水冷システム

真空炉の投資を適切な装置で保護するために

水は地球上で最も安価で入手しやすい熱伝導体の一つであり、熱処理装置の保護と運転に不可欠なものです。適切な水冷システムを選択し、水に含まれる不純物を理解し、水冷システムを適切に維持することは、真空炉の高価な損害を防ぐことができます。

水とシステムの特性

外部冷却システムには、いくつかの異なる構成があります。水とシステムが以下の熱エネルギー伝達の仕様を満たしていれば、炉と水システムの機能的な問題を防ぎつつ、意図したとおりに動作するはずです。

標準的な水の特性

1. 全硬度（CaCO₃ <100 ppm
2. 総溶解物質量 200ppm 未満
3. 導電率 - 300μm/cm（マイクロメートル/センチメートル
4. pH - 7.0～8.0
5. 浮遊物質量 <10 ppm

*機器設置前に水質検査を行うこと。

システム特性

1. 最大吸気温度 - 85 °F (29 °C)
2. 最低吸気温度-結露を避けるために露点以上であること
3. 機器設置説明書に記載されている流量
4. 40～90psiの間の圧力*。
5. 定格流量において、装置全体に30psiの降下があるように給排水配管を行う。

*システムに依存します。

どの外付け冷却装置が適しているのか？

水冷システムを選ぶ際のポイントとしては、以下のようなものがあります。

• 予算はいくらですか？
• タンクや熱交換器のサイズはどのくらい必要ですか？また、1回の焼入れに必要な水量はどのくらいですか？
• 処理する材料によって異なるクエンチサイクルのアプリケーションに対応できるようなシステム設計が必要でしょうか？
• 複数の炉に対応する必要があるのでしょうか？
• 現在と将来の水道のニーズについて評価しましたか？
• 現地の環境法について教えてください。
• 水供給に関する地域の選択肢は？
• あなたの施設では、すでに水冷システムを導入していますか？

水冷システム構成図

水冷システムには、オープンループとクローズドループがある。オープンシステムでは、冷却水がサイトドレンや冷却塔で大気にさらされるのに対し、クローズドシステムでは、環境にさらされることはありません。オープン/クローズドシステムの組み合わせは、廃棄物を最小限に抑え、水処理コストを削減する効率的な設計であるため、熱処理設備で最もよく使用されているタイプである。以下に、主な水冷システムの種類を4つ挙げ、それぞれに長所と短所があることを説明する。どの方式を選ぶかは、お客様のニーズや設備の立地条件によって異なります。

ワンススルー方式

ワンススルー方式とは、水を一度真空炉設備に通した後、廃棄または他の工程で再利用する方式です。この方式は設備投資が最も少なくて済みますが、きれいな市水や井戸水を大量に確保する必要があります。そのため、コストがかかり、廃棄物も多くなり、環境面でも懸念があります。このシステムでは、通常、水の硬度処理は行われないため、時間の経過とともに硬度が上昇し、化学洗浄やスケール除去の必要性が高まる可能性があります。

オープンループ循環システム

オープンループ再循環システムは、開放型の冷却塔やサンプタンクに連続的に水を送り込みます。潜熱の気化によって大量の熱が取り除かれる。この過程で失われる水は、蒸発した水だけです。このため、ワンススルー方式に比べ、コストが低く抑えられます。しかし、水が蒸発する際に、水溶液中の不純物が濃縮されやすく、空気中のゴミを拾ってしまう可能性がある。不純物の濃度は、ブリードする水量を適切に調整し、ランニングスペックの範囲内でバランスを取ることでコントロールすることができます。このシステムは、環境条件によって水中の不純物量が経時的に変化するため、頻繁にモニターする必要がある。

クローズドループ循環システム

水-空気または水-水の熱交換器を使用したクローズドループ再循環システムは、使用する水の量が非常に少なく、処理コストも最小限に抑えられます。これらのシステムは、システム内の水を冷却するために周囲の空気温度を十分に低くする必要があるため、冷涼な気候の地域に限定されます。このタイプのシステムでは、水の排出はほとんどありませんが、使用する水の質によっては、スケールや腐食の問題が発生する可能性があります。スケールや腐食を減らすために、蒸留水や逆浸透膜（RO）水を使用することが有益な場合があります。循環水に凍結防止剤や腐食防止剤を添加する必要がある場合は、エチレングリコールや低導電性防止剤をお勧めします（場所によって異なります）。

オープン／クローズドループシステム

真空炉の設備で最も一般的な水冷システムが開閉式ループシステムである。このシステムは、冷却塔、スプレーポンド、蒸発コンデンサー、サンプなどの開放系と、炉の閉鎖系を組み合わせたものである。クローズドシステムは、炉で発生した熱を熱交換器でオープンシステムに伝達する。効率的な設計により、閉ループ側の水/エチレングリコール混合液に影響を与えることなく、水を追加して処理することが可能である。必要な水の量が少ないため、処理コストが低くなり、メンテナンスも容易である。ただし、閉ループ側で使用する水に不純物が含まれている場合、スケールや腐食が問題となる場合がある。

システムを選択する前に、Ipsen は、可能な水源と分析情報に関して、プラントエンジニアまたは水処理専門家に相談することをお勧めします；これは、適切な機器が選択され、効果的な水処理プログラムが配置されていることを保証します。

水の不純物と水冷システム

万能溶媒である水には、気体や有機物・無機物など多くの不純物が含まれています。これらの不純物は、十分な注意を払わないと、水システムを損傷する可能性があります。

1. 硬度:水は、土壌中のマグネシウムやカルシウムの塩を溶かし、硬水をつくります。硬水が水道を通ると、これらの塩が沈殿し、蓄積されることがあります。また、これらの塩が高濃度になると、水の伝導率が高くなることがあります。
2. 浮遊物質。 固形物（砂など）は、実際には水に溶けていません。水の乱流運動により、固形物は浮遊し、その後水系に沈殿することがあります。これは、目詰まりの原因となり、熱伝達を低下させます。浮遊物は、ろ過によって除去することができます。
3. 酸味。 水には多量の遊離鉱酸が含まれていることがあります。この酸は、時間の経過とともに水システムの部品を腐食させます。アルカリ剤による処理が必要な場合があります。
4. アルカリ性。 アルカリ度とは、酸を中和してpHの変化に抵抗する水の能力です。水のアルカリ度が高い場合、スケールが発生することがあります。酸による処理が必要な場合があります。
5. スライムや藻類 スライムや藻類は、開放系で発生することがあります。スライムや藻類は、水と頻繁に接触する表面に形成される小さな生物物質（藻類、菌類、バクテリア）です。配管内で生物が増殖すると、酸素濃度の異なるセルが形成され、金属表面に深刻な孔食が発生する可能性があります。通常、塩素による化学処理をお勧めします。
6. 溶存酸素 通常、激しい腐食の主な原因は酸素である。大気と接触したすべての水には、溶存酸素が含まれています。クローズドシステムは、水が空気に触れる量を制限しますが、オープンシステムは、酸素が多すぎると問題が発生することがあります。直接脱気を行うには、機械的に行うか、硫酸ナトリウムのような化学薬品を添加する方法があります。一般的に、最も経済的な方法は腐食防止剤の添加です。
7. 腐食。 腐食は、冷却水から金属部品に電子が移動し、孔食や酸化を引き起こすことによって起こります。酸素や二酸化炭素のような溶存ガスは、このプロセスを加速させる可能性がある。通常、腐食防止剤が推奨され、最も一般的なものはクロム酸塩である。

水冷システムメンテナンスのポイント

1. 庫内の外側に斑点がないか見てください。これは、過去に硬水の蓄積処理を行ったことを示している可能性があり、再び必要になる可能性があります。
2. 水冷システムが規定温度内であることを確認するため、週単位で入口と出口の水温を監視する。
3. 各クーラント経路を毎週点検してください。
4. 年に2回、システム全体の洗浄を行う。
5. ウォータージャケットの水漏れの可能性があるため、他の錆びをチェックする。
6. 真空炉の容器が高温になっていないか確認してください。ほとんどの真空炉は、外壁の温度が140度以下で動作するようになっています。140度以上の場合は、水流に問題があることを示しています。
7. 冷却水がシステムから出るときに減っていることに気づいたら、それは錆やスケールが蓄積していることが原因かもしれません。ケミカルフラッシュを使用して、蓄積を一掃することができます。
8. 熱交換器が屋外に設置されている場合、以下のことが重要です。 水道の冬対策.凍結防止のため、エチレン・プロピレングリコールを濃縮して添加することができます。

真空炉の予防保全に役立つ情報はこちら。 チェックリストのダウンロードはこちら.

水冷システムに問題がある場合、または新しい炉のご相談がある場合は Ipsen のチームにご連絡ください。 真空炉のことなら何でもお任せください。