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

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_B0K:

= 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 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_B0K:

= 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.