Teollisuuden jäähdytysjärjestelmät. Case: Kaasunerotuslaitteiston evaluointi

Teollisuuden jäähdytysjärjestelmiä tarvitaan prosessien lämpötilan ja paineen hal-litsemiseen. Vesi on käytetyin lämmönsiirtoaine hyvän saatavuutensa, halvan hin-nan ja korkean lämmönsiirtokyvyn ansiosta. Jäähdytysjärjestelmät jaetaan kolmeen päätyyppiin, joita ovat läpivirtausjäähdytys, suljettu ja avoin kiertojäähdytys. Kullakin järjestelmätyypillä on tyypilliset alatyyppinsä. Avoimella kiertojär-jestelmällä on eniten alatyyppejä, joista yleisin on jäähdytystorni. Jäähdytystorneja on kolmea tyyppiä: märkä-, kuiva ja hybriditorni. Kullakin järjestelmätyypillä on ominaiset piirteensä käyttökohteiden, ympäristövaikutusten, ohjattavuuden, investointi- ja käyttökulujen suhteen, joita tässä työssä esitellään. Työssä tutkitaan teollisuuden jäähdytysjärjestelmien esittelyn lisäksi erään ali-painekaasunpoistimen soveltuvuutta suljetun kiertojäähdytysjärjestelmän kaasun-poistoon. Suljettuun kiertojäähdytysjärjestelmään jää ilmaa täyttövaiheessa ja kul-keutuu liuenneena käytettävän jäähdytysveden mukana. Muodostuva ylikylläinen seos synnyttää veden sekaan ilmakuplia, jotka aiheuttavat korroosiota kemiallisesti ja kuluttamalla. Lisäksi kaasukuplat vievät tilavuutta nesteeltä. Tämä pienentää järjestelmän jäähdytystehoa merkittävästi, koska kaasun lämmönsiirtokyky verrat-tuna veden lämmönsiirtokykyyn on pieni. Työssä esitellään myös muita mahdolli-sia suljetun järjestelmän kaasulähteitä ja niiden aiheuttamia ongelmia. Alipainekaasunpoistimen kaasunerotustehokkuutta mitattiin jäähdytysvesinäyttei-den selkeytymisnopeudella ja lämmönsiirtimien tehon paranemisella. Kahden viikon tarkastelujaksolla selkeytymisajat paranivat 36–60 % eri mittauspaikoissa ja lämmönsiirtimien tehot paranivat 6–29 %. Järjestelmään kuitenkin jäi merkittävä määrä kaasua, vaikka laitteen käyttöä jatkettiin tarkastelujakson jälkeen, joten tavoitteisiin ei päästy. Tutkitun alipainekaasunpoistolaitteen ei todettu soveltuvan tehdasympäristöön kestämättömyyden, hankalakäyttöisyyden ja tehottomuuden takia. Tulokset kuitenkin osoittavat, että kaasunerotuksella on merkittävä vaikutus suljetun jäähdytysjärjestelmän toimivuuteen ja saavutettavaan jäähdytystehoon.

Cooling water systems in industry are needed for controlling temperature and pressure of processes. Water is the most common heat transfer medium because of its good availability, low price and high heat capacity. Cooling water systems are divided to three main groups which are once-through systems, closed and open recirculating systems. Each system type has typical subtypes. The open recirculat-ing system has more subtypes than other systems. Each cooling water systems have specific characteristics of usability, nature impact, controllability, investment and operating costs. These characteristics are presented in this thesis. In addition to above mentioned this thesis examines one vacuum deaeration de-vice and its suitability for removing gas from closed recirculating cooling system in industrial environment. Gases, mainly air, remains in the systems in some level when the closed recirculating systems is filled. Makeup water contains also diluted air. Free and diluted air is mixed with cooling water and formation of over-saturated water takes place. This causes corrosion in two different ways. Firstly the chemical corrosion occurs when oxygen is reacting mainly with iron and cop-per parts of piping system. Secondly micro bubbles rub especially curve part of the piping causing erosion. Effects of corrosion can be seen as elements of rust particles in cooling medium and at worst case as a pipe leakage. Gas also takes a part of cooling water volume which decreases the cooling capacity of the system. The gas separation efficiency of vacuum deaeration device was measured by two parameters which were the clarification of cooling water and the cooling capacity of heat exchanger. After a two-week testing period clarification times in different sampling locations improved 30-60 %. The cooling capacity of heat exchangers improved 6-29 %. After the test period a large amount of free gas was still in the cooling system causing the problems mentioned before. The usage of deaeration device was continued after the test period without any further success. Therefore the conclusion is that the device is not suitable for gas removal of closed cooling water system in industrial environment. Results however clearly show the influ-ence of high gas content to cooling capacity of cooling water.