Охлаждающая вода не должна вызывать коррозию конструкционных материалов трубопроводов, теплообменников и отдельных сооружений, элементов градирен, выполненных из углеродистых сталей других материалов.

По внешним признакам различают общую и местную формы коррозионных повреждений. Общая коррозия носит равномерный характер и распространяется по всей поверхности металла. Местная коррозия вызывает разрушение лишь на отдельных участках металла и может быть язвенной (питтинговой), точечной и в виде пятен.

Одной из причин коррозии металлов является их термодинамическая неустойчивость в различных средах, в том числе и водных. В процессе коррозии металлы переходят в оксиды, которые термодинамически более устойчивы по сравнению с чистыми металлами. Коррозионные процессы не могут быть полностью предотвращены, поэтому для обеспечения надежной работы оборотных систем необходимо, чтобы она протекала равномерно с невысокой интенсивностью. Такие условия можно создать, совместно решая задачи рационального аппаратурного оформления охлаждающих систем и выбора соответствующих конструкционных материалов.

В процессе эксплуатации охлаждающих систем разрушение металла происходит в основном под действием электрохимической коррозии, что приводит к переходу значительных количеств продуктов коррозии в циркуляционную воду. На интенсивность коррозии существенное влияние оказывают величина рН оборотной воды и содержание в ней растворенного кислорода. В щелочной среде при значениях рН > 8 коррозия углеродистой стали уменьшается вследствие образования на поверхности металла плотной нерастворимой пленки гидроокиси. При пониженных значениях рН в присутствии свободной агрессивной углекислоты происходит растворение защитных карбонатных и окисных пленок. Экспериментально установлено, что скорость коррозии малоуглеродистой стали, являющейся основным конструкционным материалом теплообменного оборудования, усиливается с ростом концентрации сульфатов и хлоридов в оборотной воде. При увеличении содержания сульфатов с 50 до 2500 мг/л скорость коррозии стали увеличивается в два раза. Повышение концентрации хлоридов в присутствии небольших количеств сероводорода, аммиака, нитритов приводит к разрушению латунных конденсаторных трубок в результате их обесцинкования.

С увеличением скорости движения воды интенсивность коррозии возрастает, однако в дальнейшем более равномерное распределение кислорода по поверхности металла способствует его пассивации. При более высоких скоростях потока и наличии в воде взвешенных веществ и абразивных примесей происходит механическое разрушение защитных пленок.

Повышение концентрации растворимых солей в оборотной воде приводит к увеличению электропроводности воды и активизации коррозионных процессов; причем в мягкой воде, содержащей растворенный кислород, коррозия конструкционных материалов значительно выше, чем в жесткой воде аналогичной минерализации, что вы­звано меньшей буферной емкостью мягких вод. В отсутствии ингибиторов предельное солесодержание оборотной воды не рекомендуют допускать выше 2 кг/м3, хотя иногда минерализация оборотной воды превышает эту величину и достигает 3 кг/м3.

Из сопоставления требований к качеству воды в охлаждающих системах оборотного водоснабжения следует, что, несмотря на значительное расхождение по отдельным позициям, в целом показатели близки[4].

1.6. Оборудование, применяемое для охлаждения воды

1.6.1. Градирни

Градирни используются в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды, и, как правило, проектируются по типовым и индивидуальным проектам, разработанным специализированными организациями.

Охладительный эффект градирен возрастает с увеличением контакта воды с воздухом, который достигается различными способами.

По принципу охлаждения воды градирни могут быть испарительными и поверхностными.

По способу подвода воздуха к охлаждаемой воде испарительные градирни подразделяют на три основные группы:

- открытые или атмосферные, поступление воздуха в которые происходит продувкой их ветром и естественной конвекцией;

- башенные имеющие естественную тягу воздуха за счет разности плотностей наружного воздуха и нагретого влажного воздуха внутри градирни;

- вентиляторные, движение воздуха в которых происходит за счет тяги, создаваемой вентиляторами.

К поверхностным относятся радиаторные (так называемые «сухие» градирни), охлаждение воды в которых происходит через стенку радиаторов. Движение воздуха в этих градирнях обеспечивается либо вентиляторами, либо за счет тяги, создаваемой башней.

Большинство испарительных градирен, несмотря на разнообразие конструкций, имеют ряд общих элементов. К ним относятся: водораспределительные системы, оросительные устройства, водоуловители, сборные резервуары [4].

1.6.2. Водораспределительные системы

Водораспределительная система предназначена для равномерного распределения охлаждаемой воды по поверхности орошения градирни, в результате которого создается необходимая поверхность водного потока, определяющая его охлаждающую способность. Распределение воды может осуществляться как по напорной, так и безнапорной схемам.

Первая представляет собой систему трубопроводов, выполненную из металлических или асбестоцементных труб, которые оборудованы разбрызгивающими соплами. Подвод воды в систему напорного водораспределения (рис. 1) осуществляется подводящим водоводом 6 к стояку 1, По коллекторам 2 и 3 вода поступает в периферийную и центральную зоны орошения, а затем по распределительным трубопроводам 5 подводится к соплам 4. На концах распределительных линий устанавлива­ют «промывные» сопла 7.

Рис. 1. Схема напорного водораспределителя

Установка разбрызгивающих сопел осуществляется двумя способами: направленными вниз факелами и направленными вверх факелами. В первом случае расстояние от сопла до оросителя принимается равным 0,8—1 м, о втором 0,3—0,5 м. Для уменьшения опасности засорения, как правило, применяют эвольвентные сопла и ударные отражатели.

Рис. 2. Насадок (а) и тарелочка (б) для безнапорных систем водораспределения градирен

Напор перед соплом поддерживают в пределах 1—3,5 м. Водораспределение осуществляют таким образом, чтобы была возможность отклю­чать отдельные части системы, что необходимо для перераспределения плотностей орошения в зимнее время. С этой целью подводящие трубопроводы с установленными на них задвижками прокладывают в две-три нитки (см. рис. 1).

При безнапорной системе водораспределения вода к разбрызгивающим устройствам поступает по лоткам. Разбрызгивание воды в безнапорных системах осуществляется обычно с помощью гидравлических насадок и тарелочек (рис. 2). Тарелочки устанавливаются под соплами.

Гидравлический расчет напорных систем заключается в определении диаметров труб и напора воды в начале системы. Расчету предшествуют определение типа и размеров разбрызгивающих сопел, их числа, разработка схемы расположения трубопроводов. Скорость движения воды в трубопроводах принимают в пределах 1,5—2,0 м/с. Гидравлический расчет лотков обычно не производят.

Поперечное сечение их устанавливают по расходу сливных трубок или по конструктивным соображениям. Скорость движения воды принимают в магистральных лотках 0,8 м/с и распределительных до 0,4 м/с.

(8)

Для обеспечения равномерного распределения воды при гидравлическом расчете систем водораспределения должно выдерживаться условие

,

где qmax, qmin, qср — соответственно максимальная, минимальная и средняя производительность разбрызгивающих устройств.

С целью интенсификации процесса охлаждения иногда применяют дифференцированное распределение воды с уменьшением плотности дождя к центру, что достигается применением гидравлических насадков или сопел различных диаметров либо изменением расстояния между ними.

Расстояние между тарелочками или соплами определяется из условия равномерного дождя. Для проведения трудоемких гидравлических расчетов совместного действия разбрызгивающих устройств существуют программы расчета на ЭВМ.

В отечественной и зарубежной практике уделяется большое внимание распределительным системам без разбрызгивания воды. Распределение воды без разбрызгивания осуществляется благодаря пуску ее через треугольные лотки с боковыми отверстиями, фильтрации через слой пористого материала, пропуску воды через щели с регулируемой шириной и др. Эти системы эффективно работают в условиях дефицита свежей воды [4].

1.6.3. Оросительные устройства

Направление движения воздуха по отношению к охлаждаемой воде в оросительных устройствах градирен может быть противоточным и поперечным. Оросительные устройства служат для создания необходимой поверхности охлаждения. Они могут быть:

- пленочного типа, теплоотдача в которых происходит главным образом с поверхности капель воды;

- пленочного типа, теплоотдача в которых происходит с поверхности водяной пленки, образующейся на щитах оросительного устройства;

- капельно-пленочного типа, теплоотдача в которых происходит как с поверхности капель, так и с поверхности пленки.

Рис. 3. Конструкции капельных оросителей из прямоугольных (а-е) и треугольных (ж, з) брусков

Капельный ороситель (рис. 3, размеры даны в мм) выполняется из деревянных реек прямоугольного или треугольного сечения, которые располагаются в определенном порядке, обеспечивающем их смачивание охлаждаемой водой и возможно меньшее аэродинамическое сопротивление воздуху. При падении капель с реек верхнего яруса оросителя на нижний образуются факелы мелких брызг, создающие большую поверхность соприкосновения с воздухом, часть воды стекает. Вода при плотности орошения до 1,4 кг/(м2×с) стекает с одной рейки на другую в виде капель.

Оросители из трехгранных реек имеют хорошие гидравлические и аэродинамические показатели, но сложны в изготовлении. Наиболее широко применяются оросители из прямоугольных брусков.

Пленочный ороситель выполняют из щитов (доски толщиной 10 мм), установленных вертикально или под углом 85° на расстоянии 30-40 мм друг от друга в несколько ярусов (рис. 4). Вода, стекая по щитам, образует пленку толщиной 0,3—0,5 мм.

Рис. 4. Пленочные оросители из деревянных брусков

Пленочные оросители могут выполняться из асбестоцементных листов (рис.5) и полимерных материалов (рис.6). Существуют ячеистые оросители, которые могут выполняться из взаимно перекрещивающихся досок, поставленных на ребро и образующих в плане ячейки. Эти оросители могут быть изготовлены также из пластмассы.

На величину поверхности охлаждения пленочных оросителей сильно влияет смачиваемость щитов. Хорошее смачивание имеют оросители из нестроганых досок и асбестоцемента. Щиты из пластмасс, обладающие гидрофобными свойствами, смачиваются неполностью до момента образования карбонатной пленки.

Капельно-пленочный ороситель выполняют как в виде комбинации из решетника и щитов пленочного типа, так и в виде щитов пленочного типа с увеличенными разрывами между досками (рис. 7).

Рис. 5. Пленочные оросители из асбестоцементных листов

а — асбестоцементные двухъярусные с наклонными листами; б — асбестоцементные двухъярусные с вертикальными листами; в — плоские асбестоцементные листы в один ярус

При протекании воды с доски на доску образуются факелы разбрыз­гивания, повышающие теплоотдачу. Оросители этого типа обладают лучшим эффектом охлаждения, чем капельный, но имеют более высокую стоимость, однако эта стоимость ниже стоимости пленочного оросителя. Примене­ние капельно-пленочного оросителя в совокупности с противоточным движением воздуха позволяет увеличить гидравлическую нагрузку в 1,5—2 раза по сравнению с капельным оросителем, что приводит к повышению произ­водительности градирни.

Рис. 6. Пленочные оросители из пластмасс

а — сотоблочный; б — из перфорированного листа; в — из гофрированного листа; г — из волнистого листа

Рис. 7. Капельно-пленочный ороситель из деревянных брусков

Пленочный ороситель применяют для устойчивого и глубокого охлаждения воды, а также в условиях жаркого климата с расчетной температурой воздуха по влажному термометру выше 21°С. Его использование позволяет уменьшить площадь градирни на 30-40 % по сравнению с капельным оросителем той же производительности что является важным преимуществом при строительстве градирен на застроенной территории.

Выбор типа оросителя зависит также от химико-физического состава охлаждаемой воды. Наличие в воде жиров, смол нефтепродуктов, а также взвешенных веществ препятствует применению пленочных оросителей, так как может происходить засорение пространства между стоящими рядом щитами. В этом случае наблюдается плохая смачиваемость щитов и происходит ухудшение охлаждения воды. В таких условиях применяются ка­пельные оросители или они не применяются вообще.

Плотность орошения для капельных оросителей башенных градирен обычно принимается равной не менее 0,8 кг/(м2×с), для пленочных— 1,4 кг/(м2×с). Для вентиляторных градирен плотность орошения ориентировочно может быть принята: при пленочном оросителе 2,2— 3,3 кг/(м2×с), капельном оросителе 1,7—2,2 кг/( м2×с) и брызгальном 1,4—1,7 кг/( м2×с) [4].

1.6.4. Водоуловительные установки

Вынос капель из градирен вызывает потери воды в системах водоснабжения промышленных предприятий, На некоторых предприятиях вынос недопустим по санитарным соображениям и для охраны окружающей среды.

Учитывая, что размеры, мощность и число градирен на промышленных площадках непрерывно возрастают, количество уносимой из них воды весьма велико. С целью уменьшения ее выноса над водораспределителями градирен устанавливают водоуловители, что позволяет снизить вынос воды из градирни до 0,05—0,2 % расхода оборотной воды.

Из применяемых водоуловителей наиболее распространены водоуловители, выполняемые из двух рядов наклонных досок (рис. 8, а) и из волнистых асбоцементных листов (рис. 8, б).

Установка водоуловителя в некоторой степени увеличивает аэродинамическое сопротивление градирен, которое зависит от ряда факторов: степени заполнения живого сечения водоуловителя лопатками, наклона, формы, их взаимного расположения, материала.

Рис. 8. Типы водоуловителей для градирен

Рис. 9 Схемы расположения водоуловителей в градирнях (стрелками указано направление наклона лопаток)

Наличие водоуловителя в градирне приводит к неравномерности распределения потока воздуха перед вентилятором, что может привести к снижению КПД вентиляторной установки. На рис. 9 приведены рекоменду­емые схемы расположения водоуловителей, позволяющие выравнивать поток воздуха.

Применение водоуловителей из волнистого полиэтилена позволяет исключить недостатки рассмотренных конструкций. Их аэродинамическое сопротивление ниже сопротивления деревянных и асбестоцементных водоуловителей [4].

1.6.5. Вентиляторные градирни

Вентиляторные градирни применяют в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды, при необходимости маневренного регулирования температуры охлажденной воды, автоматизации для поддержания заданной температуры охлажденной воды или охлаждаемого продукта, а также при необходимости сокращения объемов строительных работ.

Сооружение вентиляторных градирен дешевле башенных на 50—80% и брызгальных бассейнов на 30—50%. В сравнении с башенными градирнями они работают при более низких напорах воды, однако для привода венти­ляторов необходим значительный расход электроэнергии, а сами вентиляторы и их приводы нуждаются в постоянном уходе и ремонте.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9