L’eau de refroidissement est l’un des moyens utiles pour la transmission de grandes quantités de chaleur générée dans les processus industriels, étant l’un des services auxiliaires les plus répandus dans l’industrie.
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Une tour de refroidissement est une installation dont la fonction est la dispersion de la chaleur de l’eau, qui implique conjointement les phénomènes de transfert de chaleur et de masse (évaporation contrôlée par contact direct de l’eau avec l’air).
Pour obtenir des effets sur la tour de refroidissement, il est très important que la gouttelette de liquide ait une taille plus petite lors de sa trajectoire ou de sa chute pour augmenter la zone de contact avec l’air, ce qui est obtenu en interposant des obstacles (le remplissage), qui l’arrêtent et en même temps la cassent, facilitant l’évaporation processus.
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Avec l’utilisation de nouvelles technologies intégrées à ces systèmes, des obstacles au lieu de casser la goutte permettent la formation d’un film très fin. où se déroule le même processus.
Caractéristiques Comme déjà mentionné, les tours de refroidissement sont des équipements utilisés pour refroidir de grandes quantités d’eau, ce qui constitue le moyen le plus économique de le faire par rapport à d’autres équipements de refroidissement tels que les échangeurs de chaleur où le refroidissement se produit à travers le mur.
Il existe différents types de tours de refroidissement. Il existe pour la production d’eau de procédé qui ne peut être utilisée qu’une seule fois, avant son rejet. Il existe également des tours de refroidissement à eau qui peuvent être réutilisées dans le processus.
Lorsque l’eau est réutilisée, elle est pompée à travers l’installation située dans la tour de refroidissement. Une fois l’eau refroidie, elle est réintroduite sous forme d’eau de procédé. L’eau qui doit être refroidie a généralement des températures comprises entre 40 et 60 °C.
L’eau est pompée vers le haut de la tour de refroidissement et de là s’écoule à travers tuyaux en plastique ou en bois. Cela génère la formation de gouttelettes. Lorsque l’eau coule vers le bas, elle émet de la chaleur qui se mélange à l’air au-dessus, provoquant un refroidissement de 10 à 20° C.
Il est conseillé de traiter l’eau à refroidir en ajoutant des alcalis, des fongicides, des bactéricides et des floculants ; en plus d’effectuer une analyse périodique de la dureté et des ions chlore, car ils provoquent du tartre et de la corrosion.
Une partie de l’eau s’évapore, ce qui provoque l’émission de plus de chaleur. C’est pourquoi on peut voir de la vapeur d’eau au-dessus des tours de refroidissement. De cette façon, l’eau transmet la chaleur qu’elle contient à l’air, au fur et à mesure qu’elle tombe et que l’air sort à son tour par le haut, contenant la chaleur. C’est pourquoi les tours de refroidissement affichent souvent des fumerolles blanches sur le dessus.
Pour créer un flux ascendant, certaines tours de refroidissement contiennent des pales en haut, qui sont similaires à ceux d’un fan. Ces pales génèrent un flux d’air ascendant vers l’intérieur de la tour de refroidissement. L’eau tombe dans un récipient et se rétracte de là vers le processus de production.
Il existe des systèmes de refroidissement ouverts et fermés. Lorsqu’un système est fermé, l’eau n’entre pas en contact avec l’air extérieur. Par conséquent, la pollution de l’eau dans les tours, par les polluants atmosphériques et les micro-organismes, est négligeable.
De plus, les micro-organismes présents dans les tours de refroidissement ne sont pas éliminés dans l’atmosphère.
Pour éviter la corrosion dans les tours de refroidissement, il est conseillé de : • Installation de dispositifs de contrôle de la corrosion • Surveillance du taux de corrosion MPY • Protection des équipements et des pipelines
Pour éviter l’intégration, il est recommandé de suivre les points suivants : • Protection des équipements et des pipelines • Optimisation des processus • Maintenir l’efficacité des transferts chaleur • Évitez la maintenance corrective coûteuse
En évitant l’encrassement, vous aurez : • Contrôle de la prolifération microbiologique • Élimination des algues, des champignons et des levures • Diminution des arrêts non planifiés dus à la maintenance
Classification des tours de refroidissement Les tours de refroidissement sont classées en fonction du moyen d’alimentation en air. Ils utilisent tous des rangées de garnitures horizontales pour fournir une grande surface de contact entre l’air et l’eau.
Tours de tir mécaniques • Tir induit : L’air est aspiré à travers la tour par un ventilateur situé au sommet de la tour. • Tir forcé : L’air est poussé par un ventilateur situé au bas de la tour et est évacué par le haut.
Tours de circulation naturelle • Atmosphérique : Tirez parti des courants atmosphériques, il pénètre à travers les brise-vent en un seul direction, qui change avec les saisons et les conditions atmosphériques. • Tir naturel : Ils fonctionnent de la même manière qu’une cheminée provenant d’un four. La différence entre la densité de l’air dans la tour et à l’extérieur provoque un flux naturel d’air froid en bas et une expulsion de l’air chaud moins dense en haut.
Dans le type à tirage forcé , l’air pénètre par une ouverture circulaire au moyen d’un ventilateur et, de ce fait, une hauteur de tour et son volume d’inefficacité relative correspondant, utilisé comme entrée d’air, doivent être fournis.
Dans les tours à tirage induit , l’air peut pénétrer le long d’un ou de plusieurs murs de la tour et, par conséquent, la hauteur requise de la tour pour l’admission d’air est très faible.
Dans la tour atmosphérique , les courants pénètrent sur toute la largeur de la tour, les tours deviennent très étroites par rapport à autres types, et doit être très long pour une capacité égale (voir figure 1).
Les tours de tirage naturel doivent être élevées pour favoriser l’effet des densités, elles doivent avoir une section transversale importante en raison de la faible vitesse de circulation de l’air par rapport aux tours de tirage mécaniques.
| Figure 1. Types de tours de refroidissement | |
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| TIR INDUIT | TIR FORCÉ |
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| atmosphérique | SHOT NATUREL |
| Figure 2. Tour de refroidissement à tirage naturel | |
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Type de flux d’air
Il peut être de deux types : flux transversal (simple, double) ou à contre-courant. La tour à flux transversal a remplacé la tour à contre-courant à la fin des années 1950 et au début des années 1970. Sa grande innovation réside dans le fait qu’en entrant dans l’air horizontalement, il entre en collision avec le bord du remplissage, ce qui réduit considérablement la chute de pression côté air, permettant au même volume d’air d’être introduit beaucoup plus d’air sans perte de pression plus importante et par conséquent plus de puissance pour déplacer les ventilateurs ; ou d’une autre manière, que des cellules plus grandes avec une faible puissance de ventilateur peuvent être conçues en flux croisé.
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| composants de la tour de refroidissement | ||
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| Système de distribution Ce sont toutes les parties de la tour de refroidissement, à commencer par le raccordement d’entrée, qui distribue l’eau chaude à la tour dans les zones où l’eau est en contact avec l’air. Buses
Dispositif de contrôle de la distribution d’eau au sommet d’une tour de refroidissement. Les buses sont conçues pour fournir de l’eau sous forme de pulvérisation (pulvérisation), sous pression (tour à contre-courant) ou de jet si c’est par gravité (tour à flux transversal). Tête Conduite principale qui conduit l’eau vers chaque cellule ou vers la tuyauterie du réseau de distribution dans chaque cellule. |
Vanne de régulation de débit Vanne à commande manuelle, généralement située dans la conduite d’alimentation en eau chaude. farci
Partie du système interne de la tour qui peut être constituée de barres de projection ou de feuilles verticales de différentes configurations, afin d’influer sur la surface de transfert entre l’eau en circulation et l’air entrant dans la tour de refroidissement. Éliminateurs de rosée Il s’agit d’un assemblage en bois, en métal ou en PVC, qui sert à retenir les gouttelettes d’eau en suspension dans l’air. Ils sont situés dans la zone de décharge d’air. |
Réservoir d’eau froide Élément structurel situé au bas de la tour de refroidissement pour recevoir l’eau froide de la tour et la diriger vers une conduite d’aspiration ou le réservoir. Les matériaux de construction sont : bois traité, métal, fibre de verre ou béton. Persiennes
Assemblages installés aux entrées d’air de la tour de refroidissement pour éliminer le fractionnement de l’eau. |
Rôle des parties Si l’eau passe à travers une buse capable de produire de petites gouttelettes, une grande surface sera disponible pour le contact eau-air. Étant donné que l’interface eau-air est également la surface de transfert de chaleur, l’utilisation de la buse vous permet d’atteindre de bons niveaux d’efficacité par pied cube d’appareil de contact.
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| Emballage triangulaire | Emballage rectangulaire |
La fonction de l’emballage est d’augmenter la surface disponible dans la tour, soit en répartissant le liquide sur une grande surface, soit en ralentissant la chute des gouttelettes à travers l’appareil.
Dans la tour de refroidissement, en raison des besoins de grands volumes d’air et de faibles pertes de charge autorisées, il est habituel d’utiliser des lattes en bois de section rectangulaire ou triangulaire, qui laissent la tour sensiblement dégagée. L’emballage est presque exclusivement fabriqué sous l’une ou l’autre forme et a pour but d’interrompre la descente du liquide.
Variables importantes Il est important de connaître les variables utilisées pour commencer à spécifier correctement une tour de refroidissement ; et bien que cela semble élémentaire, ces variables ne le sont parfois pas ils le savent très bien.
• Débit (F). C’est la quantité d’eau qui va circuler à travers la tour. Les unités communes dans lesquelles il est exprimé sont m3/h, LPM ou GMP dans le système anglais. Cette variable est définie par le client ou le conseiller en fonction du processus. • Température de l’eau chaude (TAC). Il s’agit de la température de l’eau en circulation à l’entrée dans la tour de refroidissement ; elle est donnée par les conditions du processus et doit également être réglée par le client ou le consultant, en fonction du processus. Il est donné en OC ou en OF. • Température de l’eau froide (TAF). Il s’agit de la température de l’eau en circulation à la sortie de la tour et, comme la précédente, elle est déterminée par le procédé en question. Il est donné en OC ou en OF. • Température du thermomètre humide (TBH). C’est la température d’équilibre dynamique qui est atteinte à la surface de l’eau lorsque le flux de chaleur transféré à la surface par convection est égal au flux de masse transféré hors de la surface. Il est donné en OC ou en OF. • C’est pratiquement la température atteinte dans un thermomètre entouré d’une mèche constamment humidifiée et c’est la température théorique que l’eau froide peut être atteinte avec une tour infinie. • Plage de refroidissement (R). C’est la différence entre la température de l’eau chaude et de l’eau froide. • Approche du bulbe humide (AP). C’est la différence entre la température de l’eau froide et la température du bulbe humide.
Capacité de refroidissement Le diagnostic énergétique des tours de refroidissement est basé sur le code CTI ATC-105 (Coling Technology Institute, Acceptance Test Code), 1982. Il fournit des instructions pour déterminer la puissance frigorifique de la tour, à l’aide de deux méthodes :
La méthode des courbes de comportement (méthode Curves). Détermine la capacité de refroidissement de la tour en fonction des conditions de conception. Cette méthode nécessite deux courbes de comportement de la tour pour différentes capacités. De plus, le débit d’eau entrant dans la tour, la température de l’eau chaude, l’eau froide et le bulbe humide, la tension et l’ampérage du moteur du ventilateur sont nécessaires.
La méthode des courbes caractéristiques (méthode résolue à l’aide du critère de Merkel). Détermine la capacité de refroidissement de la tour. La méthode exige une courbe caractéristique de la tour, ainsi que des valeurs de conception : rapport liquide-gaz (L/G), rapport caractéristique de la tour (Ka V/L) ou approximation de la conception. Ces valeurs permettent de déterminer les valeurs de débit actuel (L/G) et le rapport caractéristique de la tour (Ka V/L). Ces valeurs de conception et de test permettent de déterminer la puissance frigorifique actuelle de la tour.
Il est à noter que le diagnostic énergétique est complété par un format d’inspection physique ou d’inspection visuelle, des éléments qui composent la tour de refroidissement.
Cet équipement est utilisé pour refroidir de grandes quantités d’eau, étant le moyen le plus économique
Conditions de processus
Du point de vue de la corrosion des tuyaux, 120° F est la température maximale à laquelle l’eau de refroidissement émerge habituellement. Lorsque la température de l’eau est supérieure à 120° C, vous pouvez utiliser un refroidisseur atmosphérique qui empêche le contact direct entre l’eau chaude et l’air.
La température minimale à laquelle l’eau peut refroidir dans une tour de refroidissement correspond à la température du thermomètre humide de l’air. La différence entre la température de l’eau à la sortie de la tour et la température du thermomètre humide est appelée approximation.
L’une des caractéristiques répréhensibles des tours de refroidissement est connue sous le nom de brouillard, ou production de brouillard, qui se produit lorsque l’air chaud saturé à la sortie de la tour est rejeté dans l’atmosphère froide. et la condensation se produit.
Il est important que la gouttelette soit plus petite pour augmenter le contact avec l’air
Recommandations opérationnelles Les recommandations opérationnelles communes concernant le fonctionnement des tours de refroidissement sont présentées ci-dessous :
A) Distribution de l’eau à travers la tour Indication du problème : • Des cascades ou des conduites d’eau sont présentes dans certaines zones. • Effets sur l’opération : • Augmentation de la consommation d’électricité et d’eau • Réduction de la capacité de refroidissement • Dommages physiques aux mailles d’emballage et de support
Problème : Distribution inadéquate dans le réservoir d’eau chaude en raison de : buses bouchées ; buses avec rosace cassée ou absence de limiteurs de débit. Boîte de débordement Shabby.
Solution : 1. Nettoyez le réservoir d’eau chaude. 2. Nettoyer buses, en les retirant et en les plaçant en sens inverse. N’utilisez pas de tiges métalliques. 3. Installez les buses et les limiteurs de débit conformément à la conception. 4. Pour les tours à flux transversal, réhabilitez les caissons de débordement en fonction de la conception. 5. Maintenir un niveau d’eau (tie-rod) d’eau dans le réservoir d’eau chaude d’au moins 10 centimètres (4 pouces), à l’aide des vannes de régulation du débit.
B) Remplissage Indication du problème : • Manque de remplissage dans les sections de la tour • Remplissage tombé et mal aligné • Saleté dans la garniture • Effet sur l’opération : • Augmentation de la consommation d’électricité et d’eau • Réduction de la capacité de refroidissement
Problème : Réduction de la zone de contact eau-air pour effectuer le refroidissement.
Solution : 1. Installez le remplisseur manquant conformément à la conception. 2. Demander des preuves et des garanties pour les matériaux de construction à la fois du remplissage et des mailles. 3. Après avoir réparé les moteurs, les boîtes de vitesses et les ventilateurs, veillez à nettoyer tout déversement d’huile.
C) Éliminateurs de rosée Indication du problème : • Pluie constante autour de la tour.
Effets sur l’opération : 1. Réduction de la capacité de refroidissement. 2. Pertes d’eau dues à la traînée.
Problème : Les éliminateurs ne fonctionnent pas correctement en raison de sections cassées, pliées ou manquantes ; absence de joints d’air ; installation inadéquate des éliminateurs.
Solution : 1. Installez les sections manquantes et endommagées conformément à la conception. 2. Installez correctement les joints d’étanchéité entre les sections de joint des éliminateurs et du mur de la tour, conformément à la conception. 3. Demander des tests et des garanties pour les matériaux de construction de l’éliminateur et de ses accessoires utilisés pour la fixation (vis, tôles, etc.)
D) Structure en bois Identification du problème : • Sections usées de la structure. • Zones de la structure avec des couleurs noires. • Détachement de sections de la structure. • Vis de raccordement corrodées et rouillées.
Effets sur l’opération : 1. Déplacement total de la tour 2. Effondrement de la tour et arrêt des usines de traitement auxquelles elle fournit de l’eau de refroidissement.
Problème : Structure en bois endommagée. Déséquilibrage des équipements mécaniques (ventilateurs, arbres de transmission et moteurs)
Solution : 1. Examen périodique de la structure. 2. Vérifiez l’état des connecteurs structurels et de la quincaillerie. 3. Installez les sections de la structure manquante conformément aux spécifications de conception et aux dimensions. 4. Commandez du bois de rechange avec un traitement sous pression à base de sel suivant les directives des STI et de l’AWPA*. 5. La même révision doit être effectuée sur d’autres composants en bois. ————————————————————————————-
Sources : • « Cooling Tower Practice » de l’Institut technologique de Toluca, génie chimique, Integral Laboratory (Iii-B). • « Méthodologie de la tour de refroidissement par eau » de la Commission nationale pour l’utilisation efficace de l’énergie (CONUEE). •www.quiminews.com
