냉각탑: 증발 손실 및 보충수

2017년 4월 1일 | 작성자: U. Vengateson, National Petrochemical Co.

질량 및 에너지 균형 계산을 적용하면 중요한 운영 통찰력을 얻을 수 있습니다.

냉각탑은 화학 공정 산업(CPI) 운영에서 중요한 단위 운영입니다. 질량 및 에너지 균형 계산을 적용하면 공정 엔지니어가 증발 손실, 배출 및 보충수 요구 사항을 평가하고 냉각탑의 성능을 평가할 수 있습니다. 이 기사에서는 예시적인 연구에서 유도 통풍 냉각탑을 소개하고 범위, 접근 방식, 효율성 등 몇 가지 주요 매개변수와 그 중요성을 설명합니다. 증발 손실을 추정하기 위해 두 가지 방법이 논의됩니다. 블로우다운 및 보충수에 대한 요구 사항도 자세히 설명되어 있습니다.

공정 흐름의 냉각과 증기의 응축은 CPI 작업에서 중요한 기능입니다. 냉각탑의 사용은 CPI 작업에서 폐열을 추출하는 가장 일반적인 방법이며, 물은 이러한 작업의 대부분에서 폐열을 제거하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 냉각수입니다. 하루에 40,000미터톤(mt)의 원유를 처리하는 일반적인 대규모 석유 정제소에는 80,000m 3 /h의 냉각수가 필요합니다. 이는 처리된 원유 1배럴당 물 25배럴에 해당합니다[ 1].

냉각탑에서는 뜨거운 물 흐름(일반적으로 냉각수 복귀라고 함)이 스프레이 노즐을 통해 탑 내부 충전재로 아래쪽으로 유입됩니다. 더 많은 표면적을 생성하고 온수 흐름과 공기 사이의 접촉을 최대화하는 것을 목표로 하는 다양한 유형의 채우기(스플래시, 물방울 및 필름)가 있습니다. 탑 내부의 공기가 상승하면서 물의 증발잠열을 받아 물이 냉각됩니다.

경험상, 물을 냉각할 때마다 5.5°C(10°F)마다 증발로 인해 총 물 질량의 1%가 손실됩니다. 위로 흐르는 공기 흐름의 습도 수준은 증가하고 일단 타워를 떠나면 공기 흐름은 거의 포화됩니다. 일반적인 냉각탑 높이에 따른 물의 온도 프로파일과 공기의 습구 온도가 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1. 냉각탑 상단에서 온수 유입 흐름이 아래로 흐르고 공기 흐름이 냉각탑 높이를 따라 위쪽으로 흐를 때 공기 흐름의 수온과 습구 온도의 일반적인 변화를 보여줍니다. 탑

냉각수는 냉각탑의 배수조(또는 수조)에 수집되며 일반적으로 냉각수 공급(CWS) 흐름으로 플랜트로 펌핑됩니다. 공정 장치에서 열을 추출한 후 이 흐름은 냉각수 반환(CWR) 흐름으로 냉각탑으로 반환됩니다. 공정 장치에서 추출된 열 부하는 최종적으로 냉각탑의 환경으로 방출됩니다. 냉각탑은 CWR 온도를 CWS 온도로 낮추어 플랜트에서 추출되는 총 열부하를 제거하도록 설계되었습니다.

그림 2에 표시된 것처럼 프로세스 장치의 CWR 라인은 45°C에서 산업용 냉각탑으로 들어가고 33°C에서 나옵니다. 타워에는 3개의 셀이 있으며 각각 2,500m 3 /h의 물 흐름으로 작동합니다. 총 유량 7,500m 3 /h는 CWR 라인에서 측정됩니다. 흡입 공기의 건구 온도와 습구 온도는 각각 30.3°C와 29°C로 측정되었습니다. 출구 공기의 건구 온도는 41.5°C이며 100% 포화된 것으로 가정됩니다. 이 사례 연구는 증발 손실, 타워를 통과하는 공기 흐름, 블로우다운 흐름 및 필요한 보충수 흐름과 같은 알려지지 않은 변수를 계산하는 것을 목표로 합니다. 첫째, 접근 방식, 범위, 효율성 등 중요한 매개변수가 자세히 설명됩니다.

접근하다. 접근 방식은 타워 출구의 수온(t out)과 입구 공기의 습구 온도(T w,in) 간의 차이로 정의됩니다. 접근 방식은 냉각탑 기능을 나타냅니다. 일반적으로 타워가 클수록 접근 방식도 작아집니다. 이 사례 연구에서 접근 방식은 4°C입니다.