Принцип работы градирни. Виды градирен

Мокрые градирни

закрытого типа

GOHL (Германия)

Мы поставляем Мокрые Градирни Открытого типа производства Бельгии и Германии
Мы поставляем Мокрые Градирни Закрытого типа производства Германии
Мы поставляем Драйкулеры европейского производителя Thermokey
Мы предлагаем квалифицированный расчет и подбор всех типов градирен и драйкулеров

Градирни - это устройства для незначительного охлаждения теплой воды воздухом окружающей среды. «Незначительное» означает, что после градирни вода не становится ледяной, как в чиллере (+7 градусов, а возможно и с минусовым значением). Температура поступающей воды в градирню - около 40-50 градусов, после - 25-30 градусов (в лучшем случае).
Необходимость охлаждать теплую воду возникает, если того требует технологический процесс на производстве или в случае охлаждения воды для чиллера с водяным конденсатором.

Градирня, имеет несколько вариантов исполнения, но основных типов - 2: мокрые открытого и закрытого типа, а так же сухие .

Мокрая градирня открытого типа.

Чаще всего мокрая градирня ассоциируется с башенными градирнями, которые можно увидеть рядом с ТЭЦ или гигантскими предприятиями. Но для большинства предприятий мощностей башенных градирен - не требуется.

Мокрая градирня открытая или градирни открытого типа - принцип её действия такой же как и у башенной, только в отличие от первой открытая мокрая градирня вполне транспортабельна и диапазон её производительности достаточно широк, т.к. в большинстве случаев такая конструкция представляет из себя модуль и соединением нескольких модулей достигается требуемая производительность.

Принцип действия градирни основан на разбрызгивании через форсунки горячей воды от чего собственно и происходит ее охлаждение. Очень часто к этому процессу добавляется обдув потоком воздуха при помощи осевых вентиляторов.
Башенные грдирни - используются для охлаждения больших объемов воды, в несколько раз превышающих объемы воды на промышленных предприятиях. Это оборудование применяется преимущественно на тепловых и атомных электростанциях.

Мокрая градирня закрытого типа.

Градирня в которой основной водяной контур не соприкасается с окружающей средой, но в которой всё же используется принцип снижения температуры за счёт испарения - называется мокрая градирня закрытого типа . В основе её действия - теплообменник (как вариант пучок труб), расположенный в корпусе который омывается водой и обдувается воздухом окружающей среды. В результате такой комбинации возможно получение температуры воды на выходе из градирни приближённо равной температуре мокрого термометра, а так же безопасно использование в зимний период, т.к в основном контуре может применяться не замерзающая жидкость.

Варианты использования градирни - в системах охлаждения

Одним из важных моментов для наиболее эффективного использования градирен в водооборотной системе является оптимальный выбор схемы гидравлических контуров подключения. Схемы гидравлических контуров могут различаться в зависимости от количества градирен, используемых в одном контуре, а также от характера потребителя. Диапазон регулирования производительности водоохладителя определяется характером потребителя. Самый простой гидравлический контур отдельной градиpни, используемый для одного участка обслуживания, приведен на рис. 1.

Рис.1 Схема гидравлического контура охлаждения для одного потребителя	Рис.2 Система охлаждения с градирнями, имеющими раздельные контуры приготовления и потребления

Вода из градирн и поступает в бак, откуда циркуляционным насосом подается потребителю и далее.

В области промышленного строительства, особенно когда расход воды, циркулирующий через охладитель потребителя заметно меньше расхода воды, циркулирующего через градирни , применяется схема, приведенная на рис. 2. Здесь обратная вода, поступающая от потребителей, отстаивается в накопительных емкостях (объем которых рассчитывается примерно на 5-10 минут работы установки). Из нее насос (насосы) контура приготовления рабочей жидкости откачивают воду на испарительные грaдиpни. Из оборудования охлажденная вода поступает в аналогичную ванну. Основная отличительная черта такой схемы - гидравлическая независимость контуров приготовления рабочей воды и потребления, обеспечиваемая наличием компенсационной трубы между емкостями (может 1-использоваться также и одна емкость с перегородкой, обеспечивающей перелив между ее частями). Вследствие этого совершенно не обязательно постоянно регулировать мощность градирен в соответствии с требованиями пользователя. Вентиляторы градирен могут работать в режиме просто "Вкл/Выкл". Кроме этого, каждая такая градиpня работает всегда с полной нагрузкой и обеспечивает максимально возможное охлаждение воды для данных погодных условий. Обе схемы не чувствительны к заморозкам, поскольку данное оборудование полностью дренируются в накопительные емкости, устанавливаемые в помещении, либо расположенные под землей.

Размещение и эксплуатация градирни (с осевыми вентиляторами)

Для обеспечения удобства и безопасности обслуживания гpадиpни должны иметь площадки, устроенные в соответствиями с требованиями соответствующих СНиП. Перед началом эксплуатации вентиляторной градиpни нужно проверить гидравлическую плотность трубопроводов, резервуаров, а также состояние установленной арматуры.
Оптимальный вариант, когда каждый водоохладитель устанавливается на крыше отдельно. Если это не возможно, то выбор места установки должно быть таким, что бы не возникало рециркуляции (рис.3) При этом нужно учесть возможные порывы ветра (подветренная сторона) и ближайшее расположение строений, которое может изменить поток нагнетаемого воздуха назад в воздухозаборник.

Рис.3 Влияние ветра и преград

Перед первым пуском необходимо осуществить промывку водяных магистралей для удаления сора и окалины, которые могли там образоваться в процессе проведения сварочных работ, и затем визуально проверить равномерность работы всех форсунок. Все обнаруженные дефекты должны быть устранены до начала эксплуатации. Периодические осмотры градиpен рекомендуется производить не реже чем один раз в месяц. Текущие ремонты градирен должны производиться по мере надобности, но не реже одного раза в год, и приурочиваться, по возможности, к летнему времени. В объеме текущих ремонтов входят работы, не требующие остановки градирни на длительный срок, например очистка и ремонт водораспределительного устройства, трубопроводов и сопел, водо-уловителей, приведение в порядок регулировочных и запорных устройств. При капитальном ремонте выполняются все работы, требующие длительного отключения оборудования: устранение повреждений оросителя, водораспредельной системы, ремонт или замена вентиляторной установки и др.

Эксплуатация градирни в зимнее время

В зимнее время эксплуатация может усложняться из-за обмерзания их конструкций, особенно это относится к градирням расположенным в суровых климатических условиях. Обмерзание градирен может привести к аварийному состоянию, вызывая деформации и обрушение оросителя из-за дополнительных нагрузок от образовавшегося на нем льда. Обмерзание гpадирни начинается обычно при температурах наружного воздуха ниже -10°С и происходит в местах, где входящий в гpадирню холодный воздух соприкасается с относительно небольшим количеством теплой воды. Внутреннее обледенение является опасным потому, что из-за интенсивного туманообразования оно может быть обнаружено только после разрушения оросителя. Поэтому в зимний период не следует допускать колебаний тепловой и гидравлической нагрузок, необходимо обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по площади оросителя и не допускать понижения плотности орошения на отдельных участках. В связи с большими скоростями входящего воздуха плотность орошения в вентиляторных градирнях в зимнее время целесообразно поддерживать не менее 10 м 3 /м 2 (не ниже 40% от полной нагрузки). Критерием для определения необходимого расхода воздуха может служить температура охлажденной воды. Если расход поступающего воздуха регулировать таким образом, чтобы температура охлажденной воды не была ниже +12 o C ... +15°С, то обледенение грaдирен обычно не выходит за пределы допустимого. Уменьшение поступления в градирню холодного воздуха может быть достигнуто отключением вентилятора или переводом его на работу с пониженным числом оборотов. Исключить обледенение градирен можно путем подачи всей воды только на часть градирен с полным отключением остальных, иногда со снижением расхода циркуляционной воды. Нагнетательные вентиляторы подвержены обмерзанию. Это может вызываться двумя причинами: попаданием на вентилятор водяных капель изнутри оборудования и рециркуляцией уходящего из градирни воздуха, содержащего мелкие капли воды и пар, который конденсируется при смешении с холодным наружным воздухом. В таких случаях можно избежать обледенения лопастей вентилятора следующими способами: - снизить скорость вращения вентилятора, - проконтролировать давление перед форсунками и при необходимости произвести их очистку, - использовать стеклопластиковые рабочие колеса, - использовать автономный обогрев обечаек вентилятора с помощью гибких электронагревателей. Следует отметить, что неравномерное образование льда на лопастях может приводить к разбалансировке и вибрации вентилятора. Если в зимний период по какой-либо причине производилось отключение вентиляторов градирен, то перед их пуском необходимо проконтролировать состояние обечаек на наличие на них наледи. При обнаружении наледи ее необходимо удалить во избежание поломки рабочих колес вентиляторов.

Методика подбора градирни

Первоначально необходимо определить следующие исходные данные:
Q Г, кВт - тепловой поток (количество тепла), который необходимо отвести в окружающую среду,
Тмт , °С - температура мокрого термометра в самое жаркое время, характерная для данного региона,
Твых , °С - температура воды, которая должна быть получена в конце процесса охлаждения.

Необходимо отметить, что тепловой поток для воздушных компрессоров обычно не превышает электрической мощности привода компрессора; тепловой поток для холодильной машины представляет собой сумму холодопроизводительности и электрической мощности привода компрессорного агрегата; тепловой поток для технологических установок, где не происходит сжигания каких-либо видов топлива, обычно не превышает электрической мощности приводов и т.д. Температура мокрого термометра определяется по СНиП 23.01-99 "Строительная климатология", или предварительно по данным из Таблицы 1.

Расчетные параметры атмосферного воздуха. Таблица 1.

Населенный пункт	Температура по сухому термометру, T, °С	Относительная влажность воздуха, Ф, %	Температура по мокрому термометру, T, °С
Архангельск	23,3	58	18
Астрахань	30,4	52	23,2
Волгоград	31	33	20
Вологда	24,5	56	18,8
Грозный	29,8	43	21
Дудинка	22,9	59	17,9
Екатеринбург	25,8	49	18,8
Иркутск	22	63	17,6
Казань	26,8	43	18,7
Краснодар	28	55	21,6
Красноярск	24,4	55	18,6
Луганск	30,1	30	18,8
Магадан	19,5	61	15,2
Мончегорск	24,6	53	18,5
Москва	27	55	20,8
Мурманск	22	58	17
Нижний Новгород	26,8	48	19,6
Новосибирск	25,4	54	19,3
Омск	27,4	44	19,4
Петрозаводск	24,5	58	19,1
Ростов - на - Дону	29,2	37	19,5
Сагвхард	23,7	57	18,3
Самара	28,5	44	20,2
Санкт - Петербург	26	56	20,1
Сыктывкар	25,1	49	18,3
Тобольск	26,5	53	20
Томск	24,3	60	19,2
Тула	25,5	56	19,6
Уфа	27,6	44	19,5
Ханты - Мансийск	26,5	55	20,3
Челябинск	26	51	19,4
Чита	25	48	18
Якутск	26,3	40	17,8
Ярославль	24,8	53	18,7

Температура воды, которая должна быть получена в конце процесса охлаждения в, обуславливается техническими параметрами охлаждаемого оборудования и, как правило, указана в паспортных данных оборудования. Определив необходимые параметры, можно произвести предварительный подбор градирни, используя кривые охлаждения для различных значений tмт.
Пример.
Необходимо произвести подбор гpадирен для охлаждения компрессорной станции в г. Петрозаводске. В состав станции входят 3 компрессора 4ВМ10-63/9 с приводом Мэ=380 кВт каждый, причем в работе постоянно находятся два компрессора.

Решение .

Определяем суммарный отводимый тепловой поток:

По таблице расчетных параметров атмосферного воздуха определяем температуру мокрого термометра:

В паспортных данных компрессора находим температуру на входе в систему охлаждения компрессора равную температуре на выходе:
tВЫХ=25 °С
Используя кривые охлаждения для температуры мокрого термометра, находим точки пересечения линий, соответствующие суммарному отводимому тепловому потоку и температуре на выходе из градиpни с кривыми охлаждения. Из построения определяем, какое оборудование обеспечит необходимый тепловой поток.

Сухие градирни (Драйкуллер)

Этот вид оборудования по конструкции гораздо проще чиллера, поскольку не имеет холодильного контура. Вода в сухих градирнях охлаждается в пластинчатых теплообменниках, на которые несколько вентиляторов направляют уличный воздух. Таким образом, сухие градиpни стоят вне производственных помещений. В среднем термодинамический предел сухих градирен составляет порядка 5 градусов. Это означает, что если на улице температура воздуха установилась на уровне +35°С, то грaдирня способна охлаждать воду до температуры +40°С - для охлаждения гидравлической жидкости или конденсатора чиллера - вполне приемлемая температура. Если на улице ниже +10°С, то градирня элементарно может заменить собой чиллер (точнее временно заменить), снабжая водой не только теплообменник гидравлического контура ТПА, но и охлаждая пресс-форму, для чего нужна вода температурой от +5°С до +15°С. С учетом того, что в градирнях охлаждение осуществляется атмосферным воздухом при помощи вентиляторов, не требующих большой мощности, то по сравнению с чиллерами они позволяют добиться экономии электроэнергии. Очевидно, что круглогодично одной только градирней обойтись нельзя, так как в нашей стране, кроме зимы приходит и очень теплое лето - совсем без чиллера не обойтись. С другой стороны - по настоящему теплая погода держится не более 4-5 месяцев кряду. Какой смысл гонять чиллер остальные 7-8 месяцев, когда температура за окном лежит в пределах от -10 °С до +10°С. Но не смотря на это сухие градиpни все еще являются невостребованным оборудованием. Даже не смотря на то, что при использовании комбинации чиллер - драйкулер возможно добиться ежегодной экономии электроэнергии до 40%.

Существуют гpaдирни, которые напрямую подключаются к гидравлическому контуру. В них циркулирует не гликолевый раствор, а непосредственно гидравлическая жидкость. В итоге из схемы устраняется посредник в виде промежуточного теплоносителя, что только повышает эффективность охлаждения. В результате гидравлика охлаждается экономичной сухой градиpней, а чиллер обслуживает исключительно пресс-форму и узел инжекции. Это позволяет реализовать очень экономичную двух-температурную схему энергосбережения. Однако на базе чиллера и градирни можно реализовать схемы энергосбережения в более привычном виде.
Сухие охладители разработаны для наружной установки, поэтому для предотвращения замерзания в холодное время года, необходимо добавлять гликоль.

Использование сухих охладителей имеет следующие преимущества:

Эксплуатация градирен в зимнее время - наши специалисты дадут вам рекомендации.

Гради́рня (нем. gradieren - сгущать соляной раствор; первоначально градирни служили для добычи соли выпариванием) агрегат для охлаждения теплоносителя в контуре оборотной системы водоснабжения промышленного, технологического, холодильного или других видов оборудования.

На рисунке 1 представлена принципиальная схема отвода тепла с использованием градирни в составе оборотной системы.

Рисунок 1

При работе оборудования, часть потребляемой энергии (N,Q) преобразуется в тепловую энергию. В целях обеспечения и сохранения работоспособности оборудования в заданных параметрах, для отвода тепла (Q1) может применяться система оборотного водоснабжения. Градирни являются частью контура системы оборотного водоснабжения и обеспечивают отвод и рассеивание тепла (Q2) в окружающую среду.

Классификация градирен

На рисунке 2 представлена классификация градирен по принципу охлаждения, конструктивным особенностям и способу размещения.

Рисунок 2

По принципу охлаждения градирни могут быть испарительного типа (мокрые) или радиаторные (сухие). В зависимости от типа градирни схема охлаждения может быть открытой или закрытой . В открытых схемах охлаждения применяются испарительные (мокрые) градирни, в закрытых схемах - радиаторные (сухие) градирни (рис.3 а,б). Сухие закрытые градирни также носят название драйкулеры (англ.dry cooler- сухой охладитель) .

Рисунок 3

Схема и принцип работы испарительной градирни

В открытых испарительных градирнях охлаждение воды в контуре происходит за счет испарения части воды и отдачи тепла более холодному воздушному потоку. Нагретая вода через водораспределительную систему подается в градирню и распыляется через форсунки. Далее, вода тонкой пленкой стекает вниз по ячеистой структуре каналов оросителя. Вдоль каналов оросителя, в противоположном направлении, движется поток воздуха. Так как расход воздуха большой, то вода частично испаряется, вследствие этого, остальная ее часть охлаждается. При испарении 1% воды температура ее оставшейся части снижается примерно на 6 К. При этом часть воды испаряется, часть уносится воздушным потоком. Доля испаряемой воды составляет в пределах 1,5-2%, поэтому для восполнения требуется ее подпитка. Охлажденная вода стекает в поддон, и оттуда с помощью насоса подается в конденсатор холодильной машины (чиллера) или в охлаждаемый модуль технологического оборудования.

Движение воздушного потока в градирне принудительное и создается осевым вентилятором. Вентилятор всасывает воздух в нижней части градирни с нескольких сторон, а затем выбрасывает его вверх. Если градирня оросительная, то его направление может быть противоточным или перпендикулярным по отношению к направлению потока воды. В качестве теплоносителя в градирнях открытого типа может применяться только вода. На рисунке 4 представлена схема охлаждения воды в испарительной градирне.

Рисунок 4

Схема и принцип работы сухой градирни (драйкулера)

Сухая градирня (драйкулер) представляет собой установку, основными элементы которой являются трубчато-пластинчатый теплообменник и осевой вентилятор, которые размещены на основании рамы. Драйкулеры бывают горизонтального, вертикального или V-образного исполнения. (рис.5 a, б, в).

Рисунок 5

В сухих градирнях отсутствует непосредственный контакт между охлаждающей и охлаждаемой средами. Теплообмен между теплоносителем контура и окружающим воздухом происходит через стенки медных трубок и поверхности алюминиевых пластин трубчато-пластинчатого теплообменника. (рис.6 а, б). Вентиляторы осевого типа создают принудительный поток воздуха. В качестве теплоносителя может применяться вода или антифриз.

Рисунок 6. а)

Рисунок 6. б)

Подбор градирни

Градирня необходима для поддержания заданного перепада температуры на определенном узле или элементе оборудования. Это обеспечивает требуемую производительность холодильного оборудования или соблюдение условий технологического процесса. Поэтому основным параметром для подбора градирни является температура воды на выходе градирни.

Температура воды на выходе градирни определяется:

• расчетными параметрами наружного воздуха (температура, влажность);
• заданным перепадом температуры на теплообменнике градирни;
• параметрами градирни (площадь поверхности теплообмена, расход воздуха, и т.д.).

Подбор градирни испарительного типа

Главное преимущество испарительной градирни, заключается в том, что можно получить температуру воды на выходе ниже температуры окружающего воздуха по сухому термометру. Теоретически в такой градирне можно охладить воду до температуры окружающего воздуха по мокрому термометру, но практически, температура воды на выходе примерно на 5-7°С выше температуры воздуха по мокрому термометру. Подбор градирни испарительного типа производится в соответствии с расчетной температурой наружного воздуха по мокрому термометру.

Согласно СП 60.13330.12 (п.5.13) параметры наружного воздуха для соответствующих районов строительства принимаются как параметры Б. Конкретное значение расчетной температуры наружного воздуха определяется согласно СП 131.13330.2012. На основании вышеуказанных нормативных документов была составлена таблица:

Таблица 1

Населенный пункт	СП 131.13330.2012
	P, гПа	t, °С	ϕ, %	i, кДж/кг	t МТ, °С	В тени	На солнце	На кровле
Москва	997	26	60	12,9	20,3	21,3	22,3	23,3
Санкт-Петербург	1013	25	60	11,9	19,4	20,4	21,4	22,4
Ростов-на-Дону	1006	30	46	12,3	21,1	22,1	23,1	24,1
Хабаровск	1002	27	64	14,5	21,8	22,8	23,8	24,8
Новосибирск	1003	26	54	11,5	19,3	20,3	21,3	22,3
Екатеринбург	982	27	55	12,7	20,2	21,2	22,2	23,2
Нижний Новгород	995	26,2	56	12,2	19,8	20,8	21,8	22,8

По Таблице 1 и с учетом локального места расположения* градирни, можно определить расчетную температуру наружного воздуха:

tр МТ = tНВ МТ + Δt МТ (1)

tр МТ - расчетная температура наружного воздуха по мокрому термометру для подбора .

tНВ МТ - расчетная температура наружного воздуха по мокрому воздуха согласно СП 60.13330.12 (п.5.13) параметры Б .

Δt МТ - корректировка температуры наружного воздуха по в зависимости от места установки (в тени, на солнце, на кровле) .

*Локальное место расположения – это расположение градирни в тени, на солнце, на плоской кровле.

При подборе градирни определяем минимальную температуру воды на выходе из градирни. После определения расчетной температуры наружного воздуха назначаем минимальный перепад между температурой воды на выходе из градирни и температурой воздуха по мокрому термометру. Как было сказано выше, он может составлять 5-7°С. При уменьшении значения перепада, изменяются геометрические параметры градирни в сторону увеличения. Выбираем минимальное значение 6.°С Для региона Москва, например, минимальная температура воды на выходе из градирни будет составлять: в тени 27°С, на солнце 28°С, на кровле 29°С. Для остальных регионов рассчитывается по такой же схеме.

При подборе мокрой градирни для чиллера необходимо проверить обеспечивает ли градирня необходимый перепад температуры воды на конденсаторе при фактической расчетной температуре наружного воздуха. То есть, будет ли фактическая производительность чиллера соответствовать заданной. Например, по стандартам Eurovent , нормативные параметры чиллера приведены при перепаде температуры воды на конденсаторе +30/35°С. Согласно формуле (1) и выбранному перепаду температуры 6°С значения перепада температуры воды на входе/выходе обеспечивают градирней испарительного типа для большинства регионов России. Таким образом, зная фактическую мощность, расчетную температуру наружного воздуха, перепад температуры воды на выходе из градирни, выбираем необходимое оборудование по каталогу производителя. Подбор градирни/драйкулера может быть произведен также с использованием программы подбора производителя.

Подбор сухой градирни (драйкулера)

Подбор сухой градирни закрытого контура аналогичен подбору мокрой градирни, но расчетная температура наружного воздуха берется не по влажному, а по сухому термометру. Стандартный перепад температуры теплоносителя на конденсаторе чиллера 5 С. Минимальный перепад между температурой теплоносителя на выходе из градирни и температурой воздуха по сухому термометру составляет 5-7°С. Это значение можно уменьшить, но тогда для сохранения требуемой производительности необходимо увеличить площадь теплообменника, следовательно, габаритные размеры драйкулера будут больше. Согласно СП 60.13330.12 (п.5.13) и СП 131.13330.2012. параметры наружного воздуха для соответствующих районов строительства принимаются как параметры Б.

На основании вышеуказанных нормативных документов была составлена таблица:

Таблица 2

Населенный пункт	СП 131.13330.2012					Расчетные температуры по мокрому термометру, °С
	P, гПа	t, °С	ϕ, %	i, кДж/кг	t МТ, °С	В тени	На солнце	На кровле
Москва	997	26	60	12,9	20,3	29	33	36
Санкт-Петербург	1013	25	60	11,9	19,4	28	32	35
Ростов-на-Дону	1006	30	46	12,3	21,1	33	37	40
Хабаровск	1002	27	64	14,5	21,8	30	34	37
Новосибирск	1003	26	54	11,5	19,3	29	33	36
Екатеринбург	982	27	55	12,7	20,2	30	34	37
Нижний Новгород	995	26,2	56	12,2	19,8	29,2	33,2	36,2

Для определения температуры воды на выходе из градирни, учитываем место расположения оборудования, как по региону, так и по локальной дислокации (т.е. в тени, на солнце, на кровле), выбираем перепад температуры между теплоносителем и окружающим воздухом 6°С.

Для примера, в регионе Москва, при перепаде температуры между теплоносителем и окружающим воздухом 6°С, стандартном перепаде на конденсаторе 5°С и размещении градирни в тени, температура воды на входе/выходе градирни составит 40/35°С, при размещении на кровле - 47/42°С.

При подборе градирни для чиллера необходимо предварительно рассчитать фактическую производительность оборудования с учетом поправочных коэффициентов на расчетную температуру окружающего воздуха и расположения над уровнем моря. По нормативам Eurovent, параметры воды на конденсаторе чиллера соответствуют значениям +30/35°С. Но как мы видим, в зависимости от температуры окружающего воздуха фактическая температура воды на входе/выходе градирни может отличаться от нормативной. Поэтому при подборе градирни, необходимо учесть, чтобы перепад температуры воды на входе/выходе градирни обеспечивал перепад температуре на конденсаторе чиллера, и, следовательно, требуемую производительность.

Преимущества и недостатки испарительных градирен открытого типа

Испарительные градирни открытого типа обладают одним несомненным преимуществом - они позволяют охлаждать воду ниже температуры окружающего воздуха. Отсюда их высокая эффективность.

К недостаткам испарительных градирен можно отнести:

• Необходимость подпитки воды для компенсации, вследствие, ее испарения и уноса (Суммарное значение уноса составляет 1,5-2% от расхода. Подпитка воды, необходима также для снижения в воде концентрации солей).
• Невозможность эксплуатации при отрицательных температурах без дополнительных элементов и приспособлений, т.е. обогрева трубопровода поддона т.д.
• Невозможность применения антифриза в качестве теплоносителя, так как меняется концентрация раствора вследствие испарения.
• Требования к жесткости воды, поэтому необходима дорогостоящая система водоподготовки.
• Загрязнение воды в открытом контуре и, как следствие, необходимость ее очистки.
• По сравнению с драйкулерами, при равной производительности испарительные градирни, более громоздки, занимают большую площадь.

Преимущества и недостатки сухих градирен (драйкулеров)

По сравнению с испарительными градирнями драйкулеры обладают следующими преимуществами:

• Возможность эксплуатации при отрицательных температурах, так как в качестве теплоносителя можно использовать антифриз (раствора этилен - или пропиленгликоля);
• Нет необходимости в дополнительной подпитке воды, т.к. нет уноса и испарения;
• Нет необходимости в очистке воды (контур замкнутый);

К недостаткам драйкулеров можно отнести меньшую эффективность по сравнению с испарительными градирнями, особенно при повышении температуры окружающего воздуха.

Для повышения эффективности драйкулеров при высоких температурах окружающего воздуха на них устанавливается так называемая адиабатическая система охлаждения. Фактически это мелкодисперсное распыление воды через форсунки на пластины теплообменника, в результате чего происходит испарение воды и понижение температуры воздуха вблизи поверхности теплообменника, что повышает эффективность работы драйкулера.

Все наверное видели подобного рода сооружения и знаете, что это вовсе не труба и из нее выходит не дым.

Но давайте все же посмотрим на принцип работы и внутренее устройство градирни.

Градирни - это специальные устройства для охлаждения большого количества воды посредством направленного потока воздуха. Также их называют охладительными башнями - это более понятно звучит.

Это одно из наиболее эффективных устройств для охлаждения воды в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Высокая башня создает ту самую тягу воздуха, которая необходима для эффективного охлаждения циркулирующей воды. Вытяжные башни служат для создания естественной тяги благодаря разности удельных весов воздуха, поступающего в градирню, и нагретого воздуха, выходящего из градирни. Под оросителем располагается водосборный резервуар. Вода подается в водораспределительное устройство по размещаемым в центре градирни стоякам. Благодаря высокой башне одна часть испарений возвращается в цикл, а другая – уносится ветром. Из-за этого в округе не образуется сырости, тумана и обледенений в зимнее время, хотя возможно появление льда вокруг оросительных устройств.

Градирни служили для добычи соли выпариванием. В настоящее время эти сооружения используются для незначительного охлаждения теплой воды. «Незначительное» означает, что после градирни вода не становится ледяной, как в чиллере (+7 градусов) . Температура поступающей воды в градирню - около 40-50 градусов, после градирни - 25-30 градусов (в лучшем случае) .

Необходимость охлаждать теплую воду возникает, если того требует технологический процесс на производстве или в случае охлаждения воды для чиллера с водяным конденсатором.

Градирни бывают двух типов: собственно градирни и «сухие градирни» (« drycooler » / «драйкулер») .

ТЭC, АЭС, промышленные предприятия потребляют огромное количество технической воды, прежде всего, для охлаждения узлов и агрегатов. Вода при этом, естественно, нагревается. Поскольку зачастую вода двигается по замкнутому контуру (т. е. не сливается в реку, а снова идет для охлаждения агрегатов) , ее следует охладить. Это нужно, прежде всего, для повышения эффективности охлаждения - чем холоднее вода, тем лучше она будет охлаждать оборудование.

Для целей частичного охлаждения воды применяются градирни.

Фото 3.

Принцип работы градирни достаточно прост. Процесс охлаждения в градирнях происходит за счет частичного испарения воды и теплообмена с воздухом. Вода в градирне стекает по оросителю сбегает каплями или тонкой плёнкой. В это время вдоль оросителя проходят потоки воздуха. существует такая закономерность: в градирнях при испарении 1 % воды температура оставшейся понижается на 6 С. Потеря жидкости восполняется за счет внешнего источника. Причем свежая вода при необходимости подвергается обработке (фильтрации).

Наиболее сложным элементом башенной градирни является вытяжная башня, конструкция которой в основном определяется материалом, из которого ее сооружают.
Горячая вода поступает в градирню, где в зависимости от типа и конструкции градирни, происходит ее охлаждение, до необходимой температуры. Охлаждение воды может осуществляться:
- обратным потоком атмосферного воздуха (вентиляторные градирни);
- за счет распыления горячей воды форсунками на специальный наполнитель с развитой площадью, по которому вода растекается тонкой пленкой и за счет медленного ее течения - охлаждается (башенные, атмосферные градирни);
- за счет распыления воды в специальных каналах и естественном захвате атмосферного воздуха (эжекционные градирни).
В любом случае вода вступает в контакт с воздухом, которому отдает часть своего тепла и тем самым, понижая свою температуру. Приобретя необходимую температуру, вода поступает обратно для охлаждения теплообменных аппаратов или других приборов, у которых необходимо снизить температуру.

Фото 4.

Типы градирен
По типу системы орошения, градирни можно разделить на:
- плёночные;
- капельные;
- брызгальные;
- сухие.

По принципу подачи атмосферного воздуха, градирни делят на:
- вентиляторные, когда подача воздуха осуществляется вентиляторами.
Преимущества: качественное, быстрое охлаждение воды
Недостатки: большие энергозатраты
- башенные, когда тяга воздуха создаётся при помощи специальной конструкции башни и ее высоты
Преимущества: невысокие энергозатраты
Недостатки: медленное охлаждение воды
- открытые или атмосферные градирни, которые используют силу ветра и естественное движение воздушных масс при движении через башню
Преимущества: практически отсутствие энергозатрат
Недостатки: медленное охлаждение воды, большие размеры
- эжекционные, в которых применяется метод распыления воды в специальных каналах с естественным захватом воздуха
Преимущества: быстрое охлаждение воды за счет создания вакуума
Недостатки: высокие энергозатраты.

По направлению движения воды и воздуха:
- противоточные
Преимущества: в таких градирнях создается наибольший перепад температур и соответственно теплопередача за счет большого аэродинамического сопротивления.
Недостатки: большой капельный унос, особенно ощутим при недостатке возмещения оборотной воды и в густозаселенных местах;
- перекрестные
Преимущества: меньше капельного уноса.
Недостатки: невысокое аэродинамическое сопротивление;
- смешанные
Используется как противоток так и перекресный ток.

Фото 5.

Башенную градирню целесообразно использовать на больших промышленных предприятиях. Площадь сечения башни должна занимать не менее 30-40% площади оросителя. Башни градирен средней и малой производительности могут иметь очень разнообразную форму: цилиндрическую, усеченного конуса или в виде усеченной многогранной пирамиды. Башенные градирни обычно выполняются в виде оболочек гиперболической формы, которая оптимальна по условиям внутренней аэродинамики и устойчивости.

Вытяжные башни работают в очень тяжелых условиях: оболочка башен находится под воздействием влажного теплого воздуха в градирне и холодного воздуха снаружи в зимний период, на внутренних поверхностях образуется конденсат. Таким образом, важен выбор материала .
В башенных градирнях конвекция воздуха осуществляется за счет естественной тяги или ветра. Высота градирен, изготовленных из бетона, может достигать 100 метров. Площадь орошения в таком случае будет достигать 3500 кв.м. В основном, башенные градирни используются для охлаждения больших объемов воды ТЭС или АЭС.

Плюсы башенных градирен:

экономичность (не нужна электроэнергия);
простота эксплуатации;
размещение близко к промышленному объекту.

Минусы:

большая площадь для постройки;
большая стоимость.

Фото 6.

Схемы башенных градирен с различным характером движения воздуха в оросителе приведены на рис. Оросительные устройства во всех приведенных градирнях выполняют капельного, капельно-пленочного или пленочного типа. В настоящее время в основном строят градирни с пленочными и капельно-пленочными оросителями с противоточным движением воздуха, обладающие наибольшей охлаждающей способностью.

Рис. Схемы башенных градирен с различным характером движения воздуха
а - с поперечным; б - с поперечно-противоточным; в - с противоточным

Опыт применения железобетона в градирнях показывает, что оболочки башен вследствие насыщения бетона изнутри влагой и многократного замерзания и оттаивания его под влиянием температур наружного воздуха в зимний период интенсивно разрушаются. Металлические каркасно-обшивочные башни строят в районах с суровым зимним климатом. Они имеют пирамидальную форму с основанием в виде многоугольника или квадрата.

Деревянный каркас используют в градирнях, имеющих небольшую площадь.

форма поверхности которую описывает трубу в трехмерном пространстве называется параболический гиперболоид - поверхность второго порядка! Вода сбрасывается в фокусе фигуры и эффективность этой формы вычислена математически - то есть тот самый уникальный случай когда была сначал теория математическая, а потом практика

формула элементарна

Охлаждение оборотной воды является неотъемлемой частью ряда промышленных технологических процессов на ТЭC , АЭС и т.д. Самыми распространенными устройствами для охлаждения больших объемов воды являются градирни.

Градирня представляет собой тепло- и массообменный аппарат, в котором перенос тепла от воды в окружающую среду осуществляется конвекцией при взаимодействии потоков воды и воздуха, а также испарением на границе раздела фаз. Основной поток тепла отводится вследствие испарения некоторого количества воды на границе раздела фаз и переноса массы испарившейся воды в воздух.

Классификация:

По признаку организации движения воздуха: а) атмосферные (поступление воздуха в объём аппарата продувкой ветром); б) вентиляторные (движение воздуха в объёме градирни создаётся вытяжными или нагнетательными вентиляторами); в) башенные (движение создаётся естественной тягой воздушного потока вследствие разности плотностей нагретого воздуха в башне и холодного вне её).

По принципу организации поверхности теплообмена в оросителях: а) капельные (имеющие расположенные по высоте оросительного устройства горизонтальные решетки, с которых вода стекает в виде относительно больших капель); б) плёночные (в которых вода стекает по вертикальным плоским, волнистым листам или другим насадкам в виде тонкой пленки); в) брызгальные (с разбрызгиванием воды при помощи сопел).

По отношению движения воздуха к воде: а) противоточным, б) поперечноточным, в) смешанным.

Рис. Градирни: а) - вентиляторная; б) - башенная; в) - атмосферная; 1 - ороситель; 2 - водораспределитель; 3 - вентилятор; 4 - водоуловитель; 5 - резервуар; 6 - подвод воды; 7 - отвод воды; 8 - вход воздуха.

Вода, которую требуется охладить, поступает по входному патрубку (6) в водораспределитель (2). Он предназначен для равномерного распределения охлаждаемой воды по поверхности оросителя (1) и состоит из системы труб и форсунок. Каплеуловитель (4) расположен над водораспределителем для радикального уменьшения уноса капель вне градирни. Он должен обладать высокой степенью улавливания, и при этом - наименьшим сопротивлением воздуха. Распыленная равномерно по всей площади вода попадает на ороситель (1). Задача последнего – получение возможно большей поверхности контакта между охлаждаемой водой и воздухом. На поверхности оросителя происходит процесс испарения воды, сопровождающийся ее охлаждением. Поток воздуха обеспечивает вентилятор (3). Охлажденная вода стекает в резервуар (5), откуда отводится через патрубок (7).

Причины поражения и причины смерти от действия электрического тока. Виды защиты от поражения электрическим током. Освобождение пострадавших от действия электрического тока и оказание первой доврачебной помощи.

а) Причины поражения электрическим током.

· Наведенное напряжение: Высоковольтные линии передачи переменного тока могут наводить высокое переменное напряжение на находящиеся рядом токопроводящие объекты.

· Остаточное напряжение: Многие энергоустановки имеют большую электрическую емкость. Поэтому при отключении напряжения, некоторое время все равно будет сохраняться заряд.

· Статическое напряжение: Возникает в результате накопления электрического заряда на изолированном проводящем объекте.

· Шаговое напряжение: Возникает между ногами из-за того, что они находятся на разном расстоянии от упавшего на землю провода.

· Повреждение изоляции токоведущих частей.

· Случайное прикосновение к токоведущей детали (незнание, спешка и т.д.)

· Отсутствие заземления: В случае пробоя изоляции на корпус происходит короткое замыкание.

· Замыкание в результате аварии.

· Нарушение техники безопасности.

б)Причины смерти от действия электрического тока .

· Остановка дыхания при прохождении тока через легки либо при рефлекторном воздействии.

· Остановка сердца при прямом или рефлекторном воздействии.

· Повреждения внутренних органов и головного мозга.

· Электрический шок - это тяжелая нервнорефлекторная реакция организма на раздражение электрическим током. При шоке возникают глубокие расстройства дыхания, кровообращения, нервной системы и других систем организма. Сразу после действия тока наступает фаза возбуждения организма: появляется реакция на боль, повышается артериальное давление и др. Затем наступает фаза торможения: истощается нервная система, снижается артериальное давление, ослабевает дыхание, падает и учащается пульс, возникает состояние депрессии. Шоковое состояние может длиться от нескольких десятков минут до суток, а затем может наступить выздоровление или биологическая смерть.

в) Виды защиты от поражения электрическим током

· исключение случайного прикосновения к токоведущим частям;

· применение безопасного напряжения (12 и 36 В);

· Защитное отключение (система защиты, обеспечивающая безопасность путем быстрого автоматического отключения электроустановки при возникновении поражения током.).

· контроль изоляции электрических проводов (изоляция со временем теряет свои диэлектр. сво-ва);

· устройство защитного заземления и зануления;

· использование средств индивидуальной защиты (диэлектрические перчатки, инструмент с изолированными ручками диэлектрические галоши, коврики...);

· соблюдение организационных мер обеспечения электробезопасности.

г) Освобождение пострадавших от действия электрического тока.

Прикосновение к токоведущим частям, вызывает судорожное сокращение мышц. Вследствие этого пальцы сжиматься, что высвободить провод из его рук становится невозможным. В этом случае необходимо прежде всего быстро освободить его от действия электрического тока. (прикасаться к человеку, находящемуся под током, опасно для жизни). Поэтому необходимо отключение установки, которой касается пострадавший.

При этом необходимо учитывать следующее:

1. в случае нахождения пострадавшего на высоте отключение может привести к падению пострадавшего.

2. при отключении установки может одновременно отключиться также и электрическое освещение.

Если отключение установки невозможно, необходимо отделить пострадавшего от токоведущих частей, к которым он прикасается:

При напряжении до 1000 Вольт.

Для отделения пострадавшего от токоведущих частей или провода следует воспользоваться сухой одеждой, канатом, палкой, доской или каким-либо другим сухим предметом, не проводящим электрический ток (например оттащить за воротник).Рекомендуется действовать одной рукой. Если оттащить невозможно - перерубить провода топором с сухой деревянной рукояткой (не касаясь проводов, перерезая каждый провод в отдельности, надев диэлектрические перчатки и галоши).

На напряжении выше 1000 Вольт.

Для отделения пострадавшего от земли или токоведущих частей, находящихся под высоким напряжением, следует надеть диэлектрические перчатки и боты и действовать штангой или клещами, рассчитанными на напряжение данной установки.

На линиях электропередачи, можно прибегнуть к короткому замыканию (наброс и т. п.). При набросе набрасываемый провод не должен коснулся тела спасающего и пострадавшего. Провод, применяемый для заземления следует сперва соединить с землей, а затем набросить на провода, подлежащие заземлению. Следует помнить что линии может сохраниться заряд после отключения, и что обезопасить линию может лишь ее надежное заземление.

д) Оказание первой доврачебной помощи при поражении током: вызвать врача; уложить пострадавшего на спину на твердую поверхность; проверить наличие у пострадавшего дыхания; проверить наличие у пострадавшего пульса; выяснить состояние (широкий зрачок - ухудшение кровоснабжения мозга).

Если пострадавший находится в сознании, но до этого был в состоянии обморока, его следует уложить в удобное положение (подстелить под него и накрыть его сверху чем-либо из одежды) и до прибытия врача обеспечить полный покой, непрерывно наблюдая за дыханием и пульсом. Ни в коем случае нельзя позволять пострадавшему двигаться, так как отсутствие тяжелых симптомов после поражения электрическим током не исключает возможности последующего ухудшения состояния пострадавшего.

Если пострадавший находится в бессознательном состоянии, но с сохранившимся устойчивым дыханием и пульсом, его следует ровно и удобно уложить, распустить и расстегнуть одежду, создать приток свежего воздуха, давать нюхать нашатырный спирт, обрызгивать его водой и обеспечить полный покой и постоянное наблюдение. Одновременно следует срочно вызвать врача. Если пострадавший плохо дышит – очень редко и судорожно (как умирающий), ему следует делать искусственное дыхание и массаж сердца.

При отсутствии у пострадавшего признаков жизни (дыхания и пульса) нельзя считать его мертвым, так как смерть часто бывает лишь кажущейся. В таком состояний пострадавший, если ему не будет оказана немедленная первая помощь в виде искусственного дыхания и наружного (непрямого) массажа сердца, действительно умрет (первую помощь следует оказывать немедленно).

Переносить пострадавшего в другое место следует если продолжает угрожать опасность или когда оказание помощи на месте невозможно.

Пораженного электрическим током можно признать мертвым только в случае наличия видимых тяжелых внешних повреждений.

В промышленности устройства для изготовления пластмассы или холодильных аппаратов нуждаются в постоянном охлаждении. Для этих целей используется специальное оборудование - градирня. Что это такое? Каков механизм действия этого агрегата? Об этом далее в статье.

Общие сведения

Итак, градирня. Что это? С помощью данного оборудования можно охладить воду в больших объемах, используя направленный поток атмосферного воздуха. Такие агрегаты применяются для понижения температуры с помощью расположенных в составе различных систем оборотного водоснабжения. Градирни широко используются в строительстве гражданских объектов. Например, в качестве охлаждения для аварийных электрогенераторов или конденсаторов на холодильных установках.

Классификация

В агрегате горячая вода, поступающая извне, охлаждается до необходимой температуры. Следует помнить, изучая, как действует градирня, что это оборудование бывает многих видов. Поэтому, прежде чем сделать выбор в пользу одной из них, необходимо обратить внимание на следующие факторы:

1. Расход воды.
2. Технические расчеты.
3. Количество снимаемого тепла.
4. Расположения на площадке.
5. Химический состав оборотной и добавочной воды.

Градирни также можно классифицировать на сухие, испарительные и гибридные, в зависимости от требуемой температуры воды, предназначения охлажденной жидкости, а также по способу передачи тепла. В соответствии с областью применения, существуют следующие типы градирен:

Следует помнить также (в тех случаях, когда необходима градирня), что это оборудование, кроме преимуществ, имеет и недостатки. Рассмотрим их подробнее для каждого вида.

Башенные градирни

Агрегаты представляют собой самое эффективное оборудование, которое используется для охлаждения воды в системах с оборотным водоснабжением на промышленных предприятиях. Внутри такого аппарата тяга воздуха формируется естественным путем с помощью вытяжной башни, необходимой для циркуляции охлажденной воды. Объем охлажденной воды в такой градирне в несколько раз превышает тот, которым пользуется предприятие. Высота агрегата может составлять около 200 метров, а общая орошаемая площадь измеряется в 10 000 м 2 . Для охлаждения воды в башенной градирне требуются минимальные затраты. Она очень проста в эксплуатации. Градирню можно разместить в непосредственной близости к промышленному объекту. У данного агрегата есть только три недостатка. Это, в частности, высокая инерционность, сложность сооружения и большие расходы на строительство.

Испарительные агрегаты

Устройство градирни этого вида предусматривает наличие оросителя, двух теплообменников, бака для сбора воды, вентилятора, каплеотделителя, коллекторов разбрызгивающих устройств. У испарительной градирни существует ряд преимуществ. Это и экономия электроэнергии, которая доходит до 80%, небольшой расход материалов, надежность установки, минимальные затраты на ремонт. Срок эксплуатации испарительной градирни составляет около 30 лет. Из недостатков можно перечислить сложность очистки и промывки, нарастание водяного камня на поверхности труб.

Вентиляторные аппараты

Подача воздуха в таких системах производится с помощью одного или нескольких вентиляторов. За счет движения лопастей теплый воздух всасывается через входные окна, тем самым охлаждает воду. Жидкость стекает по стенам в большой резервуар; пары теплого воздуха выводятся в атмосферу с помощью диффузора и уносят с собой мельчайшие капли. Чтобы избежать потери большого объема в верхней части вентиляторной градирни должен быть установлен каплеуловитель. Вентиляторный аппарат позволяет быстро и качественно охладить воду. Такую градирню можно использовать в различных климатических и технических диапазонах. Она легка в эксплуатации и ремонте. Главный недостаток вентиляторной градирни - это большие затраты на электроэнергию.

Открытая градирня

Принцип работы в таких установках основан на естественной конвекции и ветре. Со всех сторон оросительные каналы огорожены жалюзи, которые не допускают вынос воды из бассейна. Открытые градирни в большой степени зависят от ветра. Поэтому не рекомендуется строить такие сооружения возле предприятий, которые нуждаются в сохранении постоянной температуры оборотной воды. Открытые градирни обладают большим охладительным эффектом. Из-за этого они могут быть размещены на крышах зданий или в качестве систем для кондиционирования. Открытые градирни работают с минимальными затратами электроэнергии. Но зато они нуждаются в высокой инерционности и больших площадях.

Сухие аппараты

В таких установках вода охлаждается воздушным путем при помощи нескольких теплообменников, и клапанов для слива. В качестве используются воздушные фильтры и насосы. Стенки радиатора передают тепло за счет теплопроводимости и конвекции. Вода внутри сухой градирни охлаждается при помощи атмосферного воздуха, который подается маломощным вентилятором, что предполагает экономию электроэнергии. Сухие агрегаты редко используются из-за малой глубины охлажденной воды. Радиатор, состоящий из алюминиевых и стальных трубок, выполняет задачу оросителя. Вода полностью изолирована от атмосферного воздуха, так как циркулирует только по закрытому контуру. Сухие градирни стоят в несколько раз дороже обычных. Но зато они не повышают влажности в атмосфере и не загрязняют ее химическими отходами.

Гибридные агрегаты

Такие установки предназначены для сухого и мокрого Для этого используется технология экологического отвода тепла в атмосферу. Башня и вентиляторы, которые расположены по всему периметру, охлаждают воду в сухой градирне. В такой установке сочетаются две или более секций теплообмена или различных поверхностей. в данном типе градирни происходит между воздухом через стенку и оборотной водой. При жарких климатических условиях воздух, предназначенный для охлаждения воды, заранее проходит предварительное увлажнение. А при низких температурах подается сухой воздух из атмосферы.