JP4151392B2 - 開放冷却水系の運転方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、開放冷却水系の運転方法に係り、特に冷却対象の運転停止時に冷却水系にスケールが付着することを防止する開放冷却水系の運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
開放冷却水系では、水の循環利用に伴い、補給水からの塩類が濃縮されることにより、その濃度が増加する。なお、循環している冷却水が元の補給水の何倍に濃縮された状態となっているか示す倍数を濃縮倍率と称している。実際の冷却水系にあっては、濃縮倍率が所定の範囲となるように補給水の供給及び冷却水のブローが行われている。
【0003】
冷却水系の濃縮倍率が過度に高くなると、炭酸カルシウムやシリカなどのスケール成分が熱交換器のチューブ等に付着して伝熱阻害を引き起こす。逆に、濃縮倍率が過度に低い場合においては、防食成分であるカルシウム、シリカが少なくなり、配管の腐蝕が増加する。また、濃縮倍率を低くして冷却水系の運転を行うと、補給水の消費量が増え、補給水コストが嵩むので、濃縮倍率はある程度以上の値に設定する必要がある。そして、目標値として設定された濃縮倍率となるように補給水の供給やブローの管理が行われることが重要である。
【0004】
循環冷却水系の濃縮倍率を管理するために、冷却水環境でスケール化しにくい成分、例えば塩化物イオンやナトリウムイオン、カリウムイオンを指標とし、
[濃縮倍率]=[循環水中イオン濃度]/[補給水中イオン濃度]
より算出される濃縮倍率が目標値となるように補給水の供給及びブローを行うことがある。
【0005】
また、イオン濃度の代りに補給水及び冷却水の電気伝導率濃度を測定し、
[濃縮倍率]=[冷却水の電気伝導率]/[補給水の電気伝導率]
より演算される濃縮倍率が所定範囲となるように補給水の供給及びブローの管理を行うことも行われている。補給水の電気伝導率が安定しているときには、冷却水の電気伝導率を管理すればよい。
【0006】
なお、スケール成分の付着傾向は温度によっても変化し、高温になるほどスケール成分が付着し易くなる。従って、冷却水系の目標濃縮倍率あるいは目標電気伝導率は、冷却水温度も考慮して設定される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
終業や週末となって冷却対象の運転を停止する際、冷却対象の都合上、最初に冷却水の供給を停止し、その後冷却対象の運転を停止する場合がある。この場合、冷却水の供給停止から冷却対象の運転停止までの間に冷却水が昇温し、冷却水系にスケール成分が付着する場合がある。一方、スケール成分の付着を防止するために、冷却水の目標濃縮倍率もしくは目標電気伝導率を、冷却対象の運転停止時に冷却水が昇温してもスケール成分の付着が生じないような低い値に管理する場合もあるが、この場合冷却水系の水の補給量が多くなる。
【0008】
例えば吸収式冷凍機には、冷却水が先に止まり、その後しばらくして吸収液が停止する形式と、吸収液が停止し、その後冷却水が止まる形式とがある。前者の場合、運転中は冷凍機の表面温度は45℃程度であるが、冷凍機停止時には70℃程度まで上昇するため、冷却水の濃縮上限は70℃で計算し、後者に比べ低い濃縮倍率又は電気伝導率で管理している。その結果、冷却水系で用いる水(補給水、ブロー水)が多くなるといった問題が生じていた。
【0009】
本発明は、冷却対象の運転停止時に冷却水の温度が上昇してもスケール成分の付着が生じず、かつ補給水の使用量の少ない開放冷却水系の運転方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の開放冷却水系の運転方法は、冷却塔と冷却対象の熱交換器との間を冷却水が循環する開放冷却水系の運転方法において、冷却対象の運転停止前に、該冷却水の濃縮度を低下させる開放冷却水系の運転方法であって、該冷却対象が吸収式冷凍機であり、該吸収式冷凍機は、運転停止時にまず冷却水の通水が停止され、その後吸収液の流れが停止されるものであり、該吸収式冷凍機への冷却水通水停止前に該冷却水の濃縮度を低下させることを特徴とするものである。
【0011】
かかる本発明の運転方法によると、冷却対象の運転停止前に冷却水の濃縮度を低下させるため、運転停止に伴い冷却水が昇温してもスケール成分の付着を防止することができる。また、冷却対象の運転中は冷却水の濃縮度は高目に設定されるため、冷却対象の運転中における開放冷却水系の補給水の使用量は少なく、補給水コストが削減される。
【0012】
運転停止時にまずその熱交換器への冷却水の通水が停止され、その後吸収液の流れが停止される吸収式冷凍機の運転停止時は、冷凍機の表面温度が高くなり、スケールが付着し易い環境となるが、運転の停止前にあらかじめ、冷却水の濃縮度をスケールが付着しない水質まで希釈することにより、スケールの付着を防止することができる。また、冷凍機停止時にスケールが付着しない水質で全期間を運転する場合に比べ、補給水使用量を低下させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の開放冷却水系の運転方法の実施の形態について詳細に説明する。
【0014】
図1は本発明の運転方法が適用された開放冷却水系の系統図であり、図2は図1の吸収式冷凍機の系統図である。
【0015】
図1において、1は冷却塔であり、散水板1Aを備える。この冷却塔1のピット内の冷却水は、ポンプPにより、配管2を経て吸収式冷凍機3の吸収器40及び凝縮器70に送給され、戻り水は配管4を経て冷却塔1に戻され、散水板1Aから散水される。
【0016】
補給水はバルブ11を有した補給水配管10から冷却塔1内に供給され、ブローはバルブ13を有したブロー配管12によって行われる。
【0017】
冷却塔1内の水の電気伝導率が電気伝導率計15により測定され、濃縮管理装置16に入力される。この濃縮管理装置16には補給水(例えば水道水)の電気伝導率が予め入力されているが、冷却塔1に補給されつつある補給水の電気伝導率を測定して入力してもよい。ただし、水道水の電気伝導率はほぼ一定であるので、予め入力した電気伝導率に基づいても十分に高精度の濃縮管理が可能である。
【0018】
この濃縮管理装置16は前記バルブ11,13の開閉を制御する。
【0019】
この実施の形態では、予め補給水(水道水)中のシリカ濃度、炭酸カルシウム濃度及び電気伝導率を測定してある。また、循環冷却水からシリカを析出させることなく運転を長期にわたって継続することができるシリカ濃度の上限値(シリカ許容上限値)を予め実験的に求めておく。なお、このシリカ許容上限値は、水道水を用いた冷却水プラントの稼動実績から経験的に認識可能である。このシリカ許容上限値を次式の如く上記の水道水シリカ濃度で除算することにより、目標濃縮倍率kが演算される。
k=[シリカ許容上限値]/[補給水中のシリカ濃度]
【0020】
この目標濃縮倍率kを水道水の上記電気伝導率測定値に乗算し、以下の通り目標電気伝導率とする。
[目標電気伝導率]=k×[水道水の電気伝導率]
【0021】
この目標電気伝導率となるように補給水の供給及び/又はブロー管理を行う。
【0022】
吸収式冷凍機3は、図2に示す通り、蒸発器30と、吸収器40と、熱交換器50と、再生器60と、凝縮器70と、逆流熱交換器80とから主に構成されている。なお、この吸収式冷凍機3において、冷却塔1から供給される冷却水は、吸収器40及び凝縮器70に通水される。
【0023】
蒸発器30にはブライン流出配管32とブライン流入配管34とが接続されている。この蒸発器30内には冷媒気化チューブ36が設けられている。ブラインはこの冷媒気化チューブ36の外側に通液される。冷媒気化チューブ36は、配管38、逆流熱交換器80及び配管39を介して吸収器40の上部と接続されている。
【0024】
吸収器40内には、冷却用伝熱チューブ42が設けられている。この吸収器40内の液は、配管44、溶液ポンプ46、配管48、熱交換器50及び配管52を介して再生器60に送液される。
【0025】
再生器60内には、この液を加熱するための蒸気チューブ62が設けられている。再生器60内にて加熱された液は、配管66、熱交換器50、調節弁68を介して吸収器40に送液される。
【0026】
この再生器60内にて液から蒸発した高圧冷媒ガスは、配管64を介して、凝縮器70内の冷媒凝縮チューブ72内に送り込まれ、凝縮する。この凝縮器70内のチューブ72の外側には、冷却水流入配管74及び冷却水流出配管76を介して冷却水が通水される。
【0027】
この冷媒凝縮チューブ72内で凝縮した液化冷媒は、配管73、逆流熱交換器80、配管82、膨張弁84、配管86を介して前記蒸発器30の冷媒気化チューブ36に送液される。
【0028】
このように構成された吸収式冷凍機の運転中のフローを以下に説明する。なお、本実施の形態では、冷媒として水が使用され、吸収液として臭化リチウム水溶液が使用されている。
【0029】
再生器60内で発生した高圧冷媒ガスとしての水蒸気は、凝縮器70の凝縮チューブ72にて凝縮して水となる。この水が蒸発器30の冷媒気化チューブ36内にて気化し、その蒸発潜熱によりブラインが低温にまで冷却される。冷却されたブラインはブライン流出配管32から冷熱の需要箇所(図示略)へ送り出される。
【0030】
冷媒気化チューブ36内で蒸発した水蒸気(低圧冷媒ガス)は、逆流熱交換器80に導入され、水と熱交換して加熱された後、吸収器40内に導入される。
【0031】
吸収器40内には吸収液として低濃度の臭化リチウム水溶液が入っており、吸収器40内に導入された水蒸気はこの低濃度臭化リチウムに溶解する。溶解による熱で臭化リチウムは昇温しようとするが、冷却水用伝熱チューブ42によりこの熱が奪われるので、吸収器40内の臭化リチウム水溶液は所定温度に維持される。水蒸気の溶解により低濃度となった低濃度臭化リチウム水溶液は、溶液ポンプ46を介して熱交換器50に導入され、再生器60から戻る高濃度臭化リチウム水溶液と熱交換する。熱交換によって昇温された低濃度臭化リチウム水溶液は、配管52を介して再生器60内に導入される。
【0032】
再生器60内に貯留された臭化リチウム水溶液は、蒸気チューブ62によって加熱される。この加熱により、臭化リチウム水溶液から高圧の水蒸気(高圧水蒸気)が発生(気化)する。水の気化により高濃度となった臭化リチウム水溶液(高濃度臭化リチウム水溶液)は、再生器60から配管66を介して抜き出され、熱交換器50を通って吸収器40内に返送される。一方、発生した高圧水蒸気は、再生器60から配管64を介して前記の通り凝縮器70内の冷媒凝縮チューブ72に導入され、凝縮する。
【0033】
このように構成された吸収式冷凍機3に冷却水を循環供給する開放冷却水系において、運転中は、冷却水の電気伝導率が目標値(目標範囲)に納まるように補給水の供給及び/又はブローが行われている。
【0034】
次に、この図1,2の開放冷却水系において吸収式冷凍機3を停止する手順について説明する。
【0035】
まず、濃縮管理装置16の管理の下、補給水配管10からの補給水の供給及び/又はブロー配管12によるブローを行い、冷却水の電気伝導率を、運転中の目標電気伝導率より低い所定値に変更する。
【0036】
なお、定常運転中は濃縮倍率を4〜6程度とし、運転停止に際しては濃縮倍率を2〜3程度にするのが好適である。
【0037】
冷却水の電気伝導率が目標電気伝導率になった後、吸収式冷凍機3の冷却用伝熱チューブ42及び冷却水流入配管74への冷却水の供給を停止する。
【0038】
その後、溶液ポンプ46を停止すると共に、蒸気チューブ62への蒸気の供給及び蒸発器30へのブライン流通を停止し、吸収式冷凍機3の運転を停止する。
【0039】
この開放冷却水系の運転方法においては、運転継続中は高目の目標電気伝導率で管理されて運転されているため、補給水配管10からの水の補給及び/又はブロー配管12からのブローが少なくなり、水の使用コスト及び排水の処理コストが安くなる。また、運転を停止する際には、あらかじめ冷却水の電気伝導率を低くしてから吸収式冷凍機3の運転を停止しているため、停止直後に吸収器40、凝縮器70あるいはそれらの近傍において冷却水が昇温してもスケール成分が付着することが防止される。
【0040】
本実施の形態においては、冷媒に水、吸収液に臭化リチウム水溶液を使用する形式の吸収式冷凍機を使用しているが、冷媒にアンモニア、吸収液にアンモニア水を使用する形式のものなど各種の吸収式冷凍機であってもよい。
【0041】
【実施例】
以下に図1及び図2の開放冷却水系を用いた実施例及び比較例を示す。なお、この開放冷却水系において、装置の仕様及び運転条件は以下の通りである;
冷却塔規模: 100RT(保有水量1m3)
冷凍機の運転停止:1回/1日で1時間停止
評価期間: 30日間
補給水: 厚木市水。電気伝導率18mS/m。
【0042】
〔実施例1〕
冷凍機が連続運転している際には、冷却水の電気伝導率が72mS/m以上で強制的に補給水を導入(オーバーブローで排出)し、電気伝導率72mS/mを維持した。冷凍機の停止の際には、冷却水の電気伝導率が36mS/mとなるように補給水を導入(オーバーブローで排出)することで冷却水を希釈し、その後、冷凍機を停止した。かかる運転において補給された補給水量を測定した。また、運転後に吸収式冷凍機の吸収器の開放点検を行った。その結果を表1に示す。
【0043】
〔比較例1〕
冷凍機の運転、停止にかかわらず、冷却水の電気伝導率が72mS/m以上で強制的に補給水を導入(オーバーブローで排出)し、電気伝導率72mS/mを維持した。かかる運転において補給された補給水量を測定した。また、運転後に吸収式冷凍機の吸収器の開放点検を行った。その結果を表1に示す。
【0044】
〔比較例2〕
冷凍機の運転、停止にかかわらず、冷却水の電気伝導率が36mS/m以上で強制的に補給水を導入(オーバーブローで排出)し、電気伝導率36mS/mを維持した。かかる運転において補給された補給水量を測定した。また、運転後に吸収式冷凍機の吸収器の開放点検を行った。その結果を表1に示す。
【0045】
【表1】
【0046】
表1から明らかな通り、比較例1,2に比べ実施例1は、補給水使用量をあまり多くせずに、スケールの付着を防止することができる。
【0047】
【発明の効果】
本発明の開放冷却水系の運転方法は、捕給水の使用量を多くすることなくスケール成分の付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態に係る開放冷却水系の系統図である。
【図2】 図1の吸収式冷凍機の系統図である。
【符号の説明】
1 冷却塔
3 吸収式冷凍機
11,13 バルブ
15 電気伝導率計
30 蒸発器
36 冷媒気化チューブ
40 吸収器
42 冷却用伝熱チューブ
60 再生器
70 凝縮器
72 冷媒凝縮チューブ
74 冷却水流入配管
76 冷却水流出配管
Claims (2)
- 冷却塔と冷却対象の熱交換器との間を冷却水が循環する開放冷却水系の運転方法において、冷却対象の運転停止前に、該冷却水の濃縮度を低下させる開放冷却水系の運転方法であって、
該冷却対象が吸収式冷凍機であり、
該吸収式冷凍機は、運転停止時にまず冷却水の通水が停止され、その後吸収液の流れが停止されるものであり、該吸収式冷凍機への冷却水通水停止前に該冷却水の濃縮度を低下させることを特徴とする開放冷却水系の運転方法。 - 請求項1において、定常運転中の冷却水の濃縮倍率を4〜6とし、運転停止に際して冷却水の濃縮倍率を2〜3とすることを特徴とする開放冷却水系の運転方法。
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