Utilize valvulas de control para optimizar su eficiencia

El gasto de tratamiento de agua para el uso en torres de refrigeración, calderas, y otras aplicaciones de la planta está aumentando rápidamente. Además de los altos costes, las plantas se enfrentan a menudo la necesidad de cumplir con los efluentes de las regulaciones que rigen, incluyendo el agua de enfriamiento, enviada a través de las instalaciones de tratamiento antes de su descarga.

funcionamiento óptimo de los sistemas de agua de refrigeración significa un uso mínimo de agua mientras se mantiene la temperatura adecuada para limitar el crecimiento de algas y enfriar todo el equipo correctamente. Una forma de ayudar a lograr estos objetivos al tiempo que reduce significativamente el consumo de energía es la instalación de válvulas de control de agua (CW) de refrigeración.

Un sistema bien equilibrado

Funcionamiento de un sistema de agua de refrigeración de manera eficiente requiere equilibrio. Un sistema bien equilibrado es una de la que se elimina los cortocircuitos. El cortocircuito se produce cuando el agua de refrigeración excesiva fluye a través de un enfriador causando flujo insuficiente a través de los otros. Esta morir de hambre a menudo se produce al final de un sistema o en unidades en las elevaciones más altas.

El logro de un sistema equilibrado es un proceso detallado y complicado. Las caídas de presión deben ser figurado para cada pieza de equipo y las tuberías correspondientes, y para cada rama del circuito de agua de refrigeración. Incluso si estos cálculos se realizan cuando una planta es nueva, las condiciones cambian con el tiempo. Depósitos se acumulan en las superficies que alteran el coeficiente de transferencia de calor y resistencia al flujo (caída de presión). Adición o eliminación de equipo del sistema también cambia el equilibrio y puede conducir a cortocircuitos.

equilibrio manual de un sistema de agua de refrigeración usando placas de orificios es difícil y consume tiempo. Las preocupaciones de seguridad a menudo dictan que un orificio estar dimensionado para la máxima demanda. Como resultado, la bomba de agua de refrigeración debe ser dimensionado para, y a menudo debe operar a, altas velocidades de flujo en exceso.

A veces se hacen intentos para equilibrar un sistema mediante el uso de una válvula de globo y estrangular manualmente el flujo. Por desgracia, este enfoque conduce a menudo a un operador de abrir la válvula completamente cuando se necesita flujo máximo, entonces no es el reajuste. De nuevo el resultado es alto flujo cuando el sistema requiere un flujo promedio o mínimo.

El exceso de flujo se indica por una temperatura de enfriamiento de salida de agua sólo unos pocos grados por encima de la entrada. Esta condición de flujo desequilibrado conduce a un mayor consumo de energía de bombeo y zonas distantes o elevadas que a menudo se ven privadas para el agua.

Superior de retorno de agua de refrigeración (salida) las temperaturas dan como resultado un menor consumo de agua de refrigeración. En estas condiciones, la temperatura del agua de refrigeración se debe aumentar hasta el máximo permitido por el proceso. Este incremento se logra reduciendo al mínimo el flujo. Pero antes de tomar esta acción, otras condiciones deben ser evaluados.

Las temperaturas más altas (por encima de 120 F) pueden hacer que el calcio para precipitar fuera del agua a una velocidad alta, resultando en escala y conduce a una mayor caída de presión y la transferencia de calor reducida. El aumento de las temperaturas también promueven el crecimiento de algas. La tasa varía con la calidad del agua y tipo de tratamiento.

La distribución de agua de refrigeración a lo largo de un sistema requiere controladores adecuados que mantienen las temperaturas de salida dentro de un rango especificado, incluso durante el enfriamiento parcial. Si las temperaturas de salida no se pueden aumentar, los controladores todavía pueden reducir el flujo cuando las necesidades de agua caen.

configuraciones de válvula de control

Las válvulas de control se aplican con éxito en una variedad de sistemas de refrigeración de agua. En la mayoría de sistemas, una válvula de control CW proporcional se puede instalar en la línea de retorno (Fig. 1). La válvula, que controla el caudal de agua en proporción directa a la temperatura de salida, debe estar situado tan cerca del enfriador como sea posible.

Cuando el agua de refrigeración está frío, la válvula reduce el caudal a un ligero sangrado. A medida que la temperatura de salida se eleva, la válvula se abre y se regula el flujo para mantener una temperatura de descarga constante. La válvula CW debe estar diseñado para mantener un flujo de purga constante. Sin algo de flujo, el elemento sensor de la válvula no puede decir lo que está pasando.

El uso de válvulas de control CW asegura equilibrado automático del sistema de agua de refrigeración, debido a que la válvula sólo utiliza tanta agua como el enfriador requiere. uso reducido de agua asegura se proporciona un suministro adecuado de agua de refrigeración, incluso a zonas alejadas de la nevera o en elevaciones más altas.

El mantenimiento de una temperatura de proceso en un valor preciso requiere un esquema de control diferente. Un sensor de temperatura (termopar), el controlador y la válvula de control accionada neumática o eléctricamente puede ser utilizado. Otra opción es una válvula de control de auto Cualquier disposición controla temperaturas de la corriente de proceso con diferentes grados de precisión. En muchos casos, la válvula de acción automática ofrece una precisión razonable a un menor coste de instalación.

pautas de aplicación

En aplicaciones que tienen una descarga abierta a un desagüe, la línea de descarga de la válvula CW debe estar siempre lleno. Esta condición puede garantizarse con un sello de bucle en la tubería de salida a una altura por encima de la válvula que luego va a grado (Fig. 3). Sin un sello líquido, líneas pueden vaciar cuando el equipo está apagado. El líquido o elementos de sellado termostáticas lleno de cera se pueden secar y fallar prematuramente.

Un colador puede ser instalado aguas arriba de la válvula de CW si las condiciones de calidad del agua requieren. Suciedad y los residuos afectan cierre adecuado y caricias de la válvula. Si existe este problema, una anulación de neumático (Fig. 4) puede ser utilizado para purgar la válvula de suciedad.

La mejor manera de controlar el crecimiento de algas y la acumulación es mantener la alta calidad del agua. Otros factores que contribuyen al crecimiento de algas incluyen la temperatura y la velocidad. Manteniendo la temperatura por debajo de 120 F es deseable. Dimensionamiento de la velocidad de flujo para lograr una mayor velocidad también tiende a obstaculizar el crecimiento de algas. Las algas limo ha sido conocido para formar en líneas con velocidades que pueden alcanzar tan alto como 10 pies / seg.

El lado del agua de refrigeración de un proceso a menudo se pasa por alto como incontrolable. Sin embargo, el enfriamiento válvulas de control de agua puede promover el ahorro al reducir el uso de agua, bomba de las necesidades de energía, y los costos de tratamiento de agua. En la nueva construcción, pequeños tamaños de tuberías y bombas pueden reducir los costes de equipamiento. válvulas CW también proporcionan mejor control del proceso mediante el mantenimiento de una diferencia de temperatura fijo a través de la entrada de agua refrigerante y la salida. En la mayoría de los casos, los análisis justificar la instalación de dichos controles.

- Editado por Jeanine Katzel, Editor Senior, 847-390-2701, j.katzel@cahners.com

Más información

El autor responderá a las preguntas técnicas sobre este artículo. Se le puede contactar por teléfono al 201

Conceptos clave

funcionamiento óptimo de los sistemas de agua de enfriamiento ayuda a limitar el crecimiento de algas y equipo fresco adecuadamente mientras se mantiene la temperatura adecuada.

Enfriamiento válvulas de control de agua reducen el uso del agua, las necesidades de energía de la bomba, y los costes de tratamiento de agua.

ahorro de agua y energía suelen proporcionar un rápido retorno de la inversión sistema de válvulas.

La justificación de los costes

Los ahorros en agua y la energía de refrigeración típicamente proporcionan una recuperación de la inversión rápida de la inversión en el sistema de la válvula. Enfriamiento válvulas de control de agua también reducen los costos de capital de una nueva instalación al permitir el uso de bombas y filtros más pequeños, y, en algunos casos, la reducción de tamaño de las tuberías.

Un ejemplo de ahorros obtenidos en un sistema retrofit se muestra a continuación.

Condiciones existentes:

Q = calor tasa de eliminación del enfriador, 700.000 Btu / hr

T (sub i) = entrada de temperatura del agua refrigerante, 50 F

T (sub o) = temperatura de salida del agua de refrigeración sin control, 59 F

C (sub p) = calor específico, 1 Btu / lb / ° F

m = tasa de flujo de masa, lb / hr

v = velocidad de flujo volumétrico, gpm

m = Q / C (sub p) (T (sub o) - T (sub i)) = 700.000 / 1 (59 - 50) = 77.777 lb / hr

v = 155.5 gpm

(Para v, para convertir lb / hr en gpm divide por el factor de conversión de 500, que se obtiene multiplicando 8,33 lb / gal. De agua por 60 min / hr.)

Después de que se instala una válvula de CW, la temperatura de descarga se puede ajustar a 82 F. Inserción de la nueva T (sub o) en los rendimientos ecuación:

m = Q / C (sub p) (T (sub o) - T (sub i)) = 700.000 / 1 (82 - 50) = 21.875 lb / hr

v (nueva tasa de flujo volumétrico) = 43,7 gpm

En un sistema en el que no se recircula agua, el uso gotas de agua 72%. En un sistema de circuito cerrado, una cierta cantidad de agua se pierde por evaporación en la torre de enfriamiento y durante la purga. los costes de tratamiento del agua también deben tenerse en cuenta en el análisis.

Además de un ahorro de agua, la energía se conserva porque se necesita menos energía para bombear menos agua. La figura ahorro de energía de la bomba muestra tres gráficos de la cabeza de descarga. Eficiencia y consumo de energía de una bomba típica centrífuga se representan frente a desplazamiento de volumen. Tenga en cuenta que incluso con una reducción en la eficiencia, el consumo de energía es de 6,5 kW antes de instalar la válvula de control y 3,5 kW después, una reducción de energía del 46%.

A un costo de agua tratada de $ 0.50 / 1000 gal. y el costo de energía de $ 0.05 / kWh, el ahorro total anual de $ 7190. La figura supone una pérdida de agua 10% de la evaporación de purga. El ahorro anual para un sistema abierto de descarga son más de $ 60.000.

 

Using Control Valves To Optimize Cooling Water System Efficiency

The expense of treating water for use in cooling towers, boilers, and other plant applications is rapidly increasing. In addition to high costs, plants often face the need to comply with regulations governing effluents, including cooling water, sent through treatment facilities before being discharged.

Optimum operation of cooling water systems means minimum use of water while maintaining proper temperatures to limit algae growth and cool all equipment properly. One way to help achieve these goals while significantly reducing energy consumption is to install cooling water (CW) control valves.

A well-balanced system

Operating a cooling water system efficiently requires balance. A well-balanced system is one from which short-circuiting is eliminated. Short-circuiting occurs when excessive cooling water flows through one cooler causing insufficient flow through the others. This starving often occurs at the end of a system or in units at higher elevations.

Achieving a balanced system is a detailed and complicated process. Pressure drops must be figured for each piece of equipment and its associated piping, and for each branch of the cooling water circuit. Even if these calculations are done when a plant is new, conditions change over time. Deposits build up on surfaces altering the heat transfer coefficient and resistance to flow (pressure drop). Adding or removing equipment from the system also changes the balance and can lead to short circuiting.

Manually balancing a cooling water system using orifice plates is difficult and time consuming. Safety concerns often dictate that an orifice be sized for maximum demand. As a result, the cooling water pump must be sized for, and often must operate at, excessively high flow rates.

Sometimes attempts are made to balance a system by using a globe valve and manually throttling the flow. Unfortunately, this approach often leads to an operator opening the valve fully when maximum flow is needed, then never readjusting it. Again the result is high flow when the system requires average or minimum flow.

Too much flow is indicated by a cooling water outlet temperature only a few degrees above the inlet. This unbalanced flow condition leads to higher pump energy consumption and distant or elevated areas that are often starved for water.

Higher cooling water return (outlet) temperatures result in lower cooling water consumption. Under these conditions, cooling water temperatures should be increased to the maximum permitted by the process. This increase is accomplished by minimizing the flow. But before this action is taken, other conditions must be evaluated.

Higher temperatures (above 120 F) can cause calcium to precipitate out of water at a high rate, resulting in scaling and leading to increased pressure drop and reduced heat transfer. Increased temperatures also promote algae growth. The rate varies with quality of water and type of treatment.

Distributing cooling water throughout a system requires proper controllers that maintain outlet temperatures within a specified range, even during partial cooling. If outlet temperatures cannot be increased, controllers can still reduce the flow when water requirements drop.

Control valve configurations

Control valves are successfully applied in a variety of cooling water systems. In most systems, a proportional CW control valve can be installed in the return line (Fig. 1). The valve, which controls the water flow rate in direct proportion to the outlet temperature, should be located as close to the cooler as possible.

When the cooling water is cold, the valve reduces the flow rate to a slight bleed. As the outlet temperature rises, the valve opens and regulates the flow to maintain a constant discharge temperature. The CW valve should be designed to maintain a constant bleed flow. Without some flow, the valve sensing element cannot tell what is going on.

Use of CW control valves ensures automatic balancing of the cooling water system, because the valve uses only as much water as the cooler requires. Reduced water use ensures an adequate supply of cooling water is provided, even to areas far from the cooler or at higher elevations.

Maintaining a process temperature at a precise value requires a different control scheme. A temperature sensor (thermocouple), controller, and pneumatically or electrically actuated control valve can be used. Another option is a self-acting control valve with a capillary tube (Fig. 2) inserted in the process stream. Either arrangement controls process stream temperatures with varying degrees of accuracy. In many cases, the self-acting valve offers reasonable accuracy at a lower installed cost.

Application guidelines

In applications that have an open discharge to a drain, the CW valve discharge line should always be full. This condition can be ensured with a loop seal at the outlet piping at an elevation above the valve that then goes to grade (Fig. 3). Without a liquid seal, lines may empty when equipment is shut down. Liquid or wax-filled thermostatic seal elements can dry out and fail prematurely.

A strainer may be installed upstream of the CW valve if water quality conditions require. Dirt and debris affect proper closing and stroking of the valve. If this problem exists, a pneumatic override (Fig. 4) can be used to purge the valve of dirt.

The best way to control algae growth and buildup is to maintain high water quality. Other factors contributing to algae growth include temperature and velocity. Keeping the temperature below 120 F is desirable. Sizing the flow rate to achieve a higher velocity also tends to hinder algae growth. Algae slime has been known to form in lines with velocities that can reach as high as 10 ft/sec.

The cooling water side of a process is often overlooked as uncontrollable. However, cooling water control valves can promote savings by reducing the use of water, pump energy requirements, and water treatment costs. In new construction, smaller pipe and pump sizes can lower capital equipment costs. CW valves also provide better process control by maintaining a fixed temperature difference across the cooling water inlet and outlet. In most cases, analyses justify the installation of such controls.

-- Edited by Jeanine Katzel, Senior Editor, 847-390-2701, j.katzel@cahners.com

More info

The author will answer technical questions about this article. He may be reached by phone at 201-403-1556 or by mail in care of his company, 10 York Ave., West Caldwell, NJ 07006.

Key concepts

Optimal operation of cooling water systems helps limit algae growth and cool equipment properly while maintaining proper temperatures.

Cooling water control valves reduce water use, pump energy requirements, and water treatment costs.

Water and energy savings typically provide rapid payback on the valve system investment.

Justifying the costs

Savings in cooling water and energy typically provide a rapid payback on the valve system investment. Cooling water control valves also reduce capital costs of a new installation by allowing use of smaller pumps and filters, and, in some cases, reduced pipe sizes.

An example of savings achieved in a retrofit system is shown below.

Existing conditions:

Q = heat removal rate of cooler, 700,000 Btu/hr

T(sub i) = inlet cooling water temperature, 50 F

T(sub o) = outlet cooling water temperature without control, 59 F

C(sub p) = specific heat, 1 Btu/lb/deg F

m = mass flow rate, lb/hr

v = volumetric flow rate, gpm

m = Q/C(sub p) (T(sub o) - T(sub i) ) = 700,000/1(59 - 50) = 77,777 lb/hr

v = 155.5 gpm

(For v, to convert lb/hr to gpm divide by the conversion factor of 500, which is arrived at by multiplying 8.33 lb/gal. of water by 60 min/hr.)

After a CW valve is installed, the discharge temperature can be set to 82 F. Inserting the new T(sub o) into the equation yields:

m = Q/C(sub p) (T(sub o) - T(sub i) ) = 700,000/1(82 - 50) = 21,875 lb/hr

v (new volumetric flow rate) = 43.7 gpm

In a system in which water is not recirculated, water use drops 72%. In a closed loop system, a certain amount of water is lost to evaporation in the cooling tower and during blowdown. Water treatment costs also must be taken into account in the analysis.

In addition to water savings, energy is conserved because less power is needed to pump less water. The pump energy savings figure shows three discharge head charts. Efficiency and power consumption of a typical centrifugal pump are plotted against volume displacement. Note that even with a reduction in efficiency, power consumption is 6.5 kW before the control valve is installed and 3.5 kW afterward, a 46% energy reduction.

At a treated water cost of $0.50/1000 gal. and energy cost of $0.05/kWh, annual savings total $7190. The figure assumes a 10% water loss from blowdown evaporation. Annual savings for an open discharge system are more than $60,000.

 

Historia de reciclaje de agua de purge de torre de enfriamiento

sby1 (Marino / Océano)

(OP)

19 de Ago 06 15:02

Estoy tratando de tratar a 50.000 galones por día de la torre de enfriamiento purga de aguas residuales para su uso como agua para irrigación. Mi pH es 8,6, sodio 270 ppm, chloride190ppm y TDS 1568. Las plantas no van a tolerar altos niveles de pH y de sodio. Alguna sugerencia

 

cuarc (Mechanical) 20 Aug 06 04:10

RO puede ser una buena opción en su caso. Ni sodio ni pH es un problema. De hecho, la alimentación de agua pH de 8 a 9 es bueno. Sólo echa de sílice.

Re: Torre de enfriamiento Purga del agua

cuarc (Mechanical) 20 Aug 06 04:13

PS: No estoy bien informado sobre los efectos perjudiciales de sodio en cualquier tipo de sistema de tratamiento de agua. ¿Puede usted explicar por favor? ¿Cuál es la composición de TDS 1568?

Re: Torre de enfriamiento Purga del agua

BigInch (Petróleo) 20 Aug 06 05:54

Las sales de sodio no son toleradas por la mayoría de los cultivos. TDS = sólidos disueltos totales

   Going the Big Inch! http://virtualpipeline.spaces.msn.com

Re: Torre de enfriamiento Purga del agua

cuarc (Mecánico) 20 Ago 06 6:21

Gracias, lo confundí y por las plantas presumí plantas de tratamiento de agua. Pedí composición constituyente de TDS y no la forma completa.

Re: Torre de enfriamiento Purga del agua

LHA (Civil / Ambiental) de 21 Ago 06 08:23

De acuerdo con la preocupación de quark situada en la composición de TDS. Podría ser nada, que podría ser sólo las algas de las bobinas, que en realidad sería bueno para las plantas, aunque podría ensuciar las mangueras de distribución, boquillas, etc. Pero, mi conjetura es que usted ha utilizado un alguicida para evitar el crecimiento de algas para aumentar enfriamiento eficiencia bobina. Si esto es cierto, algún componente de la TDS es muy probable que las sales en el alguicida. Y si son sales de Cu - muy común en algicidas - esas son tóxicos para las plantas. Creo RO eliminaría la mayoría de los metales, en cualquier caso, sin embargo. Pero no habrá que ser muy caro?

La ingeniería es la práctica del arte de la ciencia

Re: Torre de enfriamiento Purga del agua

bimr (Civil / Ambiental) de 21 Ago 06 09:58

Esto ha sido discutido en otros mensajes, es posible que desee buscar en el sitio. El TDS de purga es demasiado alto para el riego de cultivos como otros han publicado, por lo que tendrá la desalación como tratamiento si desea volver a utilizar la purga. Un enfoque más práctico es convertir su sistema de torre de enfriamiento de una torre de refrigeración de descarga cero. Haciendo esto reducirá sus necesidades de suministro de agua (el agua adicional se puede utilizar para el riego en su lugar), y eliminar por completo la purga. No ha revelado qué tipo de planta de fabricación que se está trabajando, pero este enfoque ha sido utilizado en muchas plantas de energía, especialmente en las zonas con escasez de agua. Evaporadores se utilizan comúnmente para la desalinización en estos sistemas. Cero sistemas de refrigeración de purga cuestan más que los arreglos de torre de refrigeración convencionales. Sin embargo, se dará cuenta de que tratar para desalinizar la purga torre de refrigeración (con especial RO) es una propuesta problemático y difícil.

Re: Torre de enfriamiento Purga del agua

busby1 (Marino / Océano)

(OP)

21 de Ago 06 10:02

Gracias por las respuestas. Mi Cu es sólo 3ppm y zinc son .37ppm.Sulphates 705ppm.The RO es obviamente el camino a seguir, pero estamos tratando de ver si hay una manera de precipitar las sales de sodio, etc a través de filtros químicos o profundidad. He oído hablar de una "píldora" sólido puesto en el flujo de agua que reacciona con los nitratos de sodio dando, pero no soy un eng química así que no sé las composiciones de esta reacción y lo que la tableta podría ser hecha.

Re: Torre de enfriamiento Purga del agua

bimr (Civil / Ambiental) de 21 Ago 06 11:08

Un sistema basado RO funcionará, pero será problemática para operar debido a que el sistema de RO no puede tolerar los sólidos en suspensión en la purga. Por supuesto, puede filtrar los sólidos. Sin embargo, es más fácil decirlo que hacerlo para tratar de producir un bajo nivel de agua SDI que es adecuado para RO. No hay formas sencillas de obtener sulfato de sodio de la solución. La solubilidad del sulfato de sodio es de aproximadamente 2,500 mg / l, por lo que la precipitación de sulfato de sodio no va a ser de mucha ayuda. Que busca, ya sea por evaporación o RO. No hay otras opciones para la desalinización. Usted debe empezar a buscar otras alternativas primero. Por ejemplo, 1. ¿Es posible aumentar la purga por lo que se reduce la concentración de sales? 2. ¿Es posible ir a una torre de refrigeración de descarga cero. etcétera

Cooling Tower Blow Down Water Recycle Story

busby1 (Marine/Ocean)

(OP)

19 Aug 06 15:02

I am trying to treat 50,000 gallons per day of cooling tower blow down waste water to use as water for irragation. My pH is 8.6,sodium 270 ppm,chloride190ppm and TDS 1568. Plants will not tolerate high pH and sodium levels. Any suggestions

 

quark (Mechanical) 20 Aug 06 04:10

RO can be a good option in your case. Neither sodium nor pH is a problem. Infact, the feed water pH of 8 to 9 is good. Just check silica.

RE: Cooling Tower Blow Down Water

quark (Mechanical) 20 Aug 06 04:13

PS: I am not knowledgeable about detrimental effects of sodium on any kind of water treatment system. Can you please explain? What is the composition of 1568 TDS?

RE: Cooling Tower Blow Down Water

BigInch (Petroleum) 20 Aug 06 05:54

Sodium salts aren't tolerated by most crops. TDS = Total dissolved solids

   Going the Big Inch! http://virtualpipeline.spaces.msn.com

RE: Cooling Tower Blow Down Water

quark (Mechanical) 20 Aug 06 06:21

Thanks, I mistook and by plants I presumed water treatment plants. I asked for constituent composition of TDS and not the full form.

RE: Cooling Tower Blow Down Water

LHA (Civil/Environmental) 21 Aug 06 08:23

Agree with quark's concern on TDS composition.  It could be nothing, it could be just algae from the coils, which would actually be good for plants, although it might foul distribution hoses, nozzles, etc. But, my guess is you've used an algacide to prevent algae growth to increase cooling coil efficiency.  If this is true, some component of the TDS is most likely the salts in the algacide.  And if they are Cu salts - very common in algacides - those are toxic to plants.   I think RO would remove most metals in any case though.  But won't that be pretty expensive?

Engineering is the practice of the art of science - Steve

RE: Cooling Tower Blow Down Water

bimr (Civil/Environmental) 21 Aug 06 09:58

This has been discussed on other posts, you might want to search the site. The blowdown TDS is too high for the crop irrigation as others have posted, so you will need desalination as treatment if you want to reuse the blowdown. A more practical approach is to convert your cooling tower system to a zero discharge cooling tower. Doing this will reduce your water supply needs (The extra water can be used for irrigation instead), and eliminate the blowdown altogether. You have not revealed what type of manufacturing plant that you are working on, but this approach has been used on many power plants, especially in water short areas. Evaporators are commonly used for desalination in these systems. Zero blowdown cooling systems cost more than conventional cooling tower arrangements. However, you will find that trying to desalinate the cooling tower blowdown (with RO especially) is a problematic and difficult proposition.

RE: Cooling Tower Blow Down Water

busby1 (Marine/Ocean)

(OP)

21 Aug 06 10:02

Thanks for replies. My Cu is only 3ppm and zinc .37ppm.Sulphates are 705ppm.The RO is obviously the way to go but we are trying to see if there is a way of precipitating the sodium etc. out through chemical or depth filters. I have heard of a solid "pill" put into the flow of water which reacts with the sodium giving nitrates but I am not a chemical eng so do not know the compositions of this reaction and what the pill would be made of.

RE: Cooling Tower Blow Down Water

bimr (Civil/Environmental) 21 Aug 06 11:08

An RO based system will work, but it will be problematic to operate because the RO system can not tolerate the suspended solids in the blowdown. Of course, you can filter out the solids. However, it is easier said than done to attempt to produce a low sdi water that is suitable for RO. There are no simple ways to get sodium sulfate out of solution. The solubility of sodium sulfate is approximately 2500 mg/l, so precipitation of sodium sulfate is not going to be of much help. You are looking at either evaporation or RO. There are no other options for desalination. You should start looking at other alternatives first. For example, 1. Is it possible to increase the blowdown so the concentration of salts is reduced? 2. Is it possible to go to a zero discharge cooling tower. etc.

Como Satisfacer la Sed de las Torres de Enfriamiento

El consumo de Agua es un área de operaciones de construcción en la que los administradores de instalaciones pueden hacer una gran diferencia. De acuerdo con el edificio de Propietarios y Administradores Association (BOMA) Internacional, edificios de oficinas comerciales de un solo uso solo - sexta parte del mundo ' suministro de agua dulce s. Es responsabilidad de los que manejan el uso del agua a emplear métodos para reutilizar siempre que sea posible.

Un método consiste en utilizar agua regenerada - que se usa previamente y ha pasado por tratamiento avanzado - en el enfriamiento de los sistemas de torre. Estos sistemas son grandes consumidores de agua a una instalación, con aproximadamente tres galones de agua por minuto necesaria para cada tonelada de refrigeración el sistema debe proporcionar.

También está el factor de desperdicio a considerar. “ En términos generales, aproximadamente el 1% de esa agua va a evaporar, ” dice Mark Hodgson, director, la calidad del aire ambiental en Clayton Services Group en Edison, Nueva Jersey. “ Teniendo en cuenta que los edificios más grandes utilizan miles de toneladas de refrigeración por día, hay miles de galones de agua de recirculación y cientos de galones de evaporación todos los días. ”

El agua gris, definido por la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) como “ de aguas residuales compuesto de agua de lavado de cocina, baño, y los sumideros de lavandería, bañeras, y las arandelas ” puede ser utilizado para un número de propósitos secundarios, incluyendo el agua para los sistemas de refrigeración. Las aguas grises también se puede definir como cualquier que no es apta para el consumo. Esto puede incluir otros tipos de agua utilizada, como que a partir de cisterna de un retrete.

Dado que el agua utilizada en las torres de refrigeración no tiene que ser de calidad potable, con el nivel adecuado de tratamiento, el agua recuperada puede satisfacer las necesidades de los sistemas sin estar constantemente sobre la base de la alimentación fresca. En su lugar, una planta de tratamiento de aguas residuales toma agua utilizada en, lo trata, y la envía a una instalación.

La Autoridad de Agua y Alcantarillado de Orange (OWASA) en Carrboro, Carolina del Norte comenzará a proporcionar este servicio a la Universidad de Carolina del Norte (UNC) en 2007. La universidad utilizará inicialmente el agua recuperada en torres de refrigeración en su campus principal. La demanda promedio día 2007

Que llevó el proyecto fue una grave sequía en la región durante los años 2001 y 2002. Para hacer frente a futuras sequías, OWASA y UNC llevaron a cabo un estudio conjunto, con la ayuda de una empresa de ingeniería, para evaluar la viabilidad del uso de agua regenerada. Después se trataron las cuestiones técnicas y de salud, se determinó tal sistema sería beneficioso.

Margaret Holton, PE, agua, aguas residuales y aguas pluviales con gestor de servicios de energía UNC, dice, “ Las torres de enfriamiento fueron escogidos [para este proyecto] debido a que utilizan grandes cantidades de agua durante todo el año. Además, el uso máximo coincide con la comunidad de la punta de verano - de ancho. ”

El proyecto $ S 15 millones financiado en parte a través de subvenciones estatales y federales por un total de $ 2,5 millones. Debido UNC será inicialmente el único cliente, que está pagando el resto de los costos del proyecto. Unos 14,200 pies de tuberías de distribución de agua regenerada actualmente se están instalando a partir de una planta de tratamiento de OWASA al campus de la UNC.

La Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire - Acondicionado (ASHRAE) está estudiando este tipo de reutilización de agua para torres de enfriamiento. Un foro titulado, “ ¿Qué necesita saber sobre el agua gris antes de que pueda ser usado en sistemas HVAC de refrigeración? ” Se llevó a cabo el pasado junio en la reunión anual de ASHRAE para centrarse en el potencial de las aguas residuales municipales tratadas terciario.

Hodgson, que presidió el foro, dice, “ torres de enfriamiento fueron discutidos como un aspecto, ya que las torres son, probablemente, el mayor consumidor de agua en un sistema de construcción.

“ Mientras que las torres de refrigeración don ' t requieren agua de calidad potable, ” continúa, " en la mayoría de los casos, tales como edificios de oficinas, que es la única oferta disponible. ” Esto es en gran parte debido a que la infraestructura para transportar el agua tratada a una instalación no está en su lugar en la mayoría de los sistemas municipales.

En el foro, cuestiones sobre el uso de este tipo de efluentes en las torres de refrigeración incluyen salvaguardas de salud, el diseño actual de las torres y los requisitos de infraestructura.

“ La principal preocupación de que la mayoría de los ingenieros se enfrentan es la salud y la seguridad, ” señala Hodgson. “ Debe haber una cierta cantidad de cuidado y una cierta cantidad de precaución de seguridad adicional para el tratamiento del agua. Sin embargo, la industria de tratamiento de agua siempre ha expresado una gran cantidad de confianza que sabe cómo tratar a esta [efluentes]. ”

Con respecto al diseño de las torres de refrigeración a sí mismos, los asistentes al foro de ASHRAE se centraron en dos cuestiones. “ Esta agua tiende a tener un mayor nivel de sólidos en suspensión que el agua de la ciudad, ” dice Hodgson. “ Los sólidos en suspensión pueden precipitar sobre las superficies y reducir la transferencia de calor. Esto sería restringir el flujo dentro del sistema, el que se presente una penalización energética. ” Esto significa necesitaría ser gastada para mantener el flujo adecuado de agua a través del sistema de refrigeración más energía.

“ También hubo cierta preocupación en cuanto a si la metalurgia de los sistemas de enfriamiento existentes es suficientemente robusto para soportar lo que podría ser un entorno algo más dura [del efluente], ” dice Hodgson. “ Aumenta el riesgo de corrosión. ”

Save Water While Quenching Cooling Towers

Water consumption is an area of building operations in which facility managers can make a big difference. According to the Building Owners and Managers Association (BOMA) International, commercial office buildings alone use one-sixth of the world’s fresh water supply. It is incumbent on those who manage water usage to employ methods to reuse it whenever possible.

One method is to use reclaimed water—that which is previously used and has gone through advanced treatment—in cooling tower systems. These systems are large consumers of water for a facility, with approximately three gallons of water per minute needed for each ton of refrigeration the system must provide.

There is also the waste factor to consider. “Generally speaking, about 1% of that water is going to evaporate,” says Mark Hodgson, director, environmental air quality at Clayton Services Group in Edison, NJ. “Bearing in mind that larger buildings use thousands of tons of refrigeration per day, there are thousands of gallons of water recirculating and hundreds of gallons evaporating every day.”

Gray water, defined by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) as “wastewater composed of wash water from kitchen, bathroom, and laundry sinks, tubs, and washers” can be used for a number of secondary purposes, including water for cooling systems. Gray water can also be defined as any that is not suitable for drinking. This can include other types of used water, such as that from toilet flushing.

Since the water used in cooling towers does not need to be of drinking quality, with the proper level of treatment, reclaimed water can meet the needs of those systems without constantly drawing on the fresh supply. Instead, a wastewater treatment plant takes used water in, treats it, and sends it out to a facility.

The Orange Water and Sewer Authority (OWASA) in Carrboro, NC will begin providing this service to the University of North Carolina (UNC) in 2007. The university will initially use reclaimed water in cooling towers on its main campus. The 2007-2008 average day demand is estimated at 515,000 gallons per day.

Prompting the project was a severe drought in the region during 2001 and 2002. In order to address future droughts, OWASA and UNC conducted a joint study, with the help of an engineering firm, to evaluate the feasibility of using reclaimed water. After technical and health issues were addressed, it was determined such a system would be beneficial.

Margaret Holton, P.E., water, wastewater, and stormwater manager with UNC Energy Services, says, “The cooling towers were chosen [for this project] because they use large amounts of water throughout the year. Also, the peak usage coincides with the summer peak demand community-wide.”

The $15 million project is partially funded through state and federal grants totalling $2.5 million. Because UNC will initially be the sole customer, it is paying the remainder of the project costs. About 14,200 feet of reclaimed water distribution pipes are currently being installed from an OWASA treatment plant to the UNC campus.

The American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) is currently exploring this type of water reuse for cooling towers. A forum entitled, “What Do You Need To Know About Gray Water Before It Can Be Used in HVAC Cooling Systems?” was held this past June at the ASHRAE annual meeting to focus on the potential of tertiary treated municipal effluent.

Hodgson, who chaired the forum, says, “Cooling towers were discussed as one aspect, since the towers are probably the largest single consumer of water in a building system.

“While cooling towers don’t require drinkable quality water,” he continues, “in most instances, such as office buildings, that is the only available supply.” This is largely because the infrastructure to transport the treated water to a facility is not in place in most municipal systems.

In the forum, issues on the use of this type of effluent in cooling towers included health safeguards, the current design of the towers, and the infrastructure requirements.

“The primary concern that most engineers face is health and safety,” notes Hodgson. “There must be a certain amount of care taken and a certain amount of additional safety precaution for water treatment. However, the water treatment industry has always expressed a great deal of confidence that it knows how to treat this [effluent].”

With regard to the design of cooling towers themselves, attendees of the ASHRAE forum zeroed in on two issues. “This water tends to have a higher level of suspended solids than city water,” says Hodgson. “Those suspended solids may precipitate out onto surfaces and reduce heat transfer. This would restrict flow within the system, which would present an energy penalty.” This means more energy would need to be expended to maintain the proper flow of water through the cooling system.

“There was also some concern as to whether the metallurgy of existing chiller systems is sufficiently robust to withstand what could be a somewhat more harsh environment [from the effluent],” says Hodgson. “It increases the risk of corrosion.”

In their study, OWASA and UNC addressed the issue of corrosion with pilot scale testing to confirm the suitability of the reclaimed water for use in the cooling towers. In addition, chemical treatment will be needed to minimize scale formation, corrosion, pitting, and biofouling.

Hodgson notes that infrastructure can be an obstacle for existing buildings. It is possible, however, to retrofit. For new facilities, infrastructure can be included in original construction, as with the UNC project.

With the proper amount of research, facility managers can determine if this water saving practice fits into their buildings.

Medicion de Flujo Contando Pulsos

Teoría de conteo de impulsos El método de recuento de pulsos para medición de caudal implica la conversión de la energía cinética del fluido que fluye en rotación, la detección de esta rotación y su conversión en energía eléctrica en forma de impulsos digitales que comprenden '0 de y' de 1 de períodos que varían de acuerdo con el flujo que se está midiendo . Los períodos de '0' y '1', entonces se pueden medir para determinar la velocidad y dirección de rotación; por lo tanto, la determinación de la tasa de flujo y la cantidad de fluido volado en un periodo de tiempo.

Algunos métodos de medición de flujo pueden generar señales analógicas que deben ser convertidos a señales digitales antes de ser utilizado por una unidad Micro Un flujo rápido genera impulsos / forma de onda de una frecuencia más alta, mientras que un flujo  genera bajos impulsos de frecuencia / formas de onda.

Figura 1: Conteo de Pulso

La figura 1 muestra una representación de la teoría de recuento de pulsos en el que el fluido que fluye en una tubería activa un mecanismo para crear la rotación y un sensor para luego generar el análogo o forma de onda digital. Esta forma de onda se puede luego medir usando una MCU que tiene un contador de impulsos.

Los sensores basados ​​en la teoría de recuento de impulsos Hay varios sensores disponibles que emplean diferentes técnicas para generar impulsos eléctricos de acuerdo con el flujo que se está midiendo. Algunos de los sensores empleados comúnmente incluyen:

  • Los sensores ópticos
  • Los sensores magnéticos

El uso de un sensor permite la medición de la rotación sin la detección de la dirección. Un segundo sensor hace que sea posible detectar también la dirección de la rotación.

Los sensores ópticos Los sensores ópticos detectan la luz a través de un disco perforado que gira cuando el fluido fluye a través del medidor. Este sensor comprende un LED, un sensor de luz y un disco giratorio situado entre el LED y el sensor de luz. La figura 2 muestra la disposición de los componentes individuales del sensor óptico.

Figura 2: Sensores ópticos para medición de caudal

El disco giratorio se corta para hacer perforaciones en ella que son codificadas de diferentes maneras. El o sensor foto diodo conduce la corriente de acuerdo con las perforaciones en el disco para generar impulsos que se pueden medir usando un contador en una MCU. Las perforaciones en el disco giratorio se pueden codificar en:

  • 2 bits o 3 bits de codificación binaria / gris
  • codificación de cuadratura de 2 bits

La Figura 3 muestra Gray y binario discos codificados 3 bits. Las porciones blancas indican las perforaciones a través de la que el LED es visible para el fotodiodo y llevará a cabo. Las partes negras bloquean el LED y el fotodiodo no realiza.

Figura 3: 3 bits codificado disco perforado

La salida de los sensores ópticos es analógica. Algunos sensores pueden incluir un comparador en el chip para proporcionar una salida digital que puede ser contado utilizando un recuento

 

Pulse-based counting in flow meters

Pulse Counting Theory
The pulse counting method for flow measurement involves converting the kinetic energy from the flowing fluid into rotation, detecting this rotation and converting it into electrical energy in the form of digital pulses comprising '0's and '1's of varying periods in accordance with the flow being measured. The periods of '0' and '1' can then be measured to determine the speed and direction of rotation; hence determining the rate of flow and amount of fluid flown over a period of time.

Some flow measurement methods may generate analog signals that must be converted to digital signals before being used by a Micro-controller unit (MCU). A fast flow generates pulses/waveform of higher frequency while a slow flow generates low frequency pulses/waveforms.

Figure 1: Pulse Counting - Conversion of Kinetic Energy to Electric Energy

Figure 1 shows a representation of the pulse counting theory where the fluid flowing in a pipe activates a mechanism to create rotation and a sensor to then generate the analog or digital waveform. This waveform can be then measured using an MCU having a pulse counter.

Sensors based on Pulse Counting Theory
There are various sensors available that employ different techniques to generate electrical pulses in accordance with the flow being measured. Some of the commonly employed sensors include:

  • Optical Sensors
  • Magnetic Sensors

Use of one sensor allows measurement of rotation without detecting the direction. A second sensor makes it possible to also detect the direction of the rotation.

Optical Sensors
Optical sensors sense light through a perforated disc which rotates when the fluid flows through the meter. This sensor comprises a LED, a light sensor and a rotating disc located between LED and the light sensor. Figure 2 shows the arrangement of the individual components of the optical sensor.

Figure 2: Optical Sensors for Flow Measurement

The rotating disc is cut to make perforations in it which are encoded in different ways. The light sensor or photo diode conducts current in accordance with the perforations on the disc to generate pulses which can be measured using a counter on an MCU. The perforations on the rotating disc can be encoded in:

  • 2-bit or 3-bit Binary/Gray encoding
  • 2-bit Quadrature encoding

Figure 3 shows 3-bit Gray and Binary encoded discs. The white portions indicate the perforations through which the LED is visible to the photo diode and will conduct. The black portions block the LED and the photo diode does not conduct.

Figure 3: 3-bit encoded perforated disc

The output of the optical sensors is analog. Some sensors may include a comparator on-chip to provide a digital output which can be counted using a count on a MCU.

Como Purgar de Fondo una Caldera Correctamente

La purge decuada de la caldera es una parte esencial del funcionamiento de la caldera proceedures de tubos de humo. Es necesario controlar la cantidad de TDS (sólidos disueltos totales) en el TDS total de caldera agua.El no debe exceder de 3500 partes por millón en una caldera scotch marino. Si la purga no se controla, sólidos disueltos excesivas tendrán una tendencia a aumentar y se concentra hasta un punto que hará que una formación de espuma o un acarreo más condición que contaminará el vapor.

 

Las altas concentraciones de TDS en calderas pirotubulares tienen una tendencia a recoger la mayor escala de la superficie de transferencia de calor. La escala es un excelente aislante y su colección en las superficies de transferencia de calor de una caldera reduce la eficiencia de la caldera. espesor de la incrustación entre 1/50 de pulgada a 1/9 de pulgada, dependiendo del tipo de carbonatos o sulfatos presentes puede reducir la eficiencia de la caldera entre 3,5% a 16%. Como se puede decir sólo una pequeña cantidad de sarro puede costar miles de dólares al año en costos de combustible.

Caldera de la frecuencia y la duración de purga es recomendado por el contratista de tratamiento de agua y pueden llevarse a cabo de forma manual o automática, o ambos. purga manual implica que el personal usuario de apertura de las válvulas de purga de la caldera para una longitud de tiempo predeterminado a intervalos adecuados. purga automática se puede lograr de muchas maneras. El método más común es el uso de un skimmer de purga de la superficie unida a una válvula de purga calibrado que permite que una cantidad preestablecida continua de agua de la caldera para ser soplado hacia abajo.

velocidad de purga adecuado puede ser calculado fácilmente cuando se conocen dos factores. Es necesario conocer el TDS en el agua de alimentación y la cantidad de agua de reposición de la caldera está utilizando. La cantidad de TDS en el agua de alimentación puede ser determinada a partir de un análisis de agua. La cantidad de compensar agua se determina mediante la instalación de un contador de agua en la línea de suministro de agua maquillaje que sirve a la unidad de agua de alimentación. La cantidad correcta de purga de la caldera, como un porcentaje del agua de alimentación puede ser calculado con la siguiente fórmula.

TDS en el agua de alimentación / 3500-TDS en el agua de alimentación X 100. Por ejemplo si el TDS en el agua de alimentación = 200 divide este por 3500-200 o (3300) el resultado es 0,06 el multiplican 0,06 X 100 para la cantidad que de 6% de agua de reposición para la purga de la caldera adecuada. Espero que esto es claro como el barro ahora será eliminar de sus calderas.

NOTA: Debido a las muchas variaciones de las plantas de calderas, calderas, válvulas, sistemas de bombeo y sistemas de control de mantenimiento adecuado de estos sistemas deben seguir las recomendaciones del fabricante y las autoridades federales, estatales y locales leyes que rigen estos Proceedures. Calderas y mantenimiento de la caldera puede ser peligroso y sólo debe ser realizado por profesionales de calderas que tienen la formación adecuada. En caso de duda aplazar hasta el fabricante de la caldera.

The Correct Way To Do Boiler Bottom Blowdown

Proper boiler blowdown is an essential part of firetube boiler operating proceedures. It is necessary to control the amount of TDS (total dissolved solids) in the boiler water.The total TDS should not exceed 3500 parts per million in a scotch marine boiler. If the blowdown is not controlled, excessive dissolved solids will have a tendency to increase and concentrate to a point that will cause a foaming or a carry over condition which will contaminate the  steam.

 

High concentrations of TDS in firetube boilers have a tendency to collect as SCALE on the heat transfer surface. Scale is an excellent insulator and its collection on the heat transfer surfaces of a boiler reduces the efficiency of the boiler. Scale thickness between 1/50 of an inch to 1/9 of an inch depending on the type of carbonates or sulfates present can reduce boiler efficiency between 3.5% to 16%. As you can tell just a small amount of scale build up can cost thousands of dollars a year on fuel costs.

Boiler blowdown frequency and duration is recommended by the water treatment contractor and can be accomplished either manually or automatically or both. Manual blowdown involves the operating personnel opening the boiler blowdown valves for a predetermined length of time at proper intervals. Automatic blowdown can be accomplished by many means. The most common method is the use of a surface blowdown skimmer attached to a calibrated blowdown valve which permits a continuous preset amount of boiler water to be blown down.

Proper blowdown rate can be easily figured when two factors are known. It is necessary to know the TDS in the feedwater and the amount of makeup water the boiler is using. The amount of TDS in the feedwater can be determined from a water analysis. The quantity of make up water is determined by installing a water meter in the make up water supply line that serves the feedwater unit. The correct amount of boiler blowdown, as a percentage of feedwater can be figured with the following formula.

TDS in feedwater / 3500-TDS in feedwater X 100. For example if the TDS in the feedwater = 200 divide this by 3500-200 or (3300) the result is .06 the multiply .06 X 100 for the amout of 6% of makeup water for proper boiler blowdown. I hope this is clear as the mud you will now be removing from your boilers.

NOTE: Because of the many variations of boiler plants, boiler, valves, pumping systems, and control systems proper maintenance of these systems should follow manufacturer’s recommendations and federal, state, and local laws that govern these proceedures. Boilers and Boiler maintenance can be dangerous and should only be preformed by Boiler professionals that have the proper training. When in doubt defer to the Boiler manufacturer.

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