物的过程,如油脂,可以输入一个系统通过换热器泄漏。表面活性剂可以用来缓解这些材料的影响。污染是解决在第25章中进一步说明。

生物污染控制

一个开放的循环冷却系统提供了一个有利的环境生物的生长。如果这种增长没有控制,严重的会发生生物污染和加速腐蚀。腐蚀抑制剂和沉积控制代理就无法有效地发挥功能的生物积累。

一个完整的讨论微生物和生物污染的控制在26章可以找到。氧化抗菌素(如氯和卤素捐助者)在27章进行了讨论。

腐蚀控制程序

添加单一缓蚀剂,如磷酸或锌,是不够开放的循环冷却系统的治疗很有效。一个全面的治疗项目,地址腐蚀和所有类型的沉积是必需的。腐蚀抑制剂所有的程序需要一个良好的生物控制程序,在某些情况下,特定foulants补充存款控制代理。

Chromate-Based项目

多年来,程序基于铬酸为冷却系统提供了优良的防腐。然而,很快就认识到,铬酸,重金属,与之相关的某些健康和环境危害。治疗采用铬酸独自住在200 - 500 ppm迅速让位给项目如“锌Dianodic”结合磷酸锌和铬酸含量减少到15 - 25 ppm。

联邦法规限制排放铬酸接收流引发进一步减少或消除铬酸。最近的担忧与铬酸铬酸钝化处理涉及在冷却塔漂移。当吸入,可能六价铬是致癌物质。因此,1990年5月,在舒适中使用铬酸冷却塔被美国环保署禁止。预计使用铬酸在开放的循环冷却系统将于1993年年底完全禁止。

铜缓蚀剂

铬酸盐是一个很好的缓蚀剂对铜钢。因此,不需要特定的铜缓蚀剂在大多数chromate-based项目。然而,大多数其他低碳钢抑制剂不有效地保护铜合金。因此,nonchromate程序通常包括一个特定的铜缓蚀剂在铜合金系统中存在。

早期的磷酸/膦酸酯程序

许多早期腐蚀治疗项目使用多磷酸盐在相对较高的水平。在水里,多磷酸盐水解的过程,通常称为“降级”,它返回它的正磷酸盐的状态。在早期的程序,这个过程常常导致钙正磷酸盐沉积。

后来改进的邻位的组合使用,保利和有机磷酸盐。一般的治疗范围如下:

正磷酸盐	2 - 10 ppm
多聚磷酸盐	2 - 10 ppm
膦酸酯	2 - 10 ppm
pH值	6.5 - -8.5

一组更具体的控制限制这些范围内开发,基于个人特征和水系统操作条件。在低钙水(即使用。低于75 ppm),通常被添加到提供所需的锌腐蚀保护。

磷酸与控制水平、pH值和周期,可以达到满意的cor-rosion保护以最小的沉积。然而,几乎没有犯错的余地,磷酸钙沉淀经常是一个问题。

Dianodic II®

Dianodic II®概念革命non-chromate处理技术在1979年推出。这个程序使用相对高水平的正磷酸盐促进保护性氧化膜在低碳钢表面,提供优越的腐蚀抑制作用。使用高磷水平被上级acrylate-based共聚物的开发成为可能。这些聚合物在溶液中能够保持高水平的正磷酸盐在典型的冷却水条件下,消除磷酸氢钙沉积与先前的项目遇到的问题。

Dianodic II的一般控制范围如下:

总无机磷酸盐	汽车销售ppm
钙(CaCO₃)	75 - 1200 ppm
pH值	6.8 - -7.8

矿石详细的控制范围为个人开发的系统,基于水特点和系统操作条件。

Dianodic II项目已经成功地保护冷却系统,因为他们的介绍。持续的研究取得了许多改进治疗方法,包括更新、更有效的聚合物,扩大了适用于更多不同的水化学反应。最广泛使用的治疗项目,在nonchromate Dianodic二世,是一种工业标准治疗。

碱性治疗项目

有几个优势操作一个冷却系统碱性pH值8.0到-9.2之间。首先,水本来就不如低腐蚀性博士第二,硫酸饲料可以最小化甚至消除,根据所需的补充水化学和周期。系统使用这种化妆品可以运行一个碱性的4到10周期的治疗项目范围没有酸饲料。这消除了高成本的正确维护一个酸给水系统,以及与酸相关安全隐患和处理问题。

即使酸不能被消除还有一个优势,碱性操作。pH值8.0 - -9.0对应于一个碱性pH值7.0 - -8.0的两倍多。因此,酸度是更容易控制在更高,高碱度时提供了更多的缓冲能力酸吃得太多。

碱性操作的一个缺点是增加潜在的形成碳酸钙和其他钙,随着含镁鳞片。这可以限制浓度和需要存款的使用周期控制代理。

碱性锌项目。最有效的碱性程序依赖于磷酸锌和有机的组合(膦酸酯)腐蚀抑制作用。锌是一种极好的阴极抑制剂,允许运行在较低钙和碱度比其他碱性治疗水平。然而,排放含锌的冷却塔排污可能严重限制由于水生毒性。锌基项目最适用于植物,锌在废物处理过程中可以删除。

碱性磷酸项目。有机和无机磷酸盐的组合也被用来抑制腐蚀在碱性pH值。优越的合成聚合物技术已应用于消除早期遇到的许多污染问题磷酸/膦酸酯项目。由于pH值和碱度越高,所需的磷酸盐水平低于Dianodic II治疗。一般治疗范围如下:

无机磷酸盐2 - 10 ppm

有机磷酸盐3 - 8 ppm

钙(CaCO₃)75 - 1200 ppm

pH值8.0 - -9.2

所有的有机项目

所有的有机程序使用任何无机磷酸盐和锌。腐蚀防护提供了为原料和有机成膜抑制剂。这些项目通常需要pH范围为8.7 - -9.2利用碳酸钙作为阴极抑制剂。

Molybdate-Based项目

钼酸为了是有效的,仅需要很高的治疗浓度。因此,它通常是应用在较低水平(例如,2 - 20 ppm),结合其他抑制剂,如无机和有机磷酸盐。许多调查人员相信钼酸,在上述水平,有效控制在低碳钢点蚀。因为钼酸更昂贵的比大多数传统缓蚀剂在一百万分之一基础上,钼酸盐的好处必须加以权衡增量成本。使用磷酸钼酸可能是最合适的地方和/或锌量是有限的。

未来的考虑

冷却系统的化学影响排污收到流在美国,正在密切关注着的清理水道是一个高优先级。磷酸锌和污水限制在许多州。广泛的研究开发新的、更“环保”治疗项目正在进行中,可能会继续下去。广泛的测试来确定需要新分子毒性和环境的影响。答案并不简单,新项目可能会比现有技术更贵。

监测和控制冷却水治疗

有许多因素导致腐蚀和污染的冷却水系统。适当治疗的选择和应用化学物质只是解决方案的一小部分。复杂的监控程序是需要识别出潜在的问题,以便可以修改治疗方案。有效控制产品提要和监测的化学残差需要调整治疗方案。持续监测是必要的确认处理结果并确定系统的趋势。

监测治疗的结果

虽然简单的监控工具可能揭示问题,他们可能没有给出任何提示的原因。这里简要地讨论了监控工具在在36章更详细地被解决。

完全没有监控工具可以复制系统条件。也需要经常检查工厂设备和文档的结果。

腐蚀。腐蚀速率可以通过腐蚀监控优惠券,瞬时腐蚀速率米,或贝茨Monitall,衡量传热表面的腐蚀速率。铁或铜水平升高在循环水也可以腐蚀的迹象。

沉积。沉积倾向上可以观察到腐蚀优惠券或加热装置,例如测试热交换器或贝茨Monitall。比较各种矿物质补充水和悬浮物浓度水平与排污可能表明由于沉积一些化学物种的损失。

生物污染。许多技术可用来监测生物污染。那些监测生物生长在实际或模拟系统表面提供一个良好的测量系统的条件。大体积的水不同物种的数量可能会误导人。

控制水的参数和治疗

尽管一些治疗项目比其他人更宽容,即使是最好的计划需要良好的控制周期、pH值和治疗水平。控制好节省金钱。在短期内,改进控制优化治疗的水平,防止喂得太多,和最大限度地减少化学消费。从长远来看,清洁换热器表面,减少频繁的更换设备,和减少停机清洗和修复相结合,提高系统效率,导致更高的盈利能力。通常,计算机饲料和控制系统非常有效的在这些领域,他们很快就为自己买单。

提供了详细信息系统监测和控制章35和36(见也26章和27)。