Qu'est-ce qu'une tour de refroidissement et quelle qualité de l'eau doit être mesurée

WHAT IS A COOLING TOWER?

Le refroidissement est le processus de transfert d'énergie thermique par rayonnement thermique, conduction thermique ou convection. Dans les procédés industriels, le refroidissement est réalisé grâce à divers mécanismes nécessitant différents équipements. Le mécanisme de refroidissement industriel le plus couramment accepté est l’utilisation d’une tour de refroidissement.

Eau de refroidissement

L’eau est utilisée comme fluide caloporteur dans les tours de refroidissement. L'eau possède plusieurs propriétés clés qui en font un bon choix comme fluide caloporteur.:

Chaleur spécifique élevée

Chaleur élevée de vaporisation

Point d'ébullition élevé

Faible coût

TYPES OF COOLING TOWER:

De nombreuses variables peuvent affecter les systèmes de tours de refroidissement, notamment la qualité de l'eau d'appoint, le calendrier d'exploitation et les facteurs de stress. Bien qu’il n’existe que trois types fondamentaux de tours de refroidissement, les différences de conception et de fonctionnement rendent difficile toute généralisation. Pour les besoins de cette discussion, nous regroupons les systèmes de refroidissement en fonction de ce qui se passe avec l'eau de refroidissement. Les trois types de systèmes de refroidissement sur lesquels nous nous concentrons ici sont:

Système de refroidissement à passage unique

Tour de refroidissement à sec (système de recirculation fermé)

Tour de refroidissement humide (système de recirculation ouvert)

Système de refroidissement à passage unique:

Dans le cas du refroidissement à passage unique, l'eau est pompée à partir d'une source proche et ne traverse le système qu'une seule fois pour absorber la chaleur du processus. Il est ensuite renvoyé dans la source d'origine  Cette source peut être une rivière, un lac, un océan ou un puits.

Cette conception est courante là où de grands volumes d’eau à faible coût sont disponibles  De plus, ces systèmes sont typiques lorsque la demande de refroidissement est faible à modérée, que les processus ne sont pas critiques et qu'il y a de la place pour accueillir de gros équipements et des volumes d'eau élevés. L’un des inconvénients du refroidissement à passage unique est la susceptibilité aux perturbations causées par des événements stochastiques liés à l’eau, tels que les inondations. De plus, ces systèmes sont progressivement abandonnés en raison de préoccupations concernant la qualité et la conservation de l’eau.

Tour de refroidissement à sec:

Dans les systèmes de recirculation fermés ou les tours de refroidissement sèches, la chaleur absorbée par l'eau de refroidissement est soit transférée à un deuxième liquide de refroidissement, soit rejetée dans l'atmosphère. Le mot sec est utilisé parce que l’eau n’est jamais exposée à l’air et, par conséquent, très peu d’eau est perdue. Un moteur automobile est un bon exemple de système de refroidissement fermé.

L’évaporation n’est pas utilisée dans les tours de refroidissement fermées à recirculation. Au lieu de cela, l’air frais se précipite dans une série de petits tubes contenant du liquide de refroidissement en circulation. La chaleur est transférée du liquide chaud à l’intérieur des tubes vers l’air froid, entraînant un refroidissement. Le liquide de refroidissement est ensuite renvoyé dans le moteur. Les applications industrielles du refroidissement à recirculation fermée comprennent:

Boucles d'eau glacée

Refroidissement de la salle informatique

Contrôleurs de température des aliments

Autres processus dans lesquels un léger changement de température est important pour le produit ou l'environnement

Tour de refroidissement humide/tour de refroidissement par évaporation:

Les systèmes de refroidissement ouverts à recirculation ou les tours de refroidissement humides sont les modèles les plus utilisés dans l'industrie. Tout comme dans les systèmes fermés à recirculation, le système ouvert utilise la même eau encore et encore. Sa caractéristique la plus visible est la grande tour de refroidissement extérieure qui utilise l'évaporation pour libérer la chaleur de l'eau de refroidissement. En raison du mécanisme, ce type de tour de refroidissement est également appelé tour de refroidissement par évaporation. Ce système se compose de trois équipements principaux : la ou les pompes à eau de recirculation, le ou les échangeurs de chaleur et la tour de refroidissement.

Comment fonctionnent les tours de refroidissement humides:

Les systèmes de refroidissement à recirculation ouverte comportent des « tours humides », où l'eau de refroidissement entre en contact direct avec le flux d'air ascendant. L'eau de l'échangeur thermique est pompée uniformément sur le pont supérieur de la tour de refroidissement  Il tombe en cascade et se décompose en minuscules gouttelettes lorsqu'il traverse une série de plaques anti-éclaboussures, appelées remplissage de la tour de refroidissement.  Ce remplissage peut être constitué de feuilles de plastique ondulées, de lattes de bois ou d'autres dispositifs augmentant la surface, améliorant ainsi l'évaporation.  Lorsque les gouttelettes d'eau rebondissent sur le remplissage de la tour de refroidissement, les molécules les plus chaudes se détachent de l'eau et sont transportées vers le haut et hors de la tour sous forme de « dérive ».  L'eau refroidie restante est collectée dans un réservoir au bas de la tour, appelé bassin.  Cette eau refroidie peut maintenant être pompée vers l'échangeur de chaleur.

COOLING TOWER WATER TREATMENT

L'eau peut être traitée avec des inhibiteurs chimiques pour prolonger le point de saturation des matériaux insolubles et prévenir le tartre et la corrosion. Le traitement de l'eau avec des produits chimiques pour tours de refroidissement est préféré à la fourniture d'eau douce en raison de problèmes environnementaux et de coûts.

Ventilation de la tour de refroidissement

Les produits chimiques pour tours de refroidissement sont utiles pour augmenter le point de saturation de l’eau de refroidissement. Cependant, il existe une limite à la concentration en solides ou au cycle de concentration qui peut être gérée par un inhibiteur chimique.  Pour cette raison, les matières dissoutes dans l'eau de refroidissement sont réduites en éliminant ou en « évacuant » un pourcentage d'eau du système et en la remplaçant par de l'eau fraîche.

Contrôle de purge de la tour de refroidissement

La mesure et le contrôle de la conductivité permettent un calcul précis des quantités et du calendrier de purge. La mesure et le maintien de la conductivité sont essentiels, car un mauvais contrôle de la purge peut entraîner:

Tartare et corrosion (lorsque la conductivité est trop élevée) ou

Ressources gaspillées, y compris l'eau et les produits chimiques des tours de refroidissement (lorsque le système pourrait tolérer une eau d'alimentation à conductivité plus élevée)

ADDITIONAL CONSIDERATIONS

Risques du refroidissement à recirculation fermée

Contrairement aux tours de refroidissement humides, les tours de refroidissement sèches ont un profil de température relativement bas et ne dépendent pas de l'évaporation. Cela réduit le risque de mise à l’échelle dans ces systèmes. Cependant, le risque de corrosion reste important dans les tours de refroidissement sèches, en raison de la forte solubilité de l'oxygène dissous à basse température. De plus, les basses températures peuvent favoriser l’encrassement microbien en raison de la capacité des populations bactériennes à survivre dans l’environnement de la tour de refroidissement.

Dépôts microbiologiques

L’eau d’appoint et le vent peuvent transporter des micro-organismes dans un système d’eau de refroidissement. Dans certaines conditions, les communautés microbiennes se multiplient dans le système, provoquant des problèmes. Le stress microbiologique peut affecter n’importe quel composant d’un système de refroidissement. En fait, le stress microbiologique est souvent le stress le plus important sur les systèmes de refroidissement, car il peut favoriser d’autres types de stress. Par exemple:

La corrosion se produit sous la couche de mucus bactérien

Les molécules inorganiques restent piégées dans la couche visqueuse, entraînant une mise à l'échelle

Prévenir les dépôts microbiologiques dans les tours de refroidissement

Un programme de contrôle microbien efficace se concentre sur les communautés microbiennes spécifiques qui endommagent un système de refroidissement donné. Des biocides appropriés peuvent être sélectionnés, éventuellement en conjonction avec des dispersants pour pénétrer et éliminer les dépôts. Le biocide oxydant le chlore est couramment utilisé en biocontrôle avec certains biocides non oxydants. Le brome ou le dioxyde de chlore est utilisé à la place du chlore pour les systèmes à fortes contraintes. Les traitements microbiologiques peuvent nécessiter un contrôle du pH et d'autres paramètres de qualité de l'eau pour garantir une efficacité maximale.

Autres types d’encrassement des tours de refroidissement

Les matières solides autres que le tartre, comme les débris en suspension dans l'air, les produits de corrosion, les fuites de procédé et les matières en suspension, s'accumulent dans le système et contribuent à la perte d'efficacité et à la détérioration des équipements. Divers facteurs influencent le niveau d’encrassement. Vous devrez peut-être comprendre le type d’encrassement et sa source afin de déterminer la meilleure façon de le contrôler. Il peut s'agir de préconisations d'améliorations mécaniques, de clarification de l'eau d'appoint ou d'ajout de dispersants spécifiques à la problématique d'encrassement. La filtration latérale peut également être une solution pour les systèmes soumis à de fortes contraintes d'encrassement.

SENSORS & INSTRUMENTATION FOR COOLING TOWER WATER TREATMENT:

Les paramètres de contrôle des instruments les plus importants dans le traitement de l’eau des tours de refroidissement sont la conductivité et le pH. Les paramètres supplémentaires de qualité de l'eau qui doivent être mesurés en ligne ou échantillonnés fréquemment incluent la turbidité, le total des matières en suspension (TSS), le chlore libre et le potentiel d'oxydo-réduction (ORP).