11.2Подсистема водоснабжения

На предприятиях химического и нефтехимического комплекса 70-90 % общего объема воды систем оборотного водоснабжения, используется:

• на охлаждение и конденсацию технологических продуктов и рабочих агентов систем производства энергоносителей;

• на системы водяного или испарительного охлаждения конструктивных элементов технологических и силовых агрегатов.

Холодильным агентом теплоотводящих систем преимущественно является атмосферный воздух, а промежуточным хладоносителем – вода. Оборотная вода, отводимая от потребителей, только нагревается, а загрязнение ее возможно только в случаях аварийных ситуаций. В таких условиях в целях снижения объемов сточных вод, а также уменьшения затрат на водоподготовку и обезвреживание стоков на промышленных предприятиях организуются замкнутые системы оборотного водоснабжения.

По принципу организации системы оборотного водоснабжения разделяют на локальные, централизованные и групповые, объединяющие нескольких потребителей по территориальному признаку.

В локальных системах каждый потребитель охлажденной воды связан с индивидуальным водоохлаждающим устройством.

В централизованных системах оборотная вода собирается от всех потребителей в единый коллектор и направляется в одну или несколько водоохлаждающих установок, размещенных на специально отведенной территории. Охлажденная вода распределяется между потребителями также по единому подающему коллектору (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Схема нейтрализованной системы оборотного водоснабжения: П1, П2, ..., П6 – потребители охлажденной воды; Г – вентиляторная градирня; ПК – подающий коллектор; ОК – коллектор обратной воды: ПН, ОН – насосы подающей и обратной линии соответственно

Групповые системы занимают промежуточное положение между локальными и централизованными системами.

Крупные предприятия химии и нефтехимии характеризуются большим расходом охлаждающей воды, поэтому в системах оборотного водоснабжения в качестве водоохлаждающего устройства преимущественно используются градирни башенного и вентиляторного типа производительностью более 1000 м³/ч. При эксплуатации систем оборотного водоснабжения с водоохладителями такого типа возникают потери воды, зависящие от технологических условий их функционирования. Объем подпиточной воды Q_п (м³/с) определяется из материального баланса системы:

Q_П = Q_УН + Q_Т + Q_ПР + Q_ИСП, (4.8)

где Q_УН – потери воды с капельным уносом в градирнях, составляющие 0,3÷0,5 % суммарного объема циркулирующей воды, м³/с; Q_Т – потери воды в технологических процессах, обычно принимаются в размере 1 % общего объема, м³/с; Q_ПР – продувка воды в системе, принимается в размере 8÷10 % суммарного объема, м³/с; Q_ИСП – потери воды, испарившейся в градирне, они составляют 2÷3 % объема циркулирующей воды, м³/с.

Перспективными в отношении снижения удельных материальных и эксплуатационных затрат являются водоохладители эжекционного типа, которые относятся к прямоточным распылительным аппаратам. Вода впрыскивается в аппарат через форсунку 3 (или систему форсунок) под избыточным давлением 0,2÷0,4 МПа (рис. 4.6). Максимальной энергетической эффективности процесса распыления соответствует перепад давления на форсунке 0,2÷0,3 МПа. Воздух эжектируется потоком капель и вовлекается в область зоны контакта 1. Достигнув стенок в зоне сепарации 2, капли воды теряют импульс и стекают в виде пленок в нижнюю часть аппарата.

Рис. 4.6. Схемя водоохладителя эжекционного типа с выносным сепаратором 1-зона контакта; 2 – зона сепарации; 3 – форсунка; 4 – закручивающие лопатки

На стадиях выделения и разделения продуктов крупнотоннажных производств часто организуется ступенчатое охлаждение верхних продуктов ректификационных колонн (рис. 4.7). Для повышения температурного напора и удельных нагрузок теплообменников на верхних ступенях в качестве рабочего агента используются аммиак, фреон и прочие хладоагенты данной группы. В результате тепловой потенциал отводимой теплоты значительно снижается, температура приближается к температуре окружающей среды, что лишает его какой-либо ценности.

Рис. 4.7. Схема системы охлаждения продуктов разделения ректификационных колонн: К – ректификационная колонна; Д – дефлегматор; С – сепаратор; Е – сборная емкость; Х – рассольный холодильник; ПК и ОК – соответственно подающий и обратный коллектор воды в системе оборотного водоснабжения; ПХ, ОХ – подающий и обратный рассольные хладопроводы

Повышение эффективности работы систем оборотного водоснабжения достигается комбинированием следующих методов:

• интенсификация процессов охлаждения воды в градирнях. В частности, при установке устройств вторичного дробления капель воды за счет роста поверхности контакта с воздухом эффективность охлаждения возрастает на 10÷40 %. К методам интенсификации водоохлаждающих устройств относятся: оптимизация систем орошения насадки градирен с учетом аэродинамических условий контакта; организация подачи дополнительного объема воздуха в приосевую область градирни и т.д.

• переход от централизованных систем оборотного водоснабжения к групповому и индивидуальному водоохлаждению на базе эффективных и компактных устройств, в том числе и эжекционного типа, позволяющих обеспечить оптимальный режим совместной эксплуатации технологического и энергетического оборудования;

• интенсификация теплообменного оборудования, обеспечивающего отвод теплоты от технологического продукта. В настоящее время в системах охлаждения и конденсации промышленных предприятий применяются в основном поверхностные теплообменники кожухотрубного, змеевикового и погружного типа;

• снижение нагрузки водоохлаждающих устройств за счет утилизации ВЭР охлаждаемых продуктов и конструкционных элементов. Такая возможность появляется при включении в энерготехнологический комплекс промышленного предприятия замкнутой утилизационной системы, связывающей источник ВЭР, потребителя низкопотенциальной теплоты, а также, при необходимости, установки для повышения потенциала ВЭР (компрессоры, догреватели и пр.) и водоохлаждающее устройство. Для повышения тепловой и термодинамической эффективности системы целесообразно использовать высокоэффективные теплообменники на термосифонах или тепловых трубах, позволяющие обеспечить теплосъем при очень низких температурных напорах (менее 5°С);

• в период стояния низких температур наружного воздуха в целях экономии энергоресурсов и уменьшения вредного воздействия на окружающую среду переходить на воздушное охлаждение.