Вот вырезка, касающаяся проектирования мокрых градирен (из руководства по проектированию на тепловых насосах):
"Проблемы с водой подразделяются на три основные категории:
1. Образование накипи — минеральные отложения, образующиеся в результате кристаллизации или выпадения солей, растворенных в воде. Отложения создают изоляционный слой, уменьшающий степень теплопередачи, и затрудняющий циркуляцию жидкостей из-за повышения сопротивления трубопроводов.
2. Коррозия — разложение металла, вызванное поглощением газов из воды и воздуха. Коррозия может происходить в любом металлическом компоненте системы.
3. Образование органических загрязнений — слизь и водоросли, которые образуются при определенных условиях окружающей среды, и могут уменьшать степень теплопередачи, посредством формирования изоляционного слоя, а также могут способствовать развитию точечной коррозии.
Характеристики воды: Компоненты воды, или содержащиеся в воде примеси, могут быть классифицированы на растворённые в воде вещества, жидкости или газы, а также взвеси. Фильтрация удаляет взвеси, но не растворенные вещества. Выявление возможных проблем требует проведения анализа источника воды, а так же анализа температур в различных точках системы. Характеристиками воды, важными в нашем случае, являются:
1. Водородный показатель (pH), используемый для выражения степени кислотности или щелочности. Нейтральная вода имеет pH, равный 7,0. Значения 7,0 - 14,0 в большей мере относятся к щелочности, а значения 7,0 - 0 – к кислотности. Показатель pH ниже 7,0 способствует развитию коррозии оборудования. В воде с высоким pH (выше 7,5 - 8,0), более активно образуются кальциево-карбонатные отложения.
2. Щёлочность — суммарное содержание в воде карбонатов, бикарбонатов, и гидратных ионов. К щелочности также могут частично добавляться другие ионы, например фосфаты, или силикаты. В общем случае, щелочность определяет способность воды к нейтрализации кислоты. Склонность воды к накипеобразованию определяется прежде всего ее щелочностью.
3. Жёсткость воды — Суммарное содержание в воде солей кальция и магния, которое также может включать алюминий, железо, марганец, стронций, или цинк. Измеряется и выражается в промилле (ppm). Карбонаты и бикарбонаты кальция и/или магния способствуют развитию карбонатной жёсткости (временной). Остаточная жесткость, известная как некарбонатная (временная) жесткость, появляется из-за наличия сульфатов, хлоридов, и/или нитратов кальция и/или магния. Из-за того, что растворимость некарбонатной жесткости превышает растворимость карбонатной жесткости примерно в 70 раз, проведение водоподготовки для ликвидации некарбонатной жесткости не столь важно в системах кондиционирования воздуха.
Удельная электропроводность — Мера электропроводности воды, выраженная в микроОм на кубический сантиметр. Этот показатель характеризует склонность к гальванической коррозии.
Водоподготовка — Все водяные системы и подсистемы с тепловыми насосами требуют проведения водоподготовки. Вид и объем водоподготовки требует оценки количества и типов водяных контуров, конструкционных материалов, температур, и проведения анализа воды. Каждый тип водяного контура требует отдельного подхода.
1. Проведение первоначальной очистки во всех системах — проведение первоначальной очистки и промывки является первым важным этапом при запуске системы. Рекомендуются процедуры, описанные в Справочнике ASHRAE Handbook за 1976 год, стр. 15.22.
2. Системы с замкнутой циркуляцией — Такие системы обычно не требуют проведения водоподготовки для предотвращения образования накипи, и применения бактерицидов для контроля за образованием слизи и водорослей.
Системы с замкнутым контуром могут требовать контроля коррозии. Проводимая водоподготовка должна обеспечить защиту от электрохимической коррозии из-за пар «медь-сталь». Используемые методы включают применение:
a) нитрата натрия, бората, и органических ингибиторов
b) нитрата натрия, бората, и силиката
c) контроля pH при высоком содержании хромата
d) контроля pH и сульфитов
e) полифосфата и силикатов
f) контроля щелочности, содержания фосфатов и сульфитов.
Из-за разброса качества используемой воды, трудно высказываться за или против любого метода, однако, при выборе ингибитора следует учитывать токсичность и способность некоторых ингибиторов (в частности, хроматов) оставлять пятна. Свяжитесь с местной водоочистной компанией по поводу соответствующих рекомендаций.
Нитрит-натриевый ингибитор совместим с раствором этиленгликоля, иногда используемого в северном климате или в подсистемах с контурами, использующими солнечную энергию. Следует учитывать первоначальную химическую подготовку замкнутых систем, обеспечивая собственника возможностью проведения дополнительной водоподготовки, а также проведения контроля и мониторинга указанных систем.
Даже незначительные утечки воды в насосах или штоках клапанов могут потребовать значительной подпитки в течение длительного времени. Такая подпитка осложняет контроль за водоподготовкой.
Использование диэлектриков не имеет смысла в хорошо подготовленных системах. Применение соответствующего ингибитора коррозии делает использование диэлектриков излишним, и не приносящим экономии пользователю.
3. Система с открытой рециркуляцией — Такая система не рекомендуется к применению в устройствах водяных тепловых насосов. Постоянная зависимость от атмосферных условий повышает склонность этой системы к образованию отложений, коррозии, слизи и водорослей.
На работу и срок службы устройств тепловых насосов, может неблагоприятно повлиять их подсоединение к системе с открытой рециркуляцией.
Если в градирне с замкнутым контуром необходимо предусмотреть отстойник, являющийся системой с открытой рециркуляцией, то потребуется проведение водоподготовки.
Вода, циркулирующая в контуре градирни, и соприкасающаяся с воздухом, может собирать примеси и загрязнения воздуха, проходящего через градирню. Концентрация примесей быстро растет, и, если ее не контролировать, может вызвать образование отложений, слизи, или коррозии, уменьшая эффективность охлаждения, или сокращая срок службы оборудования. Концентрацию примесей можно уменьшить, сливая часть воды из поддона. Для этой цели служит сливной трубопровод, установленный на выходе насоса мокрой градирни (в разных модификациях градирен место размещения сливного трубопровода может меняться).
При хорошем качестве воды, скорость слива может составлять половину от скорости испарения. В иных случаях, может потребоваться скорость слива, равная скорости испарения. Для выведения мощности в 1 кВт в градирню необходимо подавать на испарение 1,6 л/час воды (в реальности меньше, так как часть тепла будет выведена явным переносом тепла). Потребление воды подпитки в зависимости от качества воды может составлять от 2,6 до 3,9 л/час на кВт.
Недостаточный слив при экстремальных режимах работы градирни может привести к увеличению концентрации примесей, и стать причиной образования отложений и коррозии. Обязательной рекомендацией в таком случае является проведение химической обработки воды поддона. При выборе метода обработки должны учитываться: химическая совместимость с оцинкованной сталью, а также поддержание уровня pH в воде поддона от 6,5 до 8,5.
Самым простым способом обеспечения защиты от образования отложений и коррозии, а также предотвращения роста микроорганизмов, является установка автоматической системы введения в резервуар жидких кондиционирующих присадок. Альтернативным методом контроля является размещение в резервуаре соответствующих брикетов, в количестве, пропорциональном расходу воды; при этом способе требуется периодическое добавление указанного материала для поддержания его необходимой концентрации. Выбор подходящего метода водоподготовки требует консультации с соответствующими специалистами, знающими местные условия.
4. Прямоточная система — Такая система в качестве использует проточную воду в и качестве источника низкопотенциального тепла, и в качестве теплоотвода. Источником воды может быть городской водопровод, озеро, река, или скважина. Иногда эта система используется только как теплоотвод. В любом случае рекомендуется использовать разделительный теплообменник между прямоточной системой и контуром. Если предполагается использовать проточную воду для обогрева, контур ТНУ должен быть заполнен антифризом, т.к. чтобы охладить воду до +2 °С, в теплообменник нужно подавать антифриз с температурой приблизительно -1 °С.
В прямоточной системе (до теплообменника) часто, имеет место проблема образования отложений или коррозии. Иногда, частая очистка оборудования оказывается дешевле масштабной водоподготовки. Так же рекомендуется применение коррозионно-стойких материалов.
Вода из водопровода или из скважины, в отличие от воды из озера или реки, редко создает проблемы с образованием слизи и водорослей."
1.15. Проектирование градирни с закрытым контуром (традиционная система)
1. Общая информация: закрытая градирня отличается от обычной тем, что охлаждаемая вода циркулирует по закрытому теплообменнику внутри градирни, никогда не подвергаясь атмосферному воздействию. Теплосъем испарением производится путем орошения через распылители замкнутого теплообменника. Вода закачивается из открытого поддона, и градирня имеет свой циркуляционный насос.
2. Выбор: Выбор градирни определяется требованиями к теплоотводу, рассчитанными в п.1.6.
3. Управление производительностью:
a) Частотные преобразователи в цепи привода вентилятора обеспечивают плавное управление производительностью. Датчик температуры управляет частотным преобразователем, чем выше температура – тем выше мощность вентилятора. Поддержание постоянной температуры воды в любых условиях нагрузки обеспечивает отличное управление в зимних условиях. Уменьшение потока воздуха сопровождается кубическим уменьшением мощности двигателя вентилятора.
b) Цикличность работы вентилятора обеспечивает другой способ управления производительностью. Термостат периодически включает и выключает двигатель вентилятора. Точность управления увеличивается при наличии нескольких вентиляторов охлаждения за счет увеличения количества ступеней регулирования.
c) Распылительный насос начинает работу каждый раз, когда наружная температура превышает 0°C, и воздух от вентиляторов не может обеспечить достаточную производительность.
4. Работа в зимних условиях: Уязвимость градирен с закрытым контуром в отношении замораживания может привести к сложной замене дорогого и большого стального теплообменника внутри градирни. Рекомендуется соблюдать следующие условия:
a) Предусмотреть верхнее вентиляционное отверстие, закрываемое при остановке вентилятора (створки с приводом).
b) Полностью изолировать кожух и поддон градирни изоляцией толщиной не менее 50мм.
c) Контролировать температуру воды в теплообменнике градирни.
d) Обеспечить изоляцию и электроподогрев трубы на открытых участках, включая распылительные насосы и трубопроводы. В холодном климате распылительные насосы рекомендуется устанавливать в теплом помещении, ниже градирни.
e) Минимизировать наружные участки трубопроводов.
f) Предусмотреть электрообогрев поддона, или устроить в поддоне циркуляцию воды из контура, для поддержания температуры поддона на уровне +5 °С.
5. Очистка распыляемой воды: Долговечность работы испарителя градирни зависит от качества водоочистки, которая определяется состоянием воздуха и воды в месте установки градирни. Проконсультируйтесь с опытными местными специалистами относительно правильной организации водоочистки.
6. Слив и добавочная вода: Испарители градирни потребляют 1,6 литра воды в час на кВт выведенного тепла, если не учитывать явное охлаждение. Если заменять только это количество воды, концентрация примесей вскоре будет неблагоприятно влиять на градирню. Для предотвращения этого явления, следует дополнительно сливать из устройства 1,6 литра воды в час на кВт. Таким образом, требуется подпитка в количестве ~3,2 литра в час на кВт, или примерно 2,5% от общего расхода циркулирующей воды в оросительном контуре. Этот расход указан для самого неблагоприятного случая. Более подробно вопрос подпитки и методы уменьшения потребления воды рассмотрены в главе 4, «Водоподготовка».
7. Местоположение: Это главный фактор, который следует учитывать. В первую очередь следует учитывать архитектурную совместимость и несущую способность конструкций. Обычная удельная нагрузка градирни – от 200 до 500 кг/м2. Другими характеристиками, не такими очевидными, являются:
a) Шумность: В некоторых городах введены нормы, регламентирующие уровень шума, и в технических условия часто задается уровень звукового давления. Запросите у производителей паспортные данные по октавному звуковому давлению, создаваемому охладителями. Один из эффективных способов борьбы с шумом – установка акустических экранов (например, стен из кирпича) с одной или нескольких сторон от градирни.
b) Образование пара: Если температура точки росы окружающего воздуха ниже точки росы воздуха, выходящего из градирни, на выходе градирни будет наблюдаться водяной пар. Образование пара можно в значительной степени уменьшить или убрать вовсе, если управлять производительностью вентиляторов и распылительного насоса по показаниям датчиков влажности и температуры наружного воздуха и воздуха на выходе из градирни, т.е. используя систему автоматики.
c) Вероятность рециркуляции: Вентиляторы охладителей прогоняют большие объемы воздуха, и их входы и выходы требуют такого же внимания, как и любой вентилятор. Для обеспечения достаточной подачи воздуха, вокруг устройства должно быть достаточно свободного и беспрепятственного пространства. При установке градирни около стен или в замкнутом пространстве, следует внимательно проанализировать вероятность рециркуляции воздуха, снижающей производительность градирни.
d) Вероятность загрязнения градирни: Избегайте размещения градирни около или по ветру от вытяжных труб и мусоросжигателей, во избежание попадания загрязнений на теплообменники градирни, их засорения и создания препятствий теплопередаче.
e) Постарайтесь избегать размещения градирни с ориентацией входа вентилятора в сторону преобладающих зимних ветров, в целях минимизации зимних теплопотерь градирни.
f) Наружная установка в холодном климате приводит к теплопотерям градирни. Для их уменьшения рекомендуется поддерживать минимальную температуру воды в градирне, но не ниже +5°C. При этом нельзя уменьшать расход в контуре градирни, т.к. это может вызвать замерзание плохо утепленных частей.
g) Мощность дополнительного подогревателя при скорости ветра 20 м/с, и разности температур между температурой наружного воздуха и температурой воды 33°C, равна:
Табл.1.5
Степень подготовки градирни
к эксплуатации в зимних условиях Теплопотери, кВт на кВт мощности градирни Приблизительное снижение температуры воды при проходе через градирню, °C
Закрывающиеся заслонки, теплоизоляция заслонок и корпуса градирни 0,031 0,14
Только закрывающиеся заслонки. 0,049 0,24
Без заслонок и без изоляции. 0,14 0,72
Форум