Остывание воды: «График остывания воды t, мин t°Ct°C График получился нелинейным. Чем больше разность температуры воды и окружающей среды, тем скорость остывания воды выше.». Скачать бесплатно и без регистрации.

Остывание воды: «График остывания воды t, мин t°Ct°C График получился нелинейным. Чем больше разность температуры воды и окружающей среды, тем скорость остывания воды выше.». Скачать бесплатно и без регистрации.

Содержание

Мир чая и кофе. Блог, новости, статьи, обзоры о кофе и чае

Кофеин и кофе два неотделимых элемента. Именно из-за кофеина, кофе был замечен и стал столь популярным по всему миру. Содержание кофеина в кофе. Влияние обжарки на содержание кофеина.  

  • 05 февраля 2017 02:36:35
  • Просмотров: 6406

Гондурас крупнейший производитель кофе в Центральной Америке, однако об истории и вообще о кофе из этой страны вы пока ничего не знаете. Вкусный кофе из Гондураса 

  • 05 декабря 2016 22:22:45
  • Просмотров: 6047

Кубинский кофе отличается низкой кислотностью и плотностью тела чашки. Кофе Кубы несмотря на малый объем экспорта по прежнему ценится по всему миру. 

  • 30 ноября 2016 00:00:47
  • Просмотров: 3920

Френч-пресс – технология приготовления кофе, которая позволяет максимально полно передать вкус этого напитка. Она известна уже более 150 лет, но популярность в нашей стране обрела совсем недавно.
 

  • 24 октября 2016 23:12:57
  • Просмотров: 1705

Рассмотрим основные сорта (наиболее распространенные) арабики. Узнаем об их многообразии, происхождении, вкусах, географии произрастания и особенностях. 

  • 19 ноября 2015 16:37:03
  • Просмотров: 7549

Зависимость вкуса кофейных зерен от климатических условий и состава почвы. Где растет самый вкусный в мире кофе? Какие условия идеальны для кофе? 

  • 05 октября 2015 16:33:48
  • Просмотров: 7478

Сколько необходимо ждать для достижения нужной температуры воды в чайнике? Вам осталось только открыть чайник и дождаться нужной температуры воды! 

  • 04 сентября 2015 16:28:06
  • Просмотров: 29160

Откуда появился кофе и как появилось название «кофе» и конечно же история появления кофе в России 

  • 10 августа 2015 16:23:16
  • Просмотров: 6177

Конвертер для чая — поможет Вам правильно заварить любимый напиток, а также определить на сколько хватит купленного чая! 

  • 02 июля 2015 16:16:44
  • Просмотров: 4410

Конвертер для кофе — поможет Вам сварить идеальную чашку кофе, а также определить на сколько хватит купленного кофе! 

  • 29 июня 2015 15:05:07
  • Просмотров: 5980

  • На странице:
    12255075100

Остывание — вода — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Остывание — вода

Cтраница 4

Расчет нагревательных приборов производится при проектировании системы отопления на основе расчета теплопотерь помещения с учетом принятой системы отопления, способа подводки трубопроводов к приборам, принятых параметров теплоносителя и остывания воды в трубах, способа установки и конструкции ( типа) прибора.
 [46]

Расчет квартирного отопления должен выполняться с максимальной точностью с определением фактической температуры воды в каждом участке циркуляционного кольца, так как тепловое побуждение движения воды в системе создается почти исключительно за счет остывания воды в трубах, а не в нагревательных приборах, расположенных обычно на одной высоте, а иногда и ниже центра котла.
 [47]

На величину / щ влияют не только ранее перечисленные факторы, но и число секций в приборе ( крайние секции отдают в помещение больше лучистого тепла), характер установки прибора ( он может содействовать или препятствовать конвективной или лучистой теплоотдаче), а также остывание воды в трубопроводах системы.
 [48]

На величину / np влияют не только перечисленные ранее факторы, но и число секций в приборе ( крайние секции отдают в помещение больше лучистого тепла), характер установки прибора ( он может содействовать или препятствовать конвективной или лучистой теплоотдаче), а также остывание воды в трубопроводах системы.
 [49]

Но будут гореть горелки ( запальная и термопары), которые питаются газом из системы импульсных трубок через электромагнитный клапан. После остывания воды в котле все происходит в обратном порядке.
 [50]

Циркуляционный трубопровод ( рис. 59, а — штриховые линии) присоединяют к концевым точкам распределительной сети. В результате остывания воды, по пути ее — движения, создается разность весов столбов воды в горячих и обратных трубопроводах. Более холодная вода стремится занять нижнее положение, а горячая — верхнее.
 [51]

В настоящее время, как правило, осуществляется строительство жилых домов повышенной этажности. В таких домах для уменьшения остывания воды применяются циркуляционные системы горячего водоснабжения.
 [53]

В системе появляется, таким образом, ряд точек нагрева воды, расположенных выше котла ( основной точки нагрева), что, как уже выяснено в § 54, приводит к уменьшению циркуляционного давления. Это уменьшение примерно равно приращению циркуляционного давления вследствие остывания воды в трубопроводах.
 [54]

Весьма существенное значение для нормального обеспечения потребителей и экономии в расходе тепла и воды имеет работа циркуляционных насосов. Отсутствие надежной циркуляции через все стояки системы горячего водоснабжения ведет к остыванию воды и большим сливам охлажденной воды. По этим причинам весьма важно автоматизировать работу циркуляционных насосов, которых обычно устанавливается два. Второй насос является резервным и включается при выходе из строя работающего.
 [55]

Горячая вода по подающему трубопроводу 11 поступает в верхний розлив 19, откуда по стоякам горячего водоснабжения 18 подается через подводки горячей воды 16 к санитарным приборам. Часть воды возвращается по обратному трубопроводу 14 в емкостный водоподогреватель через нижний штуцер, что предотвращает остывание воды в подающей магистрали.
 [57]

Горячая вода по подающему трубопроводу 11 поступает в верхний розлив 19, откуда по стоякам горячего водоснабжения 18 подается через подводки горячей воды 16 к санитарным приборам. Часть воды возвращается по обратному трубопроводу 14 в емкостный водоподогреватель через нижний — штуцер, что предотвращает остывание воды в подающей магистрали.
 [59]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




[PDF] Кейс «Как остывают пищевые жидкости?»

Download Кейс «Как остывают пищевые жидкости?»…

Кейс «Как остывают пищевые жидкости?» Проект «Мир вокруг нас: исследования дома, на даче, в группе продленного дня и в школьном лагере с лабораторным оборудованием AFS» для учащихся начальной школы Авторы: руководитель группы Зильберман Мария Александровна, МАОУ «СОШ N 91» г. Перми, учитель информатики и ИКТ, ассистент группы консультант Аитова Анна Шамилевна, студентка 3-го курса ПНИПУ, аэрокосмический факультет, специальность ТПМП, участник команды — Зильберман Ольга Максимовна, ученица 3А класса МАОУ «Гимназия N 10 » г. Перми Работа выполнена летом 2013 года (Пермский край, Пермский р-н, село Хохловка) Номинация, в которой заявляется проект: Внеурочная деятельность. Лучший проект или исследование с цифровой лабораторией AFS Учебная область: окружающий мир (включая ОБЖ)

Пермь, 2013 Краткая аннотация проекта:

Кейс «Как остывают пищевые жидкости?» — первый в серии из нескольких кейсов исследовательских работ проекта «Мир вокруг нас» для учащихся начальной школы, которые показывают единство и многообразие окружающего мира. Представленный кейс — отличная возможность провести учениками начальной школы под руководством учителя или старшеклассников ряд исследований, показывающих, какие факторы будут влиять на охлаждение жидкостей, которые мы употребляем в пищу: соков, воды, чая, кофе, молока, кефира, супов. Так же ученики смогут выяснить, что может помочь сохранить продукты теплыми более длительное время. Интересно для исследования проверить предписания диетологов и реальные температуры, при которых подаются еда и напитки. Исследования интересны и просты в проведении. В работе представлены подробные описания проведения 2-х разработанных блоков из кейса: «Как остывает вода»? «Вода, молоко, бульон: что остынет быстрее?» А так же представлены идеи других работ по теме, чтоб более глубоко исследовать данный вопрос и сделать выводы по факторам, влияющим на изменение температуры нагретых пищевых жидких продуктов. Данная тема очень актуальна в начальной школе. Дети научатся: Соблюдать правила личной безопасности при работе с пищевыми жидкими продуктами (нормы безопасности жизнедеятельности) Научатся остужать горячие жидкости без ущерба для здоровья, Сами выведут правила сохранения тепла и охлаждения пищевых жидкостей в результате экспериментальной деятельности. Их размышления на тему «почему так происходит?» приведут их к формулировке важных законов термодинамики, которые найдут подтверждение в их практической деятельности и реальной жизни Цель проекта: разработать и провести работы по теме «Как остывают пищевые жидкости» с использованием лабораторного оборудования AFS для учащихся начальной школы. Задачи проекта: Создать работы для учащихся начальной школы по теме «Как остывают пищевые жидкости?» (кейс заданий) Провести их апробацию с учащимися начальной школы (формулирование гипотез, проведение работы, фиксация результатов, их обсуждение) Доработать кейс с учетом полученных данных.

2

Использованная литература: 1. «Обжегшись на молоке, дуют на воду». Исследовательская работа. Режим доступа: http://www.globallab.ru/mim/mim/intro/all.3719.ru.htm 2. «Начинаем изучать! Исследуем температуру». ПГК «Развитие образовательных систем». Москва, 2011 3. Блог М.А. Зильберман на сайте компании «РОС». Режим доступа: http://www.ros-group.ru/blogs/ Краткие результаты и выводы: 1. Данный проект будет, безусловно, интересен как ученикам начальных классов, так и педагогам 2. Исследования посильны для учеников начальной школы (под наблюдением взрослых). Дети сами могут вести записи, делать выводы. 3. Учащиеся после выполнения работ с воодушевлением планируют дальнейшие работы, делают выводы, пытаются объяснить полученный результат. Формируются навыки исследовательской деятельности, регулятивные УУД. 4. Данные, полученные в результате экспериментов, помогут разрушению многих мифов и стереотипов, сложившихся у взрослых. Дети смогут более адекватно воспринимать правила и нормы поведения за столом, взаимодействия с горячими пищевыми продуктами.

3

Кейс «Как остывают пищевые жидкости?» Чай, кофе, молоко, суп: как быстрее остудить и как дольше сохранить горячим? Всем известно, что горячая вода, молоко, суп и другие использующиеся в пищу жидкости, будучи нагретыми, остывают при комнатной температуре. От чего зависит скорость остывания жидкостей? Какую посуду лучше выбрать, чтоб быстрее остудить еду? Чем стоит воспользоваться, чтоб еда дольше сохранилась горячей? Одинаково ли остывают суп и чай? Какие еще факторы влияют на остывание жидкостей? На эти и другие вопросы поможет нам ответить наша работа. Обратите внимание: работу нужно выполнять при помощи взрослых (самостоятельно можно выполнить с 4 класса, используя горячую воду из-под крана)! Часть 1

Тема: Как остывает горячая вода? Очень часто чай, кофе и другие напитки бывают слишком горячими для питья. За сколько времени остынет горячая вода? От чего зависит скорость ее остывания? Какую посуду можно использовать, чтоб вода побыстрее остыла? Цель работы: определить, от чего зависит скорость остывания горячей воды в бытовых условиях? Тема: перенос тепла от жидкости к воздуху и твердым материалам (физика, окружающий мир, ОБЖ – профилактика ожогов) Оборудование: Электрический чайник 1 штука, Стеклянный стакан (в который можно наливать кипящую воду) – 1 штука, Пластиковая кружка – 1 штука, Кружка из толстого фарфора – 2 штуки, Чайная ложка – 1 штука, Железная миска – 1 штука, Железная плоская тарелка – 1 штука, Мерная стеклянная ѐмкость – 1 штука Lab Quest2 Датчик температуры (обычный или Go!Temp) – 1 штука Сотовый телефон с секундомером – 1 шт. 4

Вы так же можете использовать датчик температуры Go! Temp и компьютер с программным обеспечением Logger Lite Ход работы: 1. Возьмем 6 емкостей для проверки скорости охлаждения воды: стеклянный стакан, стеклянный стакан с чайной ложкой, пластиковая кружка, фарфоровая высокая кружка, железная миска, железная плоская тарелка. Все ѐмкости должны быть комнатной температуры. Можно проводить парное сравнение (по две емкости на эксперимент). Мы проводили работу сразу со всеми 6-ю емкостями. 2. Приготовьте УИОД Lab Quest2: подсоедините датчик температуры. В данном эксперименте вам понадобится измерение текущей температуры. 3. Сформулируем гипотезу исследования: как вы считаете, в каком из сосудов быстрее остынет вода? Почему? 4. Нагрейте воду в чайнике примерно до 60-70 градусов Цельсия (чтоб вода была еще не кипящей). 5. Разлейте ее по емкостям, используя одну и ту же процедуру: наливаете 100 мл жидкости из чайника в мерную кружку, из нее уже в подготовленные сосуды. Это занимает по времени примерно 1 минуту. 6. Сразу же после разливания воды по всем сосудам проводим измерение температуры воды в каждом. Не забывайте погружать датчик в холодную воду между измерениями горячей воды. Включаем секундомер после измерения воды в первом сосуде. Фиксируем первоначальные результаты в таблице. Время

Стеклянный стакан

Керамич. кружка с лож- Керамич. кружка без ложкой ки

Миска железная

Пластиковая кружка

t=1 мин t =5 мин t итог

5

Железная плоская тарелка

7. В таблице фиксируются результаты через 1, 5 и 11 (12) минут. Проверяется гипотеза исследования. Делаются выводы: В каком сосуде жидкость остыла быстрее? Влияет ли железная ложка, добавленная в чашку, на температуру остывания воды? Одинаковая ли динамика остывания жидкости в зависимости от времени? Или в какой-то посуде жидкость сначала остывала быстро, а затем процесс остывания замедлился? В какой посуде жидкость осталась самой горячей? Почему быстрее остыла жидкость в некоторых видах посуды? С чем это было связано? Почему в некоторых сосудах жидкость остывала долго? Нагрелась ли поверхность посуды при остывании жидкостей? Какие правила безопасности надо соблюдать? Посуду из каких материалов уместнее использовать для питания детей в школе и дома? Часть 2

«Вода, Млоко, Бульон: что остынет быстрее?» Мы пьем не только воду: бывают на нашем столе и подогретое молоко, и горячий бульон. Отличаются ли эти жидкости от воды? Безусловно, ведь в их составе есть жиры и белки. Как вы считаете, будет ли различие в остывании этих жидкостей? Цель работы: определить, что остынет быстрее: вода, бульон или молоко? Тема: перенос тепла от жидкости разного состава к воздуху и твердым материалам (физика, окружающий мир, ОБЖ – профилактика ожогов) Оборудование: Микроволновая печь – 1 штука, Стеклянный стакан (в который можно наливать кипящую воду) – 1 штука, Вода, Куриный бульон (или бульон из бульонного кубика, или вода с налитым сверху растительным маслом), Молоко (можно парное), Мерная стеклянная ѐмкость – 1 штука Lab Quest2 Датчик температуры (обычный или Go!Temp) – 1 штука 6

Вы так же можете использовать датчик температуры Go! Temp и компьютер с программным обеспечением Logger Lite Настройка оборудования: Lab Quest2 должен быть настроен на автоматическое измерение в течение 12 минут по 10 измерений в минуту. Тип представления информации – график. Ход работы: Выполним работу сначала для воды. Далее по данному плану будут выполнены работы для бульона и молока. Важно! Постарайтесь, чтобы все жидкости в начале измерения имели ОДИНАКОВУЮ температуру около 50-60 градусов Цельсия. Сформулируем гипотезу исследования: как вы считаете, что остынет быстрее: вода, молоко или бульон? Почему вы так считаете? Далее выполним следующие операции: 1. Возьмем стеклянный стакан. Нальем в него 150 мл воды (можно комнатной температуры), нагреем стакан в микроволновке (или подогреем воду в чайнике и налить в стакан) 2. Погрузите датчик температуры в стакан с нагретой водой. Зафиксируйте ее начальную и конечную температуру в таблице: Жидкость t0 tитог Вода Молоко Бульон 3. Выполните действия п.п. 1-2 для молока и бульона. 4. Сравните графики и итоговые температуры. Сделайте вывод: Одинаково ли остывают жидкости? Как вы считаете, с чем это связано? Есть ли особая разница между остыванием воды, бульона, молока? Сравните конечные температуры остывания жидкостей. Сильно ли они отличаются? По мнению врачей-диетологов, оптимальная температура еды должна составлять от 20 до 36 градусов. За какое время остынут до данной температуры указанные жидкости? Еще примеры экспериментов: 7

1. Обычно люди дуют на чай, молоко или суп для того, чтоб они остыли. На сколько обоснован этот метод? 2. Остужаем воду в квартире и на улице. Где быстрее остынет жидкость? Какие еще факторы стоит при этом учесть? 3. Влияет ли помешивание жидкостей на время их остывания? 4. Есть ли разница во времени при остывании бульона, супа-пюре и супа типа «борщ» с овощами? 5. Влияет ли форма тарелок на скорость остывания супа? Пиалы, фарфоровые тарелки или тарелки ресторанного типа – в каких именно тарелках суп дольше остается горячим? 6. Влияет ли температура ложки, положенной в стакан с горячим чаем, на скорость его охлаждения? 7. На сколько крышка, закрывающая чашку или тарелку с горячей водой, влияет на ее остывание? 8. Эффективен ли народный метод охлаждения жидкостей: наливать в железную чашку, чашку поместить в ѐмкость с холодной водой, помешивать жидкость в чашке? В итоге ученики могут прийти к выводам, что на скорость остывания жидкостей влияют: Ее состав, Посуда, в которой она находится, Состояние окружающей среды: температура, ветер Добавленные в жидкость для ее охлаждения металлические предметы помогают в ее охлаждении, если сами изначально достаточно холодные Помешивание может повысить эффективность остывания жидкости Металлическая посуда и некоторые виды керамики могут сильно нагреваться, когда в них нальют горячую жидкость. Нельзя их трогать, прикасаться к ним и брать их без прихваток или специальных полотенец.

8

Лабораторная работа «Определение скорости остывания воды»

Исследование зависимости одной физической величины от другой и построение графика полученной зависимости.

Определение скорости остывания воды

Цель работы:

провести наблюдение за остыванием воды, научиться измерять скорость остывания воды, строить график зависимости температуры воды от времени.

Работа осуществляется тремя командами. В конце — результаты трех команд фиксируются на одном графике. Делается коллективный вывод.

Приборы и материалы:

Стакан из под калориметра — 2 шт.

Калориметр — 1 шт.

Термометр (0-100 гр.С) — 3 шт.

Секундомер — 3 шт.

Чайник электрический — 1 шт.

Ёмкость с холодной водой (1л) — 1 шт.

Указание к работе:

1.

1. Наполните стакан горячей водой, соблюдая меры безопасности.

2. Опустите термометр в воду.

3. Определите начальную температуру Т0.

4. Включите секундомер

1. Наполните стакан с кожухом горячей водой, соблюдая меры безопасности.

2. Опустите термометр в воду.

3. Определите начальную температуру Т0.

4. Включите секундомер

1. Наполните стакан горячей водой примерно наполовину и разбавьте холодной водой. Соблюдайте меры безопасности.

2. Опустите термометр в воду.

3. Определите начальную температуру Т0.

4. Включите секундомер

  1. Определяйте в дальнейшем температуру воды Т1, Т2, Т3, Т4, Т5 через каждые 2 минуты.

  2. Результаты измерений занесите в таблицу:

0, С0

Температура через 2 мин. Т1, С0

Температура через 4 мин. Т2, С0

Температура через 6 мин. Т3, С0

Температура через 8 мин. Т4, С0

Температура через 10 мин. Т5, С0

4. На основании полученных измерений постройте график зависимости температуры остывающей воды от времени. По оси Х отложите время, по оси У температуру воды. Нанесите соответствующие значения температуры и времени на плоскость координат. Соедините полученные точки.

Т С0

0 │ │ │ │ │

2 4 6 8 10 t, мин.

5. По значению начальной Т0 и конечной Т5 температуры и времени остывания (10 мин.) определите скорость остывания воды.

6. Постройте общие графики на доске в одной плоскости координат.

7. Сделайте выводы.

8. Практическая работа на дом: определить скорость нагревания воды.

В Петербурге снова жара, но вот-вот похолодает. Какой будет погода в конце июля и начале августа — рассказывает синоптик

В Петербурге после похолодания температура воздуха вновь близится к +30 градусам. Главный синоптик города Александр Колесов рассказал «Бумаге», похолодает ли в конце июля и начале августа, когда ждать дождей и сколько еще продлится купальный сезон.

Подписывайтесь на наш канал в телеграме, чтобы получать новости быстрее всех

— В начале недели погода будет жаркая, температура — от +27 до +32 градусов. Сухо, солнечно. Погоду сейчас определяет антициклон. Но во второй половине недели характер погоды поменяется, придут циклоны. Уже в среду вечером они подойдут к нам с юго-запада. Не исключено, что уже в ночь на четверг будет кратковременный дождь.

Циклоны принесут кратковременные дожди, местами ливни с грозами. Будет и усиление ветра. Где-то 29−30 июля придет свежий ветер в юго-западном направлении, 7−12 м/с с порывами до 15−17 м/с на акваториях Невской губы Финского залива.

За счет влияния циклона будет понижение температуры до +20−25 градусов. В выходные жары уже точно не будет. Нормальная теплая летняя погода. Начало августа будет примерно такое же. Дальше пока не будем загадывать. Долгосрочный прогноз погоды будет составлен к концу недели, там уже будем смотреть.

Дожди будут локальные, кратковременные. Там, где они выпадают, могут быть и обильными. Кому-то повезет, но некоторые места могут остаться сухими.

Температура воды пока высокая, в районе +20 градусов, как раз купальная (вот где можно купаться в Петербурге и Ленобласти — прим. «Бумаги»). Сейчас она еще чуть-чуть прогреется. Я думаю, это [остывание воды] будет длительный процесс. В Финском заливе пока нет смен направления ветра, так что остывать он будет медленно, но, я думаю, охладятся речки. Думаю, что до конца июля купальный сезон не закончится, а дальше надо смотреть по прогнозу.

Сыграйте в нашу игру о том, как выжить в Петербурге в жару. Читайте интервью с экологом и климатологом — о влиянии жары на петербуржцев, растения и обитателей Финского залива. Посмотрите, как меняется среднемесячная температура в Петербурге последние 50 лет.

В этом материале физиолог объясняет, как жара влияет на здоровье и что есть и пить, чтобы стало легче. А вот другие тексты, посвященные жаре в Петербурге.

Каждый день мы сообщаем вам главные новости Петербурга

Поддержите нашу работу — вступите в клуб друзей «Бумаги»

Узнать подробности

Время охлаждения (нагрева). Расчет в Excel.

Опубликовано 14 Июл 2018
Рубрика: Теплотехника | 51 комментарий

Нестационарный режим теплообмена – это режим, когда температура тел или сред, участвующих в  процессе обмена тепловой энергией изменяется во времени. При этом время охлаждения (нагрева) – это аргумент функции температуры тела. Зависимость температуры от времени…

…характеризуется скоростью теплового обмена, которая пропорциональна разности температур тела и окружающего пространства. В отличие от стационарного режима, при котором температуры всех точек системы остаются неизменными длительное время, нестационарный теплообмен возникает, например, при помещении тела в среду с более низкой или более высокой температурой. Если среда – это условно бесконечное пространство (например, атмосферный воздух или вода в «большой» ёмкости), то влияние тела на температуру среды ничтожно, поэтому охлаждение (нагрев) тела происходит при условно постоянной температуре окружающего газа или жидкости.

Заметим, что охлаждение тела сточки зрения математики – это нагрев со знаком «минус». И нагрев, и охлаждение описываются одними и теми же формулами!

О каких задачах может идти речь? Представим небольшой перечень вопросов, на которые можно попытаться ответить, используя предложенный далее расчет в Excel:

  • Сколько времени будет нагреваться деталь в печи?
  • Сколько времени остывает отливка после выбивки из формы?
  • Сколько времени требуется для нагрева воды в бочке на даче?
  • Через какое время перемерзнет наружный водопровод при отсутствии разбора?
  • Сколько времени нужно на охлаждение банки пива в холодильнике?

Расчет в Excel времени охлаждения (нагрева).

Алгоритм расчета базируется на законе Ньютона-Рихмана и на теоретических и практических исследованиях регулярного теплового режима советскими учеными Г.М. Кондратьевым («Регулярный тепловой режим», Москва, 1954г.) и М.А. Михеевым («Основы теплопередачи», Москва, 1977 г.).

Для примера выбран расчет времени нагрева до +22 °C в комнате с температурой воздуха +24 °C пивной алюминиевой банки с водой, предварительно охлажденной до +13 °C.

Исходные данные:

Параметров, необходимых для выполнения расчета времени охлаждения (нагрева) – 12 (см. скриншот).

Ориентировочные сведения о значениях коэффициента теплоотдачи α приведены в примечании к ячейке D3.

Теплофизические характеристики материала тела λ, a, ρ, c легко можно найти в справочниках или по запросу в Интернете. В нашем примере – это параметры воды.

В принципе, для выполнения расчета достаточно знать значения любой из пар характеристик:  λ, a или ρ, c. Но для возможности выполнения проверки и минимизации вероятности ошибки рекомендую заполнить значениями все 4 ячейки.

Вводим значения исходных данных в соответствующие ячейки листа Excel и считываем результат: нагрев воды от +13 °C до +22 °C в спокойном воздухе комнаты с постоянной температурой +24 °C   будет длиться 3 часа 25 минут.

Для справки в самом конце таблицы вычислено время нагрева без учета формы тела – 3 часа 3 минуты.

Алгоритм расчета:

  • 13.1. F=2·H·L+2·B·L+2·H·B – для параллелепипеда;
  • 13.2. F·D·L+2·π·D2/4 – для цилиндра;
  • 13.3. F=π·D2 – для шара.
  • 14.1. V=H·L·B – для параллелепипеда;
  • 14.2. V=L·π·D2/4 – для цилиндра;
  • 14.3. V=π·D3/6 – для шара.
  • 15. G=ρ·V
  • 16.1 K=((π/H)2+(π/L)2+(π/B)2)-1 – для параллелепипеда;
  • 16.2 K=((2,405/(D/2))2+(π/L)2)-1 – для цилиндра;
  • 16.3 K=((D/2)/π)2 – для шара.
  • 17. m=a/K
  • 18. Bi=α·K·F/(λ·V)
  • 19. Ψ=(1+1,44·Bi+Bi2)-0,5
  • 20. M=Ψ·Bi
  • 21. mαλ=M·m
  • 22. m=Ψ·α·F/(c·ρ·V)
  • 23. Δ=ABS (1-mαλ/m100
  • 24. t=(LN (ABS (tc-t1)) -LN (ABS (tc-t2))/mαλ
  • 25. tN=(LN (ABS (tc-t1)) -LN (ABS (tc-t2)))·c·ρ·V/(α·F)

Проверка расчета опытом.

Как не трудно догадаться такой несколько странный пример выбран не случайно, а для возможности проведения простого опыта и последующего сравнения результатов. Были взяты термометр, часы и произведены замеры температуры воды в банке в процессе нагревания. Результаты расчетов и опыта отражены на графиках.

Результаты проведенного опыта показали, что нагрев банки с водой от +13 °C до +22 °C в комнате (+24 °C) продолжался примерно 3 часа 20 минут. Это на 5 минут меньше расчетного времени по Кондратьеву и на 17 минут дольше времени по классическому закону Ньютона-Рихмана.

Близость результатов и радует, и удивляет. Но не стоит переоценивать полученные итоги! Время охлаждения (нагрева), вычисленное по предложенной программе расчета в Excel, можно использовать лишь для приблизительных оценок продолжительности процессов! Дело в том, что принятые в расчете константами теплофизические характеристики тела и коэффициент теплоотдачи таковыми на самом деле не являются. Они зависят от изменяющейся температуры! К тому же регулярный режим теплообмена устанавливается не сразу после помещения тела в среду, а спустя какое-то время.

Обратите внимание, что полученные из опыта значения температур банки с водой в течение первого часа расположены выше теоретической расчетной кривой (см. графики). Это означает, что коэффициент теплоотдачи в этом периоде времени был больше выбранного нами значения α=8,3 Вт/(м2·К).

Определим среднее значение α в первые 58 минут из результатов опыта. Для этого:

  • Запишем t2=17,5 °C в ячейку D6.
  • Активируем («встанем мышью») ячейку D28.
  • Выполним: Сервис – Подбор параметра.
  • И установим в D28 значение 58 минут, изменяя ячейку D3.

α=9,2 Вт/(м2·К)!!!

Проделав ту же процедуру для t2=22,5 °C и t=240 мин, получим α=8,3 Вт/(м2·К).

Выбранное при теоретическом расчете значение α (по рекомендации СП 50.13330.2012 и формуле из Справочника по физике – см. примечание к ячейке D3) чудесным образом, хотя и совершенно случайно, совпало со значением α, вычисленным по опытным данным.

Рассмотренным способом можно определять реальные точные средние значения коэффициента теплоотдачи тел с любой формой поверхности по практическим замерам всего двух значений температуры тела и промежутка времени между этими замерами.

Остается добавить, что температура банки с водой после рассмотренных 4-х часов в последующее время будет асимптотически приближаться к 24 °C.

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл с программой расчетов после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: vremya-ohlazhdeniya (xls 55,5KB).

P.S.

Так сколько часов составит время охлаждения алюминиевой банки с пивом 0,45 л от +20 °C до +8 °C в  холодильнике (+3°C)? По расчету в программе – 2,2…2,4 часа. Опытом не проверял… 🙂

P.P.S.

Любопытный (возможно, только для меня) факт обнаружился при работе над статьей. И у куба с размером ребер a, и у цилиндра с диаметром а и длиной а, и у шара с диаметром а отношение объема к площади поверхности одинаковое: V/F=a/6!!!

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

В стакане имеется 250 г воды при температуре 80 C.\circ\), \(m_2=50\) г, \(T_2=293\) К, \(\Delta t-?\)

Решение задачи:

Когда в воду опустят серебряную ложку, то вода остынет до температуры \(t\), а ложка нагреется до той же температуры.

Вообще, искомую величину \(\Delta t\) следует искать из выражения:

\[\Delta t = {t_1} – t\;\;\;\;(1)\]

Найдем для начала температуру \(t\), для чего запишем уравнение теплового баланса.

\[{Q_1} = {Q_2}\]

Здесь \(Q_1\) – количество теплоты, отданное водой ложке при остывании до температуры \(t\), а \(Q_2\) – количество теплоты, полученное ложкой от воды при нагревании до той же температуры. Распишем количества теплоты по известным формулам.

\[{c_1}{m_1}\left( {{t_1} – t} \right) = {c_2}{m_2}\left( {t – {t_2}} \right)\]

Удельная теплоемкость воды \(c_1\) равна 4200 Дж/(кг·°C), удельная теплоемкость серебра \(c_2\) равна 250 Дж/(кг·°C).

Раскроем скобки в обеих частях равенства:

\[{c_1}{m_1}{t_1} – {c_1}{m_1}t = {c_2}{m_2}t – {c_2}{m_2}{t_2}\]

Перенесем в правую часть все члены с множителем \(t\), вынесем его за скобки, остальные члены перенесем в левую часть.\circ\;C \]

Ответ: 0,7° C.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Водяное жидкостное охлаждение | Newegg.com

Аппаратные компоненты компьютера сильно нагреваются, и чрезмерное нагревание может вызвать значительные повреждения. Вентилятор процессора, радиатор и вентилятор корпуса обычно охлаждают компьютер. Но для опытных пользователей, геймеров и пользователей, которые запускают много ресурсоемких программ в течение длительного времени, водяное жидкостное охлаждение является лучшим вариантом.

Поддержание охлаждения ЦП

ЦП требует много энергии для своей работы, и эта мощность преобразуется в тепло после использования.Иногда процессоры сильно нагреваются, и это тепло может быть опасным для самих процессоров. Вентиляторы и радиаторы ЦП помогают противодействовать этому эффекту, но жидкостный кулер ЦП может снизить температуру ЦП, потому что вода более эффективно передает тепло, чем воздух. Жидкостное охлаждение также делает работу компьютера тише, поскольку вентиляторы не должны работать на высоких оборотах.

Жидкостное охлаждение жесткого диска для лучшего управления температурой

Жесткие диски, как и другие компоненты, выделяют тепло.Радиаторы и вентиляторы, прикрепленные к процессору, не могут рассеивать тепло как от процессора, так и от жесткого диска. Вместо этого в этой области находят свое применение компоненты охлаждения жесткого диска. Жидкостные охладители ЦП на жестких дисках отводят тепло от компонентов. Технология водяного жидкостного охлаждения может отводить тепло от удаленных компонентов жесткого диска, недоступных для вентиляторов. Это позволяет пользователю наслаждаться активными видами деятельности, такими как игры, с минимальным тепловыделением.

Вентиляторы корпуса: внутренние компоненты должны находиться в рекомендуемом диапазоне

В корпусе компьютеров есть вентилятор или вентиляторы.Вентиляторы обеспечивают циркуляцию воздуха, чтобы отводить тепло и втягивать более прохладный воздух, чтобы внутреннее пространство компьютера оставалось прохладным. Вентиляторы корпуса играют решающую роль, даже если такие компоненты, как процессоры и графические процессоры, имеют в своих системах устройства водяного охлаждения. Типичные компоненты материнской платы не поставляются с наборами водяного охлаждения. Вентиляторы корпуса продлят срок службы незащищенного компонента, не допуская его перегрева.

Управление охлаждением с помощью вентиляторов с ШИМ

ШИМ означает широтно-импульсную модуляцию, а вентиляторы с ШИМ дают вам гораздо больший контроль над вашей системой охлаждения, поскольку вы можете управлять скоростью вентиляторов.Способ регулировки скорости зависит от используемого программного и аппаратного обеспечения. Некоторые вентиляторы PWM поставляются с индивидуальным приложением, в то время как в других моделях ими управляет операционная система, BIOS или ручные переключатели на корпусе компьютера.

Осветите свой компьютер вентиляторами с водяным охлаждением

Многие комплекты водяного охлаждения и отдельные компоненты жидкостного охлаждения оснащены светодиодной подсветкой, которая может превратить обычный компьютер в произведение искусства. Многие модели включают в себя концентраторы управления или пульты дистанционного управления, которые позволяют пользователям изменять цвета и выбирать от одного статического цвета до многоцветного, мигающего или пульсирующего в различных конфигурациях.Какой бы тип жидкостного охлаждения вы ни выбрали, Newegg предлагает широкий выбор вентиляторов и кулеров.

Охлаждающая вода

ИТЭР будет оснащен системой водяного охлаждения для управления теплом, выделяемым во время работы токамака. Внутренние поверхности вакуумного сосуда (защитное покрытие первой стенки и дивертор) должны быть охлаждены примерно до 240 ° C всего в нескольких метрах от плазмы с температурой 150 миллионов градусов.

Вода будет использоваться для отвода тепла от вакуумной камеры и ее компонентов, а также для охлаждения вспомогательных систем, таких как радиочастотный нагрев и системы привода тока, система охлажденной воды (CHWS), криогенная система и источник питания змеевика. и система распределения.Система охлаждающей воды включает в себя несколько замкнутых контуров теплопередачи и систему отвода тепла с открытым контуром (HRS). Тепло, генерируемое в плазме во время дейтерий-тритиевой реакции, будет передаваться через систему охлаждающей воды токамака (TCWS) в систему охлаждающей воды промежуточных компонентов (CCWS) и в HRS, которая отводит тепло в окружающую среду.

ИТЭР будет оснащен системой водяного охлаждения для управления теплом, выделяемым во время работы токамака.

Токамак ИТЭР и вспомогательные системы станции будут вырабатывать в среднем 500 МВт тепла в течение типичного цикла плазменного импульса с пиком более 1100 МВт во время фазы плазменного горения; все это тепло необходимо отвести в окружающую среду. Это достигается за счет испарения воды HRS, когда она проходит через градирни с вытяжной тягой. Высокая скорость испарения концентрирует минералы в воде HRS; в результате часть воды постоянно сбрасывается из системы и заменяется водой из канала де Прованс.Сброшенная вода (продувка) проходит через серию контрольных бассейнов, где вода проверяется на различные параметры, такие как температура (максимум 30 ° C), pH и наличие углеводородов, хлоридов, сульфатов и трития. В реку Дюранс сбрасывается только вода, отвечающая строгим критериям сброса в окружающую среду, установленным местными властями.

Во время плазменных операций общий расход всей воды, циркулирующей в контурах системы охлаждающей воды, составляет примерно 33 м3 / с, протекая по трубам с номинальным диаметром до 1.6 метров.

Строится зона градирни. Посетите соответствующую страницу СТРОИТЕЛЬСТВО ИТЭР здесь.

Справочник по воде — Системы водяного охлаждения — Теплопередача

SUEZ предлагает широкий спектр передовых решений для обработки охлаждающей воды, разработанных специально для повышения эффективности теплопередачи. Узнайте больше о программах обработки охлаждающей воды SUEZ.

Функция системы охлаждения заключается в отводе тепла от процессов или оборудования.Тепло, отведенное от одной среды, передается другой среде или технологической жидкости. Чаще всего охлаждающая среда — вода. Однако концепции теплопередачи и расчеты, обсуждаемые в этой главе, также могут быть применены к другим жидкостям.

Эффективный отвод тепла — экономическое требование при проектировании и эксплуатации системы охлаждения. Движущей силой передачи тепла является разница температур между двумя средами. В большинстве систем охлаждения он находится в диапазоне 10-200 градусов по Фаренгейту.Тепловой поток обычно низкий и находится в диапазоне от 5000 до 15000 БТЕ / фут 2 / час. В исключительных случаях, таких как непрямое охлаждение расплавленного металла, тепловой поток может достигать 3 000 000 БТЕ / фут 2 / час.

Передача тепла от технологических жидкостей или оборудования приводит к повышению температуры или даже изменению состояния охлаждающей воды. Многие свойства воды, а также поведение содержащихся в ней загрязнителей зависят от температуры. На склонность системы к коррозии, образованию накипи или поддержанию микробиологического роста также влияет температура воды.Эти эффекты и контроль условий, которые их способствуют, рассматриваются в следующих главах.

ВИДЫ СИСТЕМ

С водой, нагретой в процессе теплообмена, можно обращаться одним из двух способов. Воду с повышенной температурой можно сбрасывать в приемный корпус (прямоточная система охлаждения) или охлаждать и повторно использовать (рециркуляционная система охлаждения).

Существует два различных типа систем водяного охлаждения и повторного использования: открытые и закрытые рециркуляционные системы.В открытой рециркуляционной системе охлаждение достигается за счет испарения части воды. Испарение приводит к потере чистой воды из системы и концентрации оставшихся растворенных твердых частиц. Воду необходимо удалить или продуть, чтобы контролировать эту концентрацию, а затем необходимо добавить свежую воду для пополнения системы.

Замкнутая рециркуляционная система на самом деле представляет собой систему охлаждения внутри системы охлаждения. Вода, содержащая тепло, передаваемое в процессе, охлаждается для повторного использования посредством обмена с другой жидкостью.Потери воды в системах такого типа обычно невелики.

Каждый из трех типов систем охлаждения — прямоточная, открытая рециркуляция и закрытая рециркуляция — подробно описан в следующих главах. В этих главах также содержится конкретный подход к разработке соответствующей программы лечения для каждой системы.

ТЕПЛОЭКОНОМИКА

При проектировании системы теплопередачи капитальные затраты на строительство системы должны быть сопоставлены с текущими затратами на эксплуатацию и техническое обслуживание.Часто более высокие капитальные затраты (большая поверхность обмена, экзотическая металлургия, более эффективное заполнение башни и т. Д.) Приводят к более низким эксплуатационным расходам и расходам на техническое обслуживание, в то время как более низкие капитальные затраты могут привести к более высоким эксплуатационным расходам (мощность насоса и вентилятора, необходимое обслуживание и т. Д.) ). Одной из важных эксплуатационных затрат, которую необходимо учитывать, является химическая обработка, необходимая для предотвращения технологической или водной коррозии, отложений и накипи, а также микробиологического загрязнения. Эти проблемы могут отрицательно повлиять на теплопередачу и привести к отказу оборудования (см. Рисунок 23-1).

Теплопередача

Ниже приводится обзор сложных соображений, которые необходимо учитывать при проектировании теплообменника. Доступно множество текстов для более подробной информации.

В системе теплопередачи происходит обмен тепла, когда две жидкости с неравной температурой приближаются к равновесию. Более высокая разница температур приводит к более быстрой передаче тепла.

Однако температура — это только один из многих факторов, влияющих на конструкцию теплообменника для динамической системы.Другие соображения включают область, в которой происходит теплопередача, характеристики используемых жидкостей, скорости жидкости и характеристики металлургии теплообменника.

Технологический тепловой режим, технологические температуры и доступная температура охлаждающей воды обычно указываются на начальных этапах проектирования. Размер теплообменника (ов) рассчитывается в соответствии с важными параметрами, такими как скорость технологического процесса и потока воды, тип кожуха, расположение труб, перегородок, металлургия и склонность флюидов к загрязнению.

Факторы, влияющие на конструкцию теплообменника, связаны уравнением теплопередачи:

Q = UA DTm, где Q = скорость теплопередачи (БТЕ / час)

U = коэффициент теплопередачи (БТЕ / ч / фут 2 F) A = площадь поверхности теплопередачи (футы 2 )

DTm = средняя логарифмическая разница температур между жидкостями (градусы по Фаренгейту)

Скорость теплопередачи Q определяется по уравнению: Q = WC DT + WDH, где

Вт = расход жидкости (фунт / час) C = удельная теплоемкость жидкости (БТЕ / фунт / градусы F)

D T = изменение температуры жидкости (градусы F) D H = скрытая теплота парообразования (БТЕ / фунт)

Если жидкость не меняет состояние, уравнение принимает вид Q = WC DT.

Коэффициент теплопередачи U представляет собой теплопроводность теплообменника. Чем выше значение U, тем легче тепло передается от одной жидкости к другой. Теплопроводность обратно пропорциональна сопротивлению R тепловому потоку.

Общее сопротивление тепловому потоку складывается из нескольких отдельных сопротивлений. Это показано на рисунке 23-2 и математически выражено ниже.

Rt = r1 + r2 + r3 + r4 + r5, где Rt = полное сопротивление тепловому потоку

r1 = сопротивление тепловому потоку пленки на стороне процесса

r2 = сопротивление тепловому потоку загрязнения на стороне процесса (если есть)

r3 = сопротивление тепловому потоку стенки теплообменника

r4 = сопротивление тепловому потоку обрастания со стороны воды (если есть)

r5 = сопротивление тепловому потоку водяной пленки

Сопротивление тепловому потоку пленки на стороне процесса и пленки охлаждающей воды зависит от геометрии оборудования, скорости потока, вязкости, удельной теплоемкости и теплопроводности.Влияние скорости на теплопередачу воды в трубе показано на рисунке 23-3.

Сопротивление тепловому потоку из-за загрязнения сильно различается в зависимости от характеристик слоя загрязнения, жидкости и загрязняющих веществ в жидкости, которые создали слой загрязнения. В конструкции теплообменника обычно учитывается незначительное загрязнение. Однако, если загрязнение не сведено к минимуму, сопротивление теплопередаче увеличится, а коэффициент U снизится до точки, при которой теплообменник не сможет адекватно контролировать температуру процесса.Даже если этот момент не достигнут, процесс передачи будет менее эффективным и потенциально расточительным.

Сопротивление трубки теплопередаче зависит только от материала конструкции и не меняется со временем. Стенки труб, утончаемые в результате эрозии или коррозии, могут иметь меньшую стойкость, но это не является значительным изменением.

Средняя логарифмическая разница температур (DTm) — это математическое выражение, относящееся к разнице температур между двумя жидкостями в каждой точке вдоль теплообменника.Для истинного противотока или прямотока:

Когда нет изменений в состоянии жидкостей, противоточный теплообменник более эффективен для теплопередачи, чем прямоточный теплообменник. Поэтому большинство охладителей работают с противотоком или с вариацией противотока. Расчетные формулы DTm могут быть исправлены для конфигураций теплообменника, которые не являются действительно противоточными.

МОНИТОРИНГ

Уравнения теплопередачи полезны при мониторинге состояния теплопередающего оборудования или эффективности программ обработки.Сопротивление трубки постоянно; геометрия системы не меняется. Если скорости потока поддерживаются постоянными как на стороне процесса, так и на стороне охлаждающей воды, сопротивление пленки также будет оставаться постоянным. Вариации измеренных значений коэффициента U можно использовать для оценки степени загрязнения. Если коэффициент U не изменяется, на ограничивающей стороне загрязнения не происходит. По мере того, как обменник загрязняется, коэффициент U уменьшается. Следовательно, сравнение значений U во время работы может предоставить полезную информацию о необходимости очистки и может использоваться для контроля эффективности программ обработки.

Узнайте больше о технологии контроля и измерения SUEZ.

Использование коэффициента чистоты или фактора загрязнения также может быть полезным при сравнении состояния теплообменника во время эксплуатации с расчетными условиями. Коэффициент чистоты (Cf) рассчитывается следующим образом:

Сопротивление засорению, или коэффициент засорения (R f ), представляет собой соотношение между начальным общим коэффициентом теплопередачи (U i ) и общим коэффициентом теплопередачи во время эксплуатации (U f ), выраженное следующим образом :

Теплообменники обычно рассчитаны на коэффициент загрязнения 0.От 001 до 0,002, в зависимости от ожидаемых условий технологической жидкости и охлаждающей воды.

Узнайте больше о программах SUEZ по очистке охлаждающей воды.

Рисунок 23-1. Загрязнение снижает эффективность теплопередачи теплообменника

Икс

Рисунок 23-2. Общее сопротивление тепловому потоку складывается из нескольких отдельных сопротивлений.

Икс

Рисунок 23-3. Скорость воды в зависимости от коэффициента теплопередачи

Икс

Охлаждающая вода — обзор

4 Устранение узких мест в системах водяного охлаждения

Составная кривая охлаждающей воды может быть сначала построена на основе данных о предельных значениях охлаждающей воды.Производительность сети охлаждающей воды может быть изменена в пределах возможной области, которая ограничена линией подачи максимального количества повторно используемой воды и линией подачи параллельной конструкции (рисунок 2). На рисунке 2 возможная линия подачи охлаждающей воды (линия AB) представляет достижимые условия на выходе путем изменения проектных конфигураций.

Когда градирня является узким местом, нагрузка технологического охлаждения становится выше, чем отвод тепла градирни, и, следовательно, температура охлаждающей воды на входе для обработки выше, чем желаемая температура.Отвод тепла систем охлаждающей воды увеличивается по мере того, как проектная конфигурация изменяется от параллельного до максимального повторного использования (от A до B на рисунке 2). Целевые условия для устранения узких мест, при которых соблюдается температура на входе в сеть охлаждающей воды, можно найти с помощью модели системы охлаждающей воды.

Заключительный этап — проектирование сети охлаждающей воды для заданных условий. Проектирование сети охлаждающей воды может быть выполнено методом водопровода охлаждающей воды или методом автоматизированного проектирования.

Предлагаемая процедура устранения узких мест позволяет градирне справляться с повышенной тепловой нагрузкой за счет изменения конструкции сети с параллельной на последовательную. Метод проектирования ориентирован на условия градирни, а затем проектируется сеть охлаждающей воды для новых целевых условий.

Цель модернизации — найти надежную конструкцию системы охлаждающей воды, которая сможет справиться с перегрузкой градирни и колебаниями температуры. Когда нагрузка на градирню снижается из-за изменений конструкции сети и / или изменений процесса, система охлаждения может отключить некоторые из ячеек градирни, если градирня состоит из нескольких ячеек.Это означает, что системы охлаждения могут справиться с возросшей охлаждающей нагрузкой. Если градирня не разделена на отдельные ячейки, скорость воздушного потока может быть уменьшена, что приведет к снижению эксплуатационных расходов. Когда нагрузка на градирню увеличивается из-за изменений потребности в охлаждающей воде и / или условий окружающего воздуха, существующая система охлаждения может снять повышенную тепловую нагрузку градирни без вложений в новое охлаждающее оборудование.

Концепция повторного использования для систем охлаждения теперь будет рассмотрена в примере исследования.Базовый вариант для систем водяного охлаждения показан на рисунке 6.

Рисунок. 6. Базовый вариант систем водяного охлаждения

С новой схемой сети охлаждающей воды (рис. 7) градирня справляется с повышенной тепловой нагрузкой за счет изменения конструкции сети. Эффективное повторное использование охлаждающей воды увеличивает рабочий диапазон градирни, а также снижает эксплуатационные расходы на перекачку воды и подачу воздуха, что является еще одним преимуществом для эксплуатации градирни.

Рисунок. 7. Новая конструкция сети охлаждающей воды

Охлаждающая вода — обзор

Охлаждение цилиндра компрессора

Традиционные конструкции цилиндров компрессора требуют рубашек охлаждающей воды для обеспечения равномерного распределения тепла, создаваемого сжатием и трением газа.Некоторые из очевидных преимуществ цилиндров с водяным охлаждением — это уменьшенный предварительный нагрев всасываемого газа, лучшая смазка цилиндра, увеличенный срок службы деталей и меньшие затраты на техническое обслуживание.

Опыт эксплуатации за последние 30 лет доказал, что цилиндры компрессора, спроектированные без водяных кожухов (неохлаждаемых), могут успешно работать в большинстве приложений для компримирования природного газа. Некоторые из очевидных преимуществ неохлаждаемых цилиндров — это упрощенные конструкции цилиндров, которые снижают стоимость и повышают эффективность, уменьшают начальные системные затраты за счет уменьшения количества охлаждающей воды, улучшают доступ к клапанам и уменьшают вес.

Многие производители, пользователи и компрессорные установки по-прежнему требуют, чтобы цилиндры компрессора поставлялись с цилиндрами с жидкостным охлаждением. На Рис. 11-21 показаны схемы нескольких типов систем жидкого хладагента.

Рисунок 11-21 .. Системы охлаждения цилиндров.

(Перепечатано с разрешения API, Std. 618, 3-е изд., Февраль 1986 г.)

В статических системах рубашки охлаждения обычно заполняются смесью гликоля и воды для обеспечения равномерного распределения тепла внутри цилиндра.Эту систему можно использовать, если ΔT газа менее 150 ° F, а температура нагнетаемого газа менее 190 ° F.

Тепловые сифоны используют разницу плотностей между горячим и холодным хладагентом для создания потока. Эта система может использоваться, когда ΔT газа меньше 150 ° F, а температура нагнетаемого газа меньше 210 ° F.

Системы принудительного охлаждения, использующие смесь гликоля и воды, являются наиболее распространенными для компрессоров природного газа. Обычно система охлаждения цилиндра компрессора и система охлаждения смазочного масла корпуса компрессора совмещены.Один насос используется для циркуляции охлаждающей жидкости через цилиндры и теплообменник смазочного масла, а затем в воздушный охладитель, где тепло рассеивается.

При использовании систем принудительного охлаждения необходимо следить за тем, чтобы охлаждающая жидкость имела надлежащую температуру. Если баллон слишком холодный, жидкость может конденсироваться из потока всасываемого газа. Таким образом, желательно поддерживать температуру охлаждающей жидкости на 10 ° F выше, чем температура всасываемого газа. Если баллон слишком горячий, пропускная способность газа теряется из-за нагрева и расширения газа.Следовательно, желательно ограничить температуру охлаждающей жидкости менее чем на 30 ° F выше температуры всасываемого газа.

Мониторинг и очистка замкнутых систем водяного охлаждения

Частично из-за того, что это системы с замкнутым контуром, можно легко игнорировать системы охлаждающей воды электростанции, которые поддерживают надежное функционирование всего, от стержней статора в генераторе до критических подшипников насосов для питающих насосов и теплообменников на воздушных компрессорах. Надлежащий мониторинг и обслуживание этих водных систем может помочь вам избежать более дорогостоящего ремонта механических систем, которые они охлаждают.

На вашей электростанции может быть несколько систем охлаждения с обратной связью. Скорее всего, они охлаждают или контролируют температуру некоторых очень важных компонентов. Скорее всего, будут существовать две системы: так называемая система водяного охлаждения подшипников (которая заботится не только о подшипниках) и система охлаждения статора для тех установок, которые имеют статор с водяным охлаждением. Системы охлаждения с замкнутым контуром также можно встретить в воздухоохладителях на впуске турбин внутреннего сгорания.

По самой своей природе, когда замкнутая система остается замкнутой и работает должным образом в течение длительного периода времени, о ней часто забывают — или, по крайней мере, игнорируют.Небольшие изменения в химическом составе или расходах и перепадах давления во всей системе можно не заметить. Однако, как только процессы коррозии закрепятся в этих системах, исправить их может быть очень сложно. Тем временем критически важное оборудование для обработки данных может быть повреждено до такой степени, что это повлияет на способность предприятия работать.

Прежде чем рассматривать водяную систему охлаждения статора, которая является частным случаем, мы начнем с некоторых общих принципов и практик для систем водяного охлаждения с замкнутым контуром.

Общие сведения о системах охлаждения с замкнутым контуром

Большинство электростанций, использующих водяное охлаждение с замкнутым контуром для механических систем (а не для парового цикла), имеют несколько подсистем. Система водяного охлаждения подшипников обычно обеспечивает охлаждение критических подшипников и уплотнений насоса, водородные охладители для генератора, смазочного масла и охладители воздушного компрессора. Другие системы охлаждения с замкнутым контуром могут включать в себя системы охлажденной воды для воздухоохладителей, используемых на входе воздуха в газовые турбины на электростанции с комбинированным циклом, и панель химических проб.

Система охлаждения с замкнутым контуром может обмениваться теплом с основной системой охлаждающей воды в обычных трубчатых и кожухотрубных теплообменниках или пластинчатых и рамных теплообменниках. Системы с охлажденной водой (воздухоохладители) обмениваются теплом с компрессором, который, в свою очередь, использует градирню, чтобы отводить тепло обратно в окружающую среду.

Обычно деминерализованная вода используется для подпитки охлаждающей воды замкнутого цикла, но для предотвращения коррозии и, в некоторых системах, замерзания требуется химическая обработка.Чаще всего трубопровод в замкнутой системе изготавливается из углеродистой стали. Поверхности теплообмена, такие как узлы воздухоохладителей, могут быть медными или даже алюминиевыми. Пластинчатые и рамные теплообменники часто изготавливают из пластин из нержавеющей стали. Уход и обслуживание этих систем требует, чтобы вы обращали внимание на все металлы.

В замкнутой системе кислородная питтинг является наиболее распространенным типом коррозии (рис. 1). Симптомами кислородной точечной коррозии могут быть ржавая вода или периодическое обслуживание подшипников из-за истирания, вызванного продуктами коррозии, о поверхности уплотнения.

1. Точечная коррозия кислорода в замкнутой системе водяного охлаждения. Предоставлено M&M Engineering

Для возникновения кислородной точечной коррозии сначала должен быть отложение, которое покрывает часть поверхности металла, создавая разницу между содержанием кислорода под отложением и содержанием кислорода в основной массе воды. Дефицитная по кислороду область под осадком становится анодом, а область вокруг отложения, которая подвергается воздействию воды в объеме, становится катодом.Эта конфигурация «большой катод, маленький анод» вызывает концентрированную и ускоренную точечную коррозию в ограниченном пространстве, вызывая точечные утечки.

Если позволить бактериям размножаться внутри замкнутой системы, они могут создать «живой» отложение. Побочные продукты бактериального дыхания часто бывают кислыми, а дыхание также потребляет кислород, в результате чего основа биопленки способствует коррозии основного металла. Это также способствует развитию некоторых видов бактерий, поскольку они используют окисленный металл в своем метаболизме.

Химические средства обработки воды для замкнутого цикла водяного охлаждения

Когда система охлаждения с замкнутым контуром герметична и не имеет потерь воды, применяемая химическая обработка может длиться в течение недель или месяцев, прежде чем ее потребуется обновить. Это может привести к самоуспокоенности. С другой стороны, системы охлаждения с замкнутым контуром, в которых есть утечки — и которые имеют значительную потерю воды — может быть почти невозможно (а иногда и очень дорого) поддерживать на должном уровне очистки. Неправильный уровень обработки всегда приводит к коррозии этих систем.

Ниже мы перечисляем несколько вариантов, которые можно успешно использовать для обработки систем охлаждения с обратной связью, таких как система водяного охлаждения подшипников или система охлаждения воздуха с обратной связью. Как правило, вы находите программу обработки, которая хорошо подходит для различных металлов в вашей системе и системных требований (например, определяет, нужна ли вам защита от замерзания), а затем придерживаетесь ее.

Независимо от того, какую из трех химических обработок вы выберете, они, вероятно, также будут содержать pH-буферы (обычно каустическая кислота и борат натрия) для поддержания щелочного pH, что способствует минимизации коррозии углеродистой стали.Если в замкнутой системе присутствует медь, к обработке может быть добавлен азол для поддержания защитного химического слоя на поверхности открытых медных металлических поверхностей.

Нитрит натрия. Нитрит натрия используется в течение многих лет для предотвращения коррозии в большом количестве систем с обратной связью. Нитрит является окислителем и, по сути, останавливает коррозию, равномерно «разъедая» все. Это кажется нелогичным, но когда все становится катодом, а анода нет, коррозия прекращается.

Постоянная подача нитрита в систему обеспечивает быстрое пассивирование любых образовавшихся оголенных участков. Однако, если в контуре охлажденной воды недостаточно нитрита, в трубопроводе может образоваться анод, и снова у нас есть большая катодная / маленькая анодная коррозионная ячейка. Общие рекомендации для обработки на основе нитрита — минимум 700 ppm нитрита.

Нитриты используются некоторыми бактериями в качестве источника энергии. Если замкнутая система загрязняется этими бактериями, уровень нитрита может быстро снизиться.Бактерии также образуют биопленки, которые создают отложения, образующие участки, являющиеся анодами для остальной части трубопровода. Добавление большего количества нитрита только еще больше ускоряет размножение бактерий, что усугубляет проблему. Системы, использующие нитриты, следует регулярно проверять на наличие бактерий. В некоторых системах неокисляющие биоциды, такие как глутаральдегид или изотиазолин, добавляются к лечению для предотвращения роста бактерий.

Молибдат натрия. Молибдат натрия обычно классифицируется как ингибитор анодного окисления.Молибдат взаимодействует с растворенным в воде кислородом, образуя защитный комплекс феррикмолибдата на стали.

Уровни обработки молибдатом могут составлять от 200 до 800 частей на миллион в виде молибдата. Системы с замкнутым контуром, в которых используется подпитка деминерализованной водой, обычно находятся в нижней части этого диапазона. К сожалению, мировые поставки металлического молибдата, как правило, сосредоточены в районах исторических политических волнений, и с годами цены на молибдат сильно изменились. Такая изменчивость цен может сделать обработку молибдатом конкурентоспособной с нитритной или намного более дорогой.

По иронии судьбы, в системах с замкнутым контуром, которые очень герметичны, уровни растворенного кислорода могут падать, и, таким образом, сводить к минимуму эффективность обработки молибдатом (которая требует растворенного кислорода для образования пассивного слоя). Эксперты рекомендуют минимум 1 ppm растворенного кислорода в системах, обработанных молибдатом.

Полимерные средства. Полимерная обработка используется в течение многих лет для предотвращения накопления накипи и продуктов коррозии в открытых градирнях. Подобные полимеры теперь также продаются для использования в системах с обратной связью.Похоже, что полимер действует как диспергатор для любых продуктов коррозии или накипи, которые могут образоваться, поэтому он предотвращает коррозию, поддерживая чистоту поверхности и гарантируя, что любой растворенный в воде кислород равномерно атакует все поверхности. Это приводит к общему, но в целом низкому уровню коррозии.

Одним из преимуществ этой обработки является то, что она считается очень безвредной для окружающей среды, хотя, пока система с обратной связью остается закрытой, не должно быть никакого воздействия на окружающую среду.

Контроль охлаждающей воды в замкнутом контуре

Ключом к поддержанию надлежащего функционирования вашей замкнутой системы является регулярный мониторинг. Независимо от того, какое активное вещество используется в вашем лечении (нитрит, молибдат или полимер), его концентрацию необходимо регулярно контролировать. Как правило, еженедельного тестирования достаточно, если уровень лечения не падает. (Вы не узнаете этого, если не проводите регулярный мониторинг.) Поскольку коррозионная обработка углеродистой стали и меди обычно смешивается в одном продукте, низкие уровни обработки могут повлиять не только на трубы из углеродистой стали.

Также следует регулярно проверять pH воды. Принимая во внимание количество буферизации pH при химической обработке, pH воды должен быть твердым. Снижение pH может указывать на бактериальное загрязнение, особенно при лечении на основе нитритов. Еще одна вещь, которая может снизить pH, — это утечки в системе, которые вызывают подпитку свежей деминерализованной воды.

Обращайте внимание на другие признаки бактериального заражения, такие как слизистый рост в любых смотровых стеклах или индикаторах потока, или септический запах при отборе образца.Пластинчатые и рамные теплообменники имеют очень большую поверхность и малое расстояние для теплообмена между пластинами. Бактериальное загрязнение может не только серьезно повлиять на теплопередачу, но также может вызвать точечные утечки в пластинах из нержавеющей стали. В зависимости от давления в системе с обратной связью по сравнению с системой с открытым контуром в этот момент охлаждающая вода подшипника может вытечь, или может просочиться охлаждающая вода из открытого контура.

Помните, что гораздо проще предотвратить бактериальное заражение, чем пытаться оправиться от сильно загрязненной системы.

Системы водяного охлаждения статора

Водяная система охлаждения статора представляет собой особый замкнутый контур по нескольким причинам. Во-первых, он защищает одно из наиболее важных элементов оборудования — генератор. В этой системе есть только один металл, вызывающий беспокойство: медь. И эта система должна оставаться очень чистой, даже нетронутой. Небольшое повышение температуры охлаждающих стержней статора может ограничить нагрузку на генератор или даже отключить его. Следовательно, эта система требует особого понимания, внимания и мониторинга (рис. 2).

2. Критическое охлаждение. Учитывая важность генератора, его система водяного охлаждения заслуживает особого внимания. Предоставлено: M&M Engineering

Охлаждающая вода статора содержится в замкнутой системе, которая охлаждает медные шины статора в генераторах с водяным охлаждением. Медные змеевики содержат полые жилы в стержне статора, по которым проходит охлаждающая вода (рис. 3). Концы стержней статора часто сгибаются, чтобы соответствовать конфигурации генератора.

3 Узкий проход. Охлаждающая вода статора течет через узкие каналы стержня статора. Предоставлено: M&M Engineering

На протяжении стержней статора медные жилы, включая те, которые содержат охлаждающую воду, меняют положение в самом стержне. Например, полые пряди для потока охлаждающей воды могут находиться в верхнем правом углу стержня статора на одном конце и выходить где-то посередине стержня статора на другом конце.Эти изменения положения жил в одном стержне называются перестановкой Робеля и выполняются для уменьшения циркулирующих электрических токов в стержнях статора.

Узкие проходы, изгибы и скручивания полых медных жил, в том числе вызванные перемещением Робеля, создают множество мест для небольших количеств подвижных продуктов коррозии, которые частично или полностью блокируют путь охлаждающей воды (Рисунок 4), вызывая статор штанга перегреться. Перегрев стержней статора может привести к снижению генерирующей мощности или даже к катастрофическому отказу генератора.

4. Засорено. Учитывая узкий путь для воды в охлаждающих стержнях статора, для их закупорки не требуется много материала, вызывающего коррозию. Предоставлено: M&M Engineering

Система водяного охлаждения статора состоит из следующих компонентов:

■ Напорный бак с деионизированной водой, обеспечивающий всасывание насосов

■ Циркуляционные насосы

■ Теплообменник

■ Фильтры (картриджные фильтры, сетчатые фильтры или и то, и другое)

■ Смешанный деионизатор

■ Контроль расхода, температуры, проводимости, растворенного кислорода и, в некоторых случаях, pH

Часто бывает два резервуара деионизатора и два набора фильтров, чтобы один из них можно было открыть клапаном для замены фильтрующего картриджа или для замены смол со смешанным слоем.

Контур охлаждения отводит тепло от стержней статора и отводит его через теплообменники. Вода непрерывно проходит через полировальную машину со смешанным слоем, которая удаляет любые растворимые ионные загрязнения, попадающие в воду. Эти примеси обычно представляют собой растворенный диоксид углерода и ионизированные (растворенные) продукты коррозии меди.

Ионообменные смолы могут также улавливать мелкие частицы оксидов меди, хотя это лучше делать с помощью картриджных фильтров. Ионообменная смола со временем может истощиться (на что указывает увеличение проводимости).Но чаще бывает, что перепад давления в слое смолы (вызванный скоплением продуктов коррозии в смолах) требует замены смол.

Проблема коррозии меди в системах статора

Теплопередающие поверхности системы водяного охлаждения статора, как правило, изготовлены из чистой меди. Химия меди в окислительных и восстановительных условиях была предметом большого количества исследований, и теперь мы лучше понимаем условия, вызывающие коррозию, которая является распространенной проблемой.

В присутствии воды высокой чистоты в условиях низкого содержания растворенного кислорода (<20 частей на миллиард) медь образует пассивный слой закиси меди (Cu2O). Оксид меди (CuO) может образовываться при высоком содержании растворенного кислорода (> 2 ppm). Любой из этих оксидов может быть стабильным и создавать пассивный оксидный слой на каналах стержней статора. Слабощелочной pH увеличивает стабильность любого оксидного слоя.

Значительное изменение растворенного кислорода изменяет электрохимический потенциал воды.Это может вызвать превращение оксида меди из одной формы (двухвалентной меди) в другую (одновалентную). Во время этого преобразования оксидные слои становятся нестабильными и попадают в воду, где они перемещаются вниз по потоку и снова прикрепляются к другой области. В зависимости от текущего состояния воды при повторном прикреплении отложения могут содержать либо из двух упомянутых выше оксидов меди, либо металлическую медь. Это повторное прикрепление может принимать различные формы. На рис. 5 показаны оксиды меди, которые образовали перьевидную структуру на поверхности меди.На рисунке 6 показан грубый и случайный характер отложений в канале.

5. Оксиды меди. Перышкообразные структуры оксида меди типичны для условий с низким содержанием растворенного кислорода и нейтральным pH. Предоставлено: M&M Engineering
6. Случайные депозиты. Подобные отложения препятствуют прохождению потока через охлаждающую нить в стержне статора. Предоставлено: M&M Engineering

Важно понимать, что не обязательно коррозия стержня статора сама по себе создает проблемы. В условиях такой чистой воды язвы, создаваемые любой локальной коррозией, очень малы. Проблема заключается в выделении оксидов меди из одной области, которая накапливается в другой. Скорость «коррозии» меди может быть очень низкой, но условия, которые увеличивают скорость, с которой оксид меди попадает в воду, могут быть очень пагубными для состояния системы.Скорость выделения оксидов меди также может зависеть от pH и температуры.

Здесь есть эффект порочного круга. Повышение температуры охлаждающей воды статора увеличивает скорость выделения в воду оксидов меди. Отложения и частично закупоренные пряди могут снизить расход воды. Чем медленнее вода проходит через стержень статора, тем она становится теплее. Этот цикл может вызвать возникновение проблемы с охлаждением статора ниоткуда.

Лучший способ избежать проблем, связанных с коррозией меди и поддерживать потоки и охлаждение стержней статора, — это знать, какой вариант обработки вы собираетесь использовать, и надлежащим образом контролировать систему водяного охлаждения статора.

Контроль воды статора

Беспрепятственный поток через все отверстия стержней статора имеет решающее значение для работы генератора и минимизации переноса частиц в места, где они могут вызвать засорение. Вот почему охлаждающая вода статора должна постоянно контролироваться на предмет проводимости и растворенного кислорода. Электропроводность имеет решающее значение и обычно поддерживается ниже 0,5 мкСм / см. (У производителя вашего оригинального оборудования могут быть другие ограничения.)

Контроль состояния водяных систем статора включает не только химические параметры, такие как растворенный кислород и проводимость.Это также включает в себя рассмотрение множества связанных температур и давлений для выявления тенденций, которые могут предсказать приближающуюся проблему.

Онлайн (на месте) мониторинг проводимости и растворенного кислорода рекомендуется в статорных системах. Отбор проб обычно не проводится из-за количества воды, необходимого для промывки линий отбора проб, прежде чем можно будет быть уверенным в получении точной пробы, которую затем необходимо заменить. Это может быть проблемой.

Также важен перепад давления на картриджных фильтрах и в деионизаторе со смешанным слоем.Частота, с которой необходимо менять фильтр из-за засорения твердыми частицами, указывает на коррозионные условия в системе. Отказ от замены картриджных фильтров или замены смол деминерализатора, когда этого требует перепад давления, ускорит засорение стержней статора. Рекомендуется заменить смолы деминерализатора, если проводимость превышает 0,5 мкСм / см или если перепад давления на деионизаторе превышает 15 фунтов на кв. Дюйм. В качестве меры предосторожности смолы следует менять каждые 18 месяцев — два года.

Картриджные фильтры, которые обычно поставляются, имеют размер 5 мкм, и на некоторых предприятиях было обнаружено, что переход на картриджный фильтр 1 мкм является полезным. Любые частицы, захваченные фильтрами или деионизирующими смолами, являются частицами, которые не могут повторно прикрепиться к поверхности охлаждающего канала статора.

Также важен мониторинг использования подпиточной воды в системе охлаждения статора. Если система работает в режиме с низким содержанием растворенного кислорода, подпиточная вода приносит только растворенный кислород, но также и диоксид углерода, который снижает pH охлаждающей воды статора и увеличивает скорость выделения оксида меди, что ускоряет проблемы с температурой.

Аналогичным образом, если имеется значительный перепад давления в деионизаторе или на фильтрах картриджа, или есть проблемы с насосами охлаждающей воды статора, все они могут замедлить поток охлаждающей воды статора через систему, ускоряя выпуск оксид меди и увеличивает вероятность закупоривания.

Выберите вариант лечения и придерживайтесь его

В предыдущей статье мы обсудили варианты очистки охлаждающей воды статора более подробно («Забытая вода: химия охлаждающей воды статора» в декабрьском 2007 г., выпуске POWER ).Среди тех электростанций, которые имеют статоры с водяным охлаждением, существует почти равномерное разделение режимов с высоким и низким содержанием кислорода с небольшим численным преимуществом по сравнению с теми, которые работают в режиме с высоким содержанием растворенного кислорода.

Высокое содержание растворенного кислорода требует постоянного поддержания более 2 частей на миллион растворенного кислорода в охлаждающей воде статора. Это переводит медь в форму оксида CuO и поддерживает пассивирующий слой с очень небольшим выделением оксида в охлаждающую воду. Любой уровень ниже 1 ppm должен вызывать немедленные действия по устранению проблемы.Часто достаточно просто оставить напорный бак вентилируемым, чтобы поддерживать кислородом охлаждающую воду статора, но если водород попадает в охлаждающую воду, он может вытеснить кислород и вызвать коррозию. Бак с открытой головкой также пропускает углекислый газ, который может снизить pH воды статора, увеличивая коррозию. Некоторые растения устанавливают поглотители углекислого газа на вентиляционное отверстие головного бака, чтобы удалить его, прежде чем в бак попадет воздух.

Для работы в режиме с низким содержанием растворенного кислорода необходимо, чтобы охлаждающая вода статора всегда содержала менее 20 частей на миллиард растворенного кислорода, а в идеале — на как можно более низком уровне.Это создает пассивный слой Cu2O, но в течение более длительного периода времени. Образование закиси меди ограничено количеством растворенного в воде кислорода. Низкое содержание растворенного кислорода можно поддерживать, сохраняя систему герметичной, чтобы ограничить количество подпиточной воды. Кислород также может просачиваться через фланцы, насосы и уплотнения. В некоторых случаях кислород просачивается через неплотное соединение или фланец, что создает эффект Вентури, всасывая воздух. Некоторые растения покрывают верхний бак азотом или даже водородом, чтобы не допустить попадания воздуха.Условия с низким содержанием кислорода необходимо поддерживать во время крупных отключений, и это может потребовать некоторого планирования.

Было также показано, что повышение pH охлаждающей воды статора очень эффективно для снижения коррозии меди и скорости выделения. Однако меньшее количество коммунальных предприятий решило пойти на дополнительные шаги, необходимые для создания и поддержания щелочного pH.

Щелочная обработка pH может улучшить режим с низким или высоким содержанием растворенного кислорода. Целевое значение pH воды обычно находится в пределах 8.5 и 9,0, и может быть получен добавлением небольших количеств каустика к воде или заменой натрийообменной смолы на водородную катионную смолу в одном из сосудов деионизатора и измерения воды через этот теплообменник до тех пор, пока pH не достигнет желаемого уровня. ■

Дэвид Дэниэлс ([email protected]) часто пишет в POWER и является старшим научным сотрудником M&M Engineering Associates Inc.

Обработка и мониторинг замкнутой системы водяного охлаждения

Первичное охлаждение на парогенерирующих электростанциях и во многих других отраслях тяжелой промышленности является критически важным аспектом работы, и сбои в работе могут дорого обойтись в виде потери эффективности и производительности.Но часто упускаются из виду вспомогательные замкнутые системы водяного охлаждения (CCW), которые также выполняют жизненно важные функции. Отказ замкнутой системы может привести к остановке части, если не всей установки. В этой статье исследуются важные вопросы обработки закрытой охлаждающей воды.

CCW Applications

Среди оборудования, которое может быть в закрытых охлаждающих сетях, есть корпуса печей сталеплавильных заводов, технологические теплообменники нефтеперерабатывающих и химических заводов, охладители смазочного масла турбин, подшипники насосов, промежуточные ступени воздушного компрессора, системы отопления / охлаждения зданий и многое другое. (см. рис.1).

Аспект, который делает замкнутое охлаждение настолько подходящим для многих приложений, заключается в том, что химию можно тщательно контролировать. Но пренебрежение обработкой воды и мониторингом может привести к коррозии и загрязнению, что может быть очень неприятным.

Например, распространенным типом закрытого охладителя является пластинчатый теплообменник (P&F) (см. Рис. 2). Такая конструкция обеспечивает максимальный контакт (непрямой) между жидкостями, но в то же время создает потенциальные проблемы из-за тесного зазора между пластинами, которые могут забиться коррозией или микробиологической слизью.

Рисунок 2. Пластинчатый теплообменник.

Другой распространенный теплообменник — кожухотрубный. Они могут иметь не ту же герметичную конфигурацию, что и их собратья из пластин и рам, но коррозия, вызывающая выход из строя труб, столь же эффективно останавливает процессы.

CCW Treatment

Термин «закрытый» в некоторой степени неверен, поскольку практически все системы охлаждающей воды имеют утечки или небольшие потери где-то, что требует подпитки. (Если произошла серьезная коррозия, эти потери могут быть значительными.) Системы часто проектируются с напорным баком для подпитки и обработки изменений спроса. Таким образом, часть кислорода часто может попадать в охлаждающую воду, что, конечно, может влиять на потенциал коррозии.

Несмотря на то, что в системах CCW можно использовать воду с различным качеством, общий выбор (и основное внимание в этой статье) — это конденсат или деминерализованная вода, прошедшая специальную обработку. Выбор конденсата вместо менее чистой воды сводит к минимуму возможность проблем, связанных с образованием накипи соединений жесткости или коррозионных агентов, таких как хлорид и сульфат.

Типичным материалом трубопроводов для систем CCW является углеродистая сталь, при этом нержавеющая сталь или, возможно, медные сплавы являются обычным выбором для труб теплообменника или пластин в теплообменнике P&F. Другие металлы могут включать алюминий или те металлы, которые содержатся в припое фитингов в охлаждающих змеевиках теплообменника. При планировании программы лечения важно знать всю металлургию системы.

Здесь будет полезно сделать краткий обзор базовой коррозии. Все механизмы коррозии имеют электрохимическую природу, хотя на некоторые из них, например, эрозионную коррозию, также влияют механические факторы.На рисунке 3 представлена ​​схема ячеек первичной коррозии, которые могут возникнуть в воде с присутствием кислорода.

Железо окисляется на аноде и переходит в раствор в виде иона двухвалентного железа (Fe + 2). Процесс высвобождает электроны, которые проходят через металл к катоду, где электроны восстанавливают растворенный кислород до гидроксильных ионов (OH-). Затем гидроксильные ионы вступают в реакцию с ионами железа, замыкая цепь и образуя исходный продукт Fe (OH) 2, который продолжает окисляться с образованием ржавчины с основной формулой Fe2O3 ∙ xh3O.Неконтролируемая кислородная атака может вызвать серьезные повреждения трубопроводной сети, а также привести к образованию отложений, которые могут частично или полностью ограничить поток.

Ингибиторы коррозии замедляют реакции на аноде, катоде или иногда на обоих. В течение многих лет прошлого века хромат (CrO42-) был очень популярен для борьбы с коррозией во многих системах охлаждения, как открытых, так и закрытых. Ион вступает в реакцию с железом, образуя то, что можно рассматривать как поверхностный слой нержавеющей стали, который является весьма защитным.Однако экологические проблемы, связанные с выбросами хрома, особенно в связи с токсичностью шестивалентного хрома (Cr6 +), по существу привели к отказу от этой схемы обработки.

В настоящее время наиболее распространенным методом обработки, основанным на стоимости и способности защитить углеродистую сталь, является нитрит путем введения нитрита натрия (NaNO2) в охлаждающий контур. Когда углеродистая сталь впервые вводится в эксплуатацию, на поверхности металла образуется оксидный слой. Хотя это оксидное покрытие само по себе является функцией коррозии, этот слой служит защитной пленкой для основного металла под ним.Однако естественный оксидный слой может быть поврежден механическими воздействиями или проникнут коррозионными агентами.

Нитрит образует пассивирующую пленку оксида железа на аноде. Нитритные комплексы с железными поверхностями образуют чрезвычайно тонкий и очень прочный слой продуктов коррозии.1 Плотный оксидный слой ограничивает высвобождение ионов железа на анодных участках. Типичная реакция этого химического состава изложена ниже.

9Fe (OH) 2 + NO2- → 3Fe3O4 + Nh5 + + 2OH- + 6h3O

Важным аспектом, который следует отметить в этом уравнении, является то, что реакция нитрита производит аммиак, который может вызвать коррозию медных сплавов, особенно если окислительная элемент или соединение, такое как кислород, также присутствует в воде.PH этих растворов обычно доводят до диапазона от 8,5 до 11 с помощью щелочного соединения, такого как гидроксид натрия или буферного агента тетрабората натрия, обычно известного как бура.

Ключевая концепция анодных ингибиторов, таких как нитрит, заключается в том, что химическая концентрация не должна опускаться ниже минимального значения. Если уровень упадет слишком низко, аноды будут развиваться в том, что в противном случае является большой катодной средой, создавая локальные участки для очень интенсивной коррозии. Часто результатом является точечная коррозия.

Обычный диапазон концентрации нитрита составляет от 500 до 1500 частей на миллион, хотя я работал с закрытыми системами охлаждения, в которых этот диапазон не мог поддерживаться из-за значительных утечек. Обработка была приостановлена, чтобы защитить оставшуюся часть трубопровода от локальной коррозии. Правильный ответ в таких случаях — ремонт и замена проржавевшего трубопровода, чтобы вернуть систему в состояние «закрыто». Однако руководство завода не всегда может согласиться с этой философией из-за стоимости и сложности задачи.Но еще один фактор, который делает ремонт правильным, заключается в том, что большая утечка требует большой косметики. Избыточная подача насыщенного кислородом подпитки способствует коррозии, показанной на рисунках 3 и 4.

Рисунок 4. Труба почти заблокирована продуктами коррозии.

Недостатком обработки нитритом является то, что это химическое вещество служит питательным веществом для определенных бактерий, таких как Nitrobacter agillis, которые превращают нитрит в нитрат (NO3-).

Характерной чертой некоторых микроорганизмов является образование слоя слизи для защиты.Шлам может накапливаться, а также захватывать твердые частицы, что приводит к уменьшению потока воды и потенциальной коррозии под отложениями шлама. Однажды я наблюдал замкнутую систему водяного охлаждения, обработанную нитритом, на большом заводе по сборке автомобилей, в которой микробная слизь ограничивала поток в охлаждающих змеевиках с малым отверстием автоматических сварочных устройств. Перегрев стал очень проблемной проблемой.

Кроме того, некоторые микроорганизмы в ходе своих метаболических процессов производят кислоты и другие вредные побочные продукты, которые могут напрямую воздействовать на металлы посредством механизма, известного как микробиологическая коррозия (MIC).

Другой вариант ингибитора коррозии, хотя и более дорогой, — это молибдат (MoO42-), который образуется при добавлении молибдата натрия (Na2MoO4) в охлаждающую воду. Как и хромат, молибдат связывается с железом с образованием поверхностного слоя молибдата железа (FeMoO4). Это соединение обеспечивает хорошую защиту, особенно от вредных анионов хлорида и сульфата. Обычный диапазон дозировки составляет от 200 до 1000 ppm, с типичным рекомендуемым диапазоном pH от 9,0 до 11,0.2

Нитрит и хромат могут быть смешаны для обеспечения синергетического эффекта, когда нитрит усиливает более прочную связь молибдата.Часто в этих случаях диапазон регулирования для каждого химического вещества немного ниже, чем при индивидуальном использовании.

Доступны и другие методы защиты, включая защиту силикатами и использование восстановителя, такого как гидразин, для поддержания пассивного слоя Fe3O4 (магнетита) на углеродистой стали и оксида меди (Cu2O) на медных сплавах. Однако, что касается медных сплавов, наиболее распространенный химический состав азола — лучший выбор. Общим членом азольной группы является толилтриазол (ТТА), структура которого показана на рис.5.

При использовании в основных растворах, что является обычным для нитрита и молибдата, молекула депротонирует (теряет ион водорода), и азот связывается с поверхностью меди. Затем органические кольца соединения образуют пластинчатую пленку для защиты основного металла.

CCW Microbiological Control

Теоретически в закрытой системе без органической нагрузки условия неблагоприятны для микробиологического загрязнения. Тем не менее, загрязнение может быть проблематичным в некоторых системах, особенно в тех, в которых используются некоторые формы органических химикатов, например.g., азолы или диспергаторы, которые могут разрушаться и обеспечивать пищу микробам. Добавьте питательное вещество, такое как нитрит, или нитрат продукта его реакции, и может произойти микробиологический рост. Кроме того, если в системе используется вода, отличная от конденсата, другие микробы, такие как сульфатредуцирующие бактерии, могут размножаться.

Следовательно, может потребоваться микробиологическая обработка, но, в отличие от открытых систем охлаждения, окисляющие биоциды обычно не используются в закрытых системах. Окислители могут вступать в реакцию с некоторыми ингибиторами коррозии, такими как нитриты, или вносить коррозионные вещества, например.г., хлорид, в воду. Скорее неокисляющие биоциды являются предпочтительным выбором. Эти химические вещества действуют, либо повреждая клеточные стенки микроорганизмов, либо вмешиваясь во внутренние метаболические процессы.

Доступно несколько неокисляющих биоцидов, и в этом разделе затронуты лишь некоторые из них. Эти соединения также используются для биологического контроля в открытых рециркуляционных системах.

Глютеральдегид

Глютеральдегид (1,5-пропандиал) — это биоцид широкого спектра действия3, содержащий только углерод, водород и кислород.Таким образом, продукты разложения не содержат элементов или соединений, таких как галогениды или сера, которые могли бы вызвать последующие трудности. Однако продукты разложения потенциально могут снизить pH воды и обеспечить пищу для выживших микроорганизмов.

Изотиазолон

Изотиазолон существует в нескольких конфигурациях с различными боковыми группами, но основная структура показана на рис. 6.

Он также является биоцидом широкого спектра действия и часто встречается в бытовых продуктах, таких как жидкое мыло и т. Д. шампунь ввиду его безопасности для человека.Химические вещества и входящие в их состав стабилизирующие соединения добавят хлориды в воду. Среди проблем, которые может вызвать хлорид, — коррозионное растрескивание нержавеющей стали под напряжением, особенно при повышенных температурах.

Дибромнитрилопропионамид (DBNPA)

Это универсальный биоцид, который часто используется для микробиологического контроля градирен и, по моему опыту, контроля загрязнения мембран обратного осмоса (RO). Недостатки этого соединения заключаются в том, что оно вводит бромид-ионы в охлаждающую воду и быстро гидролизуется при щелочном pH в контурах CCW.

Доступно множество других биоцидов. Авторитетный поставщик систем водоподготовки сможет обсудить лучший подход.

Ограниченное пространство не позволяет обсуждать системы CCW, требующие защиты от замерзания с помощью гликоля, но химический состав гликоля имеет особые особенности, которые необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации. Наиболее примечательно то, что гликоль со временем разлагается, и продукты разложения могут серьезно повлиять на коррозионную активность раствора. IWW

Об авторе: Брэд Бюкер ​​(Brad Buecker) — старший технический публицист ChemTreat.Он имеет 35-летний опыт работы в электроэнергетике или связан с ней, в основном в области химии парогенерации, очистки воды, контроля качества воздуха и разработки результатов. Бюккер имеет степень бакалавра наук. Имеет степень бакалавра химии в Университете штата Айова с дополнительными курсовыми работами по механике жидкости, балансу энергии и материалов, а также по неорганической химии.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.