冷却塔换热器

冷却塔循环冷却水系统结垢

冷却塔循环冷却水系统的结垢结垢是污垢中的一种，泥垢、黏垢是指悬浮物、泥砂、微生物等引起的。结垢是指无机盐类的沉积物，较硬而结实，这里指的结垢就是此沉积物。1、碳酸钙硬度固体在水中的溶解达到饱和状态的溶液称为饱和溶液。饱和溶液中溶质的浓度称为溶解度。固体的溶解度随温度而变化，其中绝大多数的无机盐的溶解度是随温度的升高而增加。但有些盐类的溶解度却随温度的升高而降低，如表12-3中对水质影响较大的几种钙化合物。从表1223可见，CaHCO33的溶解度比CaCO3要大100倍左右，因此水中的钙硬主要是指CaHCO32。现在来讨论一下，在循环水系统中为什么新鲜的补充水不析出钙硬，而在循环过程中会造成结垢的问题。在前述讨论CO2含量的降低中，用反应式12-1来加以说明，现讨论钙硬结垢的平衡方程式的平衡移动过程仍用此式来说明。综合有关因素和平衡移动的条件，式12-1可写成：在敞开式循环冷却水系统中，方程式的平衡会随着循环过程而向右移动，原因为：1水中CO2的溶解度随温度的升高而降低，0℃时的溶解度为1710mgL，到30℃时为665mgL，CO2因受热而溶解度降低，在冷却塔中逸出，使平衡向右移，形成CaCO3沉淀。2CaCO3本身的溶解度随水温升高而降低，在受热过程中CaCO3沉淀析出，也使平衡向右移动。3由于水的浓缩，使水中的Ca2+和HCO-3的浓度增加，促使平衡向右移动，形成CaCO3沉淀。4水的pH值随着循环过程而升高。一般工业用水的pH值在7、5左右，当浓缩1倍时pH值会升高到8，9。pH值的升高即OH-离子浓度增加，使HCO3-离子离解，根据水的碳酸平衡使方程平衡向右移。2、腐蚀产物形成的锈层结垢铁腐蚀后最初形成的是FeOH2沉淀。以后会被水中溶解氧氧化成FeOH3沉淀。FeOH3可脱水而成Fe2O3变垢。腐蚀产物和钙垢是往往粘在一起形成灰黑色的硬垢。综合上述，结垢与水中溶解盐的浓度、温度等因素有关，循环水比直流水的结垢要严重得多。结垢的部位主要在热交换器的管壁，结垢必然会影响传热效果，从而降低生产效率。同时，结垢不均匀会导致危害性极大的局部腐蚀。因此，防垢和防腐蚀是循环冷却水水质稳定处理的主要内容。3、极限碳酸盐硬度所谓极限碳酸盐硬度Hj是指在一定水质条件和温度下，水中游离的CO2没有或很少时，使CaCO3不析出的临界值，一般在循环冷却水中为2～4、5meqL。用经验公式计算为：式中Hj——循环水极限碳酸盐硬度meqL；［O］——补充水的耗氧量mgLO2；t——循环水的最大温度，如果t＜40℃，仍用40℃；Hf——补充水的非碳酸盐硬度meqL。式12-37只适用于循环水水温t满足30℃＜t＜65℃及［O］＜25mgL。

冷却塔设计气象参数确定

前面讨论中，空气的干球温度θ和湿球温度τ，是冷却塔设计和热水在冷却塔中的冷却，是非常重要的两个气象参数，直接关系到水的冷却效果和冷却塔的造价。前面讲到的冷幅高t2-τ=3-5℃，是对低温塔也称标准型塔，其冷却温差Δt=t1-t2=5℃和中温塔Δt=t1-t2=10℃的设计标准来说的，对于高温型塔就不适用了。如上海地区实为代表除省外的华东地区，设计采用的θ=31、5℃，τ=28℃，低温塔进水温度t1=37℃，出塔温度t2=32℃，t2-τ=32℃-28℃=4℃；中温塔设计进塔水温t1=43℃，出塔水温t2=33℃，t2-τ=33℃-28℃=5℃，均符合3～5℃之间，但高温塔就不符合了。高温塔设计进塔温度t1=55℃，出塔水温t2=35℃，则t2-τ=35℃-28℃=7℃5℃。因此冷幅高为3～5℃主要是对标准型的低温塔来说的。我国地域辽阔，东南西北中各地气温相差较大。按地区来划分，各大区冷却塔设计采用的气象参数是不同的，因此南方设计的塔可适用于北方，冷却效果好，但反之，北方设计的塔就不适用于南方了。在现代冷却塔设计中，按夏季不利的气象条件下，只考虑蒸发散热量Hβ，不考虑传导散热量Hα即Hα=0进行的。那么设计冷却塔的气象参数是如何确定的呢下面给予较详细论述。确定气象参数的基本原则冷却塔设计计算所需要的气象参数包括干、湿球温度θ与τ；相对湿度；大气压力mmHg；风向、风速及冬季最低气温等。影响水冷却效果的主要是θ与τ及。冷却塔设计的气象参数是按夏季不利的气象条件下设计计算的，但是如果采用夏季的最高温度和湿度来进行设计也是不合理的。因为最高的温度和湿度在一年中出现的次数并不很多，仅占很短的时间，如果按夏季最高温度和湿度进行冷却塔设计，那么必然会使设计的冷却塔尺寸很大，使冷却塔的造价和日常的电耗大大增加，这是不经济的，得不偿失的。反过来，如果设计采用的温度和湿度太低，那么较多时间内冷却塔的出塔水温t2达不到符合冷却生产设备和所需要的温度，会引起热交换设备运转条件的恶化，或使生产工艺过程遭到破坏，造成巨大的损失，或空调系统工作的破坏等。因此冷却塔设计采用的干、湿球温度的基本原则为：既不能采用夏季的最高干、湿球温度，又要满足生产工艺对冷却设备和对水温的要求，按一定的保证率来确定。或按5%～10%的频率P来确定，两种方法都有采用。空气干、湿球温度一般以近期连续不少于5年的资料，每年最热时间3个月的频率为5%～10%的昼夜平均干、湿球温度作为设计依据。我国石油、化工、机械工业多采用5%的频率；冶金、电力和民用采用10%的频率；对于生产工艺要求很高的，计算频率要采用1%。冷却塔气象参数的计算统计与确定方法1、气象参数的计算统计气象参数一般均采用当地气象部门记录的数据为依据，把5年以上实测记录的日平均干、湿球温度按表5-1所列项目进行统计干球温度与湿球温度分开统计，表格内容相同，然后按表5-1的θ、τ数据绘制干、湿球温度频率曲线。如图5-7所示。气象参数取在设计频率的湿球温度和大气压力的日平均值。按图5-7，取设计频率为10%，则查得湿球温度为24、9℃，干球温度为29、6℃；取设计频率为5%，得τ=25、6℃，θ=30、5℃；取设计频率为1%时，得τ=26、9℃，θ=32℃。一般常采用5%的设计频率。2、气象参数的确定方法目前设计冷却塔选用的气象参数分为三种情况进行计算。第一种情况：根据夏季平均每年超过最热的20d昼夜平均干、湿球温度进行计算，要求气象资料不少于5～10年，其保证率为94、4%。这种适用于设计要求比较低的情况下采用。94、4%保证率的意思是指：夏季6、7、8三个月共92d，不能保证达到设计所规定的冷却效果的时间天数为92×1-94、4%=4、55d，其余时间都能达到设计所规定的冷却效果。第二种情况：根据夏季平均每年超过最热的10d昼夜平均干、湿球温度进行设计计算，其保证率为97、3%，一年中不能达到设计规定的冷却效果天数为：92×1-97、3%=215d。目前我国设计的冷却塔基本上都是按照这第二种情况设计的。第三种情况：采用5d的昼夜平均气温或者采用白天下午1时或2时的平均温度值进行设计，这种设计的要求较高，保证率达98、6%，也就是说一年中不能达到设计规定的冷却效果天数仅为92×1-98、6%=1、3d。关于夏天平均每年超过10d或20d昼夜干湿球温度如何取用和整理，常用的有以下4种方法。1、取用历年夏季6、7、8三个月或5月15日至9月15日每天下午2时即14时的干、湿球温度的观测值直接编制保证率曲线。2、取用历年夏季或5月15日至9月15日每天8、14、20时干、湿球温度三次观测平均值编制保证率曲线，即称为三点法。3、取用历年夏季或5月15日至9月15日每天第2、8、14、20时干、湿球温度四次观测平均值编制保证率曲线，即称为四点法。4、取用历年夏季或5月15日至9月15日每天第2、8、14、20时干、湿球温度四次观测值，并将每次观测值按14d折算，然后再编制保证率曲线。过去常采用三点法，现基本上均采用四点法，因一昼夜4次标准时间2、8、14、20h测定值的算术平均值是国家气象部门规定的标准法。表5-2是我国部分城市的平均每年超过一定天数的温度数值统计。根据表5-2，上海地区按夏季平均每年超过最热的10天昼夜平均干、湿球温度进行设计保证率为97、3%，则得上海地区设计的气象参数为：干球温度θ=31、5℃湿球温度τ=28℃相对应的大气压力Pa=753mmHg风速为V=1、58ms。目前华东地区除省部分外的冷却塔设计基本上均采用上海的气象设计参数。冷却塔空气风速及大气压力1、空气风速冷却塔计算中的外界空气风速，常采用多年夏季6、7、8三个月的平均风速。计算风速一般为距地面2m高度为准，当不符合要求时实测时往往离地面高度不同，可按奥伯宁斯基近似公式进行换算：式中Vh——距地面高度hm处风速ms；V0——气象台风速仪安装高度h0m处的速度ms；h0——气象台风速仪安装高度风标高度m。风速的大小影响到冷却塔的冷却效果、塔结构的计算和是否需要实行有关的措施。2、大气压力大气压力通常采用夏季平均气压或最热月平均气压，表5-2部分城市的大气压力为夏季的平均气压数值。当大气压单位为mmbar，应换算为mmHg，1mmbar=34mmHg。总之，在选用气象参数时，要因地制宜，不能盲目套用建设地区附近的气象台资料未经统计过的某些数值，特别是对地形变化较大地区的冷却塔的设计与布置，如山区的多变小气候更应慎重考虑。同时对于冷却塔群布置时，要考虑和估计湿空气回流的影响及冷却塔接近热源或高大建筑物受到气温升高和自然风速减少等不利条件。