Оборотная система водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры

 

Использование: в области охлаждения оборотной воды в оборотных системах водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры и может быть использовано в коксохимической, нефтехимической, химической, теплоэнергетической и других отраслях промышленности. Сущность: изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения оборотной воды за счет разделения потоков направляемой на охлаждение нагретой воды по температуре и подачи их на разные по высоте уровня градирни. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для охлаждения воды и может быть использовано в любой отрасли промышленности, где применяется закрытая теплообменная аппаратура, в которой материальные потоки охлаждаются водой.

Известно техническое решение [1] согласно которому нагретая вода, поступающая в градирню из теплообменной аппаратуры, делится в ней или перед ней на два потока, один из которых перед контактом с воздухом проходит через рубашку, размещенную в нижней части градирни, для предотвращения в зимнее время обмерзания окон и приямка градирни. Другой поток сразу поступает в градирню на контактирование с воздухом.

Известно также техническое решение, взятое авторами в качестве прототипа, согласно которому оборотная система водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры включает градирню, соединенную с закрытой теплообменной аппаратурой одним трубопроводом, по которому нагретая вода из теплообменников поступает в градирню для охлаждения на один уровень по высоте одним потоком [2] Недостатком обоих известных технических решений является низкая эффективность охлаждения оборотной воды.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение эффективности охлаждения оборотной воды в оборотной системе водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры. Это достигается тем, что в оборотной системе водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры, включающей градирню, связанную с теплообменными аппаратами трубопроводом подачи нагретой воды в градирню и трубопроводом подачи охлажденной воды из градирни в теплообменные аппараты, градирня связана с теплообменными аппаратами, объединенными по температуре нагретой воды в группы и/или с единичными теплообменными аппаратами с разной температурой нагретой воды, причем каждая группа теплообменных аппаратов или единичные теплообменные аппараты с разной температурой нагретой воды соединены с градирней отдельными турбопроводами подачи в нее нагретой воды от каждой группы теплообменных аппаратов или от единичных теплообменных аппаратов и указанные трубопроводы нагретой воды подключены к градирне на разных уровнях, при этом трубопроводы подачи нагретой воды от групп теплообменных аппаратов с более высокой температурой нагретой воды присоединены к градирне на более высоком уровне по ее высоте, чем трубопроводы от групп или единичных теплообменных аппаратов с более низкой температурой нагретой воды.

Задача решается также за счет того, что все трубопроводы нагретой воды, поступающей из групп теплообменных аппаратов или единичных теплообменных аппаратов на разные по высоте уровни градирни, соединены друг с другом попарно двумя трубопроводами-перемычками, на каждом из которых и на трубопроводах нагретой воды установлена запорная трубопроводная арматура, причем те концы трубопроводов-перемычек, через которые при переключении потоков вода отводится из трубопроводов нагретой воды, присоединены к ним в точках, находящихся между установленной на трубопроводах нагретой воды трубопроводной арматурой и теплообменной аппаратурой, а те концы трубопроводов-перемычек, через которые вода поступает в трубопроводы нагретой воды, присоединены к ним в точках, расположенных между градирней и трубопроводной арматурой.

Установка нескольких трубопроводов для подачи нагретой в теплообменной аппаратуре до разных температур воды от теплообменных аппаратов в градирню с присоединением этих трубопроводов к градирне на разных по высоте уровнях и подача на более высокий уровень по высоте градирни нагретой оборотной воды с более высокой температурой, чем температура оборотной воды, отводимой от других групп теплообменных аппаратов на более низкие уровни градирни, позволяет повысить эффективность охлаждения оборотной воды (в силу определенных закономерностей теплофизического процесса охлаждения воды в градирне). При этом уровень по высоте градирни, на который выведен трубопровод нагретой воды, должен быть тем выше, чем выше температура воды, направляемой по этому трубопроводу.

Установка трубопроводов-перемычек, соединяющих между собой трубопроводы, по которым нагретая в теплообменной аппаратуре оборотная вода поступает на охлаждение в градирню, и трубопроводной запорной арматуры на трубопроводах нагретой воды и трубопроводах-перемычках позволяет переключать с одного уровня градирни по высоте на другой потоки нагретой оборотной воды при изменении ее температуры на выходе из теплообменных аппаратов с целью восстановления первоначального распределения потоков нагретой воды на разных уровнях градирни таким образом, чтобы на более высокий уровень градирни поступала нагретая оборотная вода с более высокой температурой, чем поток оборотной воды, поступающий на более низкий уровень. А это, в свою очередь, повышает эффективность охлаждения воды в оборотной системе.

Переключение потоков нагретой оборотной воды с одного уровня градирни по высоте на другой уровень (с более высокого на более низкий и наоборот) обеспечивается так, что те, образующиеся в результате врезки трубопроводов-перемычек в трубопроводы нагретой воды отверстия, через которые вода отводится из трубопроводов нагретой воды, находятся между установленной на них трубопроводной арматурой и теплообменной аппаратурой, а те отверстия, через которые при переключении потоков вода по трубопроводам-перемычкам поступает в трубопроводы нагретой воды, находятся между установленной на них трубопроводной арматурой и градирней.

Предложенное решение поясняется схемой оборотной системы водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры, представленной на чертеже. Оборотная система включает градирню 1 и три группы теплообменных аппаратов 2-4, соединенные с градирней трубопроводами 5-7, по которым нагретая вода из теплообменных аппаратов поступает на разные уровни по высоте градирни, трубопроводы-перемычки 8-13, трубопроводную арматуру 14-16 (установленную на трубопроводах 5-7) и насос 17 подачи охлажденной воды в теплообменные аппаратуры 2-4 по трубопроводу 18. Теплообменные аппараты объединены в группы 2-4 по температуре нагретой воды на выходе из них. В группу 2 включены теплообменники с наиболее высокой температурой нагретой воды на выходе из них, в группу 4 с наиболее низкой.

Трубопроводы 5-7 попарно соединены двумя трубопроводами-перемычками: трубопроводы 5 и 6 соединены трубопроводами-перемычками 8 и 9; трубопроводы 5 и 7 соединены трубопроводами-перемычками 10 и 11; трубопроводы 6 и 7 соединены трубопроводами-перемычками 12 и 13. На каждом из трубопроводов 5-7 имеется трубопроводная арматура (задвижка или вентиль) 14-16, расположенная между местом врезки в трубопроводы 5-7 концов трубопроводов-перемычек 8-13 таким образом, что по одну сторону от трубопроводной арматуры 14-16, между нею и теплообменной аппаратурой 2-4, врезаны те концы трубопроводов-перемычек, через которые вода в случае изменения ее температуры на выходе из теплообменных аппаратов при переключении потоков отводится из одного трубопровода нагретой воды в другой, а по другую сторону от трубопроводной арматуры, между нею и градирней, врезаны те концы трубопроводов-перемычек, через которые вода поступает в трубопровод нагретой воды.

На каждом трубопроводе-перемычке также установлена трубопроводная арматура.

Эффективность предложенного решения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Охлаждение оборотной воды осуществляется в вентиляторной градирне 1 высотой 20 м (см. чертеж). Нагретая вода с температурой 80^oC по трубопроводу 5 из группы теплообменников 2 в количестве 800 м³/ч поступает на верхний уровень градирни (находящийся на отметке 15,5 м, или на 2,5 м выше уровня подачи в градирню нагретой воды по трубопроводу 6). По трубопроводу 6 в градирню поступает оборотная нагретая вода с температурой 40^oC в количестве 2550 м³/ч из групп теплообменников 3. Группа теплообменников 4 временно отключена от охлаждаемых материальных потоков и от градирни 1. Температура охлажденной воды в трубопроводе 18 после градирни равна 23^oC.

Температура оборотной воды после градирни в оборотной системе, работающей по схеме, соответствующей прототипу [2] равна 27^oC.

Таким образом, температура охлажденной воды согласно предложенному техническому решению на 4^o ниже, чем по прототипу [2] Следовательно, эффективность предложенного решения выше, чем эффективность решения по прототипу.

Пример 2. Температура оборотной воды на выходе из теплообменников 2 понизилась с 80 до 35^oC (одновременно ее расход увеличился от 500 м³/ч до 2400 м³/с), а температура нагретой оборотной воды, поступающей в градирню из теплообменников 3 по трубопроводу 6, повысилась с 40 до 68^oC (одновременно расход ее уменьшился от 2500 м³/ч до 780 м³/с). В этом случае переключают потоки таким образом, что в результате переключения нагретая оборотная вода от теплообменников 3 поступает на верхний уровень градирни по трубопроводу 5 (точнее по его участку, расположенному между запорной арматурой и градирней), а оборотная вода от теплообменников 2 поступает на нижний уровень градирни по трубопроводу 6 (точнее по его участку, расположенному между запорной арматурой и градирней). Для этого закрывают задвижку 14 на трубопроводе 5 и задвижку 15 на трубопроводе 6 и открывают задвижки на трубопроводах-перемычках 8 и 9.

Температура охлажденной воды в результате переключения потоков снизилась от 28 до 24^oC, то есть на 4^oC.

Таким образом, предложенное решение, включающее группирование (объединение) теплообменных аппаратов по температуре нагретой воды и соединение каждой из указанных групп теплообменных аппаратов (или единичных теплообменников) отдельными трубопроводами нагретой воды с гардирней, выведенными на разные ее уровни по высоте так, что уровень этот тем выше, чем выше температура нагретой воды, а также соединение каждой пары трубопроводов нагретой воды двумя трубопроводами-перемычками позволяет существенно повысить эффективность охлаждения оборотной воды в оборотной системе водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры по сравнению с известным решением.

Предлагаемое изобретение применимо в тех оборотных системах водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры, которые включают не менее двух групп или двух единичных теплообменных аппаратов, отличающихся друг от друга теплотехническими характеристиками охлаждаемых материальных потоков, а следовательно, и температурой нагретой оборотной воды (что в производственных условиях наблюдается достаточно часто).

Формула изобретения

1. Оборотная система водяного охлаждения закрытой теплообменной аппаратуры, включающая градирню, связанную с теплообменными аппаратами трубопроводом подачи нагретой воды в градирню и трубопроводом подачи охлажденной воды из градирни в теплообменные аппараты, отличающаяся тем, что градирня связана с теплообменными аппаратами, объединенными по температуре нагретой воды в группы, и/или с единичными теплообменными аппаратами с разной температурой нагретой воды, причем каждая группа теплообменных аппаратов или единичные теплообменные аппараты с разной температурой нагретой воды соединены с градирней отдельными трубопроводами подачи в нее нагретой воды от каждой группы теплообменных аппаратов или от единичных теплообменных аппаратов и указанные трубопроводы нагретой воды подключены к градирне на разных уровнях, при этом трубопроводы подачи нагретой воды от групп теплообменных аппаратов или единичных теплообменных аппаратов с более высокой температурой нагретой воды присоединены к градирне на более высоком уровне по ее высоте, чем трубопроводы от групп или единичных теплообменных аппаратов с более низкой температурой нагретой воды.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что все трубопроводы нагретой воды, поступающей из групп теплообменных аппаратов или единичных теплообменных аппаратов на разные по высоте уровни градирни, соединены друг с другом попарно двумя трубопроводами-перемычками, на каждом из которых и на трубопроводах нагретой воды установлена запорная трубопроводная арматура, причем те концы трубопроводов-перемычек, через которые при переключении потоков вода отводится из трубопроводов нагретой воды, присоединены к ним в точках, находящихся между установленной на трубопроводах нагретой воды трубопроводной арматурой и теплообменной аппаратурой, а те концы трубопроводов-перемычек, через которые вода поступает в трубопроводы нагретой воды, присоединены к ним в точках, расположенных между градирней и трубопроводной арматурой.

РИСУНКИ

Рисунок 1