Обобщенное влияние биофакторов на тепловой баланс КПО
На практике изменения вязкости хладоносителя, толщины биообрастаний и термического сопротивления теплопередачи влияют на работу КПО, как правило, одновременно и с разной интенсивностью. Для сохранения в теплообменнике нужного температурного режима охлаждения жидкости при наличии в хладоносителе микроорганизмов следует:
• интенсифицировать теплообмен, увеличивая массовый расход хладоносителя G2 и сохраняя постоянным расход охлаждаемой жидкости G1. При этом коэффициент теплопередачи вырастет до требуемого значения благодаря повышению коэффициента теплоотдачи хладоносителя и снизится негативное влияние сопротивления на теплообмен со стороны биообрастаний, связанное с их низкой теплопроводностью, уменьшением пропускного сечения и с повышением вязкости хладоносителя. Однако увеличение расхода хладоносителя негативно скажется на энергозатратах и износе оборудования;
• уменьшить массовый расход охлаждаемой жидкости G1, сохраняя постоянным расход хладоносителя G2. При этом снижение коэффициента теплопередачи компенсируется уменьшением общего теплового потока. Однако такой подход сокращает выход охлаждаемой жидкости с заданной температурой (производительность) и вряд ли окажется приемлемым для потребителей холода.
В качестве охлаждаемой жидкости при расчетах рассматривалось пиво, в качестве хладоносителя – 5%-ный водный раствор (по массе) пропиленгликоля. Термодинамические характеристики обеих жидкостей рассчитаны с использованием данных из [4].
Было рассчитано изменение относительного расхода хладоносителя 2 G , необходимое для поддержания температурного режима при снижении температуры охлаждаемой жидкости на 1 оС (с +3 до +2 оС) и G1 = const, в зависимости от толщины слоя биообрастаний при одновременном изменении вязкости хладоносителя и термического сопротивления. Расчет проводился для теплообменника с турбулентным и ламинарным режимами течения хладоносителя.
Полученные результаты говорят о том, что для сохранения температурного режима в теплообменнике при наличии биообрастаний на его стенках и с учетом всех факторов, влияющих на теплообмен, требуется увеличение расхода хладоносителя и мощности насосов для его перекачки.
Вязкость хладоносителя, наличие биообрастаний и вызываемое ими повышение гидравлического и термического сопротивления в теплообменном оборудовании проявляют синергизм, затрудняя эффективность теплообмена и работу КПО в целом.
Для исправления возникших проблем могут потребоваться временная остановка теплообменного оборудования, частичная его разборка и очистка.
Введение в состав хладоносителя биоцидных добавок, как показал наш практический опыт, может существенно снизить риск загрязнения его микроорганизмами и ПММ и, как следствие, стабилизировать теплообменные процессы в системе холодоснабжения предприятий.
Рис. 5. Необходимое для поддержания теплообмена
изменение относительного расхода хладоносителя 2 G
в зависимости от толщины биообрастаний ?бо при
постоянном расходе охлаждаемой жидкости (G1 =
= const), ее охлаждении на 1 °С и суммарном влиянии
всех параметров: увеличении вязкости в 2 раза;
уменьшении пропускного сечения (рассчитывается);
и термического сопротивления (рассчитывается)
Таким образом:
- Влияние микроорганизмов и продуктов их метаболизма в хладоносителе в КПО на эффективность и стабильность теплообмена может оказаться существенным. При толщине биообрастаний более 1 мм такое влияние становится критическим.
- При расчете параметров теплообмена в теплообменнике типа «труба в трубе» на модельных средах установлено, что:
• повышение вязкости хладоносителя вследствие загрязнения его микроорганизмами и ПММ существенно сказывается на росте гидравлического сопротивления хладоносителя в трубе (особенно при ламинарном режиме течения) и в меньшей степени влияет на теплообмен;
• увеличение толщины слоя биообрастаний на поверхности труб повышает гидравлическое сопротивление КПО. При толщине слоя микроорганизмов более 1 мм гидравлическое сопротивление может увеличиться на несколько порядков, особенно при турбулентном режиме течения;
• для сохранения температурного режима в КПО при наличии биообрастаний на поверхности труб требуется значительное (в разы) увеличение расхода хладоносителя, что ведет к резкому росту энергопотребления и ускоренному износу оборудования.
- Для стабилизации теплообмена и повышения энергоэффективности КПО, находящегося в условиях вероятного обсеменения микроорганизмами, хладоносители в нем должны содержать в своем составе эффективные биоцидные добавки, не допускающие роста микроорганизмов до критической массы. После 3–5 лет эксплуатации КПО требуется микробиологический мониторинг хладоносителя, а при необходимости его замена или регенерация, а также очистка контура от биообрастаний.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учеб. для вузов. – Изд. 2-е. В 2-х кн. Ч. 1. Теоретические основы процессов химической технологии. Гидромеханические и тепловые процессы и аппараты. – М.: Химия, 1995.
2. Менча М.Н. Железобактерии в системах питьевого водоснабжения из подземных источников // Водоснабжение и санитарная техника. 2006. №7. С. 25–32.
3. Теплотехника: Учеб. для вузов / В.А. Гуляев, Б.А. Вороненко, Л.М. Корнюшко и др. – СПб.: Изд-во «РАПП», 2009.
4. Melinder А. Thermophysical properties of liquid secondary refrigerants. Tables and Diagrams for the Refrigeration Industry, IIF/IIR. – Paris, 1997.
5. Roberge P.R. Handbook of Corrosion Engineering. McGraw-Hill, 2000. – 1128 р.
