Эксплуатация промышленных систем охлаждения c морской водой

Чтобы эксплуатировать системы охлаждения с морской водой, необходимо досконально понимать то, как меняются характеристики водно-химического состава Мирового океана

Глобальный экономический рост вызывает нехватку пресной воды, поэтому в системах водяного охлаждения всё чаще используют морскую воду. Это можно наблюдать во многих регионах мира, особенно в Средиземноморье, Ближнем Востоке, Латинской Америке. Большинство таких холодильных установок являются прямоточными, поэтому для их работы нужны большие объемы воды, что может вызвать проблемы с ее утилизацией. Хотя прямоточные системы по-прежнему широко распространены, увеличивается количество и открытых систем охлаждения.

Морская вода в производстве холода создает ряд особых проблем. Высокая концентрация растворенных солей оказывает большое влияние на физические и химические свойства воды. По этой причине, проектируя системы охлаждения, необходимо закладывать тип и программу их постоянного обслуживания.

Эффективные методы обслуживания, контроля и улучшение работы систем охлаждения сохраняют на должном уровне их производительность и снижают тепловое загрязнение окружающей среды. Чтобы разработать комплексную программу, необходимо досконально понимать то, на сколько ионный заряд и водно-химические характеристики воды различаются по всему миру.

Состав морской воды

Приблизительно 97 процентов всей воды на поверхности Земли - морская. Она представляет из себя почти постоянный набор солей в различных концентрациях. В морской воде растворено более 70 элементов, однако всего шесть из них - хлорид, натрий, сера, магний, кальций и калий - занимают более 99 процентов всего соляного состава.

По сравнению с пресной водой, морская - это очень стабильный раствор, который имеет одинаковый состав по всему миру. Обычно соленость колеблется от 3,1 до 3,8 процента (в среднем 3,5 процента или 35 г/л). Интенсивное испарение приводит к тому, что соленость воды в тропиках заметно повышается. Напротив, сток пресной воды в некоторых закрытых северных районах, таких как Балтийское море, разбавляет морскую воду почти до пресной.

Коррозия, накипь, минеральный и биологический состав, отложения - проблемы, которые необходимо учитывать независимо от источника воды. При химической обработке холодильных установок с морской водой особое внимание следует уделять:

• Накипи;
• Масштабным отложениям на поверхностях и биопленкам.

Химические вещества снижают количество отложений, но без механических средств, таких как фильтрация, не обойтись. Поскольку морская вода очень агрессивна, места, наиболее подверженные коррозии, обычно покрываются тщательно подобранными материалами. Проблему с накипью следует решать химическим способом, и постоянно наблюдать за водным составом.

Составление программ обслуживания систем охлаждения с морской водой

Чтобы прогнозировать склонность к наиболее распространённым отложениям (карбонат кальция (CaCO₃) и сульфат кальция (CaSO₄)), методы химической обработки используют индексы насыщения. Они не позволяют сделать надежный долгосрочный прогноз в отношении ионного заряда и уникального показателя pH морской воды. Когда используются эти индексы, происходит недостаточная или избыточная обработка, что сказывается либо на технических характеристиках, либо на стоимости обслуживания системы.

Компьютерное моделирование отложений из морской воды одновременно сравнивает множество вариантов. Программа визуализирует результаты и рекомендует нужные параметры для системы. Программные алгоритмы динамично реагируют на изменения, дают оценку, прогноз и высчитывают параметры, чтобы получить оптимальные характеристики холодильной установки.

Химическая обработка морской воды

Основное внимание при работе холодильных установок с морской водой уделяется накипи из карбоната кальция. Это важно для всех открытых и прямоточных систем охлаждения, где температура поверхности и тепловые потоки превышают порог, после которого образуется осадок.

Традиционные ингибиторы отложений - химические соединения на основе фосфонатов - добавляются либо отдельно, либо в составе полимерных соединений. С ними работа систем охлаждения с повышенной продуктивностью ограничена. Еще одна проблема, связанная с этим подходом, - это негативное воздействие на окружающую среду. Содержание фосфора в сбросах воды увеличивает риск, что разрастутся водоросли и повредятся коралловые рифы.

Ингибиторы накипи, устойчивые к галогенам, которые не содержат фосфор, азот или металлы, увеличивают производительность установок, снижают расход воды и тепловое загрязнение. Эти ингибиторы отложений способны увеличить количество циклов, в каждом из которых концентрация солей в воде повышается, до трех. Это снижает расходы на перекачку воды и общую стоимость эксплуатации холодильных установок.

Наблюдение и контроль

Чтобы предотвратить накипь в теплообменниках холодильной установки, химическую обработку воды необходимо контролировать. Однако, чтобы наблюдать за процессом, приборов и инструментов на предприятиях зачастую не хватает.

Во многих случаях регулярно берут пробы воды, измеряют температуру технологического процесса и скорость потока жидкости. После ввода данных, программа прогнозирует параметры теплопередачи и чистоты теплообменника. Эти методы наблюдений часто не позволяют отслеживать процессы в реальном времени и позволяют предприятиям вносить изменения в систему только в том случае, когда производительность оборудования внезапно снижается.

Существуют инструменты для наблюдений, которые высчитывают параметры теплопередачи и водного потока, одновременно измеряя количество осадка в режиме реального времени. Когда характеристики системы охлаждения ухудшаются, прибор дает сигнал. Это дает возможность оператору отследить параметры процесса, понять причины, почему производительность снижается, и предпринять необходимые действия, чтобы остановить негативное воздействие на систему.

Промышленным предприятиям по всему миру необходимо снижать расходы при эксплуатации градирен с морской водой не меньше, чем градирен с пресной. Хотя морская вода на промышленных предприятиях легкодоступна, ее перекачка, предварительная обработка в прямоточных охлаждающих системах, или с практически единичными циклами, при которых концентрация солей увеличивается, стоит дорого. Программные средства моделирования и наблюдений улучшают работу промышленных систем охлаждения с морской водой.

Источник: Process Cooling