В системах оборотного водоснабжения происходит повторное (многократное) использование части воды. При этом техническая вода нагревается. Перед повторным использованием температура воды должна быть снижена в соответствии с требованиями техно­логии. Снижение температуры технической воды достигается в спе­циальных охлаждающих устройствах (охладителях).

По способу отвода теплоты охладители подразделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные). В испарительном охладителе отвод теплоты достигается в результате испа­рения при непосредственном контакте с воздухом, в поверхностном - вода движется в трубках, омываемых с внешней стороны воздухом.

Выбор типа охладителя производится на основе технико-эконо­мического сравнения по минимуму приведенных затрат с учетом, показателей работы всей заводской системы технического водо­снабжения. При сопоставлении вариантов учитываются гидрологи­ческие и метеорологические условия применительно к району строи­тельства системы водоснабжения.

Испарительные охладители могут быть представлены: прудами-охладителями (водохранилища-охладители), брызгальными бассей­нами и градирнями башенного или вентиляторного типов.

Пруды и водохранилища-охладители обладают рядом несомнен­ных достоинств. Они обеспечивают более низкие температуры охлаждения воды в течение года; являются регуляторами поверх­ностного стока; просты в эксплуатации и могут обеспечить водой оборотное водоснабжение любого крупного завода. Однако созда­ние водохранилищ-охладителей сопряжено со значительными капи­тальными затратами как на основное сооружение, так и на строи­тельство очистных сооружений.

Брызгальные бассейны требуют сравнительно небольших капиталовложений и применяются при небольших расходах техниче­ской воды (до 300м 3 /ч). Обладают плохой охлаждающей способ­ностью и допускают большие потери воды.

Башенные градирни используются в системах оборотного водо­снабжения с расходами воды до 100-10 3 м 3 /ч. Благодаря организо­ванному движению воздуха обеспечивается устойчивое охлаждение и более низкая температура воды, чем в брызгальном бассейне. К недостаткам нужно отнести высокие капитальные затраты.

Вентиляторные градирни обеспечивают наиболее глубокое и ста­бильное охлаждение технической воды. Затраты на строительство оказываются меньше, чем у башенных. Большой расход электро­энергии и возможность образования туманов и обледенения суще­ственно влияют на выбор варианта водоснабжения с вентиляторными градирнями. Их применение оказывается экономически обоснованным, когда требуется низкая и стабильная температура охлаждаемой воды (холодильные и компрессорные станции, произ­водственные технологии в районах с жарким климатом).

Некоторые характеристики испарительных охладителей приве­дены в табл. 2.7.

Табл. 2.7. Характеристика испарительных охладителей

Применение радиаторных охладителей позволяет сократить до минимума потери воды в системе оборотного водоснабжения. Вода в «сухих» градирнях не засоряется пылью окружающего воздуха и солями (минерализация воды), как это имеет место в градирнях «мокрого» типа. «Сухие» градирни имеют больший объем по сравне­нию с «мокрыми», так как интенсивность теплообмена в них ниже. Их применение может быть оправдано невозможностью восполне­ния потерь воды в системах охлаждения.

Охлаждение воды в испарительных охладителях всегда сопро­вождается ее потерями вследствие испарения (снижение темпера­туры воды на 6 °С в системах испарительного охлаждения сопряжено с потерями воды до 1 %). Потери воды подсчитываются по формуле

DV = DV исп + DV ун

где DV исп - доля испарившейся воды, DV ун - доля уноса с воз­духом за пределы охладителя от циркуляционного расхода (табл. 2.8).

Табл. Величина уноса воды DV ун

Значение DV исп определяется по формуле

DV исп = kDT,

где k - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением от общего коэффициента теплоотдачи (испарение и конвекция), % (табл. 2.9); DT - абсолютная величина перепада температур, °С.

Табл. 2.9. Значение коэффициента k

В результате испарения в охладителе части воды повышается концентрация минеральных солей, растворенных в оборотной воде. При этом соли временной жесткости MgCO 3 и СаСО 3 (главным образом СаСО 3) выпадают на поверхности устройства, что ухуд­шает его эксплуатационные показатели и резко снижает коэффи­циент теплопередачи. Для предотвращения этого явления произво­дится непрерывная продувка системы оборотного водоснабжения, т. е. удаление из нее части циркулирующей воды и восполнение свежей водой из природного источника водоснабжения. Продувку осуществляют водой из глубинных слоев охладителя. Тогда урав­нение солевого баланса имеет вид

С д (DV исп + DV ун + DV прод) = С ц (DV ун + DV прод), (2.3)

где С д, С ц - концентрация солей жесткости в добавочной и цирку­лирующей воде соответственно, мг-экв/л; DV исп, DV ун - потери воды с испарением и уносом, %; DV прод - объемная доля удаляе­мой воды по отношению к циркулирующей, %.

Если принять для циркуляционной системы С ц на уровне макси­мально допустимой (СНиП II - 31-74), то выражение (2.3) можно переписать в виде

С д (DV исп + DV ун + DV прод) = С у max (DV ун + DV прод),---------

Из равенства (2.4) находят значение DV прод, выраженное в про­центах. Однако нужно помнить, что регулирование солевого балан­са системы оборотного водоснабжения путем непрерывной продувки эффективно лишь в случае, когда С д <<С ц ma х. Во всех остальных ситуациях применяют способы снижения жесткости воды путем реагентной обработки, табл.2.10.

Табл. Способы реагентного умягчения технической воды

Наряду с выпадением солей жесткости в системах оборотного водоснабжения могут откладываться продукты кислородной кор­розии, механические взвеси, биологические организмы, содержа­щиеся в природной воде. Для борьбы с биологическим обрастанием применяют обработку циркуляционной воды хлором. Хлорирование ведется периодически по 30 мин с интервалами в З...12ч дозами 1,5...7,5 мг/л (в зависимости от качества воды). При обрастании системы водорослями воду обрабатывают медным купоросом 2...3 раза в месяц по 1...2 ч дозами 4...6 мг/л. При бактериальном обрастании наряду с обработкой медным купоросом делают хлори­рование воды дозами 2 мг/л при продолжительности хлорирования 30...40 мин.

11.31. Тип и размеры охладителя должны приниматься с учетом:

расчетных расходов воды;

расчетной температуры охлажденной воды, перепада температур воды в системе и требований технологического процесса к устойчивости охладительного эффекта;

режима работы охладителя (постоянный или периодический);

расчетных метеорологических параметров;

условий размещения охладителя на площадке предприятия, характера застройки окружающей территории, допустимого уровня шума, влияния уноса ветром капель воды из охладителей на окружающую среду;

химического состава добавочной и оборотной воды и др.

11.32. Область применения охладителей воды надлежит принимать по табл. 39.

Таблица 39

Примечание. Показатели в таблице даны для воды, поступающей на охладитель, с температурой не более 45°С.

11.33. Технологические расчеты градирен и брызгальных бассейнов надлежит производить исходя из среднесуточных температур атмосферного воздуха по сухому и влажному термометрам (или относительной влажности воздуха) по замерам в 7, 13 и 19 ч за летний период года по многолетним наблюдениям при обеспеченности 1-10%. Для тепловых и атомных электростанций расчеты надлежит производить исходя из среднесуточных температур атмосферного воздуха, по сухому и влажному термометрам за летний период среднего и жаркого года. Выбор обеспеченности производится в зависимости от категории водопотребителя по табл. 40.

Таблица 40

При отсутствии данных о среднесуточных температурах и влажности атмосферного воздуха с указанной обеспеченностью следует принимать средние температуры и влажности в 13 ч для наиболее жаркого месяца согласно СНиП 2.01.01-82 с добавлением к температуре воздуха по влажному термометру 1-3°С при неизменной величине влажности в зависимости от категории водопотребителя.

11.34. Технологические расчеты градирен должны выполняться по методике, учитывающей тепломассообмен в активной зоне охлаждения и аэродинамические сопротивления градирни, или по графикам, составленным на основании экспериментов.

11.35. Технологические расчеты охлаждающей способности брызгальных бассейнов и открытых градирен должны выполнятся по экспериментальным графикам.

11.36. Технологические расчеты радиаторных градирен должны выполняться по методике, принятой для расчета теплообменных аппаратов с оребренными трубами, охлаждаемых воздухом.

11.37. Технологические расчеты водохранилищ-охладителей для тепловых и атомных электростанций должны выполняться исходя из среднемесячных гидрологических и метеорологических факторов среднего года с учетом теплоаккумулирующей способности водохранилища, графиков нагрузки и ремонта оборудования. Для летнего периода среднего и жаркого года обеспеченностью 10 % проверяется мощность оборудования, устанавливаются пределы и длительность ограничения мощности по максимальным суточным температурам охлаждающей воды. При использовании для охлаждения воды существующих водоемов другого назначения необходимо учитывать особенности пространственного формирования температурного режима в естественных условиях и при сбросе подогретой воды.

11.38. При наличии в оборотной воде примесей, агрессивных по отношению к материалам конструкций градирен и брызгальных бассейнов, должны предусматриваться обработка воды или защитные покрытия конструкций.

11.39. Глубина воды в брызгальных бассейнах и водосборных резервуарах градирен должна приниматься не менее 1,7 м, расстояние от уровня воды до борта бассейна или резервуара - не менее 0,3 м.

Для градирен, располагаемых на покрытиях зданий, допускается устройство поддонов с глубиной воды не менее 0,15 м.

11.40. Водосборные резервуары градирен и брызгальные бассейны должны оборудоваться отводящими, спускными и переливными трубопроводами, а также сигнализацией минимального и максимального уровней воды. На отводящем трубопроводе надлежит предусматривать сороудерживающую решетку с прозорами не более 30 мм.

Днища водосборных резервуаров и брызгальных бассейнов должны иметь уклон не менее 0,01 в сторону приямка со спускной трубой.

11.41. На подающем и отводящем трубопроводах брызгальных бассейнов следует предусматривать запорные устройства для выключения бассейнов на период очистки и ремонта.

11.42. Вокруг водосборных резервуаров градирен и брызгальных бассейнов следует предусматривать водонепроницаемое покрытие шириной не менее 2,5 м с уклоном от сооружений, обеспечивающим отвод воды, выносимой ветром из входных окон градирен и брызгальных бассейнов.

Градирни

11.43. Градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках.

При необходимости сокращения объемов строительных работ, маневренного регулирования температуры охлажденной воды, автоматизации для поддержания заданной температуры охлажденной воды или охлаждаемого продукта следует применять вентиляторные градирни.

На застроенных территориях следует преимущественно применять вентиляторные градирни на покрытиях зданий.

В южных районах допускается применять поперечно-точные вентиляторные градирни.

В районах с ограниченными водными ресурсами, а также для предотвращения загрязнения оборотной воды токсичными веществами и защиты окружающей среды от их воздействия следует рассматривать возможность применения радиаторных (сухих) градирен или смешанных (сухих и вентиляторных) градирен.

11.44. Для обеспечения наиболее высокого эффекта охлаждения оборотной воды надлежит применять градирни с пленочным оросителем.

При наличии в оборотной воде жиров, смол и нефтепродуктов следует применять градирни с капельным оросителем; при наличии взвешенных веществ, образующих отложения, не смываемые водой, - брызгальные градирни.

11.45. Оросители надлежит предусматривать в виде блоков, конструкция и расстановка которых должны обеспечивать равномерное распределение потоков воды и воздуха по площади градирни.

11.46. Систему распределения воды надлежит принимать напорной трубчатой, допускается применение лотков. При установке разбрызгивающих сопел факелами, направленными вниз, расстояние от сопел до оросителя следует принимать 0,8-1 м, при направлении факелов вверх - 0,3-0,5 м.

11.47. Расположение сопел на трубах распределительной системы должно обеспечивать равномерное распределение воды по площади градирни над оросителем.

11.48. Для предотвращения выноса из градирни капель воды в зоне воздухораспределителя надлежит устанавливать ветровые перегородки, а над водораспределительными системами - водоуловительные устройства.

11.49. Конструкция и расстановка водоуловительных устройств должны обеспечивать отсутствие сквозных вертикальных щелей (оптическую плотность) по всей площади градирни, при этом вынос капель воды не должен превышать: 0,1-0,2 % расхода оборотной воды при отсутствии в ней токсичных веществ, 0,05 % - при наличии токсичных веществ.

В вентиляторных градирнях водоуловительные устройства надлежит размещать на расстоянии не менее 0,5 диаметра вентилятора от его рабочего колеса.

11.50. При расположении градирен на покрытиях зданий необходимо предусматривать жалюзи на воздуховходных окнах градирен.

11.51. Конструкция обшивки каркаса градирни должна исключать возможность подсасывания наружного воздуха.

11.52. Вентиляторные градирни надлежит принимать секционными с забором воздуха с двух сторон или односекционными с забором воздуха по всему периметру.

11.53. Площадь входных окон градирни должна составлять 34-45 % площади градирни в плане.

11.54. Форму градирен в плане следует принимать: у секционных вентиляторных градирен - квадратную или прямоугольную с соотношением сторон не более 4:3, у односекционных и башенных - круглую, многоугольную или квадратную.

11.55. Для предотвращения обледенения градирен в зимнее время необходимо предусматривать возможность повышения тепловой и гидравлической нагрузок за счет отключения части секций или градирен, уменьшения подачи холодного воздуха в ороситель.

11.56. Для поддержания необходимой температуры охлажденной воды в зимнее время следует предусматривать устройства для сброса теплой воды в водосборный резервуар градирни.

11.57. Конструкции градирен надлежит принимать:

каркас - из железобетона, стали или дерева;

обшивку - из дерева, асбестоцементных или пластмассовых листов;

ороситель - из дерева, асбестоцемента или пластмассы;

водоуловительные устройства - из дерева, пластмассы или асбестоцемента;

водосборные резервуары - из железобетона.

Деревянные конструкции должны быть антисептированы невымываемыми антисептиками, при применении древесины мягколиственных пород - модифицированы (пропитаны специальными растворами).

Металлические конструкции должны быть защищены антикоррозионными покрытиями согласно СНиП 2.03.11-85.

Железобетонные конструкции должны выполняться из марок бетона по морозостойкости и водопроницаемости, указанных в п. 14.24.

Для получения требуемой температуры отработавшую оборотную воду непосредственно или после предварительной очистки от загрязнений перед новым ее использованием при необходимости охлаждают в специальных сооружениях: прудах-охладителях, брызгальных бассейнах и градирнях (башенных или вентиляторных). Таким образом, назначение охладителя состоит в том, чтобы отнимать от воды тепло, полученное ею от охлаждаемого продукта, производственного агрегата или машины, и тем самым возвращать воде начальную ее температуру, с которой можно повторно использовать воду для той же или другой цели. Место охладителя в системе оборотного водоснабжения показано на схеме рис. 2.[ ...]

В пруде-охладителе вода от места впуска движется к водозабору широким потоком, проходя определенный путь, на котором и происходит охлаждение воды в результате испарения части воды и непосредственной передачи тепла воздуху с водной поверхности, омываемой им. Пруды-охладители оборотной воды имеются на некоторых заводах и на многих тепловых электрических станциях. В настоящее время пруды-охладители оборотной воды эксплуатируют примерно на 500 мощных тепловых электростанциях; их строят и на новых современных электростанциях.[ ...]

Брызгальный бассейн представляет собой открытый железобетонный или бетонный резервуар из двух и более секций, над которым через сопла (называемые также брызгалами или насадками) разбрызгивается охлаждаемая вода. При падении капель вода охлаждается, частично испаряясь и соприкасаясь с воздухом (конвекцией). Брызгальные бассейны остались лишь на некоторых заводах, на которых по условиям производства имеется необходимость хранения аварийного запаса воды; строительство их на новых промышленных предприятиях в настоящее время - явление сравнительно редкое по ряду причин.[ ...]

Таким образом, оборотная вода в том или ином охладителе охлаждается посредством передачи тепла атмосферному воздуху, причем часть тепла передается в результате поверхностного испарения воды - превращением части воды в пар и переносом этого пара путем диффузии в воздух, другая часть - вследствие разницы между температурами воды и воздуха, т. е. теплоотдачей соприкосновением (теплопроводностью и конвекцией). Весьма небольшое количество тепла отнимается от воды еще излучением, что в тепловом балансе обычно не учитывают. Одновременно имеется приток тепла к охлаждаемой воде от солнечной радиации, который так мал, что в тепловом балансе градирен и брыз-гальных бассейнов им пренебрегают.[ ...]

Механизм процесса испарения воды и теплоотдачи с поверхности соприкосновения ее с воздухом (Зи может быть представлен следующим образом. Согласно кинетической теории газов, молекулы воды находятся в беспорядочном тепловом движении, так как скорости их неодинаковые. Те молекулы, которые обладают наибольшей скоростью (точнее, наибольшей кинетической энергией), вырываются в пространство, расположенное над поверхностью воды. При столкновении с молекулами воздуха эти молекулы воды изменяют величину и направление своего движения, вследствие чего часть из них отражается обратно к поверхности воды, от которой вновь они могут отразиться или поглотиться водой. Часть же вырвавшихся или отраженных от поверхности воды молекул удаляется от поверхности воды, проникает в воздух в результате диффузии и конвекции и уже безвозвратно теряется водой, образуя пары воды и воздуха. Эта потеря части молекул воды и составляет сущность процесса испарения, сопровождающегося переносом вещества (массы) или так называемым массообменом. Но поскольку испарение связано с затратой тепла на изменение агрегатного состояния, то оно вызывает поток тепла фи только от воды к воздуху, т. е. охлаждение воды.[ ...]

Это происходит до тех пор, пока направленный от воздуха к воде поток тепла (2С не становится равным потерям тепла водой от испарения [ ...]

Теплоотдача от воды воздуху в охладителях зависит от температуры охлаждаемой воды и метеорологических условий; она тем больше, чем больше разность между температурами воздуха в и воды t, чем меньше относительная влажность воздуха при данной его температуре и чем больше количество воздуха, вступающего в теплообмен с водой в единицу времени. Поступа ющий в охладитель воды атмосферный воздух выходит из не нагретым и с повышенной относительной влажностью.[ ...]

Теоретическим пределом охлаждения воды воздухом я ется та температура воды, при которой приток тепла от духа (?р путем соприкосновения [ ...]

Работу охладителя воды можно характеризовать к венными и качественными показателями.[ ...]

Гидравлическую нагрузку охладителя выража вом воды (м3/ч), приходящимся на 1 мг активной (р щади охладителя в плане.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Установки охлаждения оборотной воды (УООВ)

НАЗНАЧЕНИЕ

Установка охлаждения оборотной воды (далее именуемая «УООВ») предназначена для охлаждения технологической воды в системах оборотного водоснабжения энергопотребляющего оборудования (теплообменные аппараты компрессорных установок, конденсаторы холодильных машин, кондиционеры, термопласт-автоматы, станки, поточные линии, технологическое оборудование в промышленности, радиоэлектронное оборудование и т. п.).

N и Q – поток энергии и теплоты от внешних источников;

Q1 – поток теплоты, переданный воде при осуществлении рабочего процесса;

Q2 – поток теплоты, рассеянный в атмосфере при охлаждении воды в градирне УООВ.

Рабочие процессы в энергопотребляющем оборудовании, как правило, требуют отведения и рассеяния в окружающей среде тепловых потоков (рис.1). Сначала через теплообменные аппараты и охлаждаемые узлы оборудования пропускают наиболее эффективный промежуточный теплоноситель – воду. Вода в них нагревается. Для того, чтобы многократно использовать одну и ту же воду в замкнутом контуре оборотного водоснабжения, ее необходимо охладить. Имеется только один способ это сделать – рассеять тепловой поток в атмосферном воздухе. Применение УООВ позволяет не только решить данную задачу, но и значительно снизить энергозатраты и потребление сетевой воды.

2. УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2.1 Климатическое исполнение У1 по ГОСТ 15150-69:

предельные рабочие температуры воздуха от +45 до -50°С; относительная влажность воздуха в наиболее теплый и влажный период 80% при 20°С в течение шести месяцев; содержание пыли в воздухе не более 0,01 г/м3; присутствие в воздухе липких и волокнистых веществ не допускается; тип атмосферы II - промышленная (содержание сернистого газа от 20 до 250 мг/м2сут., или 0,025 до 0,31 мг/м3; хлориды менее 0,3 мг/м2сут.).

2.2 Загрязнение охлаждаемой воды должно находиться в пределах обычных величин, характерных для технической воды оборотных циклов, показатель рН = 6…8.

2.3 Максимальная температура подаваемой на охлаждение воды непосредственно в УООВ: + 500С. Для охлаждения воды с температурой выше 500С необходимо согласование с предприятием-изготовителем. Предельная минимальная температура воды на выходе из УООВ: + 210С.

Примечание: Использование УООВ для охлаждения сильно загрязненных (в том числе маслами), подкисленных и щелочных вод должно быть согласовано с предприятием-изготовителем.

3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

3.1 Основные параметры приведены в табл.1.

3.2 Питание электродвигателей вентиляторов - от трехфазной сети напряжением 380 В, частотой 50 Гц. Электродвигатели имеют климатическое исполнение У2 и степень защиты IP54 по ГОСТ 14254-96. УООВ комплектуются односкоростными и многоскоростными электродвигателями вентиляторов. Перечень штатных электродвигателей приведен в табл. 2.

3.3 Тип вентиляторов - осевые серии ВО 06-300.

3.4 Установка может иметь моноблочную или раздельную сборку.

3.5 Блок-охладитель установки может быть изготовлен из нержавеющей стали.

Таблица 1

Основные показатели	Модель установки охлаждения оборотной воды
Расход охлаждаемой воды, м3/час
Тепловой поток,* кВт
Номинальное охлаждение воды,0С Одноконтурное/двухконтурное
Количество форсунок, шт.
Количество вентиляторов, шт.
Диаметр рабочего колеса, мм
Частота вращения, об/мин
Установленная мощность электродвигателя, кВт
Расход воздуха, тыс. м3/час
Масса, кг
Габаритные размеры корпуса градирни, мм								2130х 2018х 3370	2227х 2938х 3367
Уровень звукового давления на расстоянии 10м, дБ(А)

* при температуре смоченного термометра 190С, относительной влажности 60% и охлаждении воды на 100С; пересчет на другие условия осуществляется по запросу.

Выбор УООВ и других элементов системы должен быть увязан в проекте с объектом охлаждения. В проекте также должны быть предусмотрены мероприятия по переводу системы на условия зимней эксплуатации. Если объект охлаждения относится к объектам высокой степени ответственности или особых условий эксплуатации, то в проекте должны быть предусмотрены резервные УООВ и разработаны специальные мероприятия по поддержанию работоспособности системы в зимний период.

Ответственность за обеспечение работоспособности УООВ в зимних условиях несет заказчик.

Таблица 2

Модель установки	Марки электродвигателя, мощность, кВт/частота вращения, об/мин
Односкоростной электродвигатель	Многоскоростной электродвигатель
	АИР63А4 0,25/1500
	АИР80В6 1,1/1000	1,25/970 1,0/710
	АИР80В4 1,5/1000	1,7/1420 1,0/710
	АИР100L6 2.2/1000	1,8/960 1,32/710
		3,0/1430 1,2/940 0,71/700

наряду с указанными электродвигателями могут быть использованы электродвигатели иных моделей с соответствующими значениями мощности и частоты вращения, а также электродвигатели с частотным регулированием частоты вращения.

4. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ

Установка охлаждения оборотного водоснабжения (УООВ) представляет собой систему, состоящую из следующих основных блоков:

блок-охладитель (градирня), насосная группа, шкаф управления УООВ, емкость для оборотной воды, водяной фильтр с возможностью промывки фильтрующих элементов (дополнительная опция), устройства нехимической водоподготовки (дополнительная опция).

Градирни имеют прямоугольную форму с нижним боковым расположением вентиляторов.

Градирни моделей УООВ-4 … УООВ-16 состоят из неразъемного корпуса, вентилятора с электроприводом, бака для слива охлажденной воды, расположенного в нижней части корпуса, оросителя, каплеуловителя, водораспределительного коллектора с форсунками, входного и выходного (сливного) водяных патрубков.

Градирни моделей УООВ-24 … УООВ-350 являются составными и состоят из блока и бака, а в остальном комплектуются так же, как градирни моделей УООВ-4 … УООВ-16.

В градирне модели УООВ-350 вентиляторы крепятся на собственной раме и соединяются с диффузорами посредством гибкой вставки.

На всех моделях в баке над окнами диффузоров установлен наклонный козырек с отгибом вверх и гидравлическими уклонами от середины к боковым стенкам. Козырек служит для защиты оконных проемов от брызг и намерзания влаги в зимнее время на стенках проемов. В стандартном исполнении корпус градирни выполнен из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Трубчатый коллектор, несущая рама, вентиляторы с диффузорами могут быть изготовлены в двух вариантах: как из нержавеющей стали, так и из углеродистой стали с покраской.

Ороситель и каплеотделитель представляют собой пакеты гофрированных листов ПВХ толщиной 0,3 - 0,4 мм. Листы имеют косую гофру. Смежные листы уложены с встречным направлением гофры. В градирнях моделей УООВ-4 … УООВ-16 блок оросителя высотой 400 мм набирается из пакетов высотой 200 мм. В градирнях моделей УООВ–24 и УООВ-32 ороситель высотой 540 мм набирается из пакетов такой же высоты. В градирнях моделей УООВ-50…УООВ-350 ороситель высотой 940 мм набирается из пакетов высотой 400 и 540 мм.

Пакет каплеуловителя имеет толщину (в направлении потока воздуха) не менее 75 мм, ширина пакета 140 мм.

Пакеты оросителя укладываются на решетку внутри градирни над баком в один или в два слоя. Пакеты каплеуловителя укладываются на решетку, приваренную к водораспределительному коллектору между трубами коллектора и стенками корпуса. В моделях УООВ-50 … УООВ-350 укладываются два слоя каплеуловителя во взаимоперпендикулярных направлениях.

Охлаждаемая вода подается под давлением через входной патрубок в водораспределительный коллектор и распыляется цельнофакельными форсунками с углом распыла 120° на верхний торец пакета оросителя. Пройдя по каналам оросителя в виде пленки, вода струями стекает в бак. Воздух из окружающей среды подается вентилятором непосредственно в пространство под оросителем, проходит по каналам оросителя навстречу водяной пленке и через каплеуловитель покидает градирню.

Испарительное охлаждение воды происходит, главным образом, в каналах оросителя при противотоке воздуха и водяной пленки. Дополнительное охлаждение имеет место в баке и в пространстве между верхним срезом оросителя и форсунками. В жаркое время года при относительной влажности 50-60% минимальная температура охлажденной воды после градирни выше температуры “мокрого” термометра на 4-5°С. Для предотвращения значительного капельного уноса воды служит эффективный каплеуловитель. Затраты воды на испарение вместе с потерями через каплеуловитель (самые мелкие капли) составляет около 1% от расхода воды. Повышение относительной влажности воздуха против обычно нормируемых 50-60% сближает температуры воздуха по сухому и смоченному термометрам. При фиксированном расходе воздуха на 1 м3 воды это уменьшает долю испарительного охлаждения и повышает температурный уровень процесса в системе охлаждения относительно температуры окружающей среды.

Давление воды перед форсунками должно быть предусмотрено проектом системы водоснабжения. Количество форсунок в каждой модели указано в таблице 1.

Вентиляторы градирен могут быть укомплектованы двух - и трехскоростными электродвигателями (опция). В таблице 2 приведены марки одно-, двух - и трехскоростных электродвигателей для всех моделей градирен.

5. МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ

5.1. При эксплуатации УООВ необходимо соблюдать правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП) и межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок (ПОТ РМ-016-2001).

5.3. Работы по обслуживанию УООВ должен проводить специально подготовленный персонал.

5.4. Запрещается проводить работы по обслуживанию УООВ без снятия напряжения с электродвигателей.

6. УКАЗАНИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ, МОНТАЖУ И РЕМОНТУ

6.1 Для обеспечения нормальной эксплуатации установок охлаждения на предприятии должна быть разработана соответствующая инструкция для обслуживающего персонала. Периодические осмотры установок рекомендуется производить не реже, чем один раз в месяц.

6.2 Для размещения установки при раздельном монтаже под блок-охладитель предусматривается металлический каркас, исходя из размеров блока-охладителя.

6.3 При размещении установок на площадке учитывают характер застройки окружающей территории, а также направление господствующих ветров зимой и летом.

6.4 В целях уменьшения диаметров и протяженности трубопроводов, установки располагают с максимальным приближением к потребителям воды.

6.5 Текущие ремонты установок необходимо проводить по мере необходимости, но не реже одного раза в год, по возможности, в летний период. В объем текущих ремонтов входят работы, не требующие остановки УООВ на длительный срок, а именно очистка и ремонт водораспределительного устройства, трубопровода, канализации, сопел, каплеуловителя и оросителя. При капитальном ремонте выполняются все виды работ, требующие длительного отключения установки: устранение повреждений оросителя, ремонт либо замена вентиляторной или насосной группы и т. п.

6.6 При длительном нахождении установки в нерабочем состоянии необходимо перед пуском проверить сопротивление изоляции. Если его величина менее 0,5 МОм, следует просушить электродвигатели током короткого замыкания при пониженном напряжении или наружным обогревом. Температура сушки не должна превышать 1000С.

6.7 Не рекомендуется регулировать работу УООВ при положительных температурах воздуха периодическим отключением нагнетающих вентиляторов. Подаваемая форсунками вода эжектирует воздух и выталкивает его через вентиляторные окна. При высокой гидравлической нагрузке, характерной для градирен УООВ (20-30 м3/ч/м2), электродвигатели вентиляторов могут быть подвергнуты в этом случае воздействию водяных струй, тогда как их защита IP54 – защита от водяных брызг со всех сторон. Проникновение внутрь корпуса или клеммной коробки капельной влаги приведет к выходу двигателя из строя. Кроме того, длительное пребывание неработающего двигателя в потоке насыщенного влажного воздуха создает эффект «насасывания» влаги, т. е. диффузии водяного пара внутрь корпуса через зазоры вокруг вала. При накоплении внутри некоторой «критической» массы влаги может наступить пробой изоляции.

6.8 При установке УООВ внутри помещений необходимо соблюдать следующие требования. Забор воздуха из помещения с одновременным выбросом его в помещение недопустим, т. к. на выходе из градирни влажность воздуха близка к 100%. Через короткое время работы градирня перестанет охлаждать воду, а ограждения помещения станут влажными. Нельзя забирать воздух из помещения и выбрасывать его за пределы помещения, поскольку через ворота, окна, из других помещений воздух будет затекать в том же количестве. Зимой это будет холодный воздух, на подогрев которого придется тратить энергию. При установке градирни в помещении потребуется теплоизолированный воздуховод для подачи воздуха с улицы и такой же воздуховод для вывода его на улицу. Для компенсации связанных с этим потерь давления может потребоваться дополнительный вентилятор.

7. ЭКСПЛУАТАЦИЯ УООВ В ЗИМНЕЕ ВРЕМЯ

В зимнее время крайне опасно обмерзание оросителя, т. к. это может привести к его деформации и обрушению. Обмерзание начинается обычно при температуре наружного воздуха ниже –10°С и происходит в местах, где подаваемый в установку холодный воздух соприкасается с относительно небольшим количеством теплой воды (в местах с пониженной плотностью орошения).

Поэтому в зимний период не следует допускать колебаний тепловой и гидравлической нагрузок, необходимо обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по площади оросителя и не следует допускать понижения плотности орошения на отдельных участках. В связи с относительно большими скоростями входящего воздуха плотность орошения в вентиляторных градирнях УООВ в зимнее время целесообразно поддерживать не менее 10 м3/м2час.

Для предупреждения большого обмерзания градирен необходимо уменьшать поступление в градирню холодного воздуха. Чем ниже температура входящего воздуха или меньше тепловая нагрузка на градирню, тем меньше должен быть расход воздуха. Критерием для определения необходимого расхода воздуха может служить температура охлажденной воды. Если расход поступающего воздуха регулировать таким образом, чтобы температура охлажденной воды в градирне была не ниже 12°С … 15°С, то обледенение градирен УООВ обычно бывает невелико и не выходит за пределы допустимого.

Для уменьшения подачи холодного воздуха в градирню можно установить на входных патрубках вентиляторов дросселирующие устройства (диафрагмы, дисковые щиты и т. д.). При наличии нескольких вентиляторов на одной градирне дросселирующие устройства должны быть одинаковыми на всех вентиляторах. Того же эффекта можно добиться, перекрывая равномерно сечение верхнего среза градирни. Перекрытие окон вентиляторов или верхнего среза градирни можно поставить в зависимость от температуры воды на выходе из градирни.

Для водооборотных систем, использующих несколько градирен, в зимнее время можно отключать часть из них, перебрасывая воду на оставленные в работе. Это помогает уменьшить обледенение градирен. Отключение градирни должно быть полным и протекать в следующей последовательности: отключается вода, после чего отключаются вентиляторы. Коллектор с форсунками должны быть продуты сжатым воздухом, вентиляторы с электродвигателями демонтированы, верхний срез градирни закрыт щитами.

Нагнетательные вентиляторы подвержены обмерзанию. Это может быть вызвано рециркуляцией уходящего из градирни воздуха, содержащего мелкие капли воды (унос) и пар, который конденсируется при смешении с холодным наружным воздухом. Неравномерное образование льда на лопастях может привести к разбалансировке и вибрации вентилятора.

Нельзя регулировать работу в зимнем режиме периодическим отключением нагнетающих вентиляторов, т. к. при отсутствии избыточного давления в градирне подаваемая вода эжектирует воздух и выталкивает его через вентиляторные окна. При этом воздух выносит мелкие капли воды, которые замерзают на лопастях и обечайках вентиляторов. Кроме того, отключение вентиляторов способствует насасыванию влаги в электродвигатель.

Устройство обогревающего трубопровода (шланга) по периметру обечайки вентилятора с подачей в него части нагретой воды помогает предотвратить обмерзание обечайки работающего вентилятора при рециркуляции воздуха и в отдельных случаях обмерзание вентиляторов при их отключении. Возможен обогрев обечайки и с помощью гибкого электрического обогревателя мощностью не более 1 кВт.

8. ГАРАНТИЯ

7.1 Предприятие-изготовитель гарантирует надежную и бесперебойную работу УООВ при условии соблюдения правил транспортировки, монтажа и эксплуатации.

7.2 Срок гарантии 24 месяца со дня ввода УООВ в эксплуатацию.

7.3 В случае выхода УООВ из строя в период гарантийного срока предприятие-изготовитель принимает претензии только при получении от заказчика акта с технически обоснованными указаниями характера неисправностей. В акте обязательна информация о датах поставки, монтажа, пуска в эксплуатацию, условиях хранения УООВ до монтажа (на открытом воздухе, под навесом, на складе), о температуре и качестве воды, поступающей на охлаждение, ссылка на проект системы оборотного водоснабжения с указанием проектной организации.

В случае выхода УООВ из строя в зимний период необходимо перечислить мероприятия, которые были предприняты для предотвращения обледенения градирни УООВ, расход и температуру воды на входе и выходе.

5.1. Общие положения

Вода благодаря большой теплоемкости нашла широкое применение в промышленности как хладагент для охлаждения оборудования и продукта. На эти цели расходуются громадные количества воды, значительно большие, чем на все остальное производственное водопотребление. В большинстве случаев вода отводит тепло за счет собственного нагрева на величину Δt. В оборотных системах водоснабжения для обеспечения теплового баланса вода отдает это тепло атмосферному воздуху в специальных охлаждающих устройствах. Чаще всего охлаждение воды происходит при непосредственном контакте воды и охлаждающего воздуха, в

результате чего часть воды теряется на испарение и капельный унос с воздухом. При этом происходит концентрирование солей в воде оборотной системы и ее загрязнение примесями воздуха. Потери воды в охладителях составляют 1,5-2,0 % от расхода оборотной системы и достигают больших размеров.

Отсюда очевидны недостатки традиционных систем водяного охлаждения, заключающиеся в больших расходах воды на подпитку оборотных систем и выбросе громадного количества тепла в атмосферу, что не только неэкономично, но и приводит к тепловому загрязнению окружающей среды. Поэтому при рассмотрении охлаждающей системы промышленного предприятия необходима предварительная технико-экономическая проработка возможности и целесообразности следующих мероприятий:

рекуперации теплоты технологических жидкостей и растворов, обеспечиваемой теплообменом между холодным и горячим потоками;

утилизации теплоты от потоков с высокой температурой для получения водяного (энергетического и технологического) пара с использованием испарительного охлаждения;

утилизации отводимой теплоты газообразным, жидким или твердым сырьем;

передачи избыточной температуры на соседние предприятия;

применения вместо водяного воздушного и воздушно-испарительного охлаждения.

Эти мероприятия позволяют сократить бесполезные потери тепла, уменьшить тепловое загрязнение атмосферы и сократить расходы воды на охлаждение оборудования и продукта.

Совершенно очевидно, что выполнение этих мероприятий связано с существенными изменениями технологических схем и конструкций технологического оборудования основного производства и может осуществляться на новых производствах и при реконструкции действующих.

На сегодня наиболее широкое применение на промышленных предприятиях нашли системы водяного охлаждения. Кроме того, в металлургии достаточно широко используется испарительное охлаждение, а. в нефтеперерабатывающей промышленности нашли применение установки воздушного и воздушно-испарительного охлаждения.

5.2. Системы водяного охлаждения

В системах водяного охлаждения отвод тепла от оборудования и продукта осуществляется за счет собственного нагрева охлаждающей воды. В оборотных системах водоснабжения для обеспечения теплового баланса нагретая вода подается в охладители, где она отдает тепло атмосферному воздуху, охлаждается и после этого направляется опять потребителю. Охладители являются основным элементом оборотной системы, от которого зависит эффективность работы системы охлаждения технологического оборудования.

По способу передачи тепла атмосферному воздуху охладители подразделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные). В испарительных охладителях передача тепла осуществляется при непосредственном контакте воды и воздуха. При этом часть воды испаряется, в результате чего отводится значительное количество тепла и происходит охлаждение воды. Именно поэтому такие охладители и называются испарительными. К этой группе относится большинство применяемых охладителей, таких как водохранилища- и пруды-охладители, брызгальные бассейны, испарительные градирни и эжекционные охладители.

В поверхностных охладителях передача тепла от воды к воздуху осуществляется через перегородку (поверхность). Вода проходит внутри трубок радиаторов, а охлаждающий воздух омывает их ребристую поверхность, отводя тепло. К этой группе относятся различные конструкции радиаторных или "сухих" градирен.

Достоинством поверхностных охладителей по сравнению с испарительными является отсутствие потерь воды и ее загрязнения. К недостаткам следует отнести меньший эффект охлаждения и большой расход воздуха.

По сравнению с поверхностными испарительные охладители позволяют произвести более глубокое охлаждение воды при меньших расходах воздуха. Однако достаточно большие потери воды на испарение и капельный унос (1,5-2,0 %), загрязнение воды примесями воздуха, концентрирование солей в воде в результате испарения создают большие проблемы при использовании их в оборотных системах водоснабжения.

Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха относительно невелики, для охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Например, для понижения температуры воды с 40 до 30 ℃при

температуре воздуха 25℃на 1 м 3 охлаждаемой воды к испарительному охладителю должно быть подведено около 1000 м 3 воздуха, а к радиаторному охладителю, в котором воздух только нагревается, но не увлажняется, - около 5000 м 3 воздуха.

Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха разделяются на открытые, башенные и вентиляторные. К открытым охладителям относятся водохранилища-охладители (или пруды-охладители), брызгальные бассейны, открытые градирни. В них движение воздуха относительно поверхности охлаждаемой воды обусловливается ветром и естественной конвекцией. В башенных охладителях - башенных градирнях - движение воздуха происходит в результате естественной тяги, создаваемой высокой вытяжной башней. В вентиляторных охладителях - вентиляторных градирнях -осуществляется принудительная подача воздуха с помощью нагнетательных или отсасывающих вентиляторов. В эжекционных охладителях движение воздуха обусловлено подсосом (эжекцией) его в расширяющуюся струю быстро летящих капель охлаждаемой воды.

Радиаторные охладители, которые называют также сухими градирнями, по способу подвода к ним воздуха могут быть башенными или вентиляторными.

Для охлаждения циркуляционной воды до достаточно низких температур требуется большая площадь контакта ее с воздухом -около 30-50 м 2 на 1 м 2 /ч охлаждаемой воды. Соответственно этому принимается площадь зеркала воды водохранилищ-охладителей. В градирнях необходимая площадь контакта создается с помощью оросительных устройств, по которым она стекает под действием силы тяжести в виде тонких пленок или капель, разбивающихся при попадании на рейки на мельчайшие брызги. В брызгальных бассейнах для создания необходимой площади контакта с воздухом вода разбрызгивается специальными соплами на мельчайшие капли, суммарная поверхность которых должна быть достаточной для испарительного охлаждения.

5.2.1. Теплообмен в испарительных охладителях

При охлаждении воды в испарительных охладителях понижение ее температуры определяется совместным действием различных по физической природе процессов: теплоотдачи соприкосновением -переноса теплоты путем теплопроводности и конвекции - и

поверхностного испарения воды - превращения части ее в пар и переноса пара путем диффузии и конвекции.

В результате теплоотдачи соприкосновением вода отдает теплоту, если ее температура выше температуры воздуха, и получает теплоту, если ее температура ниже температуры воздуха.

Удельное количество теплоты, переданной при теплоотдаче соприкосновением, определяется по формуле

где q c - удельное количество теплоты, кДж/(м 2 ·ч); α - коэффициент теплоотдачи соприкосновением, кДж/(м 2 ·ч ·℃); t - температура поверхности воды,℃; θ - температура воздуха,℃.

Поверхностное испарение жидкости происходит, когда парциальное давление пара, содержащегося в воздухе, меньше давления насыщения пара при температуре поверхности жидкости.

Удельное количество теплоты, теряемой водой в результате испарения, определяется по формуле

q и = β(e m - е),

где q и - удельное количество теплоты, кДж/(м 2 ·ч); β - коэффициент теплоотдачи испарением, кДж/(м 2 ×ч · Па); е m - давление насыщения пара при температуре поверхности воды, Па; е - парциальное давление водяного пара в воздухе (абсолютная влажность воздуха), Па.

Сумма удельных количеств теплоты, передаваемой через водную поверхность в результате совместного действия теплоотдачи соприкосновением и поверхностного испарения,

q 0 = q c + q и = α(t - θ) + β(e m - e).

Когда t > θ, оба процесса действуют в одном направлении, вызывая охлаждение воды. При t = θ теплоотдача соприкосновением прекращается и охлаждение воды происходит только благодаря поверхностному испарению. Вода будет продолжать охлаждаться и при t < θ до тех пор, пока количество теплоты, передаваемой воздухом воде соприкосновением, не сравняется с количеством теплоты, теряемой водой в результате испарения, т. е. пока не будет

соблюдаться равенство q c + q и = 0. Температура воды в этот момент достигнет того же значения, которое имеет температура охлаждающего воздуха τ, измеренная смоченным термометром. Это значение температуры является теоретическим пределом охлаждения воды воздухом.

Фактически вода в охладителях не охлаждается до теоретического предела. Например, температура воды, охлажденной на градирнях, обычно на 5-12 ℃превышает температуру воздуха по смоченному термометру, но может оказаться ниже температуры воздуха, измеренной обычным (сухим) термометром. Именно степенью приближения температуры охлажденной воды к теоретическому пределу охлаждения оценивается совершенство охладителя.

При невозможности получения требуемой низкой температуры охлажденной воды на испарительных охладителях следует создавать двухконтурные системы охлаждения.

Особенности теплообмена в водохранилищах-охладителях

При охлаждении воды в открытых водоемах с большим зеркалом воды, кроме теплоотдачи соприкосновением и испарением, происходит также теплообмен излучением. Последний процесс протекает путем проникновения солнечной лучевой энергии (радиации) через открытую поверхность воды. При этом часть солнечной радиации отражается от поверхности воды. В то же время происходит излучение теплоты водной поверхностью, как всяким нагретым телом или средой (эффективное излучение).

Удельное количество теплоты, переданной воде излучением, определяется радиационным балансом

R = (Q + q) n (1 - a) - I

где R - радиационный баланс, МДж/(м 2 -сут); Q - прямая солнечная радиация, МДж/(м 2 -сут); q - рассеянная солнечная радиация, МДж/(м 2 -сут); n - общая облачность в долях единицы; (Q + q) n -суммарная солнечная радиация при общей облачности, МДж/(м 2 · сут); а - характеристика отражательной способности воды или альбедо в долях единицы; (Q + q) n (1 - а) - поглощенная водой суммарная радиация, МДж/(м 2 ·сут); I - эффективное излучение

водной поверхностью, зависящее от температуры воды и общей облачности, а также от температуры и влажности воздуха, МДж/(м 2 · сут).

Сумма удельных количеств теплоты, передаваемой через водную поверхность открытого воздуха,

q u = q c + q u - R.

Солнечная радиация может заметно снижать охладительный эффект испарительного охлаждения, поэтому температура воды, охлаждаемой в открытом водоеме, не может достичь температуры, измеренной смоченным термометром. Теоретическим пределом охлаждения в этом случае является естественная температура воды на поверхности водоема при установившихся метеорологических условиях, удовлетворяющая равенству

q c + q u - R = 0.

Теплообмен в радиаторных охладителях

Теплота от воды к воздуху в радиаторных охладителях передается через стенки трубчатых радиаторов, в которых циркулирует охлаждаемая вода.

Удельное количество теплоты, переданной через стенку радиатора, определяется по формуле

q p = α p (t - θ),

где q p - удельное количество теплоты, кДж/(м 2 ·ч); α p - общий коэффициент теплопередачи от воды к воздуху через стенку радиатора, кДж/(м 2 /ч -℃); t - температура воды, проходящей через радиатор,℃; θ - температура воздуха, обтекающего радиатор,℃.

Общий коэффициент теплопередачи а зависит от теплопроводности материала, из которого выполнен радиатор, толщины стенки его трубок, а также от интенсивности теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубки и от наружной поверхности трубки к воздуху. Он определяется из формулы

1/α p = 1/α 1 + s/λ + 1/α 2 ,

где α 1 - коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубки радиатора, кДж/(м 2 ·ч℃); s - толщина стенки радиатора, м; λ - теплопроводность материала радиатора, кДж/(м 2 ·ч ·℃); α 2 -коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубки радиатора к воздуху, кДж/(м 2 ·ч·℃).

Коэффициент α 2 имеет весьма низкие значения даже при больших скоростях воздуха, обтекающего радиаторы. Для компенсации плохой теплоотдачи воздуху необходимо увеличить поверхность радиаторов, поэтому они выполняются с ребрами на наружной поверхности трубок.

Работа охладителей обычно характеризуется следующими показателями:

гидравлической нагрузкой - количеством воды, подаваемой на 1 м 2 рабочей площади охладителя q ж, м 3 /ч ·м 2 ;

тепловой нагрузкой - количеством тепла, отдаваемого водой воздуху на 1 м 2 рабочей площади охладителя в плане, тыс. кДж/ч· м 2

где С - удельная теплоемкость воды; С = 4,19 кДж/кг·℃; Δt - перепад температур,℃; q ж - гидравлическая нагрузка, м 3 /ч·м 2 ;

перепадом температур или шириной зоны охлаждения Δt = t 1 -t 2 ,℃, где t 1 - температура нагретой воды, поступающей в охладитель,℃; t 2 - температура охлажденной воды,℃;

степенью приближения температуры охлажденной воды t 2 к теоретическому пределу охлаждения т (высотой зоны охлаждения) Δt 1 = t 2 - τ.

Чем больше значения q ж, Q t , Δt и, наоборот, меньше значение Δt 1 , тем совершенней и эффективней охладитель.

Эффективность работы охладителя повышается с увеличением площади контакта воды и воздуха, количества и скорости движения воздуха и повышением степени равномерности распределения воды и воздуха по рабочей площади охладителя.

5.2.2. Водохранилища- и пруды-охладители

Водохранилища-охладители (рис. 5.1, а ) обычно устраиваются на водотоках, мощность которых невелика и не позволяет осуществлять охлаждение оборудования по прямоточной системе. В этом случае на водотоке устраивается плотина, благодаря чему поднимается уровень воды в водотоке и создается водохранилище с площадью зеркала воды, обеспечивающей охлаждение требуемого количества воды. Для организации движения циркуляционного потока воды от выпуска до водозабора и создания требуемой площади активной зоны F a часто устраиваются струенаправляющие дамбы. Заполнение водой и последующая подпитка водохранилища осуществляются водой водотока. Кроме охлаждения воды оборотной системы, водохранилища могут одновременно использоваться для других целей, таких, как рыбоводство, отдых и др.

Рис. 5.1. Схема водохранилища- и пруда-охладителя:а - водохранилище-охладитель;б - пруд-охладитель;1 - водоток;2 - плотина;3 - водопропускные отверстия;4 - струенаправляющая дамба;5 - водозабор с насосной станцией;6 - производственный водопотребитель;7 - выпуск отработанной воды;8 - канал охлажденной воды;9 - подача воды на заполнение и подпитку; F a - площадь активной зоны

Пруды-охладители (рис. 5.1,б ) - обычно полностью искусственные сооружения, создаваемые вне водотоков. Схема пруда-охладителя отрабатывается на гидравлической модели, и создается конфигурация, в которой циркуляционный поток воды охватывает всю площадь пруда, т. е. вся площадь пруда является активной зоной, участвующей в охлаждении воды.

Заполнение пруда и его подпитка осуществляются из внешнего источника водоснабжения. Проектирование водохранилищ- и прудов-охладителей производят по нормам проектирования гидротехнических сооружений.

Ориентировочная площадь активной зоны водохранилищ- и прудов-охладителей может быть определена исходя из расчета 30-50 м 2 на каждый 1 м 3 /ч циркуляционной воды при охлаждении ее на 8-10℃. Температура охлажденной воды для конкретных климатических условий определяется тепловым расчетом .

Водохранилища- и пруды-охладители наиболее часто применяются для охлаждения незагрязненной воды в оборотных системах большой производительности (тепловые электростанции и др.). Есть примеры использования этих сооружений и для охлаждения загрязненной воды (металлургическая промышленность). При этом осуществляется одновременно охлаждение и осветление циркуляционной воды, поэтому в таких сооружениях должна быть предусмотрена возможность периодической очистки от накопившихся загрязнений.

Водохранилища- и пруды-охладители требуют больших площадей и значительных капитальных затрат на их сооружение. Однако они просты в эксплуатации и мало энергозатратны, так как не требуется создания больших напоров на транспортирование воды.

5.2.3. Брызгальные бассейны

Брызгальные бассейны (рис. 5.2) представляют собой открытый резервуар из двух или более секций, оборудованных распределительными трубами и соплами (брызгалами), с помощью которых охлаждаемая вода разбрызгивается над этим резервуаром. При падении капель вода охлаждается и частично испаряется.

Рис. 5.2. Брызгальные бассейны;1 - резервуар бассейна;2 - распределительные трубы;3 - сопла (брызгала);4 - подача воды в резервуар бассейна, минуя сопла (используется в холодное время года);5 - подача воды на охлаждение;6 - отвод охлажденной воды;7 - грязевая труба;8 - переливная труба;9 - приямок

Разбрызгивающие сопла, применяемые в брызгальных бассейнах можно разделить на два основных типа: центробежные и щелевые.

В центробежных соплах (рис. 5.3) вода проходит по спирали и разбрызгивание ее происходит под действием центробежных сил. К таким соплам относятся сопло с винтовым вкладышем конструкции МОТЭП (рис. 5.3, a ), эвольвентные сопла (рис. 5.3,б ) и др. Материалом для таких сопл служат ковкий чугун или пластмассы. Наиболее рациональны сопла без вкладышей, требующие меньшего напора и в меньшей степени подверженные засорению.

Рис. 5.3. Разбрызгивающие сопла:а - сопло с винтовым вкладышем конструкции МОТЭП;б - эвольвентное;в - щелевое П-16

Щелевые сопла (например, П-16 на рис. 5.3, в ) изготовляют из отрезков стальных труб, на конце которых делают прорези в виде щелей. Образующиеся при этом зубцы отгибают к оси таким образом, чтобы получился конус, в вершине которого оставляется небольшое отверстие.

Конструкция сопла и величина напора воды перед ним определяют поверхность охлаждения водяного факела. При повышении напора она увеличивается вследствие удлинения траекторий полета капель и уменьшения их диаметра. Однако повышение напора связано с увеличением затрат электроэнергии, расходуемой циркуляционными насосами, а также с увеличением уноса мелких капель ветром за пределы бассейна.

Сопла располагают на высоте 1,2-1,5 м над уровнем воды по одному или пучком по три-пять.

Технические данные сопел некоторых марок указаны в табл. 5.1.

Распределительные линии присоединяют к коллектору, который прокладывают вдоль одного из бортов бассейна.

Трубопроводы брызгальных устройств изготовляют обычно из стали и прокладывают над или под уровнем воды. В последнем случае упрощается конструкция опор, устраняется опасность обледенения труб в зимнее время, но ремонт трубопроводов и надзор за ними усложняется. Прокладку труб осуществляют на Катковых опорах, которые устанавливают на опорных колоннах из железобетона.

Таблица 5.1

Для предотвращения обледенения сопел в зимнее время предусматривается подача охлаждаемой воды прямо в резервуар, минуя распределительные трубы.

В целях эффективного продувания ветром брызгальных устройств их распределительные линии должны размещаться параллельно направлению господствующих ветров, причем расстояние между крайними соплами, размещенными на распределительной линии не должно превышать 50 м. При размещении брызгальных бассейнов следует учитывать возможность образования тумана и обледенения соседних сооружений и дорог. Расстояния от

брызгальных устройств до зданий и дорог регламентированы СНиП 2.04.02-84.

В бассейне, как правило, должно быть не менее двух секций. Каждая секция должна иметь переливную трубу для предотвращения переполнения бассейна и выпуск для его опорожнения.

Глубину воды в брызгальном бассейне обычно принимают равной 1,5-2,0 м. Бровка бассейна должна возвышаться над уровнем воды не менее чем на 0,3 м.

Покрытие откосов и дна бассейнов должно предотвращать фильтрацию через них воды. При слабоводопроницаемых грунтах применяют облицовку из железобетонных плит или слоя асфальтобетона. При сильноводопроницаемых грунтах по подготовке из бетона укладывают слой гидроизоляции из асфальтовой мастики или слой битумных матов. Гидроизоляцию защищают сверху бетонными или железобетонными плитами. Вокруг бассейна устраивают асфальтированную площадку шириной 3-5 м с уклоном в сторону бассейна.

Требуемая площадь брызгального бассейна, м 2 , определяется исходя из расхода охлаждаемой воды Q об и гидравлической нагрузки q ж (плотности орошения), которая принимается в пределах от 0,8 до 1,3 м 3 /ч на 1 м 2

F = Q об /q ж.

Ширина одной секции бассейна не должна превышать 40 м, длина - 80 м. Исходя из этого и требуемой площади бассейна определяют количество секций, которых должно быть не менее двух.

Количество сопел определяется исходя из подачи принятого сопла Q c (см. табл. 5.1) .

N c = Q об /Q c .

Тепловой расчет брызгальных бассейнов приближенно можно производить по номограмме Н.Н. Терентьева, приведенной на рис. 5.4. По этой номограмме определяют температуру охлажденной воды в зависимости от величины напора Н у сопел, плотности орошения q ж, перепада температур Δt и метеорологических условий: температуры воздуха θ, относительной влажности воздуха φ и скорости ветра ω.

Рис. 5.4. Номограмма для теплового расчета брызгальных бассейнов

Номограмма состоит из трех графиков. По графику А находят значение вспомогательного коэффициента К, по графику Б определяют вспомогательный коэффициент Кω . Затем вычисляют значение К.

К = К q К ω Δt.

Для полученного значения К по графику В находят среднюю температуру воды t ср. Температура охлажденной в брызгальном бассейне воды

t 2 = t ср - 0,5Δt.

Если температура охлажденной воды в результате теплового расчета оказалась выше требуемой, то можно уменьшить плотность орошения и увеличить площадь брызгального бассейна.

Достоинствами брызгальных бассейнов являются сравнительно небольшая стоимость и простота эксплуатации.

К их недостаткам можно отнести:

невысокий эффект охлаждения, особенно при слабых ветрах (менее 2 м/с);

большие площади территории, занимаемые бассейнами;

большие площади увлажнения окружающей территории в связи с капельным уносом воды.

5.2.4. Градирни

Градирни являются наиболее совершенными и эффективными охладителями, применяемыми в системах оборотного водоснабжения.

По способу подвода охлаждающего воздуха градирни подразделяются на открытые, башенные и вентиляторные.

В открытых градирнях движение воздуха обусловлено ветром и естественной конвекцией. Это самые малоэффективные градирни, допускающие гидравлическую нагрузку до 4,0 м 3 /ч и тепловую нагрузку до 50 кВт/ч на 1 м 2 площади в плане.

В башенных градирнях движение воздуха обусловлено естественной тягой, создаваемой вытяжной башней. Высота башни рассчитывается таким образом, чтобы в самые жаркие периоды года обеспечить подачу необходимого количества воздуха для эффективного охлаждения воды. Башенные градирни допускают гидравлическую нагрузку до 8 м 3 /ч и тепловую нагрузку до 90 кВт/ч на 1 м 2 площади в плане. При этом вода охлаждается до температуры, на 8-12℃превышающей теоретический предел охлаждения при перепаде температур 8-12℃.

В вентиляторных градирнях движение воздуха обусловлено тягой или напором вентилятора. Это самые совершенные градирни, допускающие гидравлическую нагрузку до 12 м 3 /ч и тепловую нагрузку до 120 кВт/ч на 1 м 2 площади в плане. При этом вода охлаждается до температуры, на 4-6℃превышающей теоретический предел охлаждения при перепаде температур до 17℃.

Башенные и вентиляторные градирни применяются в широком диапазоне производительностей и при равных требованиях к температуре охлажденной воды сопоставимы.

Башенные градирни по капитальным затратам дороже вентиляторных, но дешевле и проще в эксплуатации.

Вентиляторные градирни дешевле и требуют меньшей площади застройки. Благодаря регулированию производительности вентиляторы обеспечивают устойчивое управляемое охлаждение воды. Однако для привода вентиляторов требуется значительный расход электроэнергии, а сами вентиляторы нуждаются в постоянном обслуживании, что удорожает эксплуатацию. Выбор этого типа градирни в каждом конкретном случае осуществляется на основании технико-экономического анализа.

Открытые градирни (рис. 5.5) представляют собой резервуар шириной 2-4 м, длиной до 20 м, над которым с помощью сопел водораспределителя разбрызгивается охлаждаемая вода. Для снижения капельного уноса по периметру устраивается ограждение в виде жалюзийной решетки. Открытые градирни могут оборудоваться капельным оросителем, что повышает эффективность охлаждения воды.

Рис. 5.5. Открытая градирня с капельным оросителем:1 - водораспределительная система;2 - щиты капельного оросителя;3 - задвижки;4 - труба грязевая;5 - труба переливная;6 - защитная решетка;7 -труба отводящая

Применяются открытые градирни в оборотных системах водоснабжения небольшой производительности при невысоких требованиях к температуре охлажденной воды. Широко используются они для временных систем оборотного водоснабжения, например, на строительных площадках Метростроя и др.

Башенные градирни (рис. 5.6) в плане могут быть квадратными, многогранными и круглыми. Первые применяются для охлаждения воды в оборотных системах небольшой производительности. Многогранные градирни могут иметь достаточно большие площади (сотни квадратных метров) и применяться в системах средней и большой производительности. Круглые градирни применяются в очень крупных системах оборотного водоснабжения и имеют площадь в несколько тысяч квадратных метров.

Рис. 5.6. Башенные градирни различной конфигурации в плане:а - квадратные;б - многогранные;в - круглые гиперболические;1 - каркас с обшивкой;2 - водораспределитель;3 - ороситель;4 - резервуар

Квадратные и многогранные градирни конструктивно выполняются каркасно-обшивными. Они имеют несущий каркас из стального профиля, к которому изнутри крепится обшивка из деревянных щитов, асбестоцементных листов или листового коррозионно-стойкого металла.

Круглые градирни выполняют в виде железобетонной тонкослойной оболочки гиперболической формы, опирающейся на наклонные железобетонные колонны, образующие входные окна для прохождения воздуха.

Вентиляторные градирни нашли широкое применение в оборотных системах производственного водоснабжения благодаря компактности и высокой эффективности. Отдельно стоящие одновентиляторные градирни имеют площадь от 400 до 1200 м 2 и применяются в достаточно крупных системах оборотного водоснабжения.

Наибольшее применение получили секционные вентиляторные градирни (рис. 5.7), строящиеся по типовым проектам, которые обеспечивают широкий диапазон площадей от 2 до 400 м 2 на одну секцию. Секционные градирни дешевле отдельно стоящих, возводятся они из унифицированных конструктивных элементов. Наименьшее число секций принимается 2, оптимальное - от 4 до 8. Наличие нескольких секций позволяет создавать наилучшие условия охлаждения воды при изменении количества подаваемой воды в зависимости от климатических условий.

Рис. 5.7. Секционная вентиляторная градирня:1 - вентилятор;2 - диффузор;3 - конфузор;4 - водоуловитель;5 - водораспределитель;6 - ороситель;7 - обшивка;8 - воздухораспределитель;9 - окна для входа воздуха;10 - подача воды к водораспределителям;11 - резервуар;12 - трубопровод для отвода охлажденной воды;13 - переливной трубопровод;14 - грязевой трубопровод;15 - каркас

Каждая секция градирни (см. рис. 5.7) оборудуется вытяжным вентилятором1 с регулируемой производительностью, что обеспечивает подсос в градирню требуемого количества воздуха в зависимости от изменяющихся температур воды и воздуха.

Охлаждаемая вода подается в градирню через водораспределитель 5 , в задачу которого входит равномерное распределение воды по площади секции.

Затем вода гравитационно поступает на ороситель 6 , который является важнейшим и наиболее дорогим элементом градирни и обеспечивает необходимую площадь контакта воды с охлаждающим воздухом. Именно в этом элементе и осуществляется охлаждение воды.

Охлажденная вода собирается в резервуаре градирни 11 , который оборудуется трубопроводами для отвода охлажденной воды12 , переливным13 и грязевым14 для опорожнения резервуара и отвода загрязнений при чистке резервуара.

Для снижения потерь воды в виде мелких капель, захватываемых воздухом, над водораспределителем устанавливается водоуловитель 4 .

Несущим элементом градирни является железобетонный или металлический каркас 15 , к которому снаружи крепятся листы обшивки7 , создающей замкнутое пространство внутри градирни. По боковым сторонам обшивка не доходит до низа, и через эти окна9 охлаждающий воздух входит внутрь градирни. Для равномерного распределения воздуха по площади градирни под оросителем устанавливается воздухораспределитель8 в виде решетки, выполненной из досок, поставленных на ребро.

Оросители градирен (рис. 5.8) могут быть капельными, пленочными и комбинированными капельно-пленочными. Капельные оросители выполняются из деревянных реек прямоугольного (рис. 5.8, a ) или треугольного (рис. 5.8,б ) сечения. Капельные оросители самые дешевые, но и наименее эффективные, применяются в том случае, когда не требуется глубокого охлаждения воды.

Пленочные оросители наиболее дорогие, но и наиболее эффективные, позволяют производить глубокое охлаждение воды при больших гидравлических и тепловых нагрузках. Они выполняются из деревянных досок (рис. 5.8, в, г ) асбестоцементных листов (рис. 5.8,д, е ) и пластмассовых элементов различной конфигурации (рис. 5.8,ж, з ).

Рис. 5.8. Оросители градирен:а, б - капельные из деревянных реек;в, г - пленочные из деревянных досок;д,е - пленочные из асбестоцементных листов;ж, з - пленочные из пластмасс;и - комбинированный

Капельно-пленочные оросители (рис. 5.8, и ) занимают среднее положение между капельными и пленочными оросителями как по эффективности охлаждения, так и по стоимости.

Современные вентиляторные градирни оборудуются, как правило, напорными трубчатыми водораспределительными системами. Водораспределитель состоит из распределительных труб, оборудованных соплами различной конструкции (рис. 5.9).

Большое распространение получили сопла центробежные и ударные с отражателями . Сопла могут выполняться из чугуна, цветных металлов и пластмасс. В последнее время предпочтение

отдается соплам из пластмасс. Они дешевле, не подвергаются коррозии, проще в изготовлении и имеют меньшую шероховатость поверхности, что при прочих равных условиях увеличивает их пропускную способность.

Рис. 5.9. Детали вентиляторной градирни:а - трубчатый водораспределитель;б - бутылочное сопло;в - водоуловитель

Водоуловители представляют собой решетки из наклонных досок (жалюзи - рис. 5.9), асбоцементных, металлических или пластмассовых элементов, могут быть одно- и двухрядными, последние -эффективнее. Водоуловители, кроме снижения капельного уноса, создают равномерность поля скоростей движения воздуха перед вентилятором, что обеспечивает надежную работу особенно крупных вентиляторов.

Разработана серия типовых проектов секционных вентиляторных градирен с различными оросителями в широком диапазоне производительностей. Основные параметры градирен приведены в прил. 1.

Большой интерес представляют малогабаритные вентиляторные градирни , которые применяются для создания локальных оборотных систем водоснабжения небольшой производительности. Эти градирни изготавливаются комплектно на заводах, имеют малую массу и могут устанавливаться на крышах зданий и сооружений.

Например, НПФ "Тепломаш" Санкт-Петербурга разработаны компактные вентиляторные градирни серии ГРД (рис. 5.10), обеспечивающие охлаждение воды в широком диапазоне производительностей от 4 до 1400 м 3 /ч.

Рис. 5.10. Компактная вентиляторная градирня НПФ "Тепломаш" (Санкт-Петербург):1 - корпус;2 - нагнетательный вентилятор;3 - резервуар для сбора охлажденной воды;4 - ороситель;5 - водораспределитель;6 - водоуловитель

Градирни оборудованы нагнетательными вентиляторами 2 , высокоэффективными оросителями4 и водоуловителями6 из пластика ПХВ и поставляются потребителям в полной заводской готовности. Градирня ГРД50-у, приведенная на рис. 5.10, имеет номинальную производительность, равную 50 м 3 /ч, при перепаде температур Δt = 5℃Мощность вентилятора составляет 4,0 кВт, масса градирни -550кг.

Расчет вентиляторных градирен

При проектировании новых градирен и привязке типовых проектов производятся аэродинамический и тепловой расчеты.

В результате аэродинамического расчета необходимо установить соответствие аэродинамического сопротивления градирни давлению, развиваемому вентилятором при его номинальной подаче. Если окажется, что аэродинамическое сопротивление градирни соответствует давлению вентилятора, то приступают к тепловому расчету. В противном случае необходимо выбрать другой вентилятор или изменить конструктивные размеры элементов градирни (для новых градирен). После этого аэродинамический расчет повторяют заново до тех пор, пока не будет соблюдаться условие

где Р в -давление, развиваемое вентилятором, Па; ΣP i сумма потерь давления (сопротивления) во всех элементах градирни, Па.

Потери давления в элементах градирни определяются по формуле

Р i = ξ i γ в V i 2 /2g,

где ξ i - коэффициент сопротивления элементов градирни; γ в -удельный вес воздуха, γ в = ρ в g, Н/м 3 ;ρ в - плотность воздуха, кг/м 3 ; V i - скорость движения воздуха в элементах градирни, м/с; g -ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с 2 .

Скорость движения воздуха в элементах градирни, м/с, определяется из выражения

V i = G в / f c 3600,

где G в - номинальная производительность вентилятора, м 3 /с, соответствующая максимальному коэффициенту полезного действия; f c - площадь сечения элемента, м 2 .

При выборе вентилятора и размеров градирни (секции) в плане следует иметь в виду, что скорость движения воздуха в оросителе должна быть в пределах от 2 до 4 м/с.

Аэродинамический расчет при привязке типовых проектов ведется для предварительно выбранной конкретной градирни с известными коэффициентами сопротивлений элементов, их размерами и типом вентилятора.

Градирни относятся к теплообменным аппаратам, в которых теплоноситель - вода - отдает тепло охлаждающему агенту - воздуху - не через стенку, а путем непосредственного контакта. При этом протекают сложные процессы тепломассообмена.

Тепловой расчет градирен может осуществляться по формулам теории испарительного охлаждения либо по эмпирическим формулам и графикам охлаждения с использованием экспериментальных данных .

При привязке типовых проектов градирен к конкретным условиям предпочтение отдают эмпирическим графикам охлаждения.

Эмпирические графики охлаждения обычно устанавливают зависимость между температурой воды и атмосферного воздуха и гидравлической нагрузкой. Расчет градирни по графикам сводится к определению плотности орошения q ж, м 3 /(м 2 ч), по температуре воды на входе в градирню t 1 ,℃, температуре воды на выходе из градирни t 2 ,℃, и заданным расчетным параметрам наружного воздуха - температуре воздуха по сухому термометру θ 1 ℃и относительной влажности наружного воздуха φ,%, или только по температуре воздуха по влажному термометру τ,℃. Затем по плотности орошения q ж, и заданному расходу охлаждаемой воды Q об, м 3 /ч, определяется суммарная площадь орошения

F ор = Q об /q ж.

По суммарной площади орошения F ор, м 2 , и площади орошения одной градирни (секции) f ор, м 2 , определяется число градирен (секций) N.

С помощью графиков охлаждения возможно решать и обратную задачу, т. е. по заданной плотности орошения q ж определять температуру воды на выходе из градирни t 2 при прочих одинаковых условиях.

График охлаждения, предложенный Л. Д. Берманом (рис. 5.11), построен на основании обработки опытных данных, полученных при испытаниях ряда промышленных капельных секционных противоточных градирен. При построении графика принято: τ 1 = 20℃, τ 1 /θ 1 = 0,8; скорость воздуха в оросителе ω от 1,8 до 2 м/с для секционных градирен и от 2,2 до 2,4 м/с для одновентиляторной.

При других τ 1 (в пределах от 17 до 20℃) и τ 1 /θ, (меньше 0,8) температура охлажденной воды,℃, может быть определена по формуле

t 2 * = t 2 + (τ 1 - 20) (0,9 - Δt/100) + 8(0,8 - τ 1 /θ 1),

где t 2 * - температура охлажденной воды при заданных τ 1 и τ 1 /θ 1 ; t 2 - температура охлажденной воды при τ 1 = 20℃, τ 1 /θ 1 = 0,8 -определяется по графику на рис. 5.11.

Поскольку график построен для определенных скоростей воздуха в оросителе, то каждому значению плотности орошения q ж отвечает и определенное значение относительного расхода воздуха λ.

Рис. 5.11. График для расчета вентиляторных градирен, предложенный Л.Д. Берманом

Пример. Определить плотность орошения градирни при следующих условиях: t 1 = 35,8℃; t 2 = 25℃; τ 1 = 18℃(φ = 48 %).

Решение. По приведенной ранее формуле t 2 * = 25 + (18 - 20) + 8(0,8 - 18/25) = 24,1℃.

По графику на рис. 5.11 находим при t 2 * = 24,1 и Δt = t 1 -t 2 = 10,8℃q ж = 4,3м 3 /(м 2 ·ч).

На рис. 5.12 приведен график охлаждения, разработанный ЛОТЭП для расчета противоточных вентиляторных градирен с пленочным оросителем. Этот график дает возможность рассчитывать градирни в диапазоне Δt от 6 до 20 ℃.

При условиях предыдущего примера по графику (рис. 5.12,б ) при τ 1 = 18℃и t 2 = 25℃получаем t 2 1 = 19,5℃При этой температуре и Δt = 10℃по графикуа (рис. 5.12) находим q ж = 5,7 м 3 /(м 2 ·ч).

Обычно в пояснительной записке к типовым проектам градирен приводятся методика расчета и необходимые параметры и графики охлаждения, позволяющие осуществить привязку градирни к конкретным условиям.

Рис. 5.12. График для расчета противоточных вентиляторных градирен, предложенный ЛОТЭП:а - график для определения плотности орошения при t 2 1 ;б - график для определения t 2 1 при t 2 1 θ 1 и τ 1

Особое место занимают радиаторные (сухие) градирни (рис. 5.13), в которых вода охлаждается воздухом без непосредственного контакта, через перегородку. Достоинством этих градирен является отсутствие потерь воды и ее загрязнения, что имеет место в испарительных охладителях.

К недостаткам радиаторных градирен следует отнести невысокий эффект охлаждения; высокие температуры охлажденной воды (всегда выше температуры воздуха, измеренной сухим термометром); большой расход воздуха (в пять раз больше, чем в испарительных градирнях) и соответственно большие энергозатраты; большую стоимость в связи с использованием дорогостоящих цветных металлов для изготовления радиаторов. Поэтому радиаторные градирни применяются, в основном, в маловодных районах с дефицитом и большой стоимостью воды, а также в случаях, когда система заполняется специально подготовленной дорогостоящей водой либо когда вода оборотной системы представляет опасность для окружающей среды.

Рис. 5.13. Радиаторная (сухая) градирня:1 - радиаторы;2 - вентилятор;3 - диффузор;4 - подвод воздуха;5 - подача воды на охлаждение;6 - отвод охлажденной воды

Основным элементом сухой градирни (см. рис. 5.13) являются радиаторы, расположенные по ее боковой поверхности. Радиаторы состоят из алюминиевых трубок с насаженными на них алюминиевыми ребрами, которые увеличивают площадь контакта с охлаждающим воздухом, соответственно поверхность теплопередачи и количество отводимого тепла. Охлаждаемая вода по трубопроводам подается в верхнюю часть градирни и движется по трубкам радиаторов сверху вниз. Внизу охлажденная вода собирается в коллектор и без разрыва струи по трубам отводится из градирни.

Охлаждающий воздух омывает поверхность радиаторов,

двигаясь в направлении, поперечном направлению движения воды, поэтому такая градирня называется поперечно-точной.

Охлаждение воды в радиаторных градирнях может быть интенсифицировано путем орошения водой наружной поверхности радиаторов. При этом за счет расходования тепловой энергии на испарение этой воды повышается общее количество тепла, отводимого от градирни. С целью экономии воды орошение радиаторов производится только в наиболее жаркие периоды года.

5.2.5. Эжекционные охладители

Эжекционные охладители нашли применение в химической промышленности . Воздух в них поступает за счет эффекта эжекции, создаваемого потоком капель охлаждаемой воды, распыленной с помощью специальных форсунок (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Эжекционный охладитель воды:1 - подача охлаждаемой воды;2 - форсунки;3 - зона контакта охлаждающего воздуха с каплями воды;4 - дробитель;5 - зона сепарации;6 - резервуар охлажденной воды;7 - отвод охлажденной воды;8 - вход охлаждающего воздуха;9 - выход воздуха из охладителя

Охлаждаемая вода подается в форсунки под давлением 0,2-0,4 МПа и образует, выходя из них, капельный факел. Поток быстро летящих капель оказывает аэродинамическое воздействие на окружающий воздух и передает ему часть своего импульса, т. е.

по мере движения капель жидкости постепенно уменьшается ее количество движения и капли затормаживаются, а воздух (газ), наоборот, приобретает количество движения. Так как факел на начальном участке расширяется, в его полость эжектируется все большее количество воздуха. В зоне контакта охлаждаемой воды с воздухом 3 происходит передача тепла и охлаждение воды. Дополнительное дробление капель воды на дробителе 4 повышает эффект охлаждения воды за счет обновления поверхности контакта воды и воздуха. Из зоны 3 воздух поступает в сепаратор 5, где отделяется от захваченных мелких капель воды и выходит из охладителя.

Достоинствами эжекционных охладителей являются простота конструкции и эксплуатации, а также возможность установки непосредственно в производственных цехах.

5.3. Испарительное охлаждение

Системы испарительного охлаждения были разработаны С.М. Андоньевым и внедрены на металлургических заводах для охлаждения нагревательных печей. Сущность испарительного охлаждения состоит в использовании скрытой теплоты парообразования. Охлаждающая вода подается к охлаждаемому оборудованию с температурой 30 ℃. В процессе охлаждения она нагревается до кипения и отводится в виде пара. При этом каждый килограмм воды за счет скрытой теплоты парообразования отводит 2160 кДж тепла. Кроме того, за счет нагрева воды от температуры 30℃до температуры кипения еще расходуется 294 кДж/кг. В итоге при испарительном охлаждении 1 кг воды отводит 2160 + 294 = 2424 кДж тепла. При водяном охлаждении и перепаде температур Δt = 10℃1 кг воды отводит 4,19·10 = 41,9 кДж тепла. Следовательно, при испарительном охлаждении для отвода одного и того же количества тепла потребуется практически в 60 раз меньше воды.

Система испарительного охлаждения предусматривает многократную циркуляцию воды и использование образовавшегося пара в качестве теплоносителя с возвратом конденсата в циркуляционную систему. Из-за высокой температуры система испарительного охлаждения заполняется и подпитывается водой, освобожденной от солей жесткости и лишенной коррозионных свойств.

Принципиальная схема системы испарительного охлаждения нагревательных печей приведена на рис. 5.15.

Рис. 5.15. Схемы систем испарительного охлаждения:а - с естественной циркуляцией;б - с принудительной циркуляцией;1 - охлаждаемые элементы печи;2 - бак-сепаратор;3 - опускная труба;4 - подъемная труба;5 - потребитель пара;6 - химводоочистка;7 - насосная станция;8 - подпитка;9 - циркуляционный насос

Охлаждаемое оборудование соединено трубопроводами с баком-сепаратором, образуя циркуляционный контур. Из бака-сепаратора вода по опускной трубе гравитационно (рис. 5.15,a ) или с помощью насоса (рис. 5.15,б ) подводится к охлаждаемому оборудованию. Образовавшаяся при отборе тепла пароводяная смесь по подъемной трубе поднимается и поступает в бак-сепаратор, в котором происходит разделение пара и воды. Полученный пар используется как теплоноситель на технологические нужды, а конденсат возвращается в циркуляционную систему, предварительно пройдя подготовку на установке химводоочистки. Потери воды в системе восполняются химически очищенной подпиточной водой.

Испарительное охлаждение имеет ряд преимуществ перед водяным. В этой системе при изменении тепловой нагрузки происходит саморегулирование процесса охлаждения вследствие изменения турбулизации пароводяной смеси, расход воды по сравнению с системой водяного охлаждения уменьшается в несколько десятков раз, срок службы охлаждаемых элементов увеличивается, исключается прогар деталей, не требуется применения охладительных устройств

(градирен, прудов, брызгальных бассейнов), водоводов больших диаметров и мощных насосных станций. Тепло, которое отводит охлаждающая вода, можно использовать без усложнения условий эксплуатации, так как система охлаждения не зависит от режима работы потребителей тепла.

5.4. Воздушное и воздушно-испарительное охлаждение

Как было отмечено ранее, на охлаждение оборудования и продукта расходуется громадное количество воды. При этом приходится создавать сложные и дорогостоящие системы оборотного водоснабжения, особенно, если в процессе потребления вода еще и загрязняется. Кроме того, для обеспечения теплового баланса в оборотных системах предусматриваются охлаждающие устройства, в которых тепло от воды передается окружающему воздуху. Естественно возникает вопрос, не целесообразнее ли использовать окружающий воздух непосредственно для охлаждения оборудования и продукта. Это исключает необходимость создания промежуточных систем водяного охлаждения, позволяет избежать связанных с этим потерь воды и загрязнения окружающей среды.

Несомненно, замена воды на воздух потребует серьезного изменения конструкции охлаждаемого оборудования в связи с низкой теплоемкостью воздуха по сравнению с теплоемкостью воды. В то же время находят все большее применение для охлаждения жидкого продукта аппараты воздушного охлаждения (взамен водяного) на предприятиях нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Они располагаются непосредственно в пределах технологической установки. Один из таких аппаратов показан на рис. 5.16.

Охлаждаемый продукт по трубопроводу 1 поступает в секцию холодильника2 , представляющую собой два ряда оребренных труб, собранных в виде змеевика в дефлекторе3 (ограждающая конструкция). Секции холодильника уложены на металлическую конструкцию4 с опорами5 . Вентилятором6 с лопастями, приводимыми в движение электродвигателем7 , через опорный редуктор8 , по коллектору9 и диффузору10 нагнетается атмосферный воздух, омывающий оребренные трубы, внутри которых протекает охлаждаемый продукт. Продукт уходит из холодильника по трубе11 , а нагревшийся воздух - в окружающую атмосферу. Эффект охлаждения продукта в аппарате повышается при увлажнении воздуха водой,

распыляемой из трубы12 , Центральная часть вентилятора на входе воздуха защищена специальным колпаком13 .

Рис. 5.16. Аппарат воздушно-испарительного охлаждения:1 - подача нагретого продукта;2 - трубчатый теплообменник (холодильник);3 - корпус дефлектора;4 - металлическая конструкция;5 - опоры;6 - вентилятор;7 - электродвигатель вентилятора;8 - редуктор;9 - коллектор;10 - диффузор;11 - отвод охлажденного продукта;12 - перфорированная труба для увлажнения воздуха;13 - колпак для защиты механизмов вентилятора

При увлажнении воздуха капли воды попадают на оребренную поверхность теплообменника и испаряются, отводя дополнительное количество тепла, поэтому такие аппараты можно отнести к классу аппаратов воздушно-испарительного охлаждения.

По данным Гипронефтемаша , стоимость устройства и эксплуатации воздушного охлаждения ниже, чем водяного, примерно в 2,3 раза. Кроме того, с применением воздушных конденсаторов расход воды снижается, например, по нефтеперерабатывающему заводу на 30-70 % от общего ее расхода на предприятии при водяном охлаждении продукта; к тому же получается экономия электроэнергии.