Охлаждение градирней

Когда говорят про охлаждение градирней, многие представляют себе просто большую бетонную или пластиковую башню, из которой валит пар. На деле, это целая система, где мелочей не бывает. Частая ошибка — считать, что главное это сама градирня, а не то, как она интегрирована в технологический цикл. У нас на одном из объектов под Казанью как раз была история, когда привезли отличную по паспорту вентиляторную градирню, а она не выходила на расчетную температуру охлажденной воды. Оказалось, проектировщики не учли специфику местной воды — жесткость зашкаливала, и теплообменные поверхности оросительного блока начали зарастать карбонатами буквально за сезон. Пришлось на ходу думать про систему водоподготовки, что сильно удорожило проект. Вот тебе и просто ?башня?.

Основной принцип и где кроются подводные камни

Суть-то вроде проста: вода, нагретая в процессе, разбрызгивается внутри башни, встречается с потоком воздуха, отдает ему тепло и охлаждается за счет испарения части этой самой воды. Но вот этот ?поток воздуха? — уже целая наука. Есть градирни с естественной тягой, есть с вентиляторной. Вторые, конечно, эффективнее и компактнее, но вентилятор — это двигатель, это энергопотребление, это шум и главное — точка отказа. Помню, на химическом предприятии, с которым мы сотрудничали, встала целая линия из-за выхода из строя подшипников на вентиляторе главной градирни. Запасных нет, ждать неделю. Технологи пошли на вынужденный простой, а это миллионы убытка. После этого случая на всех критичных объектах стали ставить минимум два вентиляторных агрегата с возможностью быстрого переключения.

А еще есть момент с каплеуносом. Хорошая градирня должна минимизировать вынос капель с потоком воздуха. Это не только потеря воды, но и потенциальная проблема для окружающего оборудования — солевые отложения, коррозия. Видел я однажды старые советские градирни на одном мясокомбинате — вокруг все в белом налете, трава не растет. Современные каплеуловители, конечно, решают вопрос, но их тоже надо чистить, иначе сопротивление воздушному потоку растет, и эффективность падает.

И конечно, материал. Стеклопластик сейчас почти стандарт для корпусов — не ржавеет, относительно легкий. Но вот оросительный блок — его сердцевина. Деревянная рейка, ПВХ-пленка, специальные пластиковые соты… Выбор зависит от температуры воды, химического состава, наличия взвесей. Ошибешься — и через пару лет ороситель превратится в рассадник водорослей и бактерий или просто развалится от термических нагрузок.

Интеграция в общие системы предприятия: опыт и ошибки

Это, пожалуй, самый сложный момент. Градирня редко работает сама по себе. Она — часть системы оборотного водоснабжения, которая, в свою очередь, связана с технологическим оборудованием, системой водоподготовки и очистки стоков. Вот тут как раз к месту вспомнить про компанию ООО Аньцю Кэхуа окружающая технология (их сайт — https://www.khhj.ru). Они как раз занимаются комплектными решениями, включая оборудование для очистки сточных вод и борьбы с загрязнением воздуха. Важный момент, который многие упускают: вода из градирни — это не просто дистиллят. Она концентрирует соли, собирает атмосферную пыль, в ней могут развиваться микроорганизии. Просто сбрасывать ее в канализацию или реку — нельзя, а постоянно подпитывать свежей водой — дорого и неэкологично.

Поэтому градирню нужно рассматривать в связке с системой очистки. На одном из проектов по модернизации ТЭЦ мы как раз столкнулись с необходимостью увязать работу новых градирен с установкой известково-содового умягчения воды и блоком ультрафильтрации. Задача была снизить солесодержание в оборотном цикле и предотвратить образование накипи. Специалисты, в том числе консультировавшиеся с инженерами из ООО Аньцю Кэхуа окружающая технология, предлагали разные схемы, вплоть до установки локального модуля обессоливания части потока. В итоге остановились на комбинированном решении с регулярной продувкой и глубокой очисткой продувочной воды. Это дороже капитально, но дешевле в эксплуатации за счет экономии на реагентах и ремонте теплообменников.

Еще один аспект интеграции — тепловая нагрузка. Нельзя просто взять и увеличить производительность градирни, не проверив, потянет ли насосная станция, выдержат ли трубопроводы. Был курьезный случай на небольшом заводе пластмасс: поставили мощную градирню, а старые чугунные задвижки на подводящих магистралях от перепадов температур начало ?клинить?. Пришлось менять на шаровые краны, что тоже вылилось в незапланированные расходы и простой.

Сезонность и климатические особенности

Зимняя эксплуатация — это отдельная головная боль. Обмерзание. Особенно для вентиляторных градирен с противотоком. Лед нарастает на оросителе, на водораспределительных системах, может просто раздавить пластиковые элементы. Бороться можно по-разному: переходить на режим ?сухого? охлаждения (если позволяет конструкция), использовать системы подогрева воздуха на входе или, что чаще, периодически реверсировать вентиляторы. Но реверс — это тоже риск для электропривода.

Летом другая проблема — температура по мокрому термометру. От нее зависит предельная температура охлаждения воды. В южных регионах России в июле-августе эффективность градирни может падать на 20-30%. И если технологический процесс требует стабильных +25°C на входе, а градирня выдает +32°C — это авария. При проектировании это надо закладывать сразу, беря максимальные исторические значения влажности и температуры, а не среднегодовые. Иначе потом придется ставить дополнительные чиллеры или выносить емкости-аккумуляторы, что, опять же, деньги и место.

Весна и осень — время биологических проблем. Теплая вода + обилие кислорода + солнечный свет (в открытых башнях) — идеальная среда для водорослей и бактерий, в том числе легионеллы. Тут без регулярной химобработки не обойтись. Но и с химией надо быть осторожным: некоторые биоциды могут агрессивно воздействовать на материалы градирни или, попадая с продувочной водой в общие стоки, создавать проблемы для биоочистки. Нужен баланс и контроль.

Экономика и энергоэффективность: на что смотреть в первую очередь

Самый очевидный параметр — потребление электроэнергии вентиляторами и насосами. Сейчас много говорят про частотные преобразователи для регулирования производительности в зависимости от тепловой нагрузки. Идея здравая, но окупаемость нужно считать очень внимательно. На одном объекте поставили ЧП на все двигатели, а экономия оказалась мизерной, потому что технологический цикл был стабилен, и градирня работала почти всегда на 90-100% мощности. А оборудование — дополнительная стоимость и точка отказа.

Второй момент — водопотребление. Испарение-то неизбежно, но потери на каплеунос и продувку можно минимизировать. Современные каплеуловители улавливают до 0.001% объема. А умная система продувки, связанная с датчиками электропроводности воды, позволяет сбрасывать ровно столько, сколько нужно для поддержания солевого баланса, а не ?на глазок?. Экономия воды в масштабах крупного завода — это сотни тысяч рублей в год.

И третий, часто забываемый, — стоимость обслуживания и ремонтопригодность. Можно купить суперэффективную градирню от европейского производителя, но если для замены того же оросительного блока нужно ждать запчасти три месяца из-за границы, а местные сервисные инженеры боятся к ней подойти, — все преимущества съест простой. Иногда надежная, чуть менее эффективная, но полностью собранная из доступных на рынке комплектующих конструкция оказывается выгоднее в долгосрочной перспективе. Кстати, некоторые российские интеграторы, такие как упомянутая ООО Аньцю Кэхуа окружающая технология, предлагают как раз адаптированные под местные условия и нормативы комплексы, где градирня — часть единого технологического пакета с доступным сервисом.

Мысли вслух о будущем и итоговые соображения

Сейчас много шума вокруг ?сухих? градирен (радиаторных), где нет прямого контакта воды и воздуха и, соответственно, нет испарения и капельного уноса. Для дефицитных по воде регионов — идея. Но у них своя ахиллесова пята — они гораздо менее эффективны в пик жары и требуют огромных поверхностей теплообмена. И цена… Пока что это скорее нишевое решение для специфичных производств.

Гибридные системы, совмещающие ?мокрый? и ?сухой? режимы, выглядят перспективнее. В межсезонье работают как сухие, экономя воду, а в жару включается орошение для максимального охлаждения. Но сложность конструкции и управления возрастает в разы. Видел такие на одной новой ТЭЦ — впечатляет, но как они покажут себя через 10 лет эксплуатации — большой вопрос.

Вернемся к началу. Охлаждение градирней — это не про покупку агрегата. Это про проектирование всей системы водоподготовки, очистки стоков, энергоснабжения и управления с учетом конкретной технологии, климата и экономики. Это про компромиссы между первоначальными затратами и стоимостью владения. Самый главный урок, который я вынес — нельзя делегировать выбор и расчет градирни только продавцу оборудования или абстрактному проектировщику. Нужно, чтобы в процессе участвовал технолог, который знает все нюансы производства, и эксплуатационщик, который будет это обслуживать. И тогда эта ?простая башня с водой? будет работать годами без сюрпризов, а не станет источником постоянных проблем и незапланированных расходов. Как-то так.