các vấn đề và phương pháp xử lý trong tháp làm mát

các vân đề về cáu cặn, ăn mòn và vi sinh vật trong tháp làm mát và hướng xử lý đầy đủ nhất. các nguyên nhân và biện pháp, hóa chất thích hợp cho mỗi trường hợp cụ thể. Tài liệu khá đầy đủ và chi tiết hy vọng giúp ích cho người đọc.

3 XỬ LÝ NƯỚC LÀM MÁT Nước làm mát dùng trực tiếp gián tiếp để làm lạnh sản phẩm hóa chất, sản phẩm thép… Thơng thường, nước làm mát dùng gián tiếp để làm lạnh dịng cơng nghệ (lỏng khí) qua thiết bị trao đổi nhiệt Hệ thống gọi làm lạnh gián tiếp Sản phẩm rắn thường làm mát trực tiếp cách phun nước hệ thống vòi phun Hệ thống gọi hệ thống làm lạnh trực tiếp dùng nhà máy để xử lý với sản phẩm rắn nhà máy sắt thép hay nhà máy thực phẩm Hệ thống nước làm mát phân chia ttheo bảng 3.1 Tại Nhật Bản, khoảng 149 triệu m3 nước dùng ngày để phục vụ cho mục đích cơng nghiệp, 70% số dùng hệ thống nước làm mát (năm 1996) Do đó, nhu cầu nước làm mát có ảnh hưởng lớn đến tồn cơng nghiệp cung cấp nước Để giảm lượng nước yêu cầu cho hệ thống làm mát, người ta thay đổi từ loại dùng lần sang hệ thống tuần hoàn, giảm lượng nước xả đáy cách tăng bội số tuần hoàn hệ thống nước làm mát tuần hoàn hở Việc sử dụng biện pháp hữu hiệu gây cô đặc chất rắn hòa tan, kết xuất vấn đề hệ thống ăn mòn, cáu cặn, cặn vi sinh Rất nhiều hóa chất xử lý nước làm mát sử dụng để phòng tránh vấn đề Sự phát triển loại hóa chất công nghệ liên quan thực đem lại hoạt động hiệu cho nước làm mát Sự phát triển đem đến khả phòng tránh vấn đề giảm hiệu suất trao đổi nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt điều kiện lưu lượng nước thấp nhiệt độ nước đầu cao Việc áp dụng công nghệ xử lý nước tiên tiến giúp tiết kiệm lượng cho hệ thống làm mát cách giảm tốc độ quay quạt làm mát giảm số bơm tuần hoàn nước hoạt động Hóa chất xử lý nước làm mát có khả gây vấn đề nhiễm mơi trường chúng xả thải với nước xả đáy Do đó, hóa chất khơng gây nhiễm môi trường phát triển Hiện nay, nhà máy lọc hóa dầu có xu hướng mở rộng chu kì hoạt động tăng từ năm lên đến năm để tăng sản lượng giảm chi phí hoạt động Trong trường hợp này, hóa chất cho hệ thống nước làm mát địi hỏi phải có hiệu suất cao so với hóa chất thơng thường Hóa chất cơng nghệ xử lý nước làm mát mô tả chủ yếu liên quan đến hệ thống nước làm mát gián tiếp Xử lý cho hệ thống nước làm mát gián tiếp trình bày chương 8, xử lý nước cho Nhà máy Sắt thép 3.1 Khái quát hệ thống nước làm mát 3.1.1 Phân loại đặc điểm hệ thống nước làm mát (1) Hệ thống nước làm mát tuần hoàn hở Mơ tả hệ thồng làm mát tuần hồn hở điển hình (Hình 3.1) Trong hệ thống này, nước làm mát lấy nhiệt khỏi dịng cơng nghệ qua thiết bị trao đổi nhiệt nhiệt độ nước tăng lên Nước nóng làm mát tháp làm mát cách bay phần tỏa ẩn nhiệt hóa Nước tuần hồn tái sử dụng Hệ thống áp dụng rộng rãi để làm mát sản phẩm, chất làm lạnh… nhà máy lọc hóa dầu nhà máy khác Nước fresh thường dùng cho hệ thống (2) Hệ thống nước làm mát tuần hồn đóng Hình 3.2 đưa ví dụ minh họa hệ thống nước làm mát tuần hồn đóng Trong hệ thống này, nước nóng sau qua thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị khác làm lạnh thiết bị làm lạnh thứ hai dùng nước muối, không khí nước làm mát từ hệ thống nước làm mát tuần hồn hở Sau nước tuần hoàn tái sử dụng Lượng nước mát thường nhỏ đặc chất rắn hịa tan bay xảy Hệ thống đóng bao gồm hệ thống làm mát cho động cơ, ổ trục , hệ thống nước làm lạnh cho điều hịa khơng khí… (3) Hệ thống làm mát vịng Trong hệ thống làm mát vòng, nước sau làm nóng xả bỏ trực tiếp mà khơng tuần hồn Do hệ thống đòi hỏi lượng lớn nước, sử dụng trừ hệ thống cung cấp nước muối HÌnh 3.3 minh họa hệ thống Hệ thống sử dụng để làm mát sản phẩm nước làm mát tuần hồn đóng với thiết bị làm lạnh lần Tại Nhật bản, nhà máy nhiệt điện thường sử dụng hệ thống làm mát vòng sử dụng nước muối nhà máy thường đặt gần bờ biển 3.1.2 Thiết bị vật liệu hệ thống nước làm mát (1) Tháp làm mát Tháp làm mát dùng để làm mát nước nóng tuần hồn Trong tháp làm mát, nước nóng tiếp xúc với khơng khí lạnh phần nước bay Kết nước nóng làm mát cách tỏa ẩn nhiệt hóa Tháp làm mát phân chia làm hai loại Một loại thơng gió tự nhiên, khơng khí cung cấp đối lưu tự nhiên Loại cịn lại thơng gió học, khơng khí cấp quạt Loại thơng gió học bao gồm thơng gió cưỡng thơng gió cảm ứng Chúng phân chia thành ngược dòng ngang dòng dựa theo chiều dòng nước khí Trong tháp ngược dịng, khơng khí chuyển động lên lớp đệm tháp (tower packing), ngược dòng với dịng nước rơi từ xuống Hình 3.4 mơ tả loại tháp làm mát Tháp tháp dòng ngang, dịng khơng khí chuyển động theo chiều ngang so với dòng nước rơi từ xuống Do loại tháp có ưu điểm nhược điểm, loại tháp phù hợp lựa chọn dựa vào điều kiện cơng suất, vị trí lắp đặt… Tại Nhật bản, tháp làm mát ngược dịng loại trịn (hình 3.5) dùng cho hệ thống quy mô nhỏ với lưu lượng tuần hoàn nhỏ 350m3/h Tháp làm mát loại dịng ngang vng dùng cho hệ thống quy mơ lớn (Hình 3.6) (2) Thiết bị trao đổi nhiệt (a) Cấu trúc đặc điểm Thiết bị trao đổi nhiệt dùng thiết bị làm lạnh, thiết bị gia nhiệt, thiết bị ngưng tụ hóa dựa theo yêu cầu Theo cấu trúc, chúng phân chia thành thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, thiết bị trao đổi nhiệt ống đôi, thiết bị trao đổi nhiệt ống xoắn, thiết bị làm mát kiểu tưới, thiết bị trao đổi nhiệt dạng thiết bị làm lạnh khơng khí gờ mỏng Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm sử dụng rộng rãi Nó bao gồm loại dọc loại ngang Loại ngang thường dùng loại dọc có nhiều ưu điểm vị trí lắp đặt có diện tích nhỏ Cấu trúc thường gặp đặc điểm thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm ngang mơ tả hình 3.7 bảng 3.2 Dịng nước làm mát qua ống vỏ Dòng nước làm mát đặc điểm liệt kê bảng 3.3 Bảng 3.2 Những loại đặc điểm thiết bị trao đổi nhiệt Loại Tấm-ống cố định (fixed tube-sheet) Floating head Ông chữ U Đặc điểm (1) Dễ sản xuất, chi phí khơng đắt (2) Khó làm phía vỏ ống khơng thể gỡ ống chùm (1) Dùng cho trường hợp chênh lệch nhiệt độ lớn dòng ống vỏ hệ số giãn nở nhiệt vật liệu chế tạo ống vỏ (2) Có thể làm phía vỏ ống cách gỡ ống chùm Bảng 3.3 Dòng nước làm mát thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm đặc điểm Dịng nước Phía ống Phía vỏ Đặc điểm Các biện pháp xử lý nước làm mát dễ dàng đạt tác dụng tốt tốc độ dịng thường nhỏ 0.5 m/s Có thể gây vấn đề ô nhiễm lắng đọng cáu cặn tốc độ nước thấp phức tạp (b) Dòng nhiệt Dòng nhiệt định nghĩa lấy nhiệt từ dịng cơng nghệ nước làm mát tính theo đơn vị diện tích đơn vị thời gian Nó tính theo cơng thức đây: Dịng nhiệt lớn, khả xảy vấn đề cáu cặn hay ăn mòn thiết bị trao đổi nhiệt cao (c) Hệ số trao đổi nhiệt tổng Hệ số trao đổi nhiệt tổng (U) hệ số hiệu nhiệt, xác định công thức: U giảm xuất ô nhiễm với cáu cặn, sản phẩm ăn mịn màng nhầy q trình hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt Tốc độ giảm U lớn với thiết bị trao đổi nhiệt có giá trị lớn mức nhiễm Hình 3.8 mơ tả ví dụ mối quan hệ độ dày lớp ô nhiễm giảm U (d) Hệ số ô nhiễm Hệ số ô nhiễm độ ô nhiễm cáu cặn kết tủa thiết bị trao đổi nhiệt Hệ số tính sau: Hệ số nhiễm xác định độ dẫn nhiệt độ dày vật liệu ô nhiễm công thức sau: Thiết bị trao đổi nhiệt thường thiết kế với hệ số nhiễm phía nước (giá trị γ2 theo thiết kế) khoảng 0.0002 – 0.0006 m2.h.oC/kcal, phụ thuộc vào xu hướng cáu cặn dự kiến nước lafmmats Do đó, γ2 phải trì giá trị thiết kế Độ dày cáu cặn cho phép ước đoán từ giá trị giá trị γ2 theo thiết kế λ2 λ2 dự đoán hợp lý từ chất lượng nước làm mát chương trình xử lý hóa chất (3) Bơm tuần hồn nước làm mát Bơm tuabin thường dùng để bơm nước tuần hoàn làm mát hệ thống (4) Kim loại thường sử dụng Những thiết bị tiếp xúc với nước làm mát thiết bị trao đổi nhiệt, đường ống, bơm, tháp làm mát, bể nước làm mát cảm biến đo lường Ngoại trừ tháp làm mát, hầu hết thiết bị làm từ kim loại Bảng 3.4 mô tả đặc điểm kim loại sử dụng rộng rãi để làm ống thiết bị trao đổi nhiệt Bảng 3.4 Kim loại dùng cho ống thiết bị trao đổi nhiệt Kim loại Đường ống Đặc điểm Ống thép Carbon Có tính kinh tế khả làm việc tốt dễ bị ăn (JIS G3452; mịn Đơi quan sát thấy rãnh vị trí mối hàn ống SGP) hàn kháng điện, chí nước xử lý phương pháp thích hợp ống mạ điện Chống ăn mòn lớp kẽm mạ kiện giữ lại (JIS G3442; Xảy ăn mòn điện kẽm cao điện SGPW) sắt nhiệt độ 50oC Ông thép C PVC Chống ăn mòn đắt Sử dụng rộng tãi hệ thống nước làm mát cỡ nhỏ THIẾT BỊ Ống thép C Kinh tế, khả làm việc tốt, chất lượng đáng tin cậy Sử TRAO (JIS G3461; STB) dụng rộng rãi trừ dịng cơng nghệ có tính ăn mịn ĐỔI Tấm thép khơn gỉ sắt mạnh Loại ống không mối hàn nên dùng cho NHIỆT (Trừ thiết bị trao thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm đổi nhiệt ống chùm) (JIS G3101; SS; JIS G3106; SM) Ống thép khơng Chống ăn mịn Sử dụng rộng rãi đặc tính học gỉ vật lý xuất sắc độ tin cậy cao Một vài khả ăn mòn (JIS G3463; SUS- nứt, rỗ, hở ăn mịn TB) Đồng (JIS H3300) Đặc tính học, độ dẫn nhiệt, khả làm việc, tính hàn chống ăn mòn xuất sắc nhiều điều kiện hoạt Đồng thau (hợp động kim đồng – kẽm) Ăn mòn mơi trường oxi hóa có mặt ammonia Đồng thiếc Một số khả bị ăn mòn rỗ bị va đập, tốc độ dòng chảy cao Cupronickel (Hợp kim đồng – nikel) 3.1.3 Cân nước hệ thống nước làm mát (1) Cân nước hệ thống nước làm mát tuần hồn hở Hình 3.9 mơ tả dịng nước hệ thống nước làm mát tuần hồn hở Lượng nước bay hơi, lượng nước lơi cuốn, nước xả đáy, nước bổ sung thường tính tốn Bảng 3.5 trình bày khái niệm thường gặp kí hiệu chúng liên quan đến tính toán cân nước hệ thống nước làm mát Bảng 3.5 Thuật ngữ ký hiệu liên quan đến việc tính tốn cân nước hệ thống nước làm mát tuần hoàn hở Lưu lượng nước tuần hoàn (R), (m3/giờ) Tổng lượng nước làm mát tuần hoàn bơm Tổng thể tích nước làm mát (H), (m3) Tổng lượng nước lưu hệ thống nước làm mát bao gồm đường ống, bể chứa nước tháp làm mát… Lượng nước bay (E), (m3/giờ) Nước bị bay Lượng nước lôi (W), (m3/giờ) Nước bị bị lôi Lượng nước xả đáy (B), (m3/giờ) Lượng nước xả đáy từ hệ thống để kiểm sốt số tuần hồn Lượng nước bổ sung (M), (m3/giờ) Lượng nước bổ sung vào hệ thống Chênh lệch nhiệt độ qua tháp làm mát Sự chênh lệch nhiệt độ nước làm mát đầu (ΔT), (0C) vào đầu tháp làm mát Chỉ số tuần hoàn (N) Tỷ lệ nồng độ chất rắn hòa tan nước tuần hoàn so với nước bổ sung Thời gian lưu (TR), (giờ) Thời gian cần thiết để trao đổi lượng nước hệ thống nước bổ sung tương ứng với lượng xả đáy lôi Half life time (TH), (giờ) Thời gian cần thiết để nồng độ hóa chất giảm 50% khơng bổ sung thêm hóa chất (a) Lượng nước bay hơi: Khi tổng lượng nhiệt dịng lưu chất cơng nghệ lấy với tổng lượng nhiệt giải phóng nước làm mát bay tháp nước làm mát, phương trình sau thỏa mãn: (3.5) Với C: Nhiệt dung riêng đẳng áp nước (kcal/kg0C) (0,998 kcal/kg 0C nước nhiệt độ 40 0C); HL: Ẩn nhiệt hóa nước (kcal/kg) (khoảng 578 kcal/kg nước nhiệt độ 40 0C) Do phương trình (3.6) suy từ phương trình (3.5) sau: (3.6) Vì vậy, 1% lượng nước tuần hồn bốc chênh lệch nhiệt độ xấp xỉ 5.8 oC Tuy nhiên, vào mùa đông lượng nước mát bay thực tế nhỏ so với tính tốn nước làm nguội khơng khí lạnh Phương trình 3.7 sau dùng để tính tốn xác lượng nước mát bay cách xem xét ảnh hưởng nhiệt độ không khí (nhiệt độ bầu khơ) lên q trình bay nước tháp làm mát (3.7) Với Td: Nhiệt độ khơng khí (Nhiệt độ bầu khơ - 0C) (b) Lượng nước lôi cuốn: Lượng nước mát phụ thuộc vào điều kiện thiết kế vận hành tháp làm mát Nhìn chung, lượng mát lơi chiếm khoảng 0.05% đến 0.2% lưu lượng nước làm mát tuần hoàn tháp làm mát đối lưu cưỡng (c) Lượng nước xả đáy (blowdown): Lượng nước xả đáy xác định dựa vào hiệu chất ức chế cáu cặn chất ức chế ăn mòn chất lượng lưu lượng nước bổ sung Phương pháp tính tốn lượng nước xả đáy mơ tả phần tính số tuần hồn (d) Lượng nước bổ sung: Trong hệ thống nước làm mát, thể tích nước bể chứa ln giữ ổn định điều kiện vận hành bình thường Vì vậy, lượng nước bổ sung tương đương với lượng nước mát bay hơi, lôi xả đáy (3.8) (e) Chỉ số tuần hoàn: Chỉ số tuần hoàn biểu thị tỷ số nồng độ chất rắn hòa tan nước tuần hoàn so với nồng độ chất rắn hòa tan nước bổ sung, xác định theo phương trình sau: (3.9) Với CR: nồng độ chất rắn hịa tan nước tuần hồn; CM: nồng độ chất rắn hòa tan nước bổ sung Ở điều kiện ổn định, lượng chất rắn hòa tan lượng nước bổ sung cấp vào hệ thống tương đương với lượng chất rắn xả khỏi hệ thống qua xả đáy lơi (3.10) Từ phương trình (3.9) (3.10) suy phương trình (3.11) sau: (3.11) Khi nguyên nhân cáu bẩn gây cặn vi sinh dự đốn, có mặt vi sinh vật nên quan sát kính hiển vi (e) Tập hợp sử dụng kết kiểm tra Kết kiểm tra có q trình dừng bảo dưỡng nhà máy ghi lại cho thiết bị trao đổi nhiệt để tham khảo thông số thiết bị trao đổi nhiệt, điều kiện làm việc thực tế, kết kiểm tra lần trước, chất lượng nước… Sau đó, kết sử dụng giúp cho trình vận hành hệ thống nước làm mát hiệu an toàn (2) Làm thiết bị trao đổi nhiệt Một lượng sản phẩm ăn mòn, cáu cặn cặn vi sinh lắng đọng thiết bị trao đổi nhiệt sau thời gian dài hoạt động Những thành phần cáu bẩn gây vấn đề giảm hiệu trao đổi nhiệt tăng tốc q trình ăn mịn Do đó, làm thiết bị trao đổi nhiệt điều cần thiết giúp cho hệ thống nước làm mát hoạt động hiệu an tồn Vì vấn đề làm thiết bị trao đổi nhiệt mô tả chi tiết chương 9, lưu ý cho việc làm thiết bị trao đổi nhiệt giải thích ngắn gọn Thành phần cáu bẩn lắng đọng ống trao đổi nhiệt thường loại bỏ cách sử dụng vòi nước áp suất cao (200 -350 kg/cm2), trừ trường hợp phần vỏ ống dạng thiết bị trao đổi nhiệt ống cố định Bảng 3.40 phá hủy kim loại làm vòi nước cao áp Hóa chất làm dùng cho phần vỏ ống thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống cô định, bao nước theiets bị phản ứng… - phần mà khó làm vòi nước cấu trúc Tuy nhiên, biện pháp yêu cầu để phòng tránh vấn đề gây việc làm acid: - Xả hoàn toàn phần bùn khỏi thiết bị trao đổi nhiệt cách dùng dung dịch làm có tốc độ cao, dùng đủ lượng nước rửa sau làm - Sử dụng chất trung hịa thích hợp quy trình thụ động hóa sau làm để đề phòng vấn đề ăn mòn gây acid dư bùn - Bảo quản thiết bị trao đổi nhiệt điều kiện khơ để phịng tránh vấn đề ăn mòn sau làm hoạt động trở lại 3.6.4 Lưu ý xử lý nước làm mát cho nhà máy Trong nhà máy mới, đơi ăn mịn khơng mong muốn xảy mãnh liệt thiết bị trao đổi nhiệt làm thép C kiểm tra lần bảo dưỡng Nguyên nhân gây trình ăn mòn xem xét nguyên nhân sau: - Quá trình test thủy lực, nước rửa thiết bị trao đổi nhiệt, q trình chạy thử mà khơng xử lý nước ăn mòn cho thiết bị trao đổi nhiệt trước sử dụng hóa chất xử lý nước làm mát - Chất lượng nước thay đổi, ngừng tuần hoàn nước không mong muốn gây thay đổi hoạt động hệ thống, vấn đề trình vận hành nhà máy… phá hủy tác dụng biện pháp xử lý nước gây ăn mòn thiết bị trao đổi nhiệt trình chạy thử - Thành phần cáu bẩn ống thiết bị trao đổi nhiệt mới, cáu cặn nghiền hình thành trình xây dựng, dầu mỡ chống gỉ dùng cho sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt, bùn, cát, vụn hàn… bám dính ống q trình xây dựng, phá hủy tác dụng hóa chất xử lý nước gây ăn mòn cục ống trao đổi nhiệt (1) Phòng tránh ăn mòn nhà máy Những biện pháp phòng chống ăn mòn xảy nhà máy mô tả (a) Xác nhận lại điều kiện hoạt động ehje thống trước khởi động chạy lại Vì điều kiện thiết kế nhà máy điều chỉnh trước trình xẩy dựng, điều kiện hoạt động cuối thiết bị trao đổi nhiệt (vật liệu điều kiện hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt ) hệ thống xác nhận lại trước hoạt động bắt đầu (b) Ức chế ăn mịn thiết bị trao đổi nhiệt suốt q trình thử thủy lực Khi thử thủy lực thiết bị trao đổi nhiệt làm thép C, lượng đủ chất ức chế ăn mòn nitrit polyphotphat châm vào nước thử nghiệm để phòng tránh ăn mòn điều kiện ứ đọng (c) Ức chế ăn mòn trình rửa hệ thống nước làm mát Nước rửa xả thiết bị trao đổi nhiệt thường thực sau hồn tất q trình rửa xả hệ thống ống Thậm chí q trình rửa xả đường ống, việc sử dụng chất ức chế ăn mòn chất khuếch tán khuyến cáo để chống ăn mòn cho đường ống đẩy mạnh việc loại bỏ vật liệu bám dính khỏi đường ống Tại q trình rửa xả thiết bị trao đổi nhiệt, chất ức chế ăn mòn polyphotphat châm vào nước rửa xả với xử lý ban đầu để chống ăn mòn Trong trình rửa xả, thành phần cáu bẩn, dầu, vụ hàn, bùn, cát, rỉ nằm hệ thống phân tán tăng độ tan nước tuần hoàn Việc sử dụng chất phân tán polymer chất hoạt động bề mặt làm tăng tốc trình loại bỏ thành phần cáu bẩn giữ hệ thống khỏi tạp chất lắng đọng lại Hình 3.81 mơ tả tác dụng hóa chất rửa xả dùng polyphotphat, polymer chất hoạt động bề mặt Nó cho tác dụng loại bỏ thành phần cáu cặn xuất sắc, đặc biệt dầu rỉ sắt Sau đạt độ tan nước rửa xả mức tối đa, nước rửa xả xả khỏi hệ thống cách cấp nước fresh Khi độ tan nước tuần hoàn giảm xuống 20 độ, q trình rửa xả hồn thành.Trong suốt trình xả, nồng độ chất ức chế polyphotphat nên giữ mức cao nồng độ tối thiểu để phòng tránh tượng ăn mòn (d) Ức chế ăn mịn q trình chạy thử nghiệm Quá trình xử lý ban đầu cách sử dụng nồng độ cao chất ức chế ăn mòn thực để tạo lớp màng phim bảo hệ tồn bề mặt kim loại để phịng tránh q trình ăn mịn ban đầu sau hồn thành q trình rửa xả Khi hệ thống tạm dừng thời gian dài sau chạy thử nghiệm hoạt động bình thường, thiết bị trao đổi nhiệt nên cho chứa đầy nước với chất ức chế ăn mòn nồng độ xử lý ban đầu giữ khơ hồn tồn sau xả thải Khi chất lượng nước làm mát thay đổi mạnh điều kiện hoạt động sản xuất thay đổi suốt trình thử nghiệm, chất ức chế ăn mịn polyphotphat polyphotphat-kẽm nên châm mức cao mức châm trung bình để đạt hiệu chống ăn mịn ổn định (2) Tiền xử lý cho ống thiết bị trao đổi nhiệt thép khơng gỉ (a) Ăn mịn rỗ ống nguyên nhân Thậm chí hệ thống nước làm mát xử lý đầy đủ, ống thép không gỉ thiết bị trao đổi nhiệt có xu hướng bị cơng ăn mòn rỗ, độ sâu tối đa lỗ thường 0.2 – 0.3 mm cho tháng khoảng 0.5 cho năm Tốc độ ăn mòn rỗ thường thấp mức 0.1 – 0.2 mm/ năm sau làm thiết bị trao đổi nhiệt với vòi nước cao áp lần dừng bảo dưỡng (Hình 3.82) Ngun nhân ăn mịn rỗ ban đầu ống chủ yếu cáu bẩn với cáu cặn nghiền, dầu mỡ, vụn hàn, bùn, cát… (b) Ức chế ăn mòn rỗ cho ống tiền xử lý Như mô tả phần 3.6.4 (1), việc áp dụng biện pháp phù hợp cho thử nghiệm thủy lực thiết bị trao đổi nhiệt, rửa xả nước xử lý ban đầu hệ thống… giảm hiệu tốc độ ăn mòn rỗ ống thiết bị trao đổi nhiệt Tuy nhiên, yêu cầu giảm ăn mòn rỗ ban đầu, việc áp dụng tiền xử lý đặc biệt cho ống cho hiệu Bảng 3.41 tác dụng biện pháp tiền xử lý ống thép C Tiền xử lý với polyphotphat chất hoạt động bề mặt phịng chống hồn tồn nguy ăn mịn rỗ ống mới, tiền xử lý loại bỏ cáu cặn nghiền, dầu chống rỉ… (c) Phương pháp áp dụng tiền xử lý Phương pháp áp dụng cho thiết bị trao đổi nhiệt làm thép C Lắp đặt tạm thời ống cho tiền xử lý (HÌnh 3.83) hóa chất châm vào theo mức định trước Dung dịch tiền xử lý tuần hoàn nhiệt độ 50 – 60oC – 5h Sau tiền xử lý, rửa xả nước xử lý ban đầu với chất ức chế ăn mịn polyphotphat Sau đó, ống tạm thời tháo bỏ thiết bị trao đổi nhiệt kết nối vào đường ống nước làm mát 3.7 Tiết kiệm nước lượng cho hoạt động hệ thống nước làm mát Chi phí hoạt động cho hệ thống nước làm mát tuần hồn hở tóm tắt sau: - Chi phí điện - Chi phí nước - Chi phí làm thiết bị trao đổi nhiệt - Chi phí cho hóa chất xử lý nước - Chi phí thay ống thiết bị trao đổi nhiệt Chi phí đầu tư khấu hao hạ tầng, lợi tức phần ngồi chi phí xem xét Bảng 3.42 điều kiện hoạt động thông số hệ thống nước làm mát mẫu nhà máy hóa dầu để thảo luận tác dụng tiết kiệm nước lượng cách áp dụng chương trình xử lý nước phù hợp Bảng 3.42 Điều kiện hoạt động thông số hệ thống nước làm mát Chỉ tiêu Loại tháp làm mát Lưu lượng tuần hoàn (m3/h) Nhiệt độ nước vào tháp làm mát (oC) Công suất quạt điện tháp làm mát Công suất điện bơm tuần hồn Bay (m3/h) Lơi (m3/h) Thể tích nước hệ thống (m3) Số làm viêc năm (h/năm) Thiết bị trao đổi nhiệt Bề mặt trao đổi nhiệt Ống thiết bị trao đổi nhiệt Điều kiện hoạt động thơng số Thơng gió cảm ứng, dịng khí ngang 3000 43.6 32 (nhiệt độ bầu ướt: 27oC) 53 kW x3 đơn vị 150 x đơn vị 60 (2% lưu lượng tuần hoàn) (0.1% lưu lượng tuần hoàn) 1000 8000 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm x 20 đơn vị 100 m2/ đơn vị x 20 đơn vị Đường kính ngồi: 19mm Độ dày thành ống: 2.2 mm Độ dài: 5m Vận tốc dòng nước ống (m/s) Nhiệt độ nước đầu thiết bị trao đổi nhiệt (oC) Hệ số cáu bẩn thiết kế (phía nước làm mát) (m2.h.oC/kcal) Hệ số trao đổi nhiệt tổng (trung bình) (kcal/m2.h.oC) Chất lượng nước bổ sung Độ đục (độ) pH Độ dẫn điện (µS/cm) 6.8 – 7.8 200 Vật liệu: Thép C 1.0 ≤ 50 x 10^-4 500 M-alkalinity (mg CaCO3/l) 50 Độ cứng Ca (mg CaCO3/l) 50 Silica (mg SiO2/l) 30 Khi hệ thống hoạt động mà khơng xử lý nước với hóa chất số tuần hồn 1.5, chi phí hoạt động tính tốn theo bảng 3.43 Trong hệ thống nước làm mát, chi phí điện chiếm 66% tổng chi phí Do đó, tiết kiệm lượng điện từ quạt tháp làm mát bơm tuần hoàn quan trọng tiết kiệm chi phí tổng Bảng 3.43 Chi phí hoạt động ước tính Chỉ tiêu Chi phí hoạt động Chi phí (nghìn Tỉ lệ so với tổng chi yên/năm) phí (%) (1) Chi phí (a) Chi phí điện cho 12720 17 66 lượng quạt tháp làm mát (b) Chi phí điện cho 36000 49 bơm tuần hồn (2) Chi phí nước bổ sung 14400 19 (3) Chi phí làm thiết bị trao đổi nhiệt 3000 (vịi phun cao áp) (4) Chi phí thay ống thiết bị trao đổi 8000 11 nhiệt Tổng chi phí 74120 100 Chi phí ước Đơn giá điện 10 tính (n/kW) Chỉ số tuần hồn 1.5 Đơn giá nước bổ 10 (nước công nghiệp) sung (yên/m3) Chi phí làm 1500000 yên/20 đơn vị thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt cho lần/năm Chi phí thay ống 1200000 yên/ 100m2 bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt Ống trao đổi nhiệt thay năm 3.7.1 Tiết kiệm chi phí điện sử dụng hóa chất xử lý nước Khi hệ thống nước làm mát hoạt động mà không xử lý nước, hiệu thiết bị trao đổi nhiệt tháp làm mát bị giảm bám dính thành phần cáu bẩn sản phẩm ăn mòn, cáu cặn cặn vi sinh Khi tốc độ tuần hoàn nước lượng khí lưu thơng tháp tăng để bù vào hiệu đi, chi phí điện bơm tuần hoàn quạt tháp làm mát phải tăng lên Để giữ hiệu chúng tiết kiệm chi phí điện, việc sử dụng hóa chất xử lý nước phù hợp cần thiết để giữ chúng khỏi thành phần cáu bẩn Trong phần này, hiệu nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt với thành phần cáu bẩn phương pháp đề phòng tóm tắt (1) Hiệu nhiệt với sản phẩm ăn mòn Ống thiết bị trao đổi nhiệt làm thép C bị ăn mòn tốc độ cao 50 – 150 mg/dm2.ngày (0.25 – 0.75 mm/năm) tháp làm mát khơng xử lý nước hóa chất Hầu hết sản phẩm ăn mòn (90% hơn) bám dính bề mặt bề mặt ống làm giảm hiệu nhiệt Hình 3.84 ví dụ thay đổi hệ số trao đổi nhiệt tổng (U) thiết bị trao đổi nhiệt bị bám dính sản phẩm ăn mịn Độ dẫn nhiệt sản phẩm ăn mịn thép C tính khoảng 0.5 kcal/m.h.oC từ thay đổi U độ dày sản phẩm ăn mòn Độ dày cho phép sản phẩm ăn mòn thỏa mãn hệ số cáu bẩn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt tính độ dẫn nhiệt (Bảng 3.44) Trong trường hợp thiết bị trao đổi nhiệt thông thường với hệ số cáu bẩn thiết kế x 10^-4 m2.h.oC/kcal, tốc độ ăn mịn ống thép C phải kiểm sốt 10 mg/dm2.ngày (dưới 0.05 mm/năm) cách sử dụng chất ức chế ăn mòn để giữ độ dày sản phẩm ăn mòn 0.25mm nhỏ suốt năm hoạt động liên tục Mặt khác, việc sử dụng chất ức chế ăn mịn thích hợp làm giảm tốc độ dòng nước thiết bị trao đổi nhiệt mà khơng giảm hiệu chi phí điện tiết kiệm cho bơm tuần hồn Ví dụ, hệ thống nước làm mát Bảng 3.42, việc sử dụng chất ức chế ăn mòn cho phép dừng bơm số bơm để tiết kiệm chi phí điện Trong trường hợp này, tốc độ dòng nước ống thiết bị trao đổi nhiệt giảm từ 1.0 m/s xuống 0.67 m/s cách dừng bơm (2) Mất hiệu nhiệt với cáu cặn Tăng nhiệt độ nước số tuần hồn gây giảm hiệu nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt bám dính cáu cặn CaCO3, CaPO4… Hình 3.85 hiệu nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt với cặn canxi photphat tác dụng ức chế chất ức chế cáu cặn Do độ dẫn nhiệt canxi photphat khoảng 0.8 kcal/m.h.oC, mối quan hệ độ dày cáu cặn cho phép hệ số cáu bẩn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt tính bảng 3.45 Bằng xử lý với chất ức chế ăn mòn photphat, việc sử dụng chất ức chế cáu cặn khơng thể tránh để phịng chống thiết bị trao đổi nhiệt khỏi hiệu trao đổi nhiệt Trong trường hợp thiết bị trao đổi nhiệt có hệ số cáu bẩn thiết kế x 10^-4 m2.h.oC/kcal, cáu cặn bám dính 0.4 mm nhiều gây nhiệt cần thiết phải làm thiết bị trao đổi nhiệt để phục hồi hiệu Khi chất ức chế ăn mòn polyphotphat dùng mà không dùng chất ức chế cáu cặn, nhiệt độ nước cho phép cho bám dính cáu cặn 40 – 50oC, nhiên, giới hạn nheietj độ tăng lên 60 – 70oC sử dụng kết hợp chất ức chế ăn mòn photphat chất ức chế cáu cặn Trong hệ thống nước làm mát bảng 3.42, bơm tuần hoàn dừng, nhiệt độ nước đầu thiết bị trao đổi nhiệt tăng lên từ 50 đến 59oC với việc giảm tốc độ dịng nước Tuy nhiên, việc áp dụng hóa chất phù hợp, kết hợp photphat polymer, giữ cho hiệu thiết bị trao đổi nhiệt khoảng giá trị thiết kế cho phép cách phòng chống ăn mòn cáu cặn nhiệt độ nước đánh giá (3) Mất hiệu trao đổi nhiệt cặn vi sinh (màng nhầy) Nhiệt độ nước cấp nước quay nước làm mát thường tương ứng 30 40oC Khoảng nhiệt độ điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phát triển Do đó, màng nhầy phát triển nhanh chóng bám dính thiết bị trao đổi nhiệt làm giảm hiệu trao đổi nhiệt không xử lý nước Hình 3.86 độ tăng hệ số cáu bẩn thiết bị trao đổi nhiệt với cáu cặn vi sinh tác dụng phòng chống chất diệt vi sinh Sự giảm tốc độ dòng nước để giảm tiết kiệm chi phí điện làm tăng bám dính màng nhày sinh học tốc độ lắng đọng bùn (Hình 3.53 3.54) Tuy nhiên, sử dụng chất diệt vi sinh thích hợp phịng tránh tăng hệ số cáu bẩn (hình 3.86) Độ dẫn nhiệt màng nhày sinh học đo đạc khoảng 0.4 kcal/m.h.oC, mối quan hệ độ dày màng nhày cho phép hệ số cáu bẩn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt tính tốn bảng 3.46 Do độ dẫn nhiệt màng nhày nhỏ số thành phần cáu bẩn, độ bám dính màng nhày gây ảnh hưởng lớn hiệu thiết bị trao đổi nhiệt Do đó, kiểm soát vi sinh phỉa trọng với hoạt động tiết kiệm chi phí lượng hệ thống nước làm mát 3.7.2 Tiết kiệm chi phí lượng cho quạt tháp làm mát Nhiệt độ khơng khí giảm làm tăng hiệu tháp làm mát Do đó, quạt tháp làm mát hoạt động cố định tốc độ quay thiết kế nhiệt độ khơng khí, nước cấp bị q lạnh phần lượng điện cho quạt bị lãng phí mùa lạnh Năng lượng điện tiết kiệm kiểm soát tốc độ quay quạt dừng phần hoạt động quạt dựa theo thay đổi nhiệt độ khơng khí 3.7.3 Tiết kiệm chi phí nước với xử lý nước hóa chất Như bảng 3.43 ra, số tuần hoàn cho phép lớn thường 1.5 trogn trường hợp hệ thống hoạt động mà khơng có xử lý nước hóa chất Việc áp dụng hóa chất phù hợp cho phép tăng số tuần hoàn lên 5.0 cao Bảng 3.47 ví dụ tiết kiệm chi phí nước hệ thống nước làm mát số tuần hoàn tăng lên từ 1.5  6.0 cách sử dụng hóa chất thích hợp Khoảng 60% chi phí nước tiết kiệm cách sử dụng hóa chất so với trường hợp không sử dụng 3.7.4 Tiết kiệm chi phí bảo dưỡng thiết bị trao đổi nhiệt Việc áp dụng hóa chất xử lý nước thích hợp giữ cho thiết bị trao đổi nhiệt khỏi cáu bẩn kéo dài tuổi thọ thiết bị cách giảm tốc độ ăn mòn Tần suất làm thiết bị trao đổi nhiệt giảm xuống từ lần/năm lần/năm kéo dài tuổi thọ chùm ống thiết bị trao đổi nhiệt từ năm lên 10 năm 3.7.5 Tiết kiệm chi phí tổng cộng hoạt động hệ thống nước làm mát cách xử lý nước với hóa chất Việc áp dụng hóa chất xử lý nước phù hợp giữ cho thiết bị trao đổi nhiệt khỏi vấn đề cáu bẩn kéo dài tuổi thọ hoạt động điều kiện nhiệt độ nước cao tốc độ dòng nước thấp hoạt động tiết kiệm chi phí lượng Bảng 3.48 chi phí xử lý hóa chất cho hệ thống nước làm mát hệ thống hoạt động số tuần hồn 6.0 Chi phí hóa chất xử lý nước khoảng triệu yên/năm Bảng 3.48 Chi phí xử lý nước hóa chất Chỉ số tuần hoàn Tổng lưu lượng xả đáy (m3/h) Chi phí chất chống ăn mịn cáu cặn (nghìn n/ năm) Chi phí chlorination (nghìn n/năm) Chi phí chất diệt vi sinh khơng oxi hóa (nghìn n/năm) Chi phí tổng (nghìn n/ năm) Chi phí ước Chất chống ăn Loại tính mịn cáu cặn 6.0 12 5760 400 2640 8800 Photphonat polymer – Hợp chất chlorine Đơn giá (yên/kg) Liều lượng châm (mg/l) Loại Đơn giá (yên/kg) Liều lượng châm (kg/ngày) Loại Chất diệt vi sinh không oxi hóa Đơn giá (yên/kg) Liều lượng châm (kg) * Tính dựa lưu lượng xả đáy 800 75 * NaOCl 30 40 Hợp chất hữu brom 1100 100/ tuần Mặt khác, tiết kiệm chi phí hoạt động việc áp dụng hóa chất xử lý nước biện pháp khác có ý nghĩa quan trọng (Bảng 3.49) Bảng 3.49 Một ví dụ tiết kiệm chi phí hoạt động hệ thống nước làm mát cách áp dụng hóa chất xử lý nước (so với trường hợp khơng dùng hóa chất xử lý nước) Chỉ tiêu (1) Chi phí lượng (2) Chi phí nước bổ sung (3) Làm thiết bị trao đổi nhiệt (4) Chi phí thay ống chùm (5) Chi phí tiết kiệm (6) Chi phí hóa chất (7) Tổng chi phí tiết kiệm Phương pháp tiết kiệm chi phí (a) Kiểm soát tốc độ quạt (b) Dừng bơm tuần hồn (c) Sử dụng hóa chất (tăng số tuần hồn từ 1.5 lên 6.0) (d) Sử dụng hóa chất (Giảm tần suất làm sạch: từ lần/năm  lần/năm) (e) Sử dụng hóa chất (Giảm tần suất thay thế: từ năm  10 năm) (a) + (b) + (c) + (d) + (e) (5) – (6) Tỉ lệ tiết kiệm (%) Chi phí tiết kiệm (nghìn yên/năm) 74 9400 33 12000 60 8640 50 1500 70 5600 50 37140 - 8800 36 28340 Trong trường hợp này, khoảng 38% (28 triệu yên/ năm) tổng chi phí hoạt động tiết kiệm cách xử lý nước với hóa chất mà khơng xảy vấn đề so với không xử lý nước hóa chất điều kiện làm việc ... nước làm mát (1) Tháp làm mát Tháp làm mát dùng để làm mát nước nóng tuần hồn Trong tháp làm mát, nước nóng tiếp xúc với khơng khí lạnh phần nước bay Kết nước nóng làm mát cách tỏa ẩn nhiệt hóa Tháp. ..Hóa chất cơng nghệ xử lý nước làm mát mô tả chủ yếu liên quan đến hệ thống nước làm mát gián tiếp Xử lý cho hệ thống nước làm mát gián tiếp trình bày chương 8, xử lý nước cho Nhà máy Sắt... thống nước làm mát 3.1.1 Phân loại đặc điểm hệ thống nước làm mát (1) Hệ thống nước làm mát tuần hoàn hở Mơ tả hệ thồng làm mát tuần hồn hở điển hình (Hình 3.1) Trong hệ thống này, nước làm mát lấy