Arrefecimento Manutenção Torre Melhora com ozônio

Arrefecimento Manutenção
Torre Melhora com ozônio
Fonte: Bryan Smithee, PE, CPE
Ozone como biocida torre de resfriamento não é apenas
ambientalmente benignos, mas também traz um número
significativo de outros benefícios.
A circulação de água dos sistemas de torre de resfriamento
tem sido sempre um lugar ideal para o crescimento de
microorganismos. A temperatura da água quente e a adição de
nutrientes a partir do ar que flui através do esfregado torre
fornecer um nirvana virtual para todos os tipos de micróbios e
algas. Por sua vez, estes organismos se multiplicam a preços
fantásticos. O resultado é degradada a eficiência do sistema
devido ao bloqueio do fluxo, encurtou a vida do equipamento
devido à corrosão, aumento do custo operacional devido a
requisitos de energia de bombeamento mais elevadas, e a
propagação da doença ou até mesmo a morte. Portanto, é
imperativo para controlar, se não impedir, o crescimento de
organismos biológicos em torre de resfriamento de água. Este foi
trazido para casa e reforçada durante o primeiro surto registrado
da doença do legionário, em 1976, na Filadélfia e desde então,
tem havido uma série de mortes documentadas em todo o mundo
que foram atribuídas aos sistemas de torre de resfriamento não
tratadas ou mal tratados.
No passado distante, havia uma ampla gama de produtos
utilizados para o tratamento da água de arrefecimento
torre. Estes compostos, que incluem tanto oxidante e produtos
químicos não­oxidantes, biocidas foram muito eficazes, e
incluídos compostos quaternários de amónio, isotiazolina, fenóis
clorados e glutaraldehydes. Alguns destes produtos químicos
estão disponíveis ainda hoje, mas muitos deles foram banidos
devido a preocupações ambientais e pressões. Biocidas
oxidantes em uso hoje são geralmente cloro ou bromo com base,
mas essas formulações também estão sob maior escrutínio
ambiental, até mesmo ao ponto de que alguns municípios locais
proibiram o seu uso. No futuro, podemos esperar que a contínua
pressão para inventar e adotar sistemas de controle biológico que
sejam ambientalmente neutra.
Ozone como biocida torre de resfriamento oferece um meio
para esse fim. É não só ambientalmente benignos, mas o uso de
ozônio também traz um número significativo de outros benefícios
para o operador do sistema de torre de resfriamento. O ozônio é
um oxidante biocida prático, porque é a actuação mais rápida e o
agente oxidante mais eficiente contra todos os organismos
microbiológicos ­ quando aplicado corretamente, o ozônio vai
matar todos os vírus, bactéria, cistos, e espécies de algas. E,
qualquer ozônio não é consumida como um biocida decai
naturalmente para oxigênio, tornando ozonização a escolha
preferencial para o controle biológico de muitos sistemas de torre
de resfriamento.
Há razões adicionais a serem considerados ozônio que não
seja apenas por sua capacidade como biocida:
Quando o custo do programa de tratamento químico é alta;
Quando o gerenciamento de produto químico é onerosa;
Ao manusear produtos químicos de tratamento de água levanta preocupações de segurança
significativas;
Quando o tratamento químico de água não é completamente eficaz ou satisfatória;
Quando água e esgoto encargos são altos ou aumentar; ou
Quando os regulamentos locais exigem purga de ser tratadas antes da descarga de águas
superficiais.
The Nature of Ozone
O ozônio é um instável, alta allotrope energia de oxigênio,
uma molécula triatomic composto por três átomos de oxigênio, e
é comumente indicada com o símbolo químico O3. Sob
condições ambientais, o ozono é muito instável e, como resultado
tem uma meia­vida relativamente curta, geralmente menos de 10
minutos. O ozono é um poderoso biocida e vírus deactivant, e
oxida muitos compostos orgânicos e inorgânicos. Elevada
reactividade química do ozono é devido ao fato de que o ozono
possui uma configuração instável de electrões, o que o obriga a
encontrar electrões provenientes de outras moléculas
adjacentes. Quando reagindo com mais moléculas, a molécula de
ozono é destruído. A reacção típica produz dióxido de carbono,
água, e um (ou oxigénio reforçada) forma da molécula adjacente
original é parcialmente oxidado. Qualquer ozono residual irá
decompor e recombinar oxigénio molecular como dentro de
alguns minutos. Portanto, no curso de sua decomposição, o
ozônio não produz subprodutos tóxicos ou cancerígenos.
Este potencial de oxidação forte é o que torna tão atractivo o
ozono para o uso como um biocida em sistemas de água. No
entanto, esta mesma propriedade também faz com que seja difícil
utilizar o ozono quando existe uma grande necessidade de
oxigénio químico (COD) presente, ou se as condições locais do
ar trazer grandes quantidades de compostos orgânicos para a
torre, como ambas estas condições irão consumir o ozono
disponível em a água. Esta última condição é a razão pela qual
não é prático usar ozônio para tratamento de água em torres
dentro de fábricas de produtos químicos ou em refinarias de
petróleo. Além disso, o ozono é corrosivo para alguns materiais
tais como os encaixes de borracha, juntas e alguns metais e
ligas. Quando estes materiais estão presentes em um sistema em
que o ozono está a ser usado, que deve ser substituída antes de
iniciar a adição do ozono.
Um processo de "imunização" ocorre com certas estirpes de
bactérias resistentes, quando o programa de tratamento químico
usa biocidas não oxidantes. A solução tradicional para este tem
sido o de alternar a alimentação de pelo menos dois produtos
químicos diferentes. Quando o novo biocida é adicionado, ele
mata as cepas que se acumularam resistência ao biocida
anterior. Ozono, por outro lado, rompe as paredes das células, e
assegura que este problema de imunização nunca ocorre, com o
resultado que as contagens de colónias muito baixos são
mantidas durante a operação.
Não há problemas de armazenamento com ozônio no ponto
de uso, e não há custos incorridos devido ao manuseio e
descarte de materiais perigosos biocidas. Assim ozonização é
benéfico para a faceta de saúde e segurança da operação e
manutenção dos sistemas de resfriamento torre, de acordo com
as recentes tendências em direção ambientalmente amigáveis ​
​
programas de tratamento de água.
The Making of Ozone
O ozono é formado por dois mecanismos: radiação
ultravioleta ou de descarga de coroa alta tensão. A utilização de
radiação de UV a 254 nm com o ar ambiente produz
concentrações de cerca de 0,01% de ozono, em ar, e utilizando
uma fonte de UV 186 nm, produz cerca de 0,1% de concentração
de ozono. Estas baixas concentrações no ar têm tornado difícil e
impraticável para desenvolver concentrações úteis na água da
torre de resfriamento. O método de descarga de coroa produz
concentrações muito mais elevadas de ozono, e pode ser usado
com ar seco para produzir 1% a 3,5% de ozono, em ar, com ar
enriquecido com oxigénio para produzir 3% ­ 8% de ozono, ou
com oxigénio puro para produzir até 12% de ozono. Quanto maior
for a concentração, a melhor, porque a solubilidade de ozono em
água é ditado pela pressão parcial do ozono na mistura de ar /
ozono a contactar água (lei de Henry).
Geração de ozono, através da descarga corona é realizada
pela passagem de uma corrente alternada de alta tensão (6­20
kV) através de uma abertura de descarga dieléctrica de 10 ­ 15
mm, através da qual o ar é injectado. À medida que o gás seco é
exposto ao potencial eléctrico, as moléculas de oxigénio e
desassociar formar átomos de oxigénio individuais, algumas das
quais podem então combinar com outras moléculas de oxigénio
para formar ozono. A maior parte dos geradores de ozono são de
uma configuração tubular, uma vez que estas oferecem a
manutenção mais fácil.Há também geradores de placa plana
disponível.
, Ar ou oxigênio limpo e seco é fundamental para a vida de
elemento de descarga corona, com recomendações para pontos
de orvalho de ­40 graus F a ­80 graus F. vapor de água na
corrente de gás combina com nitrogênio para formar o ácido
nítrico. Só quando o ponto de orvalho do ar de alimentação é
menor do que 40 graus F vai a quantidade de ácido nítrico
formada ser suficientemente baixa para ter qualquer efeito sobre
o pH da água de circulação. E, alto teor de ácido nítrico irá
corroer o pH ou ORP eletrodos, degradando o sinal de controle
de ozonização.
Os sistemas de ozônio para a aplicação de arrefecimento
torre no mercado hoje são tipicamente sistemas modulares e
totalmente auto­suficientes com um sistema de circulação
independente para a instalação do fluxo de lado. Geradores de
ozônio operar a partir de tensão de linha de 115 V / 60 Hz / 1 ph
para 460 V / 60 Hz / 3 ph. Quanto maior for a saída, o mais
desejável é a operar a partir de uma fonte de tensão e polifásica
superior.Além disso, uma frequência mais elevada (400 Hz ou
acima) fonte de energia irá aumentar a produção de ozono. As
unidades podem chegar completamente com fio e canalizado,
com todos os componentes montados em skids de aço estrutural,
prontos para um único ponto de conexão elétrica.A tubulação
necessária (geralmente PVC) e bombas de circulação deve ser
fornecido para ligar o sistema ao poço de água torre de
resfriamento. Filtros são geralmente instalados para captar
depósitos minerais que irão ocorrer a partir do tratamento de
ozônio. A instalação pode ser tipicamente completada em um dia
desde que o serviço elétrico adequado está no lugar.
Ozono geradores emitem calor gerando, e assim o exigem
um sistema de refrigeração de algum tipo. Alguns sistemas de
água de design fabricantes de refrigeração, e outros fornecer
gabinete unidades de ar condicionado para manter temperaturas
constantes e reduzir o teor de umidade do ar dentro do
gerador. Independentemente do método utilizado, o
arrefecimento fiável é essencial para preservar a dieléctrica e
para optimizar a geração de ozono.
Aplicação
O uso mais eficaz do ozono parece ser através de doses
baixas controladas proporcionais à carga orgânica da água de
circulação. Vários factores podem influenciar a carga, ou a
redução do potencial de oxidação (ORP) da água, incluindo a
temperatura, a qualidade do ar na vizinhança da torre, as
espécies e os números de microrganismos no sistema, e a carga
de arrefecimento. Para fornecer uma quantidade proporcional de
ozônio, o ORP devem ser monitorados de forma contínua, com
um sistema de controle que prevê a quantidade adequada de
ozônio a partir do gerador. Este sistema de controlo deve ser
robusta, isto é, capaz de responder rapidamente a mudanças nas
ORP.
Transferência de massa do gás rico em ozono para a água
da torre de refrigeração é realizado geralmente através de um
tubo de Venturi, em uma linha de re­circulação ligados ao poço
da torre de arrefecimento em que a temperatura da água é a mais
baixa. Uma vez que a solubilidade do ozônio é muito dependente
da temperatura, o ponto de temperatura mais baixa é o melhor
ponto para introduzir o ozono para obter a quantidade máxima de
ozônio em solução na água torre. Equipamentos de transferência
de massa pode assumir a forma de difusores de bolhas coluna,
injetores de pressão positiva, tanques misturador de turbina, ou
torres embalados. A contracorrente contactador de bolhas coluna
foi mostrado como o método mais eficiente e eficaz em termos de
custos, mas nem sempre é prático para ser utilizado num sistema
de torre de arrefecimento, devido às limitações de espaço, que
são frequentemente encontrados. Normalmente, um venturi ou
um edutor, seguido de um misturador estático em linha, são os
métodos mais comuns de transferência do ozono no sistema.
Manter a boa qualidade da água é essencial para manter a
escala de sistema livre. Como ciclos de concentração ir para
cima, de cálcio e carbonato de íons na solução irá precipitar
como carbonato de cálcio, a forma mais comum de escala em
torres de resfriamento e trocadores de calor. Com água limpa em
um sistema ozonizada, o carbonato de cálcio precipitado instala­
se em áreas de baixa velocidade da água do sistema,
normalmente na parte inferior do cárter ou torre de resfriamento
de drenagem pan, e nas cabeças de uma concha e tubo trocador
de calor. Os precipitados minerais devem ser removidas por
filtração, golpe baixo, ou pela limpeza das áreas onde se
instalaram e recolhidos.
Certifique­se a água que tem alto teor de mineral ou de
sólidos dissolvidos, geralmente não é propício para um
tratamento eficaz utilizando ozônio. Um filtro de corrente lateral é
desejável no sistema usando o make up de água com 150 ppm
ou maior dureza de cálcio. Os casos em que a dureza é superior
a 500 ppm como CaCO3, ou sulfatos> 100 ppm impede o uso de
ozônio como tratamento de água da torre de resfriamento viável.
Para maximizar a utilização do ozono durante o seu tempo
de meia­vida curta, a água ozonizada é geralmente devolvida à
fossa da torre de arrefecimento, tão perto quanto possível do lado
de sucção das bombas de circulação. Isto é feito para assegurar
que a quantidade máxima de ozono na solução de circula através
das tubagens e permutadores de calor, e que uma de ozono
residual permanece para ser devolvida para o topo da torre de
arrefecimento.
Medição
Concentração de ozônio na água devem ser medidos e
controlados para garantir o funcionamento do sistema de torre de
resfriamento satisfatório. A medição da concentração de ozono
tem sido uma fonte de algum debate no passado. Um
procedimento analítico recomendado para a determinação do
ozono molecular em água é o método de índigo
trissulfonato. Este método é menos propenso a interferência de
outros procedimentos colorimétricos.Produtos de decomposição
de ozono e os produtos de oxidação da matéria orgânica não
interferem, mas o cloro, bromo, iodo, e formas oxidadas de
manganês irá interferir com os resultados. O procedimento de
índigo trisulfonato é bastante sensível, preciso e exacto, bem
como que seja selectivo para a medição necessária. Kits de teste
para uso em campo e os instrumentos analíticos para uso em
laboratório estão disponíveis.
Outro método amplamente utilizado, que se presta mais
facilmente para medição contínua em linha, o potencial de
oxidação­redução. A leitura ORP, no entanto, não pode ser
relacionada com precisão com a concentração de ozono na água
real, uma vez que a concentração de ozono molecular é
altamente dependente do pH da solução medida. Além disso, a
leitura do potencial for sensível ao cloro, ião hipobromito, um ião
de permanganato, peróxido de hidrogénio e, em adição ao ozono
num sistema de torre de arrefecimento. Mesmo oxigênio
dissolvido, pego como a torre de resfriamento esfrega o ar que
passa através dele, pode ser medida usando ORP. Assim, o
designer deve ter em mente que uma medida do potencial não é
específico para o ozônio, mas reflete o potencial total de redução
de oxidação de todas as substâncias oxidantes na água.
A sonda do instrumento de medição de ORP é propenso à
formação de depósitos por uma fina camada de carbonato de
cálcio, de forma eficaz o isolamento da sonda a partir da água
que está sendo medido. A leitura ORP parece que vai manter
estável quando na realidade o nível ORP verdade está mudando,
o sistema de controle é "cego" para essa mudança, e a
quantidade necessária de ozônio não é fornecida pelo gerador. A
manutenção é essencial para a sonda, e, felizmente, é bastante
simples. O benefício de um sistema de controle proporcional
preciso e capacidade de geração de ozônio variável é que
apenas a quantidade necessária de ozônio é gerado,
minimizando o consumo de energia ea possibilidade de corrosão
dos níveis excessivos de ozono.
Armadilhas
Falhas na utilização de ozono para o tratamento da água da
torre de arrefecimento são mais frequentemente relacionado com
a ozonização da água insuficiente para ultrapassar uma carga
excessiva de material orgânico na água, ou a temperatura
elevada do sistema de torre de arrefecimento. O tratamento com
ozônio deve ser evitada nas seguintes situações:
Alta carga orgânica de ar, água, ou processos industriais que
exigem uma elevada COD, como o ozono oxida os compostos
orgânicos e pode permanecer residual insuficiente para o
tratamento de água;
As temperaturas da água que excedem 110 graus F, como
altas temperaturas diminuem meia­vida de ozônio e reduzir
substancialmente a eficácia global do tratamento de ozônio;
Difícil make­up de água (> 500 mg / L como CaCO3) ou sujo
de make­up de água (amolecimento, amolecimento parcial ou
filtragem compõem água, às vezes, aliviar os problemas); e
Sistemas Volumetricamente grandes e / ou longos de
tubulação que requerem longos tempos de residência para obter
a cobertura completa de ozônio, como insuficiência de residência
ozônio tempo resulta em sistema de desinfecção inadequada,
especialmente no torres.
Resfriamento a temperatura da água é fundamental para o
sucesso ou fracasso de um sistema de ozônio. Acima de 110 ° F
a solubilidade de ozono é praticamente nulo para qualquer
concentração de ozono no gás de alimentação. Mesmo a 104 ° F
a solubilidade é muito pequena em menos de três mg / L. A
maioria das fontes concordam que o ozônio funciona melhor em
água bruta igual ou inferior a esta temperatura. Muitos sistemas
de refrigeração e arrefecimento processo mais conforto operam a
entre 85 ° F e 100 ° F, bem dentro do limite de solubilidade de
ozono aceitável. À medida que a temperatura da água em que o
ozono está a ser injectado sobe, o ozono irá dissociar
rapidamente e não se dissolvem na água. Esta é a principal razão
de ozônio não é adequado para aplicações de torres de
resfriamento em usinas geradoras nucleares e fósseis e plantas
de refrigeração de absorção, onde as temperaturas de água são
geralmente elevados.
Problemas ocorrem frequentemente no campo
também. Estes cuidados devem ser tomados durante a
instalação:
Preparação do ar de entrada é muito importante para o
funcionamento eficiente de um gerador de ozono, bem como para
a longevidade da unidade. A preparação de gás de alimentação
deve incluir a remoção de material particulado para <1 Hm, a
umidade <­60 ° F PDP, e óleo de <0,001 ppm w / w.
Água de make­up deve ser livre de sedimentos, lama e
descoloração, e não deve ter altos níveis de sulfatos (<100 ppm)
ou dureza (<500 ppm como CaCO3).
Material de construção no sistema de ozônio tratado deve
ser compatível com o ozônio, incluindo partes da bomba de água
e juntas de flange. A linha de distribuição de ozono a partir do
gerador para o contactor gás / água leva a concentração mais
elevada (até 12% em peso de ozono);por conseguinte, o material
de linha deve ser de aço inoxidável ou de PVC.
O gerador de ozônio deve estar localizado em uma área com
ar condicionado para melhor eficiência de geração de ozônio (gm
input / kW).Temperatura ambiente excessiva (superior a 90 ° F)
pode danificar o sistema de geração ou controles, e vai reduzir a
capacidade de geração.
A capacidade do gerador de ozônio saída do ozônio deve ser
inicialmente certificado e verificado anualmente pelo fabricante.
Cupons de corrosão para cobre e aço devem ser colocados
no sistema e verifiquei duas vezes por ano por um laboratório
qualificado.
O Safety and Health Administration US Ocupação
estabeleceu um limite de exposição de 0,1 ppm de ozônio no ar
durante um turno de oito horas.Este poderia ser um problema se
as torres de resfriamento estão localizados no nível do solo perto
de pessoal, e são excessivamente tratada com ozônio para que a
torre está a funcionar como uma stripper de gás ozônio, dando off
de ozônio no ar. Com equipamento de monitorização adequada e
manutenção do sistema, este não é normalmente uma grande
preocupação.
Benefícios
Escala e depósitos biológicos reduzir a capacidade dos
condensadores de refrigerante e de processo industrial
trocadores de calor para transferir calor. Ao inibir ou remover
depósitos biológicos (com um deslocamento associado de
escala) de forma mais eficaz do que o tratamento químico, o
tratamento da água da torre de arrefecimento de ozono irá
melhorar o desempenho do sistema de arrefecimento. Os
estudos de caso têm mostrado varia de nenhuma melhoria na
eficiência de uma melhoria de 20% no desempenho dos sistemas
de água gelada. A economia de energia deve ser estimado para
cada aplicação individual, com base na condição real de
operação do condensador ou permutador de calor e do tipo de
incrustação presente. Qualquer economia elétricos projetados
devem ser pesados ​
contra a energia consumida pelos geradores
​
de ozônio e equipamentos auxiliares, tipicamente 9 kWh a 14
kWh por quilo de ozônio gerado.
Conclusões
Os testes de campo demonstraram que o uso de ozono no
lugar de produtos químicos para tratamento de água irá reduzir a
taxa de soprar para baixo. Como resultado, a economia de custos
se beneficia de uso de produtos químicos diminuiu e fazer­se as
necessidades de água, a partir de uma redução do volume de
águas residuais e de evasão de sobretaxas de eliminação de
águas residuais, devido a substâncias químicas residuais no
golpe baixo. Há também benefícios ambientais, como menos
cloro ou compostos clorados e outros produtos químicos são
descarregados. Quando o ozono oxida o biofilme, que serve
como um agente de ligação de escala aderente para superfícies
de troca de calor, a acumulação de incrustações em superfícies
de permuta de calor é reduzida, e as taxas de transferência de
calor mais elevados são atingidos. O aumento da taxa de
transferência de calor de um condensador irá reduzir a pressão
cabeça chiller, o que permite que o chiller para operar de forma
mais eficiente e consomem menos energia.
Há relatos de sucesso e de fracasso quando se utiliza o
ozônio como parte de programas de tratamento de água em
torres de resfriamento. Os fabricantes indicam que muitas das
falhas foram devido a má concepção ou a qualidade inferior do
equipamento gerador de ozônio. Às vezes, a aplicação de ozônio
era inadequada devido à condição de água de make­up ou as
condições de funcionamento da torre. Nestas situações, um
programa de tratamento químico tradicional será mais eficaz.
Uma preocupação de funcionamento de um sistema de torre
de arrefecimento é a corrosão das diversas partes do
sistema. Uma porção significativa da corrosão nestes sistemas
está associada com bactérias que criam condições que
favorecem a corrosão induzida microbiologicamente.Quando
quantidades adequadas de ozono são injectados para manter
uma pequena concentração residual, o controlo da população
microbiana é realizado. Por outro lado, devido ao seu elevado
potencial de oxidação química, o ozono pode ser muito
corrosivo. No entanto, por causa de uma quantidade muito
pequena de ozono realiza eficaz como biocida, e por causa da
sua meia­vida muito curta, o efeito corrosivo do ozono são
minimizados.Também tem sido documentada em ozono tratada
torre de água de arrefecimento que, quando o pH do sistema se
eleva acima de 8,5, protecção contra a corrosão dos
componentes da torre de refrigeração tem lugar. Este fenômeno
pode ser dependente compõem características da água, como a
alcalinidade e dureza, de modo que não dispensa o operador da
torre de resfriamento de fazer medições regulares de corrosão.
Tecnologia de ozônio parece ser um método confiável e
eficaz para o tratamento da água de arrefecimento torre. Como
em qualquer processo de tratamento de água, não são relatados
sucessos e fracassos. Muita emoção foi gerada em torno desta
tecnologia, devido às possibilidades que ela
proporciona. Refrigeração proprietários e operadores de sistemas
torre ver economias de custos potenciais, benefícios ambientais,
ea redução na perigos de manutenção e de saúde. Como
resultado da excitação de proprietários de torre de resfriamento,
os fabricantes de equipamentos de geração de ozônio e os
vendedores de ver um grande mercado; e muitos jogadores
apareceram no campo junto com uma variedade de produtos,
serviços e reclamações de desempenho. Finalmente, com uma
redução no crescimento biológico, escala, corrosão e uso de
produtos químicos, a questão da responsabilidade diminui
também. Do ponto de vista dos recursos humanos, a redução do
risco para a saúde pessoal melhora o ambiente de trabalho e faz
uma declaração pública positiva.