4 Охолодження води
4.1 Системи охолодження
Системи охолодження деталей конструкцій, які працюють в зонах високих температур (кладки металургійних печей) та при протіканні високотемпературних процесів (процес переробки нафтопродуктів, печі киплячого слою, виробництво сірчаної кислоти) призначені для запобігання їх руйнування та передчасного зносу.
Процес охолодження є відведення теплоти від стінки, що обігрівається та тримання її температури в заданих межах. Температура визначається технологічним процесом та стійкістю матеріалу охолоджувального елементу. Наприклад, у теплоенергетиці, оптимальна температура охолоджувальної води tопт=15°C, гранична температура tгран.=30-33°C
Гранична температура для різних матеріалів, наприклад для сталі 400°C, а температура при якій втрачається стійкість сталі 600°C, для чавуну відповідно 400°C и 500°C.
Системи охолодження теплообмінної температури існують наступні:
водяне охолодження холодною та гарячою водою;
випарне охолодження з пароутворенням у середині та поза конструкцією, що охолоджується.
Водяні низькотемпературні системи охолодження
(охолодження холодною водою)
Температура охолоджувального продукту знижується незначно (на 20-40°C).
теплообмінник
Система може бути прямоточна або оборотна.
Вода проходить через холодильники (теплообмінники), розташовані в конструкції, що охолоджується та відбирає тепло. Витрати води залежать від кількості тепла, що відводиться, величини температурного перепаду та якості води.
Система проста, але вона не дозволяє використовувати тепло, а підвищення перепаду температури може привести до відкладення солей жорсткості.
Водяне охолодження гарячою водою (без кип’ятіння)
Температура охолоджувального продукту знижується від 120 °C до 80-90°C.
В цій схемі використовують хімічно очищену воду. Нагріта до 90-95°C вода може використовуватись для гарячого водопостачання, або для підігріву конденсату теплофікації. Циркуляційний контур охолоджуючої води виконують замкненим. Втрати води в системі поповнюються хімічно очищеною водою.
Перевагами системи охолодження гарячою водою є можливість використання тепла тієї води, що охолоджує. Крім того, виключається можливість прогару холодильників, тому, що не утворюється накип внаслідок використання пом’якшеної води.
Недоліки системи: складність комунікацій та залежність від споживача тепла.
Випарне охолодження (охолодження водою, яка кипить)
Охолодження здійснюється внаслідок відводу пара. Установка працює на воді, яка хімічно очищена. Ця система застосовується у випадку, якщо температура води не впливає на технологічний процес, тобто для збільшення стійкості деталей при їх роботі в зоні високих температур (металургійні печі, печі будівельної індустрії тощо).
Охолодження
деталей
Системи охолодження висококиплячим теплоносієм (ВКТ)
Температура знижується від 600-800°C до температури кип’ятіння теплоносія (наприклад 300-400°C).
Коли немає необхідності сильно знижувати температуру нагрітої деталі, для її охолодження застосовують ВКТ, в якості якого найбільш часто використовують ртуть або солі з низькою температурою плавлення.
Охолоджуючі деталі (стінки доменної печі) охолоджуються циркулюючим ВКТ, а сам ВКТ охолоджується шляхом випаровувального охолодження водою, тобто у цій схемі два охолоджуючих контури.
Існують ще системи охолодження повітрям, в яких температура охолоджувального продукту знижується на 10-15°C.
Охолодження гарячої технологічної води за принципом миттєвого
закипання
У багатьох технологічних процесах утворюються технологічні води, які містять значну кількість шкідливих летучих забруднень з високою концентрацією. Наприклад, на коксохімічних заводах при охолодженні коксового газу в газозбірнику температура його знижується від 1000°C до 85°C. При цьому основна частина води, що міститься у коксовому газі конденсується, і в ній розчиняються основні хімічні речовини коксового газу.
Сутність методу миттєвого закипання для охолодження гарячої технологічної води заключається у багатостадійному зниженні тиску в апараті шляхом утворення на кожній стадії вакууму за допомогою якого певно знижується температура киплячої вод. При конденсації пара вакуумом, що утворився в ступінчатому процесі в кінцевому результаті досягає 45-50мм.рт ст., при якому температура кип’ятіння води 43-45°C.