Артём ОВЧИННИКОВ,
Руководитель инженерного отдела ТОО «ЭнергоПро», г. Нур-Султан
Одна из проблем, присущих эксплуатации испарительных градирен зимой – это их обмерзание.
В данной статье мы отразили, при каких условиях и какие именно элементы испарительных градирен обмерзают и как этого избежать.
Варианты обмерзания градирен:
1. Обмерзание поддона,
2. Обмерзание подводящих трубопроводов,
3. Обмерзание вентиляторов,
4. Обмерзание оросителя и воздухозаборных окон,
5. Замерзание воды в теплообменнике закрытой градирни.
В первую очередь следует сказать, что одно из решений любых проблем по обмерзанию – это установка градирни полностью в отапливаемом помещении. Однако такое решение не всегда возможно и целесообразно. Ниже рассматриваем подробно обмерзание каждого элемента.
1. Обмерзание поддона
Обмерзание поддона происходит по той причине, что в определённый момент со стороны потребителя (источник нагрева, который охлаждает градирня) отсутствует тепловая нагрузка. В результате, вода в поддоне градирни стоит длительное время и постепенно охлаждается из-за низкой температуры на улице.
Достижение фактического замерзания поддона зависит именно от длительности такого простоя – отсутствия тепловой нагрузки от потребителя.
Избежать замерзания поддона позволяют следующие решения:
✓ Решение 1: Установка в тёплом помещении ёмкости достаточного объёма, в которую самотёком будет сливаться вода из поддона градирни. То есть – вода в поддоне градирни не будет задерживаться.
Плюсы: Решение не требует греющих элементов. Также решает проблему обмерзания подводящего трубопровода подпитки и других элементов.
Минусы: Решение требует приобретения ёмкости, места под установку, приобретения трубопроводов и дополнительных объёмов монтажа.
✓ Решение 2: Предусмотреть в поддоне градирни опцию подогрева. Греющие элементы могут быть как электрическими (ТЭНы), так и паровыми/на горячей воде.
Плюсы: Решение компактно, имеет минимальные затраты.
Минусы: Требуют потребления дополнительного объёма электроэнергии/тепла на работу подогревателей.
✓ Решение 3: Слив воды в канализацию.
Плюсы: Решение минимально по доработкам.
Минусы: В случае частых простоев – потребуется сливать слишком много воды, что приведёт к существенным затратам.
2. Замерзание подводящих трубопроводов
Зимой может происходить замерзание воды как в участках трубопроводов входа/выхода охлаждаемой воды, так и в трубопроводе подпиточной воды. Последствия – плачевны. ►
Как уже было указано выше – проблему замерзания подпиточного водопровода можно исключить использованием ёмкости, установленной в тёплом помещении (решение 1). Дренаж в таком случае тоже устанавливается в этой «выносной» ёмкости.
Но есть и ещё решения для предотвращения замерзания трубопроводов:
✓ Решение 2: Постоянная циркуляция воды в системе и байпас в поддон.
Несмотря на отсутствие тепловой нагрузки – насосы будут работать на частичной нагрузке и вода будет циркулировать по системе. При этом целесообразно использовать опцию отдельного входа воды в поддон градирни, тогда вход воды в градирню идёт не через стандартный патрубок в верхней части для разбрызгивания на ороситель/трубчатый теплообменник, а через байпас поступает напрямую в поддон. В результате при такой циркуляции без тепловой нагрузки используется только поддон градирни, а вся остальная конструкция градирни – слита, отключена.
✓ Решение 3: Подогрев воды в трубопроводе греющим кабелем.
Нужные участки трубопроводов обматываются греющим кабелем и покрываются теплоизоляцией.
✓ Решение 4: Использование антифриза (например, раствора гликоля) и закрытых градирен.
№2 на схеме – это закрытый (трубчатый) теплообменник закрытой градирни. №1 – водораспределительная система орошения на трубки теплообменника. В трубках – охлаждаемый антифриз.
Плюсы: Решение полностью исключает риски замерзания подающего и обратного трубопровода.
Минусы: Требуется использование именно закрытого типа градирни, а также более низких температур охлаждения, так как антифриз имеет меньшую теплопроводность. В результате это приводит к существенному увеличению стоимости оборудования системы охлаждения.
Указанные решения можно использовать одновременно. Например – сочетание подогрева кабелем трубопроводов и циркуляции.
3. Обмерзание вентиляторов
Зимой может происходить постепенное образование льда на лопастях вентиляторов. Эксплуатация градирни с обледеневшими до определённой степени вентиляторами – не допустима. Выявляется эта степень обледенения с помощью реле предельной вибрации. После срабатывания сигнала от реле предельной вибрации – вентилятор градирни должен быть остановлен. Соответственно, охлаждения воды/хладоносителя какое-то время не будет. Т. е. – градирня не будет выполнять свою функцию по достаточному охлаждению (как ни парадоксально – именно зимой, а не летом).
Однако, решения по борьбе с обледенением вентиляторов – есть:
✓ Решение 1: В таком случае вентиляторы являются напорными и работают в потоке воздуха, ещё не насыщенного испарением. Таким образом исключается сама причина обледенения лопастей – попадание на них влаги. Важно, чтобы вентиляторы были достаточно удалены от падения воды с оросителя в поддон, градирня имела достаточную высоту и была правильно установлена – чтобы исключить рециркуляции (повторного засасывания пара, выходящего из градирни).
Плюсы: Решение полностью исключает проблему обмерзания вентиляторов.
Минусы: Конструкция градирен с грамотным нижним расположением напорных вентиляторов – более энергозатратна. Такие градирни несколько дороже и потребляют в 1,5-2,5 раза больше электроэнергии. Для оценки целесообразности применения такого типа градирни – рекомендуется сделать расчёт ТЭО.
✓ Решение 2: Ждать результатов оттайки (временный отогрев паром из градирни).
Необходимо пустить тёплую воду в градирню без включения вентиляторов порядка на 15 минут. Тепло от нагретой воды отогреет лёд на лопастях вентиляторов. После этого – можно включать вентиляторы градирни.
Обязательна установка реле предельной вибрации, иначе возможно разрушение элементов вентилятора.
Плюсы: По факту, решение убирает уже образовавшийся неприемлемый объём наледи.
Минусы: Простои градирни из-за образования льда и времени на оттайку.
✓ Решение 3: Использование многовентиляторных градирен.
В таком случае при отключении 1-2 вентиляторов из-за обледенения – в работе останется достаточное кол-во вентиляторов (например, 10 штук). Потеря охлаждающей способности будет не существенна.
Обязательна установка реле предельной вибрации, иначе возможно разрушение элементов вентилятора.
Плюсы: Распределение охлаждающей способности на большое количество вентиляторов – малая зависимость от отключения любого из вентиляторов. Вентиляторы компактные – удобные для обслуживания/замены.
Минусы: Несущественно большее электропотребление по сравнению с градирнями, имеющими малое количество вентиляторов большого диаметра.
✓ Решение 4: Использование частотных приводов на вентиляторах градирни.
Работа нескольких вентиляторов одновременно на сниженной скорости по сравнению с режимом работы отключение/включение части вентиляторов существенно снижает риски обледенения лопастей вентиляторов.
4. Обмерзание оросителя и воздухозаборных окон
Из-за образования льда на воздухозаборных окнах и оросителях (в случае поперечно-точных градирен – воздух поступает в градирню через оросители) происходит уменьшение расхода воздуха через градирню, вплоть до её полной остановки. Как с этим бороться? Есть разные варианты:
✓ Решение 1: Не использовать в принципе зимой поперечно-точные градирни. Так как поперечно-точные градирни имеют открытые поверхности оросителя – поэтому на этих поверхностях, по которым идёт орошение воды, происходит обледенение.
Плюсы: Проблема обмерзания оросителя исключается.
Минусы: При определённых параметрах охлаждения – все остальные типы градирен – дороже (какие-то значительно, какие-то – незначительно).
✓Решение 2: Устанавливать отбойники. Внутри градирни данные элементы смещают падение воды с оросителя дальше от воздухозаборных окон. В результате вода не течёт по воздухозаборным окнам и не замерзает на них.
✓ Решение 3: Использовать выносную ёмкость, устанавливаемую в тёплом помещении. Данное решение уже было показано выше. С точки зрения обмерзания воздухозаборных окон это решение позволяет исключать брызги и пар от поддона градирни, которые могут приводить к обледенению окон.
✓ Решение 4: Использовать жалюзи на входе воздуха в градирню. Жалюзи позволяют уменьшать расход холодного воздуха зимой, чтобы уменьшить риски замерзания элементов градирни.
✓ Решение 5: Правильно размещать градирню, чтобы не допускать рециркуляции. Рециркуляция – это повторное засасывание воздуха, который уже прошёл через градирню, и, соответственно, превратился в пар.
Чтобы исключить рециркуляцию из-за неправильного размещения градирни – необходимо учитывать розу ветров, а также – расположение и габариты ближайших объектов.
✓ Решение 6: Выбирать правильную конструкцию, чтобы тоже не допускать рециркуляции.
У противоточных градирен – должна быть большая разница высоты между входом и выходом воздуха, а также – достаточный напор вентилятора, обеспечивающий достаточную скоростью выходящего пара, чтобы этот пар не поступал на повторное всасывание.
У поперечно-точных градирен – так как разница в высоте между выбросом пара и всасыванием воздуха минимальна – должно быть маленькое сечение диффузора на выходе пара, чтобы у выбрасываемой струи пара была высокая скорость и пар не опускался к воздухозаборным окнам.
✓ Решение 7: Использовать в градирнях ветрозащитные перегородки.
Если обледенение происходит на уже установленных градирнях, то:
✓ Решение 8: Реверс вентилятора. Вентилятор временно запускается в обратную сторону, продувая тёплым воздухом (из зоны оросителя) воздухозаборные окна.
✓ Решение 9: Подогрев окон кабелем. Прокладывание электрического греющего кабеля по периметрам воздухозаборных окон.
✓ Решение 10: В случае использования поперечно-точных градирен: отключение на зимний период крайних рядов форсунок и закрытие верхнего ряда жалюзи.
5. Замерзание воды в теплообменнике закрытой градирни
В закрытой градирне используется трубчатый теплообменник – то есть, «поверхностный». Если зимой охлаждать в такой градирне воду, то с большой долей вероятности – при простое и отсутствии нагрузки вода в трубах замёрзнет и трубы разорвёт. Тоже самое касается и сухих градирен (драйкулеров).
Ниже представлены варианты предотвращения разрыва трубок закрытой градирни:
✓ Решение 1: Использовать вместо воды раствор антифриза достаточной концентрации.
Плюсы: Полностью решается проблема замерзания трубок закрытой градирни.
Минусы: Охлаждать тоже самое количество тепла, но в виде антифриза – значительно сложнее, так как теплоёмкость антифриза меньше (чем больше концентрация – тем меньше теплоёмкость). Из-за этого градирни, охлаждающие антифриз, должны быть больше и, соответственно, дороже. Кроме того, чтобы передать тот же самый эффект охлаждения потребителю – потребуется обеспечить более низкую температуру, чем в случае охлаждения водой. Таким образом, просто так перейти на гликоль не получится.
✓ Решение 2: Комплекс защитных мер по предотвращению замерзания воды в трубках закрытой градирни. Данные меры оставляют риски и опасность замерзания воды, однако, сводят их к минимуму:
• Теплоизоляция градирни.
• Установка жалюзи на всех входах и выходах воздуха из градирни. При остановке подачи тепла на градирню – жалюзи автоматически закрываются.
• Греющий кабель на подключаемые трубопроводы к градирне, теплоизоляция трубопроводов.
• Постоянная циркуляция жидкости через теплообменник закрытой градирни.
• Сигнализация о снижении температуры воды в трубах до критической уставки, автоматический и ручной слив контура (конструкция теплообменников закрытой градирни должна предусматривать соответствующий наклон для опорожнения).
Для расчёта и подбора наилучшего варианта оборудования EnergoPro или выполнения услуг для Вашего объекта –
обращайтесь по электронной почте zapros@energopro.kz или по телефонам:
Нур-Султан: +7 7172 69-68-20, Алматы: +7 727 312-27-01,
весь Казахстан (бесплатно): 8 800 080-30-75.
www.energopro.kz
