Мифы о недостатках эжекционных градирен

Как правило, на современных промышленных предприятиях большое внимание уделяется рациональности капитальных вложений, вопросам технической безопасности, ресурсосбережения и экологичности производства.

От уровня  нагрузок на технологическое оборудование  зависит  как стабильность производственного цикла, так и качество выпускаемой продукции.

Это утверждение актуально для всех видов промышленности – металлургической, нефте- и газоперерабатывающей, химической, машиносторительной, пищевой. Особенно важны эти параметры для производств, которые относятся к опасным производственным объектам.

Одним из факторов  технической грамотности руководства можно считать  положение в системах оборотного водоохлаждения технологического оборудования и, в частности, градирен.

Градирни производят компании Экотеп, Тмим, Каскад, Ирвик, Балтэнергомаш, Энергия холода (NCT), Агростройсервис, Кварк, Новые технологии и другие.

В последнее время соревнование в технологиях производителей градирен, сформировали несколько мифов о недостатках эжекционных градирен. 

МИФ 1  — требуют повышенного давления для подачи воды

МИФ 2  — обледеневают

МИФ 3 — имеют низкий уровень охлаждения

            Эти мифы связаны не только с  конкуренцией технологий  охлаждения водой с помощью вентиляторных градирен и эжекционных градирен, а также недостаточной проработанностью технологии эжекции некоторых производителей, которые относят себя к «Эжекционщикам».

Специалистам ГК «Новые технологии» удалось  в максимальной степени реализовать эффект эжекции в своих градирнях  и развенчать существующие мифы не только в теории, но и на  практике.  Мощности градирен в проектах, реализованных Новыми технологиями,

составляют от  20 м3/ч до 50 000 м3/ч.

            Требуется  понять  отличие механизма охлаждения в брызгальных, обычных эжекционных градирнях и низконапорных градирнях серии НТ.

  — Брызгальные градирни используют силу ветра и естественную конвекцию при движении воздуха.

 — Эжекционные градирни используют  захват воздуха за счет образования области разряжения (перепада давления) на входе в градирню при распылении воды в специальных каналах.

Градирни серии НТ максимально используют эффект эжекции, который достигается  с помощью специальных эжекционных форсунок в совокупности с направляющими для водо-воздушных потоков.

            Для  того, чтобы добиться области разрежения,  требуется  не только скурпулезный просчет  геометрических и тепломассобменных характеристик, но и точная реализация  запатентованных технических решений.

Некоторые производители не утруждают себя такими просчетами и их технологические решения не обеспечивают эффекта эжекции

Принцип работы градирни серии НТ

Среда с высоким давлением, движущаяся с большой скоростью, увлекает за собой среду с более низким давлением – эжектируемый поток. В процессе смешения двух сред происходит выравнивание скоростей.Смешение потоков происходит при больших скоростях эжектирующего (активного) потока оборотной воды.

Форсунка — Эжектор — гидравлическое устройство, в котором происходит передача кинетической энергии от одной среды, движущейся с большей скоростью, к другой. Эжектор, работая по закону Бернулли, создаёт в сужающемся сечении пониженное давление одной среды, что вызывает подсос в поток другой среды, которая затем переносится и удаляется от места всасывания энергией первой среды. В качестве первой среды (находящейся под давлением и движущейся с большой скоростью) в градирнях эжекционного типа выступает вода, в качестве второй, эжектируемой (засасываемой) среды, выступает воздух.

Вода подается на коллектор эжекционного модуля насосом, обеспечивающим заданные величины напора и расхода. Расход воды через 1 эжекционный модуль меняется  в пределах 50 – 150 м3/ч (в зависимости от модели модуля). Значение напора лежит в пределах 30 – 55 м.вод. ст. (напор на форсунках эжекционного модуля). Подаваемая на коллектор вода распыляется эжекционными форсунками в эжекционные каналы специальной формы.

 Эжекционная форсунка характеризуется величиной капли распыляемой жидкости, геометрией и углом раскрытия факела, производительностью по пропускаемой воды [м3/ч]. Геометрия входного окна эжекционного модуля, на срезе которого установлен коллектор с форсунками, и эжекционного канала, подбирается таким образом, чтобы обеспечить наилучшее всасывание (эжектирование) атмосферного воздуха внутрь модуля, а также увеличить время полета капли воды — время контакта капли и воздушного потока для более эффективного осуществления процесса тепломассообмена между водой и воздухом.

Именно особенности конструкции форсунок и входного канала корпуса градирни обеспечивают пониженные требования к напору для подачи воды:  давление для подачи воды на стандартные эжекционные градирни составляет 6 Бар, а для градирен серии НТ достаточно 3 Бар. (Для вентиляторных градирен требуется менее 1 Бара, но при этом большая часть электроэнергии расходуется на работу вентиляторов).

            Таким образом МИФ 1 о  повышенных требованиях к напору воды для подачи в  эжеционную градирню серии НТ   развенчан.

МИФ 2  —  эжекционные градирни обледеневают.

По сравнению с вентиляторными, в конструкции градирен серии НТ нет внутреннего наполнения, нет оросителя, на котором, как правило, образуется водяная пленка, с которой, в основном, и начинается обледенение. Также нет вращающихся частей, которые могут подвергаться как обледенению, так и возгоранию.

Кроме того, в градирнях серии НТ, благодаря конструктивным особенностям форсунок и входного канала, капли воды гораздо меньшего размера и имеют более высокие скорости; при этом скорость движения воздуха на входе в градирню выше практически на 30%, чем в обычные эжекционные градирни и в 2, 5 раза выше, чем на входе в  вентиляторные градирни, а внутри самих градирен скорость движения этих капель в 8(!) раз выше, чем  в вентиляторных градирнях и более, чем в 1, 5 раза выше, чем в  традиционных эжекционных градиринях. Поэтому, по сравнению с  традиционными эжекционными градирнями, которые могут замерзнуть из-за низких скоростей потока воздуха и воды в градирне, и вентиляторными градирнями, внутри градирен серии НТ  просто нечему замерзать. Градирни серии НТ НЕ обледеневают и не боятся низких температур.

МИФ  3  —  эжекционные градирни имеют низкий уровень охлаждения

            Уровень охлаждения в градирнях зависит от Площади тепломассообмена — площади поверхности контакта вода-воздух, отн. Ед) и скорости движения капель. Учитывая, что размер капли в градирнях серии НТ  как минимум в 2 раза меньше, чем в любых других эжекционных градирнях, они не объединяются  в более крупные капли, как  в вентилятоных градирнях, а скорость движения этих капель внутри градирни маскимальна, то  уровень охлаждения в градирнях серии НТ оказывается максимально возможным, т.е  самым близким к температуре смоченного термометра.

Эксплуатационные особенности градирен серии НТ.

Использование системы оборотного водохлаждения с использованием градирен серии НТ   обеспечивает надежность максимального охлаждения оборудования и постоянство качества выпускаемой продукции; содействует выполнению требований международного стандарта ISO 14001 —  экологического управления, требованиям международного стандарта OHSAS 1800 системы менеджмента безопасности труда и охраны здоровья.

Градирни серии НТ входят в Реестр инновационных продуктов, технологий и услуг, рекомендуемых к использованию в Российской Федерации (https://innoprod.startbase.ru/companies/63645/products/).

Информация о градирнях серии НТ  отражена в Информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям «Промышленные системы охлаждения», созданном   Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (http://webportalsrv.gost.ru/portal/GostNews.nsf/acaf7051ec840948c22571290059c78f/c3828af4e96a256944257d550023a643/$FILE/F_17.pdf).

Градирни серии НТ являются прямоточными, низконапорными, высокоскоростными, автоматизированными; охлаждают воду, используя принцип эжекции при исключении недостатков обычных эжекционных градирен

— не требуют повышенного давления для подачи воды 

— не обледеневают

Основные преимущества Градирен серии НТ:

—  могут охлаждать воду до предельно возможной, близкой к температуре смоченного термометра (в отличие и от вентиляторных и от обычных эжекционных градирен);

—  могут охлаждать очень горячую воду (95 градусов Цельсия, в то время как вентиляторные градирни работают только от 65 градусов Цельсия, т.к. пластик при более высокой температуре может деформироваться)

В отличие от вентиляторных градирен, градирни серии НТ пожаробезопасны.

Градирни являются автоматизированными, за счет этого возможно управление потреблением воды и электроэнергией, при этом остановка градирни возможна в любое время года без опасности промерзания и обледенения.

Давление для подачи воды и давление для распыления воды в градирне подбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальный эффект охлаждения при минимальном потреблении электроэнергии.

Градирни серии НТ не имеют оросителей, в отличие от  вентиляторных градирен, соответственно, в конструкции исключены избыточные сопротивления и места, удобные для роста макрозагрязнителей. Биологическое обрастание градирни в летнее время исключено.

Парниковый эффект составляет не более 0,5 %, капельный унос не более 0,05%, что является минимальными показателями и для вентиляторных, и других эжекционных градирен.

Градирни имеют гарантийный срок 5 лет, срок эксплуатации 20-25 лет. В течение этого срока не требуют капитального ремонта и специального сервисного обслуживания, не требуют регламентированного парка запасных частей (в отличие от вентиляторных градирен, требующих капитального ремонта каждые 5 лет).

Градирни серии НТ не требовательны к качеству входящей воды, что особенно важно для металлургических производств.

Обслуживание градирни не требует ее отключения и заключается только в промывании форсунок без потребности в отключении градирни, что гарантирует и безопасность персонала, и постоянное качество производимого продукта.

Градирни сери НТ не требуют мер по шумоподавлению.

Показатели Надежности (безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость) наиболее высокие, по сравнению с такими же показателями вентиляторных градирен за счет того, что конструкция не содержит вращающихся и трущихся деталей, а также не требуют подвода электричества к корпусу самой градирни.

 Минимальное расстояние между корпусами вентиляторной градирни регламентируются СП18.13330.201, расстояние между корпусами эжекционной градирни не регламентируется.

Стоимость владения градирнями серии НТ на протяжении жизненного цикла, даже при одинаковых затратах на покупку и энергозатраты, ниже, чем стоимость владения любых вентиляторных градирен за счет исключения регламентированных ремонтов и парка запасных частей, а также обычных эжекционных градирен за счет высокого качества и длительного срока службы при обеспечении максимально требуемой температуры охлаждения.

ПараметрыНизконапорная высокоскоростная градирня с эффектом эжекции серии НТЭжекционная градирняВентиляторная градирня
Эксплуатационные
Ограничения по температуре входящей водыНетНетДа, до 65°С
Сложности и ограничения в работе в зимнее времяНетНетДа
Требуется подведение электрической энергии для работы градирниНетНетДа
Конструкция, необходимость парка запчастейПредельно простая конструкция, минимум элементов. Нет подвижных частей и механизмов. Пожаробезопасна.Предельно простая конструкция, минимум элементов. Нет подвижных частей и механизмов. ПожаробезопаснаСложная конструкция с повышенными требованиями в эксплуатации. Необходим парк запчастей (ороситель, вентиляторы, электродвигатели) для оперативной замены и ремонта.
Надежность работы, сохранение эффективности во времениСтабильная эффективность в любое время года.  Сильная зависимость эффективности от конструкции и производителя.Эффективность работы зависит от исправности и чистоты элементов конструкции.
Шумовое воздействиеНе более 72 дБа на срезе окна градирни. Шум дождя. Динамическое воздействие на основание и окружение отсутствует.Не более 75 дБа на срезе окна градирни. Шум дождя. Динамическое воздействие на основание и окружение отсутствует.До 90 дБа на уровне вентилятора. Вибрационное воздействие на основание и окружение. Механические шумы.
Требования к качеству оборотной водыМинимальные. Форсунки работают на воде с мех. примесями. Прочистка форсунок без остановки градирни.В зависимости от производителя. Прочистка форсунок упрощена, требует частичной остановки.Повышенные. Ороситель чувствителен к качеству оборотной воды. Любые работы на градирне требуют полной остановки и длительного времени с привлечением техники.
Автоматизированный мониторинг и управление процессом охлаждения        Полностью автоматизированная система, не требующая человеческих вмешательств. Возможность изменять технологические уставки. Мониторинг состояния насосного оборудования, и параметров о состоянии системы.   Возможность удаленного управления и мониторинга состояния.Практически нет В зависимости от производителяВ зависимости от производителя
Использование собственного ПО для расчета параметров градирни   
  Безопасность
Обмерзание, обледенение в зимнее времяОбмерзание невозможноВозможно в зависимости от конкретной моделиКритически опасно, приводит к повреждению конструкции и выходу из строя градирни.
Возможность возгоранияНетНетДа
Возможность механической аварииНетНетДа
Надежность (в соответствии с ГОСТ 27.002-89)
БезотказностьГарантийный срок – 5 лет   Не чувствительна к биологическому обрастанию.   Вентилятор отсутствует  Возможно биологическое обрастание в зависимости от конкретной модели   Вентилятор отсутствует   Возможно биологическое обрастание в зависимости от конкретной модели   Возможен отказ вентиляторов
ДолговечностьСрок эксплуатации – 25 летСрок эксплуатации –не более 15 летСрок эксплуатации – не более 15 лет
РемонтопригодностьПростая конструкция без трущихся и вращающихся деталей   Требуется только техническое обслуживание — Периодическая чистка форсунок без остановки градирни; частичная замена форсунок через 5 лет и более эксплуатации Форсунки – 6% от стоимости градирни.Простая конструкция без трущихся и вращающихся деталей   Периодическая чистка и замена форсунок при кратковременной остановке градирни Замена форсунок в зависимости от производителя Форсунки — 6-8% от стоимости градирниСложная конструкция с повышенными требованиями в эксплуатации. Необходим парк запчастей (ороситель, вентиляторы, электродвигатели) для оперативной замены и ремонта   Длительная остановка для\ прочистки оросительной начинки, замены и калибровки вентилятора, электродвигателя; замены и прочистки форсунок. Форсунки – 2-3% от стоимости градирни Ороситель – 40-60% от стоимости градирни Вентилятор + электродвигатель – 20-25% от стоимости градирни
СохраняемостьСохраняется на протяжении всего срока службыСохраняется на протяжении всего срока службы Необходим регламентированный капитальный ремонт каждые 5 лет
ПрочностьИспользуются только прочные материалы   Отсутствуют трущиеся детали и движущиеся элементы конструкцииВозможно применение   непрочных материаловВентилятор – движущийся элемент градирни. Прочность зависит от материалов вентиляторов и их технического состояния
                      Технические
Рабочее давление на входе  в форсунки0,8-3,5 кгс/см22,5-4,5 кгс/см20,4-1,5 кгс/см2
Скорость воздуха на входе в градирнюДо 12 м/сДо 8 м/сДо 5 м/с
Скорость движения каплиДо 24 м/cНе более 15 м/cДо 3 м/с
Средний размер капель распыла0,5-1 мм1-2 ммОбъединение капель в водяную пленку на оросителе
  Площадь Тепломассообмена (Зависит от площади поверхности контакта вода-воздух), отн. Ед.Поверхность контакта- Сумма поверхности всех капель распыла   1Поверхность контакта — Сумма поверхности всех капель распыла.   0,8Поверхность контакта – поверхность пленкина стенке оросителя 0,7  
Приближение к температуре смоченного термометра3-4°С5-6°С4-5°С
Суммарная удельная мощность насосов и вентиляторов0,175 кВт/м30,194 кВт/м30,183 кВт/м3
Конструкционные
Наличие низконапорных эжекционных форсунокДаНетНет
Потребность в оросителе НетНетДа
Потребность в вентилятореНетНетДа
Экономические
Относительная стоимость владения, затраты на обслуживание, отн. Ед. 0,2       Стоимость форсунок – 6% от стоимости градирни  0,3        Стоимость форсунок   — 6-8% от стоимости градирни    1       Стоимость Форсунок – 2-3% от стоимости градирни Оросителей – 40-60% от стоимости градирни Вентиляторов + электродвигателей – 20-25% от стоимости градирни
Относительная энергоэффективность отн. Ед.  10,90,7
Относительный срок окупаемость вложений, отн. Ед.0,50,71