Градирня — инженерное устройство для отвода избыточного тепла из оборотной воды. Тёплый поток подаётся наверх, дальше жидкость дробится форсунками на мелкие капли. При контакте с восходящим воздухом часть влаги испаряется, забирая теплоту испарения. Охлаждённая вода возвращается в технологический контур, а тёплый влажный воздух выбрасывается через оголовок.
Содержание:
Физика охлаждения
Передача тепла идёт сразу по трём каналам: испарение, конвекция, излучение. Главная доля приходится на фазовый переход воды. Скорость процесса зависит от разницы температур по точке росы, площади контакта фаз, скорости воздушного потока, солесодержания и распределения капель. Правильная насадка удерживает каплю в активной зоне дольше, снижая расход оборотной воды. Для минимизации потерь дрифта применяются каплеулавливатели.
Классификация конструкций
По тяге выделяют естественную, механическую и гибридную схемы. Первая опирается на дымовую тягу: высокая бетонная труба формирует устойчивый восходящий поток без вентиляторов. Механическая схема создаёт поток с помощью осевых или центробежных машин, корпус выполняется из металла, стеклопластика либо древесины. Гибридная башня сочетает форсированный и свободный поток, снижая габариты и шум. По гидравлике различают открытый и закрытый контур. В открытом варианте вода контактирует с воздухом напрямую. В закрытой башне внутри оребрённых труб циркулирует технологическая среда, а снаружи проходит разбрызгиваемый вторичный поток. Такой формат устраняет попадание пыли и выводит обслуживание на внешний контур. Периодически применяются сухо-мокрые системы: зимой они работают по сухому принципу, летом включают орошение труб.
Выбор и обслуживание
При подборе рассматривают тепловую нагрузку, температуру мокрого термометра, доступную площадку, ограничение по шуму, объём перекачиваемой воды, стойкость материалов к коррозии, стоимость электроэнергии. Для районов с холодной зимой предусматриваются пароотсосы, спринклерное обогревание лотка или заслонки для сокращения потока воздуха.
Служба градирни зависит от химической обработки воды. Жёсткость ведёт к отложению карбонатов, поэтому дозируется фосфонатный или полимерный ингибитор. При высоком pH вводятся органофосфаты либо серная кислота, при низком — известковая щёлочь. Для подавления бактериального обрастания периодически вносят окислительный и неокислительный биоциды. Раз в смену оператор контролирует проводимость и уровни реагентов, сверяя данные с автоматикой солеудаления.
Еженедельный обход охватывает форсунки, наслоение шлама, работу вентиляторов, вибрацию подшипников. Ежегодное регламентное окно предполагает снятие вентиляторного колеса, притирку лопастей, чистку каплеулавливателей, ревизию редуктора, обновление антикоррозийного покрытия конструкции. При грамотном цикле ухода бетонная башня служит более тридцати лет, стеклопластиковая — около двадцати, а деревянная — пятнадцать сезонов. Температура оборотной воды остаётся в допускаемом диапазоне, оборудование предприятия работает без перегрева.
Градирня выводит излишки тепла из технологических циклов электростанций, нефтехимических комплексов, металлургических агрегатов, холодильных установок. Испарение части оборотной воды понижает её температуру и возвращает ресурс в контур, снижая потребление свежей воды и энергозатраты.
Принцип работы
Принцип основан на чередовании процессов испарения и конвекции. Падающая через ороситель плёнка воды разбивается на капли, обтекается восходящим либо горизонтальным воздушным потоком. Испарившаяся фракция уносит скрытую теплоту, а оставшаяся охлаждённая фаза собирается в приёмный бассейн.
Воздух поступает естественной тягой через диффузор башенной конструкции либо механическим нагнетанием. Индуцированный вариант использует вытяжные вентиляторы, форсированный — нагнетающие. Комбинация обоих методов встречается при специфичных режимах, когда проводятся переключения между низким и высоким расходом.
Эффективность определяют температура мокрого термометра, разница между входящей и выходящей водой, конструктивные характеристики насадки, коэффициент орошения, чистота поверхности теплообмена. Достаточная контактная площадь и однородное распределение капель поддерживают заданный теплогидравлический режим.
Типы градирен
Башенные сооружения естественной тяги выделяются гиперболоидным контуром из железобетона высотой сто пятьдесят метров и выше. Тёплый воздух устремляется вверх, формируя мощный восходящий поток, благодаря которому установка функционирует без вентиляторов даже при штилевых условиях.
Механические градирни строятся из стального каркаса и композитных панелей. Индуцированныхй тип размещает вентилятор поверх насадки, тем самым снижая рециркуляцию. Форсированный вариант держит вентилятор у нижней кромки, создавая избыточное давление в корпусе. Компактность и гибкость конфигурации упрощают интеграцию в стеснённое пространство.
Закрытый контур отделяет процессную жидкость от окружающей среды трубным теплообменником, исключая загрязнение. Гибридные площадки сочетают испарительный и сухой режимы, сокращая потребление оборотной воды при низкой влажности. Плёночное испарение используется лишь в пиковые часы, что даёт экономический выигрыш.
Требования к эксплуатации
Вода в оборотном цикле испытывает испарительные потери, концентрация солей растёт, формируя отложения. Система продувки, автоматический контроль электропроводности и дозирование ингибиторов держат жёсткость, щёлочность, pH в нормативных пределах. Биологическая обработка подавляет развитие Legionella, водорослей, слизистых колоний.
Операторы фиксируют температуру воды на входе и выходе, статическое давление вентиляторов, уровень вибрации опорно-поворотных узлов, плотность капельного выброса, акустические параметры. Отклонение тренда сразу отражается в диспетчере, что обеспечивает раннее вмешательство.
Планово-предупредительная система включает ежесуточный осмотр бассейна и водосточных лотков, ежемесячную промывку капельуловителей, сезонный демонтаж и очистку оросителя от карбонатных корок, регулярную замену сальников, смазку редуктора, балансировку рабочего колеса.
Персонал применяет антикоррозионные трапы, ограждения, привязи, чтобы исключить падение при обходе. Перед обслуживанием ввентилятор блокируется, питающий кабель отключается, выполняется принудительное проветривание. По санитарным нормам производят разборные фильтрации аэрозольных образцов для исключения вспышек легионеллёза.
Российское законодательство регламентирует концентрации аэрозольного увода, шум, химический сброс. При проектировании опираются на СП 60.13330, СанПиН 2.2.4.3359 и НПБ 88-2001. Периодическая паспортизация сооружения подтверждает несущую способность железобетона, пригодность вентиляционного оборудования.
При реконструкции ставят насадку с ячеей меньшего шага, заменяют дренчерные системы на оросители с соплом переменного угла, монтируют частотный привод, устанавливают уловитель тумана новой геометрии. Совокупные меры снижают расход электроэнергии и увлажнение прилегающей территории.
Грамотно спроектированная и обслуживаемая градирня поддерживает стабильный тепловой режим производства, повышает ресурс критичного оборудования и удовлетворяет экологические нормы даже при интенсивной эксплуатации.
