水冷却器（共7篇）
水冷却器 篇1
一、概述
钢铁企业常用的电动机冷却方式：自然冷却方式，自带冷却鼓风式，管道通风式，及背包风水冷却式，由于电动机的冷却方式与电机结构密切相关。所以在选择电动机形式时，首先考虑选择背包风水冷却式电动机，当大型电动机没有此种冷却方式时，选择管道密封通风式及自带冷却鼓风机式。
260机组主轧线分粗轧、中轧和精轧三个轧制区域共15台电机，粗轧三台电机全部采用自带冷却鼓风式，中轧现有两台改用背包风水冷却式，其它全部采用管道通风式，精轧四台主机全部采用背包风水冷却式。风道通风式冷却对设备有很大的负面影响并对车间环境、人的安全健康都有不同程度的危害。自带冷却鼓风式的冷却效果也不是很好。采用的背包风水冷却的效果很好，有取代其它冷却方式的趋势。
二、背包风水冷却式的特点
背包风水冷却式结构简单，体积小，占地面积小，引风式热交换，冷却效率高，连接管路简单，工程量小，安装维修清洗方便，省水省电，运行费用低。
安全性较高其它冷却方式风是从电机上方或下方吹下，带来的粉尘和水汽等非必要物质对电机及其辅助设备都有可能造成损害，对冷却设备本身有不良影响或影响其性能，从而造成设备故障率高。背包风水冷却式与原来的冷却方式不同，能够间接地冷却循环水，因此提高了整个冷却系统的安全性。
使用广泛应用范围广这种冷却器的检查门采用夹层阻尼结构，具有隔音降噪等特点。特别对于粉尘和噪音要求较高的环境情况下，这种方式尤为适用。近年来，背包风水冷却式在高科技工厂、化工工厂、冶金等场合被广泛使用。
降低冷却系统的运行成本经济划算使用背包风水冷却式能够减低因故障而消耗的能量，而且在发生事故的时候也能简单解决问题而不影响生产。而且循环水不会被污染，不需要在交换循环水上花费任何费用，运行成本低。另外，由于循环水在密闭状态下运行，降低了检修以及电力费用。从背包风水冷却式日常运行效率（LCC）、保护维修简单等特点综合看来比较经济合算。
三、背包风水冷却器的工作原理
冷却器安装在电机顶部，其结构是在一个钢板焊接成的通风柜中装上通风机，冷却装置和过滤器等主要部件，冷却器和电机的进风口相互对准，形成一个封闭的循环系统，它的功能是把电机产生的热空气送至热交换装置进行冷却，热交换装置排列散热管，管内通冷水。冷却后的冷空气通过风机送入电机内，使冷热空气密闭循环交换，过滤器是为了过滤风路中的碳粉等尘埃。其工艺流程简图如图1。
监控系统是此系统的重要组成部分，担负着此系统的控制和管理任务，对整个系统的平稳，高效的运行起着关键的作用。
GE公司的90-30型PLC是GE推出的微型可编程控制器（Micro PLC）。由于具有紧凑的设计，良好的扩展性，低廉的价格以及强大的指令，同时具有多种程序编辑器（语句表-STL，梯形图-LAD，功能块图-FBD）可相互转化，使得此PLC能很好的满足中小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的自动化问题时，具有很强的适应性。
系统结构：本控制系统由三部分构成，分别为：中央控制器部分、现场I/O部分和人机界面部分。
控制系统：中央控制器采用GE公司的90-30型PLC，它是GE Fanuc自动化公司的系列90可编程控制器家庭中的一员，提供最先进的编程特性，易于组态，便于安装，它的CPU具有强大的功能，如内装PID，结构化编程，中断控制，间接寻址及各种功能模块，能完成复杂的操作。
系统采用温度，流量检测模块对机组各温度回路进行检测，对循环水和冷却风的流量进行检测。并用I/O模块对机组开关量进行通断控制。而且还设有数码报警指示可以实时地从PLC中获取报警信息，全面、直观、醒目地展示各类报警，指导工人进行操作，使对故障的处理更方便。控制系统如图2。
四、结束语
此冷却方式经过了一段时间的运行，运行状况平稳，特别在夏季电器设备高发期，其它主机温度能达到50多度，而使用水冷电机温度在40度左右，减少了设备事故，取得了很好的经济效益。而且还降低了噪音和减少了车间粉尘，大大改善了车间的工作环境，为设备的稳定运行创造了有利条件。
摘要：本文介绍了安阳钢铁公司第一轧厂260机组主机的几种冷却方式, 重点介绍了所采用的背包风水冷却式的主要特点、优势、发展趋势与之配套的控制系统。
关键词：电动机,背包冷却,循环冷却,闭环控制
水冷却器 篇2
关键词：折流杆,工业水冷却器,改造
0前言
沙角C电厂660 MW机组配置两台工业水冷却器, 采用一台运行一台备用的运行方式。经过十多年的运行, 工业水冷却器出现钛管疲劳、磨损、泄漏、隔板间隙增大等问题。工业水系统堵管率增加, 单台工业水冷却器已无法满足工业水温度低于35℃的运行要求, 往往在两台冷却器同时投入运行后, 系统水温也接近报警值。#3机组A工业水冷却器钛管已堵管67根, 并且#3机组A工业水冷却器投入运行后极容易泄漏, 只作为紧急备用。因此, 必须对工业水冷却器进行改造更换, 以提升工业水系统的工作效率和安全性能。
1 折流杆壳式换热器的技术特点
折流杆管壳式换热器是一种新型、高效的换热器。既可以在壳体不变的情况下对现有折流板管壳式换热器进行改造, 也可以重新设计新的折流杆换热器。它具有壳侧流动阻力小、传热系数高、无振动、不断管、安全性好等许多优点。
折流杆壳式换热器的结构上有其特点, 换热器壳程不设置折流板, 代之的是沿流体流动方向布置若干折流环。环上装置折流杆, 折流杆依次按水平和垂直方向安置 (图1折流杆管壳式换热器结构) , 用以固定换热管, 组成折流杆换热器管束。当流体顺着管束流动时, 遇到折流圈中的折流杆时即产生扰流, 流程中流体反复扰动, 增强了传热。
流体改横掠管束为顺换热管流动, 流动阻力大为减小, 壳侧流动阻力小, 壳程总压降可降低50%~80%, 大大节约能耗。折流杆壳程流体流态为纵向绕流, 对管子没有横向冲刷, 消除了横向振源。折流圈之间的距离布置较小, 用折流杆支承管子, 增加了管子的支承点和牢固性。壳程进、出口处设置导流筒, 流体环绕筒体圆周进入冷却器管束时流速很低, 避免了流体高速喷射直接冲击管子的情况。流体顺换热管流动, 彻底消灭了流动死区, 污垢也因绕流的自洁作用而不易沉积, 减小了污垢沉积和腐蚀, 有利于传热, 延长清洗周期。
新的热交换器安装接口 (纵向长度) 与原设计一致, 热交换器海水侧和闭式循环冷却水侧为单程设计, 在原有设计参数不变的情况下, 增加热交换面积10%, 保持水阻不变, 热交换器中心线标高不变。
2 改造前后数据对比
沙角C电厂于2012年初对#3机组A侧工业水冷却器进行改造, 改造采用了茂港电力生产的基于折流杆技术的工业水冷却器。
改造完成后, 以未改造的B侧工业水冷却器为参照, 我厂对新的工业水冷却器进行了现场试验。试验分为两个部分, 分别是冬季试验和夏季试验。试验在以下三个工况下进行:A侧工业水冷却器、B工业水泵运行;A侧工业水冷却器、A工业水泵、B工业水泵运行;B侧工业水冷却器、B工业水泵运行。
两次试验数据见表1, 表2。
从表1、表2对比可以看出:冬季工况下工业水出口温度比未改造的B侧偏低0.8℃, 海水入口端差比的B侧偏低1.4℃, 海水出口端差比B侧偏低0.7℃。夏季工况时, 亦均小于B侧单泵运行时端差。双泵运行时, 其海水出口端差进一步降低。
(2) A侧冷却器改造后传热系数为2 282.44 W/ (m2·℃) , 比改造前A侧的1 964.1 W/ (m2·℃) 增大了16.21%, 比未改造的B侧的1 585.09 W/ (m2·℃) 大43.99%。改造后A侧冷却器壳侧热阻所占总体热阻份额由改造前的52.01%下降到48.63%。夏季工况时, 其换热系数基本变化不大。
(3) A侧冷却器改造后管侧 (海水侧) 通流面积增加, 流动阻力降低, 导致A侧海水流量大于未改造的B侧。在冬季工况下进行试计算, 如降低海水流量至B侧相同的3 625.71m3/h, 则A侧总体传热系数由2 282.44 W/ (m2·℃) 变为2 082.34 W/ (m2·℃) , 仍远大于未改造的B侧的1 585.09 W/ (m2·℃) 。夏季工况时, 降低海水流量至B侧相同的3 106.82 m3/h, 计算得到A侧总体传热系数由2 271.25 W/ (m2·℃) 变为2 063.17 W/ (m2·℃) , 同样大于未改造的B侧的1 622.69 W/ (m2·℃) 。
3 效能分析
3.1 技术性能
从以上分析可以看出, 采用折流杆冷却器进行改造的A侧冷却器的效果明显, 改造后壳侧换热能力得到强化, A侧折流杆冷却器传热性能明显优于未改造的B侧冷却器。此外, 在冬季工况和夏季工况下, 改造后工业水侧水阻下降约0.3bar, 从而也降低了厂用电。
3.2 经济效益
(1) 按照降低工业水系统故障, 而减少一次跳机计算可以节约约12吨微油系统点火耗油, 减少停机24小时的损失约67.32万元, 按每吨燃油0.6万元计算, 可节约停机总损失:
12×0.6+67.32=74.52万元。
(2) 按照工业水侧水阻下降0.3bar, 上网电价每度0.3元计算, 每小时可减少循环水泵耗电69.28 k W, 一年按6000小时计算, 可增加卖电收益:
6000×69.28×0.3=12.47万元。
(3) 传统的水水换热器普遍使用寿命较短, 而且由于振动经常断管, 大、小修期间以及运行期间的清洗、查漏、堵管耗时耗力, 新的工业水冷却器减小了污垢沉积和腐蚀, 有利于传热, 延长清洗周期, 每年减少维护费用8万元。
(4) 夏季工况节约了因工业水温偏高而长期排补而浪费的水资源, 按照每年排补除盐水5 000吨, 每吨除盐水4元计算, 一年可节约4×5000=2万元。
上述四项合计为:
74.52+12.47+8+2=96.99万元,
按照一年计算投入产出比为:
300/96.99=3.09/1,
约三年则可以收回成本。
3.3 社会效益
工业水冷却器的安全、稳定、高效运行, 提高了机组的安全性与经济性, 对电网的安全稳定运行有着重要意义。同时, 新的冷却器可以降低了厂用电, 节约了因工业水长期排补而浪费的水资源, 为国家节能环保事业做出了一定的贡献。
4 结论
经过一年多的运行观察与比较, #3机组A侧工业水冷却器运行稳定, 冷却器所有管路以及钛管均未发生异常, 在冬夏两季进口端差与出口端差均满足设计要求, 使用情况良好。
水冷却器 篇3
高炉炼铁的成本占整个钢铁联合企业生产成本的50%, 因此降低生铁成本具有重要经济价值。要达到上述目的, 措施之一就是设法延长高炉寿命。随着高炉的强化和炉型的大型化, 冷却壁的寿命是影响高炉寿命的重要因素之一。因此, 对高炉冷却壁热面状况进行监测对于了解高炉的运行状况以及预测高炉的使用寿命有着很大的实际参考意义。
为了检测高炉冷却壁的热面状况, 在冷却壁壁体不同深度上或在冷却壁间隙之间的填料上安装检测传感器, 这既会破坏高炉冷却壁的本体结构, 严重时更会导致高炉炉壳的应力分布不均匀。因此, 大量使用传感器布设高炉冷却壁上不太现实。目前, 现场操作人员还采用测量冷却壁水温差, 凭经验了解冷却壁的热面状况越来越得到广泛使用, 但这种方法不够精确, 无法对冷却壁热面状况进行量化分析。
为了得到更加科学的冷却壁热面状况结果, 需要对这种采用冷却壁水温差进行判断热面状况的经验方法进行进一步科学量化地分析。冷却壁热面的任何变化都直接影响进出口水温差的变化, 冷却壁水温差可以直接快速地反映冷却壁的热面状况。对其进行监测并对结果加以分析, 可以快捷、较准确地得到高炉冷却壁的热面状况。但大多数冷却壁传热分析在进行有限元计算时, 往往忽略冷却壁的水温差值[1,2,3]。笔者采用有限元分析软件Fluent, 对高炉铜冷却壁进行分析, 探讨了冷却壁水温差与冷却壁热面状况的变化关系。
2 高炉铜冷却壁复合体三维传热稳态模型
2.1 高炉铜冷却壁物理模型
计算冷却壁以某钢铁公司高炉冷却壁为例, 冷却壁本体宽为900mm, 厚为125mm, 高为2535mm。填充层厚度为50mm, 炉壳厚度为50mm, 水管间距为220mm。物理模型如图1所示, 计算所需材料的热物性参数如表1所示。
2.2 传热基本模型
高炉冷却壁复合体的稳态传热可视为导热问题, 其三维稳态导热微分方程为:
2.3 边界条件的确定
炉壳与大气:空气与炉壳之间为对流换热。假定空气温度为30℃, 其对应的换热系数为11 W/ (m2•℃)
高炉煤气与炉渣:高炉煤气与炉渣之间存在着较为复杂的热交换, 即有对流和辐射两种形式的热量交换。换热系数hz受很多因素影响, 如炉气本身的物性, 冷却壁表面的材质、表面状态等[4], 使得其很难精确测定[5,6,7]。在本文中采用hz=232 W/ (m2•℃) [8], 炉气温度取1150℃。
冷却水管内表面:某钢铁公司高炉冷却壁的冷却水管为新型的“8”字形截面水管, 截面形状如图1, 冷却水流速为v=2m/s。
冷却壁水管与冷却壁之间为流固耦合面, 对流换热系数由Fluent自动计算, 其它边界为绝热条件。
3 计算结果与分析
通过Fluent数值模拟的方法, 改变炉渣层厚度, 计算结果如表2所示。
图3为不同炉渣层厚度下冷却壁进出口温差及冷却壁热面最高温度示意图。从图3中可以看出, 前期随着炉渣厚度的增加, 冷却壁温度下降幅度十分明显, 特别是从没有炉渣 (炉渣厚度0mm) 到炉渣厚度为10mm, 冷却壁最高温度有显著下降, 这是由于炉渣本身的导热能力十分有限, 这验证了炉渣对保护高炉冷却壁的重要意义。随着渣皮厚度累积至50mm之后, 冷却壁最高温度降幅逐渐趋于平缓。
图4为冷却壁水温差与炉渣层厚度关系图。可以看出, 冷却壁水温度差与热面最高温度对炉渣厚度几乎保持着相同的变化趋势。且冷却壁水温差与冷却壁炉渣厚度以及冷却壁本体最高温度有着严格的对应关系。这就为通过监测冷却壁水温差来监测高炉炉渣厚度以及热面最高温度提供了理论依据。
4 数值模拟结果的拟合方程
为了更加精确、量化地分析冷却壁水出口温差与炉渣厚度、热面最高温度间的关系, 笔者采用MATLAB软件将模拟所得数据进行了拟合, 得出了冷却壁水温差与炉渣层厚度、冷却壁水温差与冷却壁热面最高温度的关系公式如下:
冷却壁水温差与炉渣层厚度关系为六次函数:
式中:x——冷却壁水温差, ℃;
y——炉渣层厚度, mm。
拟合相关系数R=0.9977。拟合关系曲线如图4所示。
冷却壁水温差与冷却壁热面最高温度关系为一次线性函数:
式中:x——冷却壁水温差, ℃;
y——冷却壁热面最高温度, ℃。
拟合相关系数R=0.9986拟合关系曲线如图5所示。
5 结论
(1) 建立了高炉冷却壁复合体三维传热稳态模型, 运用Fluent软件对高炉冷却壁进行传热分析和计算, 计算结果表明, 炉渣厚度及冷却壁热面最高温度与其所对应的冷却壁水温差有较好的对应关系, 这就为通过监测冷却壁水温差来监测高炉炉渣厚度以及热面最高温度提供了理论依据。
(2) 运用MATLAB软件拟合, 冷却壁水温差与炉渣层厚度关系为六次函数, 冷却水温差与冷却壁热面最高温度关系为一次线性函数。现场操作人员在测得冷却水温差后, 通过本研究中拟合的公式, 可以较为准确地判断出冷却壁炉渣厚度以及冷却壁热面最高温度状况及趋势, 从而达到实时监控高炉冷却壁状况的目的。
参考文献
[1]吴懋林, 王立民, 刘述临.高炉冷却壁和炉衬的三维传热模型[J].钢铁1995 30 3 6-11.
[2]程素森薛庆国苍大强等.高炉冷却壁的传热学分析[J].钢铁1999 34 5 11-13.
[3]程素森, 杨天均, 杨为国等.高炉铜冷却壁传热分析[J].钢铁Z 001 36 Z 8-11.
[4]Price R F.F1etcher A J.Determination of surface heat transfer Coefficients during quenching of steel plates[J].Metals Technology, 1980 (5) :203.
[5]Bamberger M, Prinz B.Determination of Heat Transfer Coefficients During Water Cooling of Metals[J].Materials and Technology, 1986, (2) :410—415.
[6]Archambault P, Azim A.Inverse Resolution d Heat—Transfer Equation:Application to Steel and Aluminum Alloy Quenching[J].Journal of Materials Engineering and Performance, 1995, 4 (6) :730—760.
[7]Bordin J, Segerberg S.Measurement and Evaluation of Power of Quenching Media for Hardening[J].Heat Treatment of Met8ls, 1993, (1) :15—23.
水冷却器 篇4
1 水蒸发冷却的原理
空气中含有水份,水由液态变为气态时需吸收热量。当空气温度高于水表面温度时,水在空气中就具有蒸发能力,不需外界热源,利用循环水直接(或通过填料层)喷淋空气就可以使空气温度降低,当空气湿度越低时,这种传热过程就越显著。所以,蒸发冷却是以干空气能为驱动势,以空气的干、湿球温度差为动力,以水做制冷剂对空气进行冷却处理的技术。
2 水蒸发冷却的种类及适用范围
按照被处理空气是否与水直接接触,水蒸发冷却分直接蒸发冷却和间接蒸发冷却。
利用循环水直接冷却被处理空气的叫直接蒸发冷却(Direct Evaporative Cooling,DEC)。对于DEC,空气温度下降,但其焓值不变,而湿度增加。所以适用于低湿地区,如海拉尔-锡林浩特-呼和浩特-西宁-兰州-甘孜一线以西的地区。
由于DEC使空气湿度增加,限制了它在中湿地区的使用,为此开发出间接蒸发冷却技术(Indirect Evaporative Cooling,IEC)。利用经直接蒸发冷却后的空气(二次空气)或水,通过换热器来冷却被处理空气(一次空气),由于一次空气不与水接触,其含湿量不变。因此IEC可适用于中等湿度地区,如哈尔滨-太原-宝鸡-西昌-昆明一线以西的地区。
衡量蒸发冷却的性能用热交换效率(冷却效率),DEC和IEC的效率分别用E和ε表示,如下式:
式中:t1和t2为处理前、后的空气干球温度;
tw为处理前的空气湿球温度;
tw2为二次空气进口处的湿球温度。
3 水蒸发冷却空调机组
应用上述蒸发冷却原理设计开发的直接蒸发冷却器段(直冷器段)和间接蒸发冷却器段(间冷器段),与空气处理设备的混合、过滤、加热、送风机等功能段组合起来,就构成水蒸发冷却机组,可实现空气的混合、过滤、制冷、加热、加湿、空气输送等处理过程。
3.1 直冷器段
直冷段由直冷器、水泵及布水系统、循环水箱组成。直冷器有金属型直冷器、喷雾冷却器、高压微雾冷却器、喷淋室等,常用的是金属型直冷器。
金属型直冷器采用经钝化及亲水处理的高耐腐蚀铝箔为原料。铝箔表面先经冲孔、刺孔、轧制存水波纹和导流大波纹,再按斜交叉叠压装配成型,组件比表面积大,并能实现三维布水功能。直冷器通过水泵及循环水系统将水送到顶部布水器,从上面将直冷器均匀湿润,与空气进行热湿交换,实现对空气的等焓降温,其冷却效率E可高达90%以上。直冷器具有阻燃、耐腐、高效、低噪、节能、绿色、环保、寿命长等优点,并对空气有清洁作用。直冷器段的结构及处理过程如图1。
3.2 间冷器段
间冷器段由板式(或管式)间冷器、挡水板、水泵及布水系统、循环水箱以及二次风机组成。间冷器上部为布水系统、挡水板和二次风机;下部为水箱、水泵及管路配件。
板式间冷器由许多很薄的平板组成,这些平板交叉分一次风通道和二次风通道,风通道均以防锈铝箔为材料,通过轧型、翻边、辊压等工艺加工成型,一次风通道和二次风通道垂直交叉叠压,两个通道中均夹放着铝箔波纹片,一次空气和二次空气其中交错流动。二次空气先与水直接进行等焓热湿交换,再与平板一面的淋水膜发生热湿交换,吸收了二次空气和薄板另一侧的一次空气的热量后,水份从膜表面再次蒸发;薄板另一面的一次空气隔着板向水膜传热,属显热交换,送入室内的一次空气呈等湿变化;排出室外的二次空气呈增焓变化。
间冷器的冷却效率ε为60～80%,当二次风量设计为一次风量的50%时,效率可达60%。如需更高的间冷效率,可在一次风不变的情况下加大二次风量即可。间冷器段的结构及处理过程如图2。
3.3 多级蒸发冷却
在一些湿球温度较高的地区或室内舒适标准要求较高的场合,为扩大机组的使用范围,将间冷器段和直冷器段串联使用。先让被处理空气经过间冷器进行等湿冷却,再经直冷器等焓冷却,可获得比单级更低的送风温度,这一方式称为双级式蒸发冷却。为使送风温度再进一步降低,在双级蒸发冷却之前再加一级表冷器进行冷却,表冷器本身虽然不是蒸发冷却过程,但其供冷源采用冷却塔的冷却水,实际上也是间接蒸发冷却技术,故称为三级蒸发冷却技术。多级蒸发冷却处理过程如图3。
4 间冷器段二次空气的回收利用
在间冷器段中,二次空气主要用于冷却一次空气,最后全部排出室外。由于二次空气约占一次空气的50%,这意味着空调机组的截面也要增加50%,空调箱体的占地面积较大,限制它的推广应用。二次空气与一次空气热湿交换后,虽然温度比一次空气高,但仍低于室外温度,特别在高温低湿地区可以低10℃左右,如能利用这部分能源,将可缩小机组体积、减少占地面积,并可降低机组造价。笔者以一台8千风量机组,按乌鲁木齐工况做了对比试验,发现回收能量效果非常明显。
方法是将原来排出室外的二次空气重新引进空调箱,与经过间冷器处理后的一次空气混合,再经过直冷器等焓降温。试验结果表明:虽送风温度比二次风直排室外的方式提高了1.5℃,但仍低至18℃,完全满足舒适性空调的送风要求。由于回收利用了50%的二次空气,其显冷量大幅提高了37.5%。即在相同冷量下,机组的风量和截面均可减少37.5%,相应造价约可降低20%。在高温低湿地区,应尽量采用此方式,甚至一些工业厂房也可使用。详细的空气处理过程和试验结果见下面的焓湿图及试验数据表(如图4、表1)。
注:1)过程①的温差Δt=A1-A3,显冷量Q=G1×1.2×1.01×Δt
2)过程②的温差Δt=A1-A7,显冷量Q=(G1+G2)×1.2×1.01×Δt
5 结论
(1)蒸发冷却空调较常规空调有明显的节能效果,并具有绿色环保,空气品质高等优点。(2)在我国西北部干燥地区,用单级或多级蒸发冷却,可满足绝大多数舒适性空调要求。(3)在高温低湿地区,推荐采用回收二次空气的处理方式。
摘要：本文介绍水蒸发冷却的原理、种类、适用范围和蒸发冷却器的结构,并分析间接蒸发冷却器二次空气的能量回收技术。
关键词：水蒸发冷却,直冷器,间冷器,二次空气回收
参考文献
水冷却器 篇5
地上式钢制储罐发生火灾, 5min内可使罐壁温度升至500℃, 使钢板强度降低一半, 8~10 min后钢板将失去支持能力。储罐发生火灾, 为控制火势, 降低火焰辐射强度, 必须对储罐及时进行水喷淋冷却, 使罐壁温升不超过100℃。关于油品储罐冷却用水量的规定, 国内外规范有所差别, 并且国内三本规范也不尽相同, 这给石化企业冷却设施的设计安装带来困扰。在油罐发生火灾时, 不能正确指导消防队员合理对其进行冷却。
1 各规范对冷却水的规定
1.1《建筑设计防火规范》第8.2.5条对甲、乙、丙类液体储罐的冷却强度和范围做了规定, 见表1
1.2《石油化工企业设计防火规范》第7.3.8条和《石油库设计规范》第12.2.8条对可燃液体地上立式罐应设固定消防冷却水强度的规定见表2。
1.3《石油化工企业设计防火规范》第7.9.3条对液化烃储罐固定消防冷却水系统的用水量单独作出规定:
一、着火罐冷却水供给强度, 不应小于9 L/m i n·m 2;
二、距着火罐1.5倍着火罐直径范围内的邻近罐冷却水供给强度, 不应小于4.5L/m i n·m 2;
1.4《水喷雾灭火系统设计规范》第3.1.2条也对防护冷却强度做了规范:甲乙丙类液体储罐的设计喷雾强度为6 L/min·m 2。
2 冷却水洒水形式[4]
据文献介绍, 冷却水洒水形式主要有三种, 即水雾喷头、淋水管、水幕喷头, 对比见表3。
由上表可以看出, 水幕喷头受外部条件制约最少, 对油罐冷却最有利。而《建筑设计防火规范》、《石油库设计规范》和《石油化工企业设计防火规范》中均未对喷头形式做出明确要求。
而文献经常用来与国内规范冷却水强度做对比的国外规范均为水喷雾强度, 如美国NFPA 15规定控火的喷雾强度为10~2 0 L/m i n·m 2, 针对钢结构防护冷却的强度为10.2 L/min·m2;日本有关法规规定液化石油气储罐及设备的喷雾强度为7 L/min·m2;英国对液化石油气储罐的喷雾强度为10.2 L/min·m2。
水喷雾灭火系统是利用水雾喷头在一定水压下将水流分解成细小水雾滴进行灭火或防护冷却的一种固定灭火系统。相同体积的水以水雾形态喷出时比直射流形态喷出时的表面积大几百倍, 当水雾滴喷射到燃烧表面时, 因换热面积大而会吸收大量的热迅速汽化, 使燃烧物质表面温度迅速降到物质热分解所需要的温度以下, 使热分解中断, 燃烧即终止。由此可见, 文献通常用国外水喷雾的喷射强度来对比国内规范的喷射强度, 有失合理。
3 结论
可燃液体储罐区消防冷却水强度不同的设计规范规定不同, 这样就导致计算出的冷却水的用量不一样, 建议规范统一标准, 此外, 建议国内规范对喷头的洒水形式做出明确规定, 以便于石化企业进行消防设计和消防员的灭火救援。
参考文献
[1]建筑设计防火规范.GB 50016.2006
[2]石油化工企业设计防火规范.GB 50160～2008.
[3]石油库设计规范.GB 50074.2002.
[4]水喷雾灭火系统设计规范.GB 50219～95.
冷却水与冷冻水对制冷系统的影响 篇6
近年来,中央空调在工厂、商场、写字楼、超市等广泛运用,但是很多单位对冷却水与冷冻水的水质重视不够,造成机组运行效率下降,长期高压运行导致系统泄漏,损失制冷剂和冷冻油,设备提前老化,达不到设计要求,因此做好水处理是保证机组正常高效运行的必要条件。
1冷却水水质标准
中央空调系统的冷却水系统由冷凝器、冷却塔、冷却泵、冷却水管路以及过滤器等组成。开式冷却水系统的水质标准应根据冷却塔的结构形式、材质、工况、污垢热阻值、腐蚀率及所采用的水处理配方等因素综合确定。为改善冷却水水质,必须在管路上设置有效的水质控制和处理装置。开式冷却水处理水质必须符合《工业循环冷却水处理设计规范》(GB500050)及有关规范对水质的要求。由于开式冷却水系统会发生一定量的蒸发和飘逸损失,所以定期或自动补水(补水量一般为1.2%～1.6%)。冷却水补水的水质要求,一般要比冷却水水质的要求还高(见表1)。
2冷冻水水质标准
中央空调系统的冷冻水系统由蒸发器、表冷器、冷冻泵、冷冻水管路以及过滤器等组成。闭式冷冻水系统必须在管路上设置有效的水质控制和处理装置。如果冷冻水水质不好会造成蒸发器吸气压力下降,蒸发器和表冷器的热交换能力下降。冷冻水水质标准见表2。
3冷却水系统存在的问题
3.1结垢
冷却水补水一般采用自来水,有的机组为了节能采用深井水,不管是自来水还是井水,都有一定的硬度。如果是井水,硬度会更高一些。另外,南方地区的水源普遍来源于或经过石灰岩岩层,所以水的硬度会比北方更高。冷却水系统产生结垢的另外一个原因是水温是动态变化的,特别是在负荷波动比较大的情况下,水温的变化会加速水垢的形成。硬度很高的冷却水运行一段时间后,会在冷凝器换热铜管中或水管中产生大量水垢,这主要是水中的重碳酸钙发生反应所致。
为了防止冷却水系统结垢,目前多采用化学处理方法与电子处理方法(包括静电处理、电磁极化、高频电场磁化等)。但是,如果对磁水器的安装数量及安装位置设计的不合理,会对水系统产生严重腐蚀,这种负面作用远远大于正面作用,对空调设备及水系统造成严重的危害。
3.2污泥和藻类
由于冷却水温度合适,容易滋生大量的细菌、微生物及藻类。目前,很多冷水机组所安装的除污器都是Y型过滤器,装在冷却水泵入口前的立管上。这种Y型过滤器,只能捕捉设备运行初期的建筑垃圾,防止这些垃圾进入冷凝器,不能在日常运行中捕捉细小水垢和锈垢,因此会引起冷凝器积垢、积泥和其他杂质。另外,目前很多单位的中央空调冷却水系统最低处都没有安装快速排污阀,部分单位还用封堵塞住了这些排污口,其实这种做法是错误的,易使制冷机组内积聚污泥和杂质,影响热交换效率。
开式循环冷却水系统需要设置过滤器,过滤器的过滤能力,根据当地大气的含尘量等情况,可考虑按循环水量的1%～5%或结合实际情况来选择,以获得较好的处理效果。对其他新安装的冷却水系统或已完全除垢的冷却水系统,也可以每1～2周排污一次。
为了使制冷机组正常运行以及消除冷却塔内细菌滋生的问题,必须对冷却水系统和水质进行严格的控制和管理。目前,对冷却水系统,除了少量不进行处理或采取简单地排污来控制结垢或腐蚀外(不投药运行方式,从表面上看,短时间未见有什么严重的问题。其实,2～3年后,造成的后果会明显的暴露并带来不可挽回的严重事故。如单采取排污,则必须频繁进行,严重浪费水资源),绝大部分工程对水质的处理技术可以分为两大类(表3)。一种是药物处理加过滤+定期排污方式,另外一种方式是电磁(包括静电、电子)处理+过滤方式。其中后者主要包括电磁水处理器、静电水处理器、电子水处理器和高频电子水处理器等几类(有时也统称为电子水处理器)。药物处理方式属于成熟的水处理方式,在冷却水水质处理中比较多见,能杀菌、缓蚀、延缓结垢,但也存在运行费用高、操作麻烦等缺点。电子水处理方式是一种新兴的水处理方式,运行费用少,操作简单方便,但也存在初投资高、技术不成熟等问题。
4结论
冷却水和冷冻水系统是大型空调水系统的重要组成部分。保持合格的循环冷却水和冷冻水水质非常重要,值得引起工程技术人员的高度重视。
参考文献
[1]何耀东,何青.中央空调实用技术[M].北京:冶金工业出版社,2006.
水冷却器 篇7
一、主要废 (污) 水水源及水质特性
目前循环水回用的废 (污) 水水源包括对化工生产废水深度处理后的工业中水及脱盐水转换成的蒸汽凝结水。
1. 工业中水水质特点
回用中水与新鲜水的水质存在差别, K+、Cl-、菌落总数等三项指标都比宝坻水大, 总硬度只有宝坻水总硬度的三分之一, 所以中水回用于循环水系统后, 还采用原来只有宝坻新鲜水补水的循环水水质控制方式已经不适用。
2. 蒸汽凝结水水质特点
蒸汽凝结水由化工生产装置用二级除盐水制取蒸汽时, 大部分转换成90℃左右的蒸汽凝结水, 这部分凝液由于生产工艺和设备等方面存在的原因, 受到轻度污染。表现为铁离子和有机物等含量略微升高, 不具备直接回用至锅炉的条件, 经过凝结处理系统过滤、超微吸附﹝1﹞达到一级除盐水水质后送至除盐水系统, 但是当水质指标超过一级除盐水水质标准时对于循环水系统仍是较好品质的水源, 但是比较高的水温会对循环水水质和温度产生影响。
二、回用水对循环水水质的影响及处理措施
1. 浓缩倍数波动大
(1) 现状
在敞开式循环冷却水系统中, 由于蒸发系统中的水会愈来愈少, 水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓, 用浓缩倍数来控制水中的含盐量。N的含义就是指循环水中某种物质的浓度与补充水中某种物质的浓度之比。N=CR/CM, 一直以来用K+来计算浓缩倍数﹝2﹞。
由于循环水补水水质多样, 补充水K+的浓度采取多种水源K+的平均值。
CM= (Q新CM新+Q中CM中+Q凝CM凝) / (Q新+Q中+Q凝) 其中凝液中K+含量
很低计算为零。工业中水的K+浓度及补水量对浓缩倍数产生影响, 工业中水K+偏高, 循环水浓缩倍数偏低, 工业中水K+偏低, 循环水浓缩倍数偏高, 使浓缩倍数计算值存在失真情况。
(2) 水处理方向及工艺措施
多种浓缩倍数计算法, 保证浓缩倍数真实性。
为了避免补充水源K+大幅波动对浓缩倍数的影响, 对循环数浓缩倍数的计算采取多种方式。一种用循环水氯离子和补充水的氯离子进行测算, 另一种用循环水电导率和补充水的电导率进行测算, 有了这两种计算值作参考, 合理调整循环水排污量, 科学控制浓缩倍数在4~5。
调整循环水系统排污水量, 合理控制浓缩倍数
浓缩倍数与排污水量成反比﹝3﹞。循环水浓缩倍数控制在4~5之间, 当通过离子浓度计算出的浓缩倍数接近5时, 加大循环水系统排污量, 加大宝坻水的补充水量;当浓缩倍数低于4时, 停止排污, 同时减少宝坻新鲜水的补充水量。
保证足够的蒸发水量, 稳定浓缩倍数。
浓缩倍数N与冷却塔的蒸发水量E的关系。在一定的环境温度和设定的循环水量的条件下, 浓缩倍数与△t成正比, 根据每台用水设备的进出口水温及流量参数, 调整用循环水设备阀门开度, 提高进出口温度, 保证冷却塔的进出口温差在8~10℃。
2. 氯离子含量高
(1) 现状
从表1可见, 工业中水中的氯离子含量比宝坻水多6-10倍。
高浓度的氯离子易穿透金属表面的保护膜, 形成可溶性氯化物, 导致局部腐蚀。在换热器材质由碳钢、铜、不锈钢组成的复杂系统中, 当氯离子浓度增加到200 mg/L时, 碳钢电位面积上的蚀孔数随着氯离子浓度的增加而增加;当氯离子浓度增加到500mg/L时, 碳钢表面上除了孔蚀外, 将还有溃疡状腐蚀。
(2) 处理方向及工艺措施
当投加缓蚀剂进行水处理时, 对于含不锈钢换热设备的循环水系统, 氯离子浓度不宜大于300 mg/L;对于含碳钢换热设备的循环冷却水系统, 氯离子浓度不宜大于1000mg/L。目前循环水换热器材质有不锈钢、碳钢、铜, 循环水氯离子控制指标为低于500 mg/L, 以氯离子含量300mg/L为报警值进行控制。增加循环水系统排污量, 减少工业中水的回用量。
3. 异氧菌含量高
现状
(1) 工业中水水质差
由于工业中水富含微生物生长和繁殖所需要的营养物质, 对微生物生长和繁殖十分有利, 使循环水中的微生物控制难度增加。由于异氧菌能分泌出粘液, 使水中漂浮的灰尘、杂质和化学沉积物等粘附在设备及管道的表面, 形成氧浓差电池而发生沉积垢下腐蚀, 其腐蚀产物又促进了铁细菌的生长, 铁细菌本身能从阳极区除去亚铁离子, 使钢的腐蚀速度增加, 同时铁细菌产生的氧化铁沉积在金属表面形成锈镏构成更多的氧浓度电池, 更加剧烈金属的腐蚀。
(2) 蒸汽凝液水温高
蒸汽凝结水温度 (90~99) ℃, 连续大量回用凝结水40吨/小时, 会导致循环水温度每小时上升0.23℃。适宜生物生长的温度范围为29.4℃~41℃, 高温凝液大量进入循环水系统为微生物提供了适宜的生长温度。
水处理方向及工艺措施
(1) 回用工业中水深度处理
对回用工业中水进行深度处理, 使经深度处理后的水质与宝坻新鲜水水质接近, 目前水务部对回用工业中水已经进行了深度处理, 对异氧菌指标进行范围控制 (0~100) 个/m L。
(2) 强化杀菌剥离效果
根据微生物对杀生剂产生抗药性的机理, 冲击性的投加非氧化性杀生剂和氧化性杀生剂。一般十天投加一次, 每次投加浓度为100mg/L;夏季可根据粘泥或微生物污染情况, 提高投加频率, 一般5-7天投加一次。
(3) 控制蒸汽凝结水的回用量
加强对装置凝液来水的水质监控, 通过100吨/小时凝液处理系统处理后达到一级除盐水控制指标转供水除盐水系统, 循环水系统只对电导率为5-20μs/cm凝液进行少量回用, 回用量低于20吨/小时, 从而控制高温凝液对循环水温度的影响。
结论
废 (污) 水回用于循环冷却水系统后, 其经济、环保效益都较明显;废 (污) 水处理范围比较宽, 其中有些指标还没有控制范围;多种废 (污) 水源回用于循环水系统给循环水水质控制带来难度, 结合多项关键水质指标对浓缩倍数科学测算, 合理控制排污水量, 最终降低循环水积盐、结垢倾向;合理调整工业中水和凝结水回用量, 强化循环冷却水系统杀菌剥离效果, 解决微生物滋生和粘泥沉积问题。
参考文献
[1]祁鲁梁、李永存、李本高水处理工业运行管理实用手册中石化出版社2002年118.
[2]周本省.工业水处理技术[M]北京:化学工业出版社, 1997.2169-184.