Охлаждающие устройства систем оборотного водоснабжения

В системах оборотного водоснабжения происходит повторное (многократное) использование части воды. При этом техническая вода нагревается. Перед повторным использованием температура воды должна быть снижена в соответствии с требованиями технологии. Снижение температуры технической воды достигается в специальных охлаждающих установках (охладителях).

По способу отвода теплоты охладители подразделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные). В испарительном охладителе отвод теплоты достигается в результате испарения воды при непосредственном контакте с воздухом, в поверхностном – вода движется в трубках, омываемых с внешней стороны воздухом.

Выбор типа охладителя производится на основе технико-экономического сравнения по минимуму совокупных затрат с учетом показателей работы всей заводской систематики водоснабжения. При сопоставлении вариантов учитываются гидрологические и метереологические условия применительно к району строительства системы водоснабжения.

Испарительные охладители могут быть представлены: прудами-охладителями (водохранилища-охладителя), брызгальными бассейнами и градирнями башенного или вентиляторного типов.

Пруды и водохранилища-охладители обладают рядом несомненных достоинств. Они обеспечивают более низкие температуры охлаждения воды в течение года; являются регуляторами поверхностного стока; просты в эксплуатации и могут обеспечить водой оборотное водоснабжение любого крупного предприятия. Однако создание водохранилищ-охладителей сопряжено со значительными капитальными затратами как на основное сооружение, так и на строительство очистных сооружений.

Брызгальные бассейны требуют сравнительно небольших капитальных вложений и применяются при небольших расходах технической воды (до 300 м³/ч). Обладают плохой охлаждающей способностью и допускают большие потери воды.

Башенные градирни используются в системах оборотного водоснабжения с расходами воды до  м³/ч. Благодаря организованному движению воздуха обеспечивается устойчивое охлаждение и более низкая температура воды, чем в брызгальном бассейне. К недостаткам нужно отнести высокие капитальные затраты.

Вентиляторные градирни обеспечивают наиболее глубокое и стабильное охлаждение технической воды. Затраты на строительство оказываются меньше, чем у башенных. Большой расход электрической энергии и возможность образования туманов и обледенения существенно влияют на выбор варианта водоснабжения с вентиляторными градирнями. Их применение оказывается экономически обоснованным, когда требуется низкая и стабильная температура охлаждаемой воды (холодильные и компрессорные станции, производственные технологии в районах с жарким климатом).

Применение радиаторных охладителей позволяет сократить до минимума потери воды в системе оборотного водоснабжения. Вода в «сухих» градирнях не засоряется пылью окружающего воздуха и солями (минерализация воды), как это имеет место в градирнях «мокрого» типа. «Сухие» градирни имеют большой объем по сравнению с «мокрыми», т. к. интенсивность теплообмена в них ниже. Их применение может быть оправдано невозможностью восполнения потерь воды в системах охлаждения.

Охлаждение воды в испарительных охладителях всегда сопровождается ее потерями вследствие испарения (снижение температуры воды на 6ºС в системах испарительного охлаждения сопряжено с потерями воды до 1%). Потери воды подсчитываются

,                                           (82)

где  - доля испарившейся воды, %;

 - доля уноса с воздухом за пределы охладителя от циркуляционного насоса.

Значение определяется по формуле

,                                               (83)

где  - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением от общего коэффициента теплоотдачи (испарения и конвекция), %;

 - абсолютная величина перепада температур, ºС.

В результате испарения в охладителе части воды повышается концентрация минеральных солей, растворенных в оборотной воде. При этом соли временной жесткости MgCO₃ и CaCO₃ (главным образом CaCO₃) выпадают на поверхности устройства, что ухудшает его эксплуатационные показатели и резко снижает коэффициент теплоотдачи. Для предотвращения этого явления производится непрерывная продувка системы оборотного водоснабжения, подпитка свежей водой из природного источника водоснабжения. Продувку осуществляют водой из глубинных слоев охладителя. Тогда уравнение солевого баланса имеет вид

,                 (84)

где ,  - концентрация солей жесткости в добавочной и циркулирующей воде соответственно, мг-экв/л;

  ,  - потери воды с испарением и уносом, %;

 - объемная доля удаляемой воды по отношению к циркулирующей, %.

Если принять для циркуляционной системы  на уровне максимально допустимой (СНиП II-31-74), то выражение (84) можно переписать в виде

.                (85)

Из равенства (85) находят значение , выраженное в %. Однако нужно помнить, что регулирование солевого баланса системы оборотного водоснабжения путем непрерывной продувки эффективно лишь в случае, когда . Во всех остальных ситуациях применяют способы снижения жесткости воды путем реагентной обработки, таблица 5.

Таблица 5 – Способы реагентного умягчения воды (технической)

Способ	Применяемый реагент
Известковый	CaO или Ca(OH)2
Едконатриевый	NaOH
Известково-содовый	CaO + Na2CO3
Содово-едконатриевый	Na2CO3 + NaOH
Известково-едконатриевый	CaO + NaOH
Фосфатный	Na3PO4
Бариевый	BaCO3 или Ba(OH)2

 

Наряду с выпадением солей жесткости в системах оборотного водоснабжения могут откладываться продукты кислородной коррозии, механические взвеси, биологические организмы, содержащиеся в природной воде. Для борьбы с биологическим обрастанием применяют обработку циркуляционной воды хлором. Хлорирование ведется периодически по 30 мин с интервалами в 3-12 ч дозами 1,5-7,5 мг/л (в зависимости от качества воды). При обрастании системы водорослями воду обрабатывают медным купоросом 2-3 раза в месяц по 1-2 ч дозами 4-6 мг/л. При бактериальном обрастании наряду с обработкой медным купоросом делают хлорирование воды дозами 2 мг/л при продолжительности хлорирования 30-40 мин.