О компании

Услуги

Отзывы

Публикации

Контакты

О градирнях Оборотное потребление охлаждающей воды Оптимизация систем охлаждения

Энергетическая эффективность водооборотных систем и градирен Опросные листы Отзывы

Оптимизация систем охлаждения.

В.С.Галустов, заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор.

Тем из наших читателей, кто занимается эксплуатацией промышленного оборудования, приходится решать вопросы, связанные с его охлаждением. Им адресуется предлагаемый материал.

Высокие башни градирен стали непременным атрибутом любого промышленного пейзажа. И это понятно: позволить себе использовать охлаждающую воду «на проток» может только очень нерадивый хозяин. Вместе с тем, строительство и эксплуатация водооборотных систем также требуют немалых затрат. А тот факт, что в абсолютном большинстве они построены 20–40 лет назад и к настоящему времени существенно изношены, ставит целый ряд вопросов: Как с минимальными затратами реанимировать систему?, Как эксплуатировать ее с минимальными затратами?, Какой охладитель выбрать? и т.д. Попытаемся помочь заинтересованным специалистам получить на них ответы.

С чего начать?

Не спешите начинать ремонт разрушающейся градирни: на фоне прошедших лет дополнительные 2–3 месяца мало что изменят, но при правильном использовании это время позволит вам сэкономить немалые деньги. За прошедшие годы могли измениться технологии, парк оборудования, режим работы и многое другое. Поэтому первое, что следует сделать, – проанализировать всю цепочку использования охлаждающей воды, начиная от потребителей (их требований к воде – содержанию примесей, температуре и т.п., места размещения, реального потребного теплосъема и т.д.), заканчивая состоянием градирен, водоводов, арматуры и пр. Т. е. провести предварительное обследование потребления охлаждающей воды тепловыделяющим оборудованием. В результате вы должны определить группы потребителей по схожим требованиям к воде и с учетом их размещения (по корпусам, цехам, участкам), а по каждой группе – рассчитать требуемый теплосъем с учетом предельных параметров охлаждающей воды. Эта и другая собранная информация, вместе с ее профессиональным анализом и рекомендациями специалистов, позволят принять осмысленное решение по модернизации оборотного потребления охлаждающей воды. И пусть вас не пугает, если вдруг окажется, что про существующую изношенную централизованную систему следует забыть и построить 2–3

локальных. Многолетний опыт показывает: предварительное обследо-вание и анализ существующего положения позволяют в 1,5–4 раза сократить затраты на модернизацию водооборота.

Что следует помнить.

Любая система испарительного охлаждения оборотной воды предназначена для съема избыточного тепла с тепловыделяющего оборудования и рассеивания его в окружающей среде с помощью градирен (охладителей).

Теоретическим пределом охлаждения воды в градирне яв ляется так называемая температура смоченного термометра ta, однозначно определяемая температурой и влажностью охлаждающего воздуха.

Независимо от типа градирни должны обеспечиваться два условия: съем заданного количества тепла Q и недопущение превышения предельной температуры нагретой воды t1 (берется самая низкая паспортная температура воды на выходе из тепловыделяющего оборудования, входящего в оцениваемую систему).

Итак, имеются две предельные температуры (верхняя t1 и нижняя ta) и требуемый теплосъем, определяющие расчет и оценку систем водооборота.

Количество снимаемого тепла равно:

Q = V • c • p • (t1 – t2),

где V – расход охлаждаемой воды, м3/ч; с – теплоемкость воды, ккал/(кг • °С); р – плотность воды, кг/м3; t1, t2 – температура нагретой (перед градирней) и охлажденной (после градирни) воды, °С.

Учитывая, что теплоемкость и плотность фактически постоянны, заданное значение Q определяется произведением

расхода воды на температурный перепад, т.е. чем больше расход воды в системе, тем меньше будет температурный перепад, и наоборот.

Таким образом, вопреки распространенному заблуждению, температурный перепад определяется исключительно

тепловым балансом и без учета других параметров характеризовать эффективность градирни и системы в целом не может.

Очевидно, что чем выше при проектировании системы водооборота будет принята температура нагретой воды, тем больше температурный перепад и тем меньше будет перекачиваться воды в системе, т.е. снижаются расходы на ее строительство и эксплуатацию. Отсюда следует: воду от потребителей с разными температурными требованиями к ней невыгодно собирать в одной системе, так как ориентироваться придется на самое требовательное оборудование.

Как отмечалось, температура охлажденной воды и, соответственно, перепад температур определяются параметрами охлаждающего воздуха. Если при проектировании системы за расчетную температуру воздуха принять максимально возможную, большую часть года мощность системы будет задействована не полностью. Занижение температуры приводит к необходимости в течение продолжительного периода сильно разбавлять используемую воду свежей. Таким образом, в первом случае будут завышены капитальные затраты, а во втором – эксплуатационные. Избежать этого позволит компромиссное решение (см. Приложение к СНиП 2.04.02-84 «Пособие по проектированию градирен»): в качестве расчетной температуры воздуха следует брать для соответствующего региона среднюю многолетнюю температуру самой жаркой декады июля.

Как оценить ситуацию.

Если ваша система в полном порядке, т.е. градирня, водоводы и остальное оборудование исправны, требуемое охлаждение обеспечивается, а на предприятии нет свободных средств, можно оставить все, как есть, и не тратить время на дальнейшее чтение этой статьи.

Если же говорить серьезно, то оптимальных централизованных систем не бывает, любые же мероприятия по их модернизации должны быть экономически оправданными. Возможны варианты.

Допустим, оборотная система отсутствовала, оборудование охлаждалось «на проток» (водопровод–потребитель–канализация). В этом случае, во-первых, определяют необходимое число локальных систем, тип каждой из них (с одним или двумя разрывами струи), места размещения элементов (охладителя, емкости, насосов). Затем рассчитывают затраты, необходимые на внедрение системы и ее эксплуатацию, проводят их сравнение с существующими затратами – на потребление и сброс охлаждающей воды, устанавливают срок окупаемости затрат на модернизацию. И наконец, делают вывод о целесообразности перехода на оборотное водопотребление.

Еще раньше неплохо посмотреть: нет ли на предприятии потребителя нагретой условно чистой воды. С какой целью – вы, наверное, догадались. Есть и другие факторы, которые следует учитывать при построении оптимальной системы использования охлаждающей воды, например, графики работы потребителей и их наложение.

Даже рассмотренный вариант, не говоря о случаях, когда либо имеется изношенная полностью или частично централизованная система, либо используются, например, групповые системы, показывает: эту работу целесообразно поручить профессионалам.

Что можно сохранить.

Предположим, выяснено, что группа локальных систем многократно эффективнее и экономичнее централизованной. Вместе с тем, в силу ограниченности средств, предприятие решило сохра-нить имеющуюся централизованную систему. Остается ли здесь возможность минимизации затрат? Ответ – положительный.

Проще и желательнее всего сохранить водоводы, если до этого они не замучили службу эксплуатации частыми авариями. В противном случае их лучше заменить, рассчитав диаметр труб заново: он может оказаться меньшим, чем был.

Сложней дело обстоит с градирней. Во-первых, ее капитальный ремонт всегда на 20–40 % дороже строительства новой; во-вторых, нынешний потребный теплосъем может оказаться иным, чем был при строительстве системы; и, в-третьих, обидно упустить шанс перейти на гибкий и экономичный модульный принцип.

С насосами еще сложнее: в старых централизованных системах насосная группа проектировалась без учета суточных колебаний нагрузки и сезонных изменений условий. Чтобы снизить на 25–35 % затраты на электроэнергию, насосы придется заменить.

Опыт реконструкции изношенных вентиляторных градирен по схеме «Муссон» показывает, что при правильном подходе капитальные затраты сокращаются в 2–4 раза. Впрочем, сохраняется главный недостаток системы – централизация.

Как выбрать тип системы и оборудование.

Тип системы не способствует и не препятствует ее оптимизации, но влияет на конкретные детали. Напомним, что системы водоохлаждения бывают с одним (в градирне) и двумя (в градирне и после потребителей) разрывами струи. Первые – проще: в них одна группа насосов прокачивает воду через систему охлаждения потребителей и под остаточным давлением подает ее непосредственно на градирню; используется одна емкость для сбора охлажденной воды, функции которой может выполнять чаша градирни. При этом давление воды перед потребителями максимальное. Однако использование одного разрыва струи ограничено сравнительно небольшими системами, и то лишь в тех случаях, когда отсутствуют требования к открытому сливу охлаждающей воды из отдельных потребителей, как, например, после некоторых компрессоров. Это – еще один аргумент в пользу децентрализации.

В системах с двумя разрывами струи вдвое больше насосов (с меньшим напором), две емкости для сбора воды (нагретой и охлажденной); им присуща проблема балансировки насосных групп, которая обычно решается за счет применения достаточно сложной автоматики (впрочем, есть и очень простые варианты).

Для достижения минимальных энергетических затрат в любой системе число охладителей (модулей) должно быть не меньше двух (за исключением очень маленьких систем с расходом воды до 5 м3/ч). При этом каждый модуль может быть секционирован (последнее заменяется разделением на модули). Тогда в самое жаркое время и при максимальном числе работающих потребителей включаются все модули. В прохладное время или при отключении части потребителей один из модулей (или секция второго) отключается. А когда холодно, отключается второй из трех модулей (или еще одна секция при двух модулях). И наконец, в морозы работает только один модуль (или секция) – по зимней схеме.

Такой подход позволяет в определенные периоды года без ущерба для работы потребителей выводить в ремонт (предупредительный, текущий, капитальный) отдельные модули. Однако для минимизации энергозатрат необходимо должным образом укомплектовать насосные группы: вместо одного насоса (при одном разрыве струи), рассчитанного на полную производительность системы, устанавливаются минимум три, соответственно производительностям отключаемых модулей или (и) секций.

Каждый насос включается и выключается вместе с определенным модулем (секцией). В крупных системах может быть использовано частотное регулирование, что упрощает автоматизацию системы, но заметно удорожает насосную станцию.

Самой затратной частью системы водооборота является охладитель, поэтому его выбор в существенной мере определяет экономическую эффективность оптимизации. Вопросы подбора этого элемента – тема отдельного материала, который будет опубликован в одном из ближайших номеров А-Т.

В заключение.

Оптимизационный подход при модернизации водооборотных систем позволяет в несколько раз сократить как капитальные, так и эксплуатационные затраты.

Любым практическим действиям по модернизации должно предшествовать обследование (аудит) потребления охлаждающей воды, так как только всестороннее знание вопроса позволяет найти оптимальное решение.



 
© 1990—2013 ООО НПО «Политехника». Градирни эжекционные, деаэраторы, декарбонизаторы, установки обезжелезивания воды, подогреватели пароводяные, скрубберы, теплоутилизаторы. Металлообработка.
Использование материалов только с письменного разрешения.