Optymalizacja instalacji chłodzenia

Wieże chłodnicze są niezbędne do utrzymania wydajności w różnych gałęziach przemysłu poprzez usuwanie nadmiaru ciepła. Urządzenie HydroFLOW usprawnia te systemy poprzez zaawansowane uzdatnianie wody, optymalizując wydajność, oszczędzając wodę i zapewniając zrównoważoną alternatywę dla tradycyjnych metod chemicznego oczyszczania.

Przykładem jest przetwórstwo tworzyw sztucznych. 

Wieże chłodnicze są kluczowymi elementami w takich gałęziach przemysłu, jak energetyka, produkcja i systemy HVAC. Woda krążąca w tych wieżach jest podatna na osadzanie się kamienia i tworzenie biofilmu, co może znacznie obniżyć wydajność wymiany ciepła, powodować zatory i zwiększać zużycie energii, prowadząc do wyższych kosztów konserwacji i potencjalnych awarii systemu. HydroFLOW oferuje niechemiczne rozwiązanie tych problemów, usuwając kamień i biofilm, zapewniając wydajną i płynną pracę systemu chłodzenia.

• osady mineralne,
• osady biologiczne,
• aktywność mikrobiologiczna w tym skażenie bakteriami Legionella,
• korozja instalacji,
• koszty środków chemicznych do uzdatniania wody,
• awarie automatyki sterującej,
• koszty obsługi i serwisowania,
• koszt wody chłodzącej.

Wieże chłodnicze i systemy wież chłodniczych są jednym z istotnych elementów systemu chłodzenia i klimatyzacji w obiektach przemysłowych i komercyjnych. Chłodzenie czegoś, to główny cel wieży chłodniczej. Wymiennik ciepła wieży chłodniczej przekazuje ciepło za pośrednictwem medium/nośnika. Jako medium występuje woda, glikol, olej i powietrze. Najczęściej jako nośnik ciepła używana jest woda z dwóch głównych powodów:

• woda jest tanim nośnikiem ciepła.
• woda ma dużą pojemność cieplną w porównaniu z innymi substancjami.

Jeśli używamy wody do schłodzenia, oznacza to, że ciepło jest przenoszone do wody, tj. woda ulega podgrzaniu. Za każdym razem, gdy woda jest podgrzewana, prawdopodobnie wystąpią problemy z osadami mineralnymi i kamieniem kotłowym.

Na wydajność wieży ma wpływ wiele czynników w tym:

• przepływ czynnika odbierającego ciepło,
• pojemność cieplna tego czynnika,
• współczynnik wymiany ciepła elementów pośredniczących w wymianie ciepła.

Współczynnik wymiany ciepła może się pogarszać w wyniku pojawiania się osadów na powierzchniach wymiany ciepła w pakietach lub rurach wymiennika.

Nazwa „wymiennik ciepła” sugeruje, że wymienia/transferuje ciepło. To założenie jest zasadniczo prawdziwe. Wymiennik ciepła to miejsce, w którym np. woda pochłania energię cieplną ze źródła ciepła, więc źródło ciepła jest chłodzone, a woda chłodząca jest podgrzewana. Woda jest następnie pompowana na szczyt wieży chłodniczej, gdzie jest rozprowadzana przez elementy/pakiety wieży. Woda spadająca i omywająca pakiety w przestrzeni wieży, jest schładzana (głównie przez odparowanie). Woda gromadząca się w basenie na dnie wieży (wanna lub zbiornik),jest pompowana z powrotem do wymiennika ciepła, aby ponownie rozpocząć proces. W systemie wieży chłodniczej mogą używać tak zwanego skraplacza zamiast wymiennika ciepła. Jaka jest więc różnica między skraplaczem a wymiennikiem ciepła?

Gdy źródłem ciepła jest para, a nie gorąca woda, wymiennik ciepła jest określany jako skraplacz, chociaż pod względem budowy są one w zasadzie takie same. Dzieje się tak dlatego, że para skrapla się z powrotem ze stanu gazowego do ciekłego/wody. Te same podstawowe zasady mają zastosowanie zarówno do wodnych, jak i parowych źródeł ciepła.

Jednym z podstawowych problemów w funkcjonowaniu wymienników ciepła jest powstawanie twardych osadów mineralnych. Jak wiemy, twardy osad mineralny nazywany kamieniem ma tendencję do tworzenia się, gdy woda jest podgrzewana, ponieważ woda w określonych parametrach temperaturowych i ciśnieniowych, staje się wodą przesyconą. W wodzie przesyconej występuje krystalizacja co jest powodem powstania osadów. Wymiennik ciepła a tym samym wieża chłodnicza w której powstają osady jest mniej wydajna, ponieważ osad działa jak izolacja termiczna, utrudniając przekazanie ciepła.

Osady biologiczne – biofouling 

Inne istotne problemy występujące w układach chłodzenia to biofouling (biofim jako struktura przestrzenna) oraz bakterie kolonizujące biofilm. Bakterie namnażają się na wilgotnych powierzchniach i w basenie wieży. Basen to zbiornik wody ciepłej i zazwyczaj nie będącej w intensywnym ruchu, a zatem jest idealnym miejscem do wzrostu mikroorganizmów.

Optymalne podejście do problemów występujących w wieżach chłodniczych 

Zarówno kamień, jak i biofouling można eliminować przez dodanie środków chemicznych (antyskalant i biocyd). Są jednak one kosztowne, wymagają stałego dozowania i mogą szkodzić środowisku. Nie jest to najlepsze podejście do problemów eksploatacyjnych. Lepszym rozwiązaniem są metody fizyczne oparte o sygnały elektromagnetyczne emitowane do cieczy przez elektroniczne uzdatniacze wody HydroFLOW, które w większości przypadków znakomicie rozwiązują wiele problemów i zastąpią środki chemiczne.

Ponieważ woda w wieżach chłodniczych z otwartym układem chłodzenia stopniowo odparowuje, pozostała woda staje się coraz gęściejszym koncentratem rozpuszczonych jonów minerałów oraz zanieczyszczeń. W celu usunięcia z systemu zgromadzonych minerałów i mułów, jest wykonywany zrzutu wody (czasami nazywanego odmulaniem/odsalaniem). Co to jest zrzut wody? „Zrzut wody” (zrzut wody/ang. blowdown) to termin oznaczający, że część wody w basenie wieży jest usuwana/zdrenowana. Minerały, brud i zawieszone ciała stałe są usuwane wraz z usuwaną zatężoną. Usunięta z układu woda musi być uzupełniona i do tego służy woda surowa.

Wieże chłodnicze działają znacznie efektywniej z zainstalowanym automatycznym systemem odmulania, który wyrzuca i wymienia część wody za każdym razem, gdy zostanie osiągnięte pewne stężenie rozpuszczonych ciał stałych. Przewodność wody mierzona w mikro Simensach, ulega zmianie wraz z zatężeniem minerałów rozpuszczonych w wodzie. Ręczne systemy odmulania/odsalania nie zawsze działają optymalnie i mogą powodować problemy. Producenci zazwyczaj mają zalecenia dotyczące poziomu zasolenia wody mierzonego jej przewodnością. Trzymanie się tych limitów z pewnością wystarczy, aby zapewnić, że nie dojdzie do nadmiernego gromadzenia się kryształów węglanu wapnia. Z punktu widzenia powstawania osadów można zmniejszyć częstotliwość zrzutu wody powyżej limitów producentów (o ile nadal nie tworzą się osady kamienia). Obliczenie ilości wody uzupełniającej połączone jest z „cyklami koncentracji”.

Cykle koncentracji określają, ile razy bardziej skoncentrowana jest woda w obiegu wieży w stosunku do wody uzupełniającej. Jeśli nie podano instrukcji producenta, wówczas bezpieczną zasadą jest to, że zrzut wody jest wykonywany tak często, aby utrzymać stężenie wody (TDS) na poziomie nie wyższym niż 2000 ppm lub na poziomie stężenia nie większym 3-4 razy w stosunku do stężenia wody uzupełniającej. W niektórych sytuacjach woda z chłodni kominowej jest następnie wykorzystywana do innego celu – na przykład w fabryce woda może być później wykorzystana jako woda procesowa, itp.

Całkowita ilość rozpuszczonych substancji stałych (TDS):Całkowite rozpuszczone w wodzie substancje odnoszą się do rozpuszczonych minerałów i soli w wodzie.

Całkowita liczba zawieszonych ciał stałych (TSS): Całkowite zawiesiny stałe są związane z jakością zmętnienia, czyli przezroczystością wody.

Filtracja wody chłodzącej

Filtracja pomaga w usunięciu większych cząstek z basenu wieży, co z kolei ogranicza ilość wymaganego zrzutu wody. Rodzaj filtracji powszechnie stosowany w wieżach chłodniczych nazywa się filtracją strumienia bocznego, co oznacza, że tylko część wody jest filtrowana, filtr jest zamontowany na dodatkowej rurze strumienia bocznego, która pobiera wodę z basenu, filtruje ją, a następnie zwraca do basenu. Szybkość, z jaką woda powinna być filtrowana, zależy od szybkości, z jaką przechodzi przez wieżę. Jeśli szybkość filtracji jest bardzo niska, zbyt duża ilość wody zostanie ponownie wysłana do wieży przed przejściem przez filtr. Dobrą zasadą jest to, że natężenie przepływu strumienia bocznego powinno wynosić około 10% głównego natężenia przepływu.

Działanie systemów wież chłodniczych jest najbardziej wydajne, gdy powierzchnie wymiany ciepła są czyste. Są to jednak systemy dynamiczne częściowo ze względu na ich środowisko operacyjne i charakter ich zastosowania. Wieże chłodnicze działają na zewnątrz i dlatego są zazwyczaj otwarte, dzięki czemu są podatne na brud i zanieczyszczenia przenoszone przez wiatr. Ponadto często doświadczają dużych wahań obciążenia, a na ich działanie może mieć znaczący wpływ jakość wody używanej do uzupełnienia. Połączenie czynników procesowych i środowiskowych może przyczynić się do czterech podstawowych problemów występujących w większości recyrkulacyjnych otwartych systemów chłodzenia: korozją, osadzaniem się kamienia, zanieczyszczeniami biologicznymi i aktywnością mikrobiologiczną.

Systemy filtracji bocznej redukują zawieszone ciała stałe i zanieczyszczenia w wodzie chłodzącej system, co prowadzi do mniejszego zanieczyszczenia w systemie. Zmniejszenie liczby zawieszonych ciał stałych może również pomóc w zmniejszeniu wzrostu biologicznego w systemie, ponieważ zawieszone ciała stałe są dobrym źródłem pożywienia dla organizmów biologicznych. Zmniejszenie wzrostu biologicznego z kolei pomaga zmniejszyć korozję pod wpływem mikrobiologicznym. Ponadto osadzanie się kamienia można zmniejszyć w wyniku działania filtracji bocznej, poprzez ograniczenie produktów ubocznych zanieczyszczeń i korozji, które mogą również przyczyniać się do tworzenia się kamienia na powierzchniach wymiany ciepła.

Skuteczne zarządzanie jakością wody chłodniczej optymalizuje wydajność systemu, często prowadząc do znacznych oszczędności energii i wody.

Filtracja boczna w połączeniu z elektronicznym uzdatniaczem wody HydroFLOW wykazała znaczny wzrost oszczędności wody i energii. Powodem jest to, że HydroFLOW „unieszkodliwia” węglan wapnia odbierając jego zdolność do przyczepiania się do powierzchni. Efekt ten pozwala zwiększyć cykle koncentracji. Oczywiście spowoduje to wzrost całkowitej liczby minerałów rozpuszczonych w wodzie, ale filtr bocznego strumienia pomoże usunąć te nadmiarowe ciała stałe zwieszone w wodzie, zmniejszając w ten sposób potrzebę częstego zrzutu wody i zużywania większej ilości wody do uzupełniania systemu.

Maksymalizacja cykli koncentracji w wieżach chłodniczych

Cykle koncentracji to liczba przypadków, w których wieża przetwarza wodę, zanim będzie musiała zostać zrzucona; wyrzucona z obiegu. Jest to liczba określająca wielokrotność użycia świeżej wody uzupełniającej w wieży, zanim rozpuszczone minerały przejdą cykl do punktu, w którym zaczną tworzyć kamień. Trzykrotny cykl koncentracji jest ogólnie uważany za minimalną wydajność. Rzeczywista liczba cykli, które system wieży chłodniczej może obsłużyć, zależy od jakości wody uzupełniającej i sposobu uzdatniania wody. Uzdatnianie wody jest bardzo ważnym elementem sprawnego utrzymania i eksploatacji chłodni kominowej. Dlatego zaleca się , aby każda wieża chłodnicza miała zainstalowane urządzenie HydroFLOW. HydroFLOW pozwoli wieży bezpiecznie pracować przy wyższych współczynnikach stężenia ze względu na zdolność uzdatniacza HydroFLOW do tworzenia kryształów w cieczy a nie twardego kamienia na ścianach instalacji. Można zwiększyć cykle koncentracji z trzech do sześciu. Pozwala to wyliczyć oszczędności wody poprzez zmniejszenie ilości wody uzupełniającej wieżę chłodniczą o 20% i zrzut wody o 50%.

 Zmniejszenie zrzutu wody poprzez monitorowanie i zmianę wartości zadanych.

Próbując zminimalizować ilość osadów mineralnych i wzrost mikroorganizmów, wielu operatorów systemów chłodzenia zwiększa zrzut wody, co przekłada się na koszty wody uzupełniającej. Działanie to może jednak również zwiększyć korozję poprzez obniżenie pH. Dlatego ważne jest, aby zainstalować uzdatniacz wody HydroFLOW, ponieważ operator będzie w stanie zmniejszyć ilość i częstotliwość zrzutu wody, poprzez podniesienie wartości zadanej bez wpływu na osadzanie się kamienia, biofouling lub pH.

 Instalacja regulatora przewodności, w celu automatycznego sterowania zrzutem wody.

Przewodność jest miarą zdolności wody do przewodzenia elektryczności. W wodzie chłodzącej wskazuje ilość rozpuszczonych minerałów w wodzie. Jak sama nazwa wskazuje, konduktometr lub sterownik stale mierzy przewodność i odprowadza/ zrzuca wodę tylko wtedy, gdy zadana przewodność zostanie przekroczona.

Instalacja przepływomierza na liniach uzupełniających i zrzutu wody, aby skutecznie monitorować układ chłodzenia

Należy sprawdzić stosunek wolumenu wody uzupełniającej do wolumenu wody zrzucanej, a następnie sprawdzić stosunek przewodności wody zrzucanej do przewodności wody uzupełniającej. Proporcje powinny odpowiadać docelowym cyklom stężenia. Jeśli oba współczynniki nie są mniej więcej takie same, należ y sprawdzić wieżę pod kątem wycieków lub innych źródeł utraty wody. Jeśli system nie działa w docelowych cyklach koncentracji lub w ich pobliżu, należy sprawdzić elementy systemu, w tym regulator przewodności, zawór napełniający wodą uzupełniającą i zawór zrzutowy wody. Poprawna kontrola parametrów daje możliwość oceny oszczędności kosztów wody przy zastosowaniu uzdatniacza HydroFLOW.

Monitorowanie poziom wody w wannie ociekowej/basenie:

Poziom wody w wannie powinien być regularnie sprawdzany, aby upewnić się, że znajduje się on odpowiednio poniżej wylotu przelewowego, aby uniknąć nadmiernej utraty wody.

Technologia HYDROPATH pozwala na optymalizację funkcjonalną i ekonomiczną. Wpływa na efektywność energetyczną, zwiększa żywotność i optymalizuje wydajność.

Zainstalowanie urządzenia HydroFLOW wraz z bocznym filtrem strumienia może potencjalnie pozwolić wieży chłodniczej na działanie w 8 cyklach (lub wyższych) stężania, co zmniejszy znacząco zrzut wody.

Zapotrzebowanie na wodę uzupełniającą w wieżach chłodniczych zmniejsza się wraz ze wzrostem cykli koncentracji systemu. Zasadniczo wyższa ilość cykli stężenia oznacza, że woda jest recyrkulowana przez system dłużej, zanim wymagany będzie jej zrzut. Mniejszy ilościowo zrzut, zmniejsza ilość wody uzupełniającej wymaganej w systemie, co skutkuje znaczącą oszczędnością wody.

Zmniejszenie zużycia energii. HydroFLOW zmniejsza prawdopodobieństwo osadzania się kamienia i zanieczyszczeń na wymiennikach ciepła. Nawet najmniejsza warstwa kamienia lub zanieczyszczenia na powierzchniach wymiany ciepła mogą zmniejszyć szybkość wymiany ciepła, zmuszając system do cięższej pracy w celu uzyskania wymaganego chłodzenia.

Zmniejszenie zużycia środków chemicznych. Uzdatniacz HydroFLOW z technologią Hydropath tworzy zawieszone w wodzie kryształy pozwalając podwyższyć poziom nieszkodliwego TSS, HydroFLOW wpływa jednocześnie na biofilm i zawieszone w wodzie mikroorganizmy, dzięki czemu nie kolonizują one już powierzchni wymiany ciepła w wieży chłodniczej, Zmniejsza to potrzebę dodatkowej obróbki chemicznej (dyspergatory i biocydy).

Niższe koszty konserwacji. Tradycyjnie wieże chłodnicze są czyszczone przez opróżnienie wieży i mechaniczne lub ręczne usuwanie osadu z basenu lub studzienki. Systemy chłodzenia, które są czyszczone za pomocą filtracji bocznej, rutynowo zapewniają dłuższe okresy ciągłej pracy, zanim zostaną wyłączone w celu przeprowadzenia wymaganej konserwacji.

Poprawa wydajności i skrócenie czasu przestojów. Gdy system chłodzenia jest zanieczyszczony lub gromadzi się kamień, produkcja może zostać spowolniona z powodu nieefektywnych urządzeń do wymiany ciepła. W niektórych przypadkach system chłodzenia i sprzęt do wymiany ciepła mogą wymagać wyłączenia w celu naprawy. Stosują uzdatniacz HydroFLOW ograniczymy taką potrzebę.

Kontrola wzrostu biologicznego. Biologiczna kontrola i redukcja wzrostu wpływają na zmniejszenie ryzyka zagrożenia dla zdrowia. Na przykład w przypadku namnażania bakterii Legionella. HydroFLOW wykazał, że może poprawia kontrolę biologiczną systemów chłodzenia.