Обмерзание градирен зимой. Почему происходит и как бороться?


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:

обмерзание градирен✓ 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.

обмерзание градиренМинусы: 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.

обмерзание градирен


 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.

обмерзание градирен


✓ 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.


обмерзание 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).

обмерзание градирен


Однако, решения по борьбе с обледенением вентиляторов – есть:

обмерзание градирен✓ 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.

обмерзание градирен✓ 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.

обмерзание градирен✓ 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).

обмерзание градирен


 ✓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.

обмерзание градирен✓ 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).

обмерзание градирен


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).


Источник информации: https://kazenergy.kz
Размещено: 06 мая
Просмотров: 255