Содержание

Расчет оборотной системы водоснабжения
Оборотное водоснабжение
Что такое оборотное водоснабжение
Использование системы оборотного водоснабжения
Расчет системы оборотного водоснабжения
РАСЧЕТ ОБОРОТНОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Расчет оборотной системы водоснабжения

В промышленном водоснабжении основную роль играют системы оборотного водоснабжения. Нагретая в теплообменных аппаратах оборотная вода охлаждается в градирнях, брызгальных бассейнах, водохранилищах (прудах) — охладителях или других устройствах и циркуляционными насосами снова подается в цикл.

При этом она многократно и последовательно подвергается различным физико-химическим воздействиям – изменяет температуру, аэрируется, в некоторых случаях загрязняется и частично теряется вследствие испарения и капельного уноса в атмосферу. Испарение части воды вызывает постепенное повышение ее минерализации.

Вода становится коррозионно-активной, способной к отложению минеральных солей, постепенно в ней накапливаются пыль и продукты коррозии. Поэтому для восполнения потерь оборотной воды и восстановления ее качества системы получают подпиточную воду.

Оборотное водоснабжение можно осуществить в виде единой системы для всего промышленного предприятия либо в виде отдельных циклов для отдельного цеха или группы цехов.

В обычных системах оборотного водоснабжения, где циркулирующая вода не загрязняется технологическими продуктами, повышение минерализации предотвращается продувкой (сбросом части оборотной воды) и пополнением системы подпиточной свежей водой из природных источников, которая проходит необходимую очистку и корректировку состава.

В зависимости от качества оборотной воды и требований, предъявляемых к качеству потребляемой воды, часть общего расхода оборотной воды может подвергаться обработке (умягчению, обессоливанию, удалению взвесей и т.п.) с последующим возвращением ее в систему.

Вместо свежей воды для подпитки можно использовать дочищенную до норм качества технической воды смесь промышленных и бытовых сточных вод, предварительно прошедших биологическую очистку, либо промышленные стоки после достаточно глубокой локальной физико-химической очистки.

Подпитка замкнутых систем свежей водой допускается в случае, если недостаточно очищенных сточных вод для восполнения потерь воды.

Схема оборотной системы водоснабжения с охлаждением воды и подпиткой свежей водой из водоема представлена далее.

ОХЛ – система охлаждения воды; НС – насосная станция;

Q – расход оборотной воды;

Q ₁ – потери воды при испарении;

Q ₂ – потери воды при разбрызгивании;

Q ₃ – потери воды при продувке

Рис. Схема оборотной системы водоснабжения

Потери воды на испарение при охлаждении Q ₁ , м 3 /ч, определяются по формуле

где К_исп – коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимаемый для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха (по сухому термометру), а для водохранилищ (прудов )- охладителей в зависимости от естественной температуры в водотоке;

Δ t – перепад температур воды, о С ;

Q – расход оборотной воды, м 3 /ч.

Перепад температур воды равен

где t ₁ – температура воды, поступающей на охладитель (пруд, брызгальный бассейн, градирню); t ₂ – температура охлажденной воды.

Температура воздуха t _возд , о С

Оборотное водоснабжение

Содержание статьи

Что такое оборотное водоснабжение

Оборотное водоснабжение – это система обеспечения водой нужд производственного предприятия, при которой использованная вода после соответствующей подготовки подаётся повторно. Оборотное водоснабжение или водооборотный цикл представляет собой замкнутую систему, состоящую из различного технологического оборудования, соединённого трубопроводами.

Вода достаточно дорогой ресурс, её доставка на предприятие также требует определённых затрат. Поэтому для экономии средств предприятия имеет смысл использовать воду повторно. После использования и прохождение через оборудование вода, как правило, меняет свои свойства, может загрязняется продуктами производства. Сброс такой воды негативно влияет на окружающую среду, что в свою очередь может повлечь санкции со стороны контролирующих органов в области экологии.

Использование системы оборотного водоснабжения

Чаще всего вода используется как теплоноситель для нагрева или охлаждения оборудования. Также оборотное водоснабжение используется в гальванике, в горнодобывающей промышленности, ТЭЦ, в пищевом производстве и др.

Как указывалось выше, после прохождения воды через оборудование, она, как правило, загрязняется продуктами производства, поэтому перед повторным использование воду необходимо подготовить (произвести водоподготовку). В зависимости от характера загрязнений используют различные способы водоподготовки — отстаивание, фильтрация, добавление реагентов, охлаждение, продувка.

Фильтрация используется для очистки воды от механических загрязнений. Очень часто используется боковая фильтрация, когда фильтруется не весь поток воды, а его часть, при этом поддерживается допустимая концентрация примесей. В случае выхода из строя фильтра такая система позволяет какое-то время продолжать рабочий процесс, до замены фильтрующего элемента. Также для механической очистки воды применяются резервуары-отстойники.

Для очистки воды от растворённых примесей используется химическая очистка воды. Так, для декарбонизации жёсткой воды во избежание соляных отложений используют различные кислоты, для уменьшения коррозии трубопроводов и оборудования добавляют ингибиторы коррозии. Если вода подвергается аэрации и в ней содержится большое количество биологических веществ, то оборудование и трубопроводы могут быть подвержены биологическим обрастаниям. Для предотвращения этого воду хлорируют.

Также для снижения концентрации растворённых загрязнений применяют продувку. Продувка — это добавление в систему оборотного водоснабжения чистой воды. В зависимости от технологических процессов, например, при гальванике воду очищают выпариванием и осмосом.

Во время технологического процесса часть воды может теряться в результате испарений и капельного уноса; для компенсации этих потерь в схеме оборотного водоснабжения предусматривается подпитка.

Все перечисленные способы водоподготовки направлены на достижения воды нужного качества. Таким образом, система оборотного водоснабжения позволяет поддерживать длительное время состав циркулирующей воды.

Расчет системы оборотного водоснабжения

Общий расход воды в оборотной системе складывается из расходов воды в промежуточных и концевых воздухоохладителях, а также в конденсаторах ХМ систем осушки воздуха станции. Учитываются также расходы воды в маслоохладителях и цилиндрах компрессоров.

I) вычисляются тепловые нагрузки теплообменников — водопотребителей:

а) тепловая мощность промохладителя Q_по:

= 174,1 кВт;

б) тепловая мощность концевого охладителя ВОК Q_B₀_K:

= 145,4 кВт;

в) тепловая мощность конденсатора холодильной машины системы осушки Q_к = 52,83 кВт определена в расчете цикла ХМ;

2) вычисляются расходы воды в указанных аппаратах соответственно:

= 8,31 кг/с (л/с);

= 6,94 кг/с (л/с);

= 2,52 кг/с(л/с),

где с_w = 4,19 кДж/(кг∙К) — теплоемкость воды;

3) вычисляется суммарное потребление воды в компрессорной установке с учетом расхода воды на охлаждение масла и цилиндров компрессора:

= 19,55 кг/с (л/с),

или в объемных единицах :

=70,37м 3 /ч;

4) общий расход оборотной воды на компрессорной станции равен:

= 99,7 кг/с (л/с).

или в объемных единицах:

= 351,9 м /ч

Оценивается ориентировочно необходимая площадь поперечного сечения пленочного оросителя вентиля горной градирни F’_ор:

где g’_ор — первоначально принятая плотность орошения, м 3 /(м 2 ∙ч).

Выбирается секционная вентиляторная градирня [1] типа «Союзводоканалпроекта» с поперечным сечением секции в 16 м 2 (см. табл. 2 приложения).

То есть при количестве секций n_сек = 3 F_ор = 48 м 2 . Тогда действительная плотность орошения g_ор составляет:

Температура оборотной воды на выходе из градирни оценивается по номограммам [3] и составляет:

=17,7 °С при t_м.т = 11 °С и при t_м.т = 19,5 °Сt_w₁ = 25,1 °С, т. е. она практически совпала со значением предварительного расчета;

5) вычисляется требуемый напор подаваемой оборотной воды.

Для определения напора необходим гидравлический расчет всей системы водоснабжения, который возможен только после составления монтажной схемы. При ее отсутствии требуемый напор H_w, м, оценивается приблизительно.

где h_гр =10 м — высота подъема воды в градирню от уровня воды в бассейне, откуда производится забор воды; h_ф = 5 м — требуемый перепад в разбрызгивающих воду устройствах (форсунках); h_г = 15 м — потери напора от гидравлических сопротивлений в системе циркуляции воды.

Таким образом, H_w = 10 +5 +15 = 30 м;

6)в соответствии с нормами проектирования число рабочих насосов оборотной воды должно быть не менее 2. Если = 2, то производительность одного насоса должна быть не менее = 175,9 м 3 /ч.

Принимаем к ycтановке 2 рабочих и 2 резервных центробежных насоса с

двухсторонним входом типа Д200-.36 срасчетными параметрами:

подача =180м 3 /ч,

напор =38 м;

мощность электродвигателя N_дв = 40 кВт;

частота вращения ротора n_дв = 1450 об/мин.

Потребляемая мощность насоса N_w составляет:

где = 0,82 (0,73 0,88 — диапазон значении КПД насосов тина Д); Y_H — рабочая производительность насоса, м 3 /с; ρ = 1000 кг/м 3 — плотность воды; g = 9,81 м/с 2 — ускорение свободного падения.

РАСЧЕТ ОБОРОТНОЙ СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Задание: В соответствии с заданным вариантом (табл.1) определить величину продувки Q₃ (сброса части оборотной воды из системы) и расходадобавляемой в систему свежей воды Q_свеж. из водоема для компенсации потерь воды.

Таблица 1 Исходные данные

Номер варианта	Расход оборотной воды Q, м 3 /ч	Температура воды, поступающей на охладитель, t₁, о С	Охладитель
Вентиляторная градирня с каплеуловителем
Башенная градирня без каплеуловителя
Башенная градирня с каплеуловителем
Вентиляторная градирня с каплеуловителем
Брызгальный бассейн
Для всех вариантов: 1) температура охлажденной воды t₂ = 28 о С; 2) температура воздуха, t_возд = 20 о С; 3) лимитирующий загрязнитель – общее солесодержание.

Схема оборотной системы водоснабжения с охлаждением воды и подпиткой свежей водой из водоема представлена на рис. 1.

Продувка Q₃Q

Q₁

Q₂

Подпитка

П – производство; ОХЛ – система охлаждения воды; НС – насосная станция;

Q – расход оборотной воды; Q₁ – потери воды при испарении; Q₂ – потери воды

при разбрызгивании; Q₃ – потери воды при продувке

Рис. 1. Схема оборотной системы водоснабжения

Потери воды на испарение при охлаждении Q₁ , м 3 /ч, определяются по формуле [3]

где К_исп – коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением в общей теплоотдаче, принимаемый для брызгальных бассейнов и градирен в зависимости от температуры воздуха (по сухому термометру) (табл. 2), а для водохранилищ (прудов)-охладителей в зависимости от естественной температуры в водотоке; Δt – перепад температур воды, о С; Q – расход оборотной воды (табл. 1), м 3 /ч.

Перепад температур воды равен

где t₁ – температура воды, поступающей на охладитель (пруд, брызгальный бассейн, градирню) (табл. 1); t₂ – температура охлажденной воды.

Температура воздуха t_возд, о С

Значения коэффициента К_исп для градирен и брызгальных бассейнов 0,001 0,0012 0,0014 0,0015 0,0016

Потери воды р₂ в брызгальных бассейнах и градирнях вследствие уноса ветром принимаются по таблице 3 (СНиП 2.04.02-84)

Охладитель Потери воды р₂ вследствие уноса ветром, % расхода охлаждаемой воды

Вентиляторные градирни с водоуловительными устройствами: при отсутствии в оборотной воде токсичных веществ; при наличии токсичных веществ Башенные градирни без водоуловительных устройств Башенные градирни с водоуловительными устройствами Открытые и брызгальные градирни Брызгальные бассейны производительностью, м 3 /ч: до 500 св. 500 до 5000 св. 5000 0,1 – 0,2 0,05 0,5 – 1 0,01 – 0,05 1 – 1,5 2 – 3 1,5 – 2 0,75 — 1

Требования к качеству оборотной воды и воды для подпитки теплообменных систем оборотного водоснабжения в химической промышленности приведены в табл. 4 [3].

Показатель Оборотная вода Подпитывающая вода

при работе со сбросом (продувкой) при работе без сброса (замкнутый цикл)

Жесткость, экв/м 3 : карбонатная постоянная Общее солесодержание, г/м 3 Окисляемость перманганатная (на О₂), г/м 3 ХПК (на О₂), г/м 3 Содержание, г/м 3 : хлоридов сульфатов фосфора и азота (сумма) взвешенных частиц масла и смолообразующих веществ 2,5 8 – 15 350 – 500 0,3 11,8 – 12,8 277 – 395 2,4 23,6 0,25 0,9 1,9 3 – 5,7 119 – 187 1,1 11,2 0,10

Относительные величины потерь воды в результате испарения р₁, разбрызгивания р₂ и продувки р₃ (в долях) определяются следующим образом:

; ; , (3)

где Q₁, Q₂, Q₃ – абсолютные величины потерь воды при испарении, разбрызгивании и продувке соответственно, м 3 /ч.

Те же величины, выраженные в процентах, принимают вид

; ; . (4)

Расчетная предельная концентрация С_пр солей или другого лимитирующего загрязнителя в оборотной системе определяется уравнением [2]:

, (5)

где р₁, р₂, р₃ — относительные величины потерь воды в результате испарения, разбрызгивания и продувки соответствен (в долях); С₀ – концентрация соли (или другого лимитирующего загрязнителя) в воде, добавляемой в систему.

Величина называется коэффициентом упаривания.

При известных значениях с_пр и с_о (в соответствии с требованиями к качеству оборотной и подпитывающей воды) (табл. 4) можно найти р₃, а значит и величину продувки Q₃, м 3 /ч.

Величина расходадобавляемой в оборотную систему свежей воды Q_свеж., м 3 /ч,из водоема для компенсации потерь воды равна:

Отчет по практической работе должен содержать:

Практический расчет оборотного водоснабжения