СИСТЕМЫ И СХЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ АГРЕГАТОВ

 

Системы охлаждения являются частым и наиболее распространенным видом производственного водоснабжения. Они предназначены для охлаждения промышленных агрегатов и по принципу использования воды бывают:

оборотные;

прямоточные;

Комбинированные.

В свою очередь системы оборотного охлаждения подразделяются на:

Открытые системы охлаждения - оборотная вода охлаждается путем ее контакта с атмосферным воздухом в градирнях, брызгальных бассейнах или прудах-охладителях.

Открытые системы охлаждения оборотного водоснабжения с градирнями получили наибольшее распространение в практике промышленного водоснабжения.

Закрытые системы охлаждения - оборотная вода не имеет непосредственного контакта с атмосферным воздухом, а охлаждается в теплообменных аппаратах, испарителях, аппаратах воздушного охлаждения.

В практике водоснабжения нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих предприятий получили распространение комбинированные системы охлаждения, в которых сочетаются открытые системы охлаждения с прямоточными системами. В этом случае в прямоточные системы включено теплообменное оборудование, в котором продукт должен быть охлажден до возможно низких температур. После использования в прямоточных системах охлаждения вода частично или полностью используется для добавления в оборотные системы охлаждения.

Принято классифицировать оборотные системы охлаждения по степени нагрева стенки оборудования или готового продукта. При этом оборотная вода 1 категории, используемая для охлаждения оборудования и продукта, в зависимости от температуры подразделяется на три уровня:

● температура стенки оборудования или продукта до 80^оС;

● температура стенки оборудования или продукта от 80 до 400^оС;

● температура стенки оборудования или продукта выше 400^оС

(огневой обогрев).

При температуре стенки оборудования или готового продукта до 80^оС или в пределах от 80 до 400^оС рекомендуется применять воздушное охлаждение, а при температуре выше 400^оС – испарительное охлаждение.

2.1. Теплообменные аппараты и холодильники

 

Теплообменные аппараты и холодильники являются важнейшим элементом систем охлаждения – это устройства для понижения температуры того или иного тела (отвода тепла от поверхностей нагретых агрегатов или оборудования, охлаждения готового продукта и т.п.).

Охлаждение может осуществляться с помощью воды, воздуха и других охлаждающих агентов.

Применяемые в промышленности теплообменные аппараты и холодильники конструктивно устраиваются различным образом и представлены на рис. 2.1.

Во всех поверхностных холодильниках вода не соприкасается с готовым продуктом и не изменяет своего качества.

Рис. 2.1. Схемы холодильников и конденсаторов:

а) – поверхностный холодильник трубчатого типа; б, в) – поверхностный холодильник погружного типа; г) – коробчатые холодильники металлургических печей; д) – конденсаторы с разбрызгиванием охлаждающего агента непосредственно в продукт

 

Поверхностный холодильник трубчатого типа (рис. 2.1, а) позволяет сохранить остаточный напор для дальнейшей подачи нагретой воды на охладительные устройства.

В поверхностном холодильнике погружного типа (рис. 2.1, б, в) змеевик, по которому подается охлаждаемый продукт погружен в емкость с водой (охлаждающим агентом). В этом случае остаточный напор мал и нагретую воду необходимо перекачивать на охладительные устройства.

В коробчатых холодильниках вода подается в тепловую зону, не соприкасаясь с готовым продуктом и только нагревается.

В конденсаторах с разбрызгиванием охлаждающего агента (рис. 2.1, д) непосредственно на продукт происходит соприкосновение холодной воды с нагретым воздухом, при этом охлаждающий агент (вода) загрязняется (например, при очистке доменных газов). В этом случае при организации оборотного водоснабжения требуется не только охлаждать, но и очищать воду (охлаждающий агент) при повторном ее использовании.

Процесс охлаждения в промышленности необходим в двух целях:

1. Для осуществления технологического процесса, протекающего при заданной температуре.

2. Для сохранения прочностиохлаждаемой поверхности агрегата или оборудования.

В первом случае температура воды имеет решающее значение в

производственном процессе (получение продуктов, пастеризация молока и других пищевых продуктов и т. п.).

Во втором случае температура водыне имеет особого значения и может колебаться в широких пределах. Значение имеет количество и качество подаваемой холодной воды, а также конструкция холодильника.

 

2.2. Классификация систем охлаждения

 

В зависимости от вида применяемого охлаждающего агента различают следующие системы охлаждения:

1. Водяное охлаждение холодной водой .

2. Водяное охлаждение горячей водой .

3. Испарительное охлаждение (с парообразованием внутри или вне агрегата).

4. Охлаждение высококипящими теплоносителями (ВТ) .

5. Воздушное охлаждение.

Водяное охлаждение холодной водой. При водяном охлаждении холодная вода, проходя через полость охлаждаемого агрегата, отбирает от ее стенок тепло и нагревается до температуры 35…50⁰С за счет конвекции (теплообмена).

На рис. 2.2. приведены схемы прямоточной (рис. 2.2. а) и оборотной (рис. 2.2. б) систем водяного охлаждения холодной водой металлургических печей. На схемах цифрами в относительных единицах показаны потери воды и расходы воды, циркулирующие на отдельных участках.

 

Рис. 2.2. Схема водяного охлаждения металлургических печей:

а) – прямоточная система; б) – оборотная система; – подача свежей воды; /–/ подача обработанной воды; - - - сброс нагретой воды; ХО – станция химической очистки воды; НС-I и НС-II – насосные станции I и II подъемов; ОУ – охладительные устройства для оборотной воды

Следует отметить, что эти системы водяного охлаждения холодной водой имеют свои достоинства и недостатки.

Для прямоточной системы производственного водоснабжения характерен большой расход потребляемой свежей воды из источника и нарушение термического режима источника водоснабжения.

При оборотной системе водоснабжения резко сокращается расход свежей воды, забираемой из источника, но при этом усложняется система обработки воды на охладительном устройстве (ОУ).

Водяное охлаждение холодной водой имеет ряд существенных недостатков:

1. Невозможно использование тепла нагретой воды, т.к. вода нагревается только до 30…50^оС.

2. Возможно зарастание системы карбонатными отложениями (если вода не проходит химическую очистку).

3. Возможен прогар деталей (из-за образования отложений).

4. Не используется полностью тепловое восприятие холодной воды, что приводит к необходимости подачи больших расходов воды.

Водяное охлаждение горячей водой. Используется для охлаждения агрегата, имеющего температуру до 400^оС. Водяное охлаждение горячей водой позволяет использовать тепло нагретой воды, что невозможно при водяном охлаждении холодной водой.

Для водяного охлаждения горячей водой используется химически очищенная вода с температурой t = 70^оС. От охлаждаемого агрегата вода отходит с нагревом до температуры t = 95^оС и может быть использована при отоплении жилых домов, детских садов, теплиц и т.д.

Водяное охлаждение горячей водой является модернизированным охлаждением, при котором утилизируется тепло и сокращаются затраты электроэнергии на перекачку воды.

Достоинства водяного охлаждения горячей водой:

1. Позволяет полностью или частично использовать тепло отводной горячей воды.

2. Сокращает расход электроэнергии вследствие уменьшения расхода подаваемой горячей воды.

К недостаткам данной системы охлаждения следует отнести:

1. Сложность эксплуатации системы, т.к. необходимо увеличивать количество регулирующей арматуры и контрольно-измерительных приборов (КИП).

2. Зависимость системы от потребителей тепла - отключение потребителей в летний период времени нарушает работу системы и вызывает необходимость ее переключения на холодное водяное охлаждение, для чего должен быть обеспечен достаточный запас холодной воды.

Система охлаждения горячей водой широкого распространения в промышленном водоснабжении не получила.

Испарительное охлаждение. Впервые система испарительного охлаждения была внедрена на мартеновских печах Донецкого металлургического завода. Работа удостоена Государственной премии первой степени и широко используется в настоящее время в России и за рубежом.

В системах испарительного охлаждения холодная охлаждающая вода заменена кипящей водой (температурой до 100^оС), коэффициент теплопередачи которой значительно выше. Испарительное охлаждение происходит за счет отвода пара. Тепло, которое отбирает охлаждающая кипящая вода, затрачивается на испарение этой воды. Теплота парообразования воды составляет 540 ккал/кг при атмосферном давлении Р_атм. Вода поступает в систему с температурой около 20⁰С и нагревается до 100⁰С. При испарительном охлаждении эффект тепловосприятия воды при атмосферном давлении Р_атм составляет приблизительно 600 ккал/кг, а при водяном только 2…20 ккал/кг, что сокращает расход охлаждающей воды в 30…300 раз.

Система испарительного охлаждения агрегатов принимается с многократной циркуляцией химически очищенной воды, (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Система испарительного охлаждения металлурги-ческих печей с естественной циркуляцией: ХО – станция химводоочистки; ПП – потребитель пара; БС – бак-сепаратор; - подача свежей воды; /-/- подача обработанной воды

 

 

Системы испарительного охлаждения с парообразованием внутри агрегата. В таких системах испарительного охлаждения охлаждаемый агрегат присоединен двумя трубами к баку-сепаратору (БС). По опускной трубе из бака-сепаратора к агрегату подводится кипящая вода, а образовавшаяся паро-водяная смесь по подъемной трубе отводится в бак-сепаратор, где пар отделяется от воды. Затем пар отводится по паропроводу в потребитель пара (ПП), где происходит его конденсация. Конденсат снова поступает в систему испарительного охлаждения.

В системе испарительного охлаждения вода циркулирует непрерывно, при этом применяется естественная или принудительная циркуляция воды.

Естественная циркуляция воды основана на разности плотностей кипящей воды в опускной трубе и паро-водяной смеси в подъемной трубе.

В системе с принудительной циркуляцией воды между баком-сепаратором (БС) и агрегатом (А) устанавливается циркуляционный насос.

Преимущества испарительного охлаждения:

● отсутствуют мощные охладительные устройства (градирни,

пруды-охладители, брызгальные бассейны);

● увеличивается срок службы охлаждаемых агрегатов;

● уменьшаются капиталовложения и упрощается эксплуатация системы из-за уменьшения расхода воды, подаваемой на охлаждение.

Срок службы охлаждаемых агрегатов мартеновских печей с применением испарительного охлаждения возрос в 4…6 раз по сравнению с водяным охлаждением. При этом расход воды и электроэнергии на ее подачу в среднем сократился на 60%.

Системы охлаждения с парообразованием вне агрегата. В системах охлаждения с парообразованием вне агрегата (рис.2.4.)охлаждающим агентом является холодная вода.

		Рис. 2.4. Система испарительного охлаждения с парообразованием вне агрегата: БС – бак-сепаратор; А – охлаждаемый агрегат; 1 – диафрагма; 2 – циркуляционный насос

 

В этом случае в охлаждаемом агрегате пар не образуется. Сущность работы системы водяного охлаждения состоит в том, что давление воды в охлаждаемом агрегате (А) выше, чем в баке-сепараторе (БС), поэтому в агрегате пар не образуется, а вскипание воды происходит в баке-сепараторе. На подъемной трубе установлена диафрагма (перегородка) — устройство, суживающее поток паро-водяной смеси в трубопроводе, (может использоваться как датчик для измерения расхода). Система работает с принудительной циркуляцией (с устоновкой циркуляционного насоса) на опускной трубе. Эта система охлаждения сложна в эксплуатации.

Отличительные особенности системы охлаждения с парообразова-

нием вне агрегата:

· парообразование происходит в баке-сепараторе;

· конструкция охлаждающих агрегатов рассчитывается на повышенное давление, обеспечивающее предотвращение парообразования в них;

· возрастают потери электроэнергии из-за повышенного давления.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: