• Текст документа
  • Статус
Оглавление
Поиск в тексте
Действующий


     ИТС 20-2016

     

ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ

Industrial cooling systems


     
Дата введения 2017-07-01

Введение


     Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологим (далее - справочник НДТ) является документом по стандартизации, разработанным на основе анализа технологических, технических и управленческих решений, применяемых в Российской Федерации при проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации промышленных систем охлаждения. Целью настоящего справочника НДТ является определение наилучших доступных технологий промышленного охлаждения - наиболее прогрессивных технологий охлаждения, применяемых в настоящее время в промышленности Российской Федерации, обеспечивающих наиболее высокий уровень охраны окружающей среды и рационального использования природных и энергетических ресурсов, технически реализуемых и экономически эффективных.
     
     Краткое содержание справочника НДТ
     
     В предисловии указана цель разработки настоящего справочника НДТ, его статус, законодательный контекст, краткое описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также взаимосвязь с аналогичными международными документами.
     
     В области применения перечислены основные виды экономической деятельности, на которые распространяется действие настоящего справочника НДТ, определены границы области его применения.
     
     В разделе 1 представлена общая информация о потребностях в охлаждении технологического оборудования при осуществлении различных видов экономической деятельности, более подробно описаны основные области применения настоящего справочника НДТ.
     
     В разделе 2 представлена классификация ПСО, а также сведения о технологиях охлаждения, в настоящее время применяемых в Российской Федерации, включающие краткое описание работы основного и вспомогательного оборудования, а также значимые экологические аспекты их работы, характеристики энерго- и водопотребления.
     
     В разделе 3 дана сравнительная оценка потребления энергетических и природных ресурсов и уровней воздействий на окружающую среду различных типов ПСО, применяемых в Российской Федерации. Наряду с прямыми воздействиями рассмотрены также косвенные влияния ПСО на уровни потребления ресурсов и воздействий на окружающую среду охлаждаемых процессов. Раздел подготовлен на основе данных, представленных предприятиями Российской Федерации в рамках проведения опроса, а также различных литературных источников.
     
     В разделе 4 описаны особенности подхода, примененного для идентификации НДТ ПСО при разработке настоящего справочника НДТ, в соответствии с Правилами определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям (постановление Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 года N 1458) и Методическими рекомендациями по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии (приказ Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 31 марта 2015 года N 665).
     
     В разделе 5 приведено краткое описание идентифицированных НДТ ПСО. Для каждой из НДТ приведены:
     
     - классификационные признаки технологии, на основании которых возможно отнесение ПСО к данной НДТ. В разделах приведены признаки ПСО, которые должны учитываться при классификации. Полагается, что эти признаки будут использоваться, в том числе, при применении мер экономического стимулирования внедрения НДТ;
     
     - значимые аспекты, уровни воздействий на окружающую среду и потребления природных и энергетических ресурсов. В данных разделах указаны перечни значимых аспектов конкретных НДТ. По мере возможности для значимых аспектов указаны числовые оценки уровней воздействий и потребления ресурсов, связанные с применением данных НДТ. Прочие аспекты, для которых не указаны численные оценки уровней воздействий и потребления ресурсов, существенно зависят от местных условий и специфики охлаждаемых процессов, поэтому для них такая оценка оказалась невозможной;
     
     - области, условия и ограничения применения. В этих разделах определены области применения конкретных НДТ, а также условия и ограничения, при которых конкретная ПСО может считаться НДТ.
     
     В разделе 6 приведены доступные сведения об экономических аспектах реализации НДТ ПСО на предприятиях Российской Федерации.
     
     В разделе 7 приведены сведения о некоторых технологических и технических решениях в области промышленного охлаждения, не применяемых в России на момент подготовки настоящего справочника НДТ, и направленных на повышение энергоэффективности, обеспечение ресурсосбережения, снижение эмиссий загрязняющих веществ.
     
     В заключительных положениях приведены сведения об организации разработки, согласования и утверждения настоящего справочника НДТ, организациях, принимавших участие в работе технической рабочей группы и разработке настоящего справочника НДТ, рекомендации по его применению.
     
     Библиография. Приведен перечень источников информации, использованных при разработке настоящего справочника НДТ.
     
     

Предисловие


     Цели, основные принципы и порядок разработки справочников НДТ установлены Порядком определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям (постановление Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458).
     
     В соответствии со структурой российской системы экологического нормирования основным функциональным назначением справочников НДТ является информационное обеспечение и обоснование нормативных требований в области охраны окружающей среды, которые будут установлены в дальнейшем нормативными документами в области охраны окружающей среды для определенных, наиболее существенно влияющих на состояние окружающей среды видов деятельности, включая:
     
     - требования в области охраны окружающей среды к работам, услугам и методам их контроля;
     
     - ограничения и условия осуществления хозяйственной и иной деятельности, потенциально оказывающей значительное негативное воздействие на окружающую среду;
     
     - порядок организации деятельности в области охраны окружающей среды и управления такой деятельностью на хозяйственных объектах;
     
     - технологические показатели НДТ, определяющие допустимые уровни воздействия на окружающую среду.
     
     Настоящий справочник НДТ является межотраслевым, не включает обязательных технологических показателей НДТ, но содержит необходимую информацию для принятия обоснованных решений в части проектирования и эксплуатации промышленных систем охлаждения в различных отраслях экономической деятельности.
     
     Перечень технологических процессов, оборудования, технических способов и методов, применяемых при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности, которые оказывают значительное негативное воздействие на окружающую среду и наиболее значимы для достижения целей охраны окружающей среды и рационального природопользования, и, соответственно, отнесенных к области применения НДТ, определен распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р "Об утверждении Перечня областей применения наилучших доступных технологий".
     
     Для того чтобы технология могла быть идентифицирована как НДТ, она должна одновременно соответствовать нормативно установленным критериям (на основе фактической информации о ее применении в хозяйственной деятельности):
     

- иметь наименьшие из достигнутых технологиями аналогичного функционального назначения удельных показателей негативного воздействия на окружающую среду;
     
     - внедрение и применение технологии должно быть экономически эффективным;
     
     - иметь относительно низкий уровень ресурсо- и энергопотребления;
     
     - иметь приемлемый период внедрения;
     
     - должны быть примеры успешного применения технологии в промышленных масштабах.
     
     Функциональным назначением настоящего справочника НДТ является информационная поддержка обоснования требований к технологическим процессам, техническим способам и методам, применяемым в промышленных системах охлаждения.
     

1 Статус документа
     
     Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации. Его юридический статус определен Федеральным законом от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации".
     
     Настоящий справочник НДТ не является нормативным правовым документом и не содержит правовых норм, обязательных для применения при осуществлении хозяйственной и иной деятельности. Применение рекомендаций, содержащихся в справочнике НДТ, осуществляется субъектами хозяйственной деятельности на добровольной основе.
     

2 Информация о разработчиках
     
     Настоящий справочник НДТ разработан технической рабочей группой "Промышленные системы охлаждения" (ТРГ 20), состав которой утвержден приказом Росстандарта от 4 марта 2016 г. N 235 "О создании технической рабочей группы "Промышленные системы охлаждения" (в редакции приказа от 18 июля 2016 г. N 1047).
     
     Ниже приведен перечень организаций, представители которых принимали участие в разработке настоящего справочника НДТ:
     
     - АО "Атомэнергопроект"
     
     - АО "Евр°СибЭнерго"
     
     - АО "Концерн "Росэнергоатом"
     
     - АО "Танеко"
     
     - Ассоциация "НП "КИЦ СНГ"
     
     - Ассоциация "Совет производителей электроэнергии и стратегических инвесторов электроэнергетики"
     
     - Группа компаний Danone
     
     - ЗАО "Ионообменные технологии"
     
     - ЗАО "Карабашмедь"
     

- ЗАО "Кировский молочный комбинат"
     
     - ЗАО "Новгородский металлургический завод"
     
     - ЗАО "Русская медная компания"
     
     - ЗАО НПВП "Турбокон"
     
     - Минпромторг России
     
     - Национальный исследовательский университет "Московский энергетический институт"
     
     - НП "НТС ЕЭС"
     
     - ОАО "ТГК-2"
     
     - ООО "Интер РАО - Управление электрогенерацией"
     
     - ООО "Новые Технологии"
     
     - ООО "Остров-Комплект"
     
     - ООО "Сибирская генерирующая компания"
     
     - ООО "Химическая Группа "Основа", ГК Миррико
     
     - ПАО "Интер РАО"
     
     - ПАО "Юнипро"
     
     - РАО "Бумпром"
     
     - ФГБНУ "Всероссийский научно-исследовательский институт холодильной промышленности"
     
     - ФГБУ "ВНИИ Экология"
     
     - ФГБУ РосНИИВХ
     
     - ФГУП "ВНИИ СМТ"
     
     - Филиал ОАО "Концерн Росэнергоатом" Кольская АЭС
     
     ТРГ 20 выражает благодарность АО "Всероссийский теплотехнический институт" и Фонду "Энергия без границ" (группа Интер РАО) за помощь в формировании и техническом редактировании содержания настоящего справочника НДТ.
     
     Настоящий справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее - Бюро НДТ) (www.burondt.ru).
     

3 Краткая характеристика
     
     Настоящий справочник НДТ содержит описание промышленных технологий охлаждения, применяемых в России, технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, позволяющих снизить негативное воздействие на окружающую среду, водопотребление, повысить экономичность, конкурентоспособность, энергоэффективность, ресурсосбережение. Из описанных применяемых технологических процессов, оборудования, технических способов, методов определены технические решения, являющиеся наилучшими доступными технологиями (НДТ).
     

4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами
     
     При разработке настоящего справочника НДТ были использованы сведения из европейского справочника НДТ "Промышленные системы охлаждения" (Reference Document on the application of Best Available Techniques to Industrial Cooling Systems) ([9]), а также европейского справочника НДТ по обеспечению энергоэффективности (Reference document on best available techniques for energy efficiency).
     

5 Сбор данных
     
     Информация о технологических процессах, оборудовании, технических способах, методах охлаждения, применяемых в промышленности Российской Федерации, была собрана в процессе разработки настоящего справочника НДТ в соответствии с Порядком сбора данных, необходимых для разработки справочника НДТ и анализа приоритетных проблем отрасли, утвержденным приказом Росстандарта от 23 июля 2015 г. N 863.
     

6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ
     
     Настоящий справочник НДТ предназначен для применения при формировании отраслевых справочников НДТ видов экономической деятельности, отнесенных к областям применения НДТ.
     

7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие
     
     Настоящий справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 15 декабря 2016 г. N 1882.
     
     Настоящий справочник НДТ введен в действие с 1 июля 2017 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).
     
     

Область применения


     В справочнике НДТ рассмотрены системы охлаждения, которые применяются при осуществлении видов хозяйственной деятельности, отнесенных в Российской Федерации к областям применения НДТ (распоряжение Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р), и которые могут оказывать значительное прямое или косвенное влияние на состояние окружающей среды в условиях нормальной эксплуатации или в аварийных режимах, специально предназначенные для отведения тепла в окружающую среду и используются для отведения тепла от стационарных промышленных установок и объектов, отнесенных к областям применения НДТ.
     
     В справочнике НДТ не рассматриваются:
     
     - вопросы передачи тепла между производственными технологическими процессами, с целью охлаждения или отопления помещений или иного полезного применения тепла, а также процессы непреднамеренных потерь тепла в окружающую среду, например, с отходящими газами энергоустановок или через внешнюю поверхность технологического оборудования в окружающий воздух, потерь тепла с продукцией или отходами производства;
     
     - системы охлаждения передвижных установок, транспортных средств, а также системы охлаждения (кондиционирования) воздуха с целью создания благоприятных условий жизни и работы в жилых, общественных и производственных зданиях и помещениях.
     
     Основные виды хозяйственной деятельности, отнесенные к областям применения НДТ, системы охлаждения которых рассматривались при формировании настоящего справочника НДТ:
     
     - добыча природного газа и газового конденсата;
     
     - целлюлозно-бумажная промышленность;
     
     - нефтепереработка и нефтехимия;
     
     - химическая промышленность;
     
     - черная и цветная металлургия;
     
     - тепловая и атомная энергетика;
     
     - пищевая промышленность;
     
     - стекольная промышленность.
     
     Материалы настоящего справочника НДТ могут также быть использованы в целях совершенствования проектирования и эксплуатации ПСО в областях деятельности, не отнесенных в настоящее время к областям применения НДТ.
     
     Теплообменные аппараты, предназначенные для передачи тепла от охлаждаемого технологического оборудования напрямую в окружающую среду или промежуточному теплоносителю, рассматриваются как часть охлаждаемой технологической установки и не относятся в ПСО. В справочнике НДТ рассматриваются только некоторые характеристики данных теплообменных аппаратов, влияющие на показатели эффективности и экологической безопасности ПСО.
     
     

Раздел 1. Общая информация об областях применения ПСО


     Любой реальный производственный процесс связан с образованием тепла. Это вызвано тем, что все производственные процессы связаны с преобразованием энергии из одной формы (ядерной, химической, механической, электрической и пр.) в другую, которое неизбежно происходит с выделением тепла. В зависимости от интенсивности процессов образования избыточного тепла и наличия или отсутствия возможности его полезного использования, отведение избыточного тепла в окружающую среду осуществляется неорганизованным образом, например, с поверхности технологической установки, или сооружаются установки, специально предназначенные для организованного отведения тепла, называемые системами охлаждения. От того, насколько системы охлаждения обеспечивают потребности охлаждаемых технологических процессов и оборудования в отведении избыточного тепла существенным образом зависит энергоэффективность, надежность и экологические показатели охлаждаемого оборудования. Далее в этом разделе рассмотрены вопросы, связанные с отраслевыми особенностями объемов избыточного тепла, его температурного уровня и влияния качества охлаждения на показатели надежности, эффективности и экологической безопасности охлаждаемых процессов.
     
     В таблице 1.1 приведены данные об удельном потреблении энергии различными видами экономической деятельности (по данным Государственного доклада о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации в 2014 году ([50]).
     
     
Таблица 1.1 - Удельный расход топливно-энергетических ресурсов в разрезе отраслей экономики Российской Федерации за 2012-2014 годы ([50])

Отрасль

Единицы измерения

2012

2013

2014

Производство удобрений

кг у.т./тонну

494,3

487,0

470,1

Целлюлозно-бумажная промышленность

кг у.т./тонну

1109,8

1068,8

1062,2

Черная металлургия

кг у.т./тонну

650,6

657,4

647,8

Добыча природного газа

кг у.т./1000 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

9,1

9,1

9,2

Транспортировка природного газа

кг у.т./1000 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждениякм

29,6

28,9

28,4

Переработка природного газа

кг у.т./1000 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

85,9

83,7

82,7

Сжиженный природный газ

кг у.т./кг

0,2

0,2

0,2

Нефтедобыча

кг у.т./тонну

18,2

18,0

17,7

Переработка нефти

кг у.т./тонну

107,7

110,1

112,2

Нефтегазохимия

кг у.т./тонну

1027,7

1000,1

956,1

Попутный нефтяной газ

кг у.т./1000 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

41,4

41,0

40,6

Генерация электроэнергии

г у.т./кВтч

330,4

328,4

325,1


     Практически вся первичная энергия, потребляемая отраслями, указанными в таблице 1.1 (за исключением производства электроэнергии), в конечном счете превращается в тепло и отводится в атмосферу как неорганизованно, так и разнообразными специальными системами охлаждения. Каждая из отраслей характеризуется специфическими объемами и температурным уровнем избыточного тепла, которое отведится в окружающую среду. Далее в разделе 1 приведены сведения об особенностях причин образования, объемов и параметров избыточного тепла при осуществлении некоторых видов хозяйственной деятельности.
     
     

1.1 Предприятия черной и цветной металлургии


     Черная металлургия - отрасль тяжелой промышленности, которая включает производство чугуна, стали, проката, ферросплавов, а также добычу и обогащение железной руды и производство огнеупоров. В структуру черной металлургии Российской Федерации входит более 1,5 тыс. предприятий. В России выделяют три основных базы черной металлургии: уральская, центральная и сибирская. Основу российской черной металлургии составляют 6 крупных вертикально и горизонтально интегрированных холдингов, на долю которых приходится более 93% всей выпускаемой продукции: Северсталь, EVRAZ, Новолипецкий металлургический комбинат, Магнитогорский металлургический комбинат, Металлоинвест, Мечел.
     
     

Рисунок 1.1 - Основные базы черной металлургии Российской Федерации

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 1.1 - Основные базы черной металлургии Российской Федерации ([55])


     Уральская база - старейшая в России и самая крупная. Сейчас здесь производят около половины всей продукции черной металлургии страны. Уральская металлургическая база связана с кузбасским углем и уральскими месторождениями железной руды. Центрами металлургии Урала являются Магнитогорск, Челябинск, Нижний Тагил, Екатеринбург. Крупнейшие предприятия - Магнитогорский металлургический комбинат, Челябинский металлургический комбинат, Чусовской металлургический завод и другие.
     
     Поскольку месторождения железной руды на Урале практически исчерпаны, на смену Уральской металлургической базе строится Сибирская. На данный момент эта база находится на стадии формирования и представлена двумя крупными металлургическими предприятиями - Кузнецкий металлургический комбинат и Западно-Сибирский металлургический комбинат в Новокузнецке.
     
     Центральная металлургическая база использует собственные месторождения железной руды, которые находятся в Курской и Белгородской областях. Добыча руды здесь очень дешева и добывается открытым способом. Здесь нет угля, но в силу удобного географического расположения, предприятия снабжаются углем из трех бассейнов - Донецкого, Печорского и Кузнецкого. Крупнейшие предприятия - Череповецкий металлургический комбинат, Новолипецкий металлургический комбинат, металлургические заводы в Туле и Старом Осколе.
     
     По объему запасов железной руды Россия занимает третье место в мире, уступая по этому показателю Австралии и Бразилии. Разведанные запасы железной руды в России составляют около 25 млрд. тонн, что в пересчете на чистое железо составляет 14 млрд. тонн.
     
     Наибольшие объемы избыточного тепла на предприятиях черной металлургии образуются при охлаждении агрегатов доменных цехов, в установках по очистке доменного газа, прокатных цехах, воздуходувных и электрических станциях (теплоэлектроцентралях). Раньше много потребляли воды и сталеплавильные цехи, но с переводом печей на испарительное охлаждение, при котором охлаждение нагретых элементов печи производится пароводяной эмульсией, потребность этих цехов в воде резко сократилась.
     
     В настоящее время для охлаждения теплонагруженных элементов металлургических печей применяют в основном следующие три типа систем охлаждения:
     

- охлаждение проточной технической водой;
     
     - испарительное охлаждение (с естественной и принудительной циркуляцией);
     
     - охлаждение химически очищенной водой в замкнутом контуре с использованием теплообменников.
     
     При проточном водяном охлаждении отвод теплоты от водоохлаждаемых элементов производится холодной проточной водой. При этом расход воды должен обеспечить, по возможности, безнакипный режим. Данное условие трудно выполнимо, так как техническая вода содержит накипеобразователи, которые при нагреве воды осаждают на стенках деталей, препятствуя отводу от них тепла.
     
     Каждая из названных систем имеет свои преимущества и недостатки, что касается обеспечения качества охлаждения, а также их экономичности и эффективности.
     
     Все большее распространение получает система испарительного охлаждения металлургических печей (доменных, мартеновских, электроплавильных, нагревательных и вагранок). При испарительном охлаждении тепло от нагретых элементов печи отводится водой, нагревающейся до образования пароводяной эмульсии. При этом используется скрытая теплота парообразования, т.е. тепло, отбираемое охлаждающей водой, затрачивается на ее испарение. В холодильники печи подается вода, освобожденная от солей жесткости и лишенная коррозионных свойств. Получаемый пар используется на технологические нужды завода.
     
     Данная система охлаждения представляет собой комбинацию двух функционально независимых систем: традиционное испарительное охлаждение с естественной циркуляцией для холодильников шахты (первый контур) и принудительная циркуляция холодной химически очищенной для охлаждения холодильников нижней зоны и труб подлещадного охлаждения (второй контур), которые объединены общей системой утилизации тепла нагретой воды для подогрева воздуха, идущего для горения газа в доменных воздухонагревателях.
     
     Система теплоиспользования состоит из водовоздушного теплообменника (калорифера), пароводяных теплообменников (бойлеров) и водоводяных теплообменников. Калориферы используются в качестве теплообменников, в которых за счет тепла нагретой воды охлаждаемых элементов нижней зоны и тепла конденсации пара системы испарительного охлаждения холодильников шахты нагревается воздух, идущий для горения газа в воздухонагревателях.
     
     Системы испарительного охлаждения также используются для охлаждения элементов печей цветной металлургии. В печах кипящего слоя охлаждают стояки отходящих газов (для предварительного охлаждения газов), кессоны для отвода теплоты от слоя; в отражательных - рамы завалочных окон, пятовые балки, шибера. Кессоны, шахты, свода и пода фьюминговой печи; в конвертерах - напыльники; в печи руднотермической плавки - закладные элементы кладки стен печи, приэлектродные зоны свода печи, загрузочные течки и т.д.
     

Принципиальная схема системы испарительного охлаждения представлена на рисунке 1.2. Циркуляция воды в системе непрерывна. При этом возможна естественная или принудительная циркуляция.
     
     

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема системы испарительного охлаждения

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

1 - опускная труба; 2 - охлаждаемая деталь; 3 - подъемная труба; 4 - водозаборное устройство; 5 - станция перекачки воды; 6 - химическая водоподготовка; 7 - питательный насос; 8 - подвод питательной воды; 9 - барабан-сепаратор; 10 - отвод насыщенного пара
     

Рисунок 1.2 - Принципиальная схема системы испарительного охлаждения ([54]):


     Параметры пара в системах испарительного охлаждения выбираются на основании анализа топливно-энергетических балансов и технико-экономических расчетов с учетом предельных параметров для данного типа установок. Так, предельные параметры пара для систем охлаждения доменных печей составляют 0,8 МПа; мартеновских и двухванных сталеплавильных агрегатов - 2,5 МПа; методических нагревательных - 4,7 МПа.
     
     Удельная выработка пара определяется для каждого агрегата отдельно. Так, например, в доменном производстве она составляет 0,2 кг/кг; мартеновском - 0,25 кг/кг; прокатном - 0,3 кг пара на 1 кг продукции.
     
     Из-за относительно низких параметров пар испарительного охлаждения не всегда находит потребителей. В настоящее время используется менее 85% пара систем испарительного охлаждения. Потребители насыщенного пара самые разнообразные. На металлургическом предприятии имеется несколько паропроводов (каждый для пара определенных параметров), к которым подключены как парогенерирующие установки (паровые котлы, котлы-утилизаторы, системы испарительного охлаждения и др.), так и потребители пара соответствующих параметров либо непосредственно, либо через преобразующие устройства. Из паропроводов насыщенного пара пар, в зависимости от давления, используется в технологических цехах для различных нужд. В доменном производстве паром (давление пара 0,4-0,5 МПа) увлажняют дутье, уплотняют засыпные аппараты доменных печей, обогревают рудные бункера и трубопроводы, а также применяют для технологических нужд в коксохимическом производстве.
     
     В мартеновском производстве насыщенным паром (давление 0,12-0,15 МПа) нагревают мазут, масла и смолы в резервуарах и трубопроводах.
     
     Насыщенный пар находит потребителей также в энергетическом хозяйстве предприятий: для водоподготовки производственных котельных ТЭЦ, паровакуумных холодильных установок, кондиционирования воздуха в горячих цехах, получения льда, в горячем водоснабжении душевых, бань, прачечных и др.
     
     При дополнительном перегреве насыщенного пара до более высокого давления (24-4,5 МПа) его можно использовать в турбинах.
     
     Доменный цех. В доменных печах вода расходуется на охлаждение кладки печей и металлических конструкций, находящихся под непосредственным воздействием высоких температур, развивающихся в процессе плавки металла. Система охлаждения доменных печей состоит из большого числа теплообменников, расположенных в кладке всех зон печи, по которым циркулирует охлаждающая вода.
     
     Теплообменники доменной печи представляют систему металлических плиткоробок, соединенных трубками небольшого диаметра. Проходя по закрытой системе труб и теплообменников, вода нагревается, но не загрязняется.
     
     Вода в теплообменниках доменной печи, по данным многочисленных обследований, нагревается на 3°С-10°С, при этом температура поступающей к печи воды может достигать 30°С-35°С. Дальнейшее ее повышение нежелательно, так как тогда может происходить выпадение солей временной жесткости, что ведет к "зарастанию" труб в теплообменниках.
     
     При использовании сравнительно мягких вод (3-4 мг экв./л) допустимое содержание взвешенных веществ при обычной эксплуатации составляет 100-200 мг/л. В отдельных случаях оно может быть повышено до 300 и даже 500 мг/л и более, что влечет за собой необходимость более частой промывки теплообменников.
     
     Помимо охлаждения доменных печей, вода в доменном цехе расходуется также на охлаждение арматуры воздухонагревателей. Одной из характерных особенностей системы водоснабжения доменных цехов является наличие в отводной магистрали напора, создаваемого за счет разности отметок (расположения сборных резервуаров или желобов, находящихся на уровне рабочей площадки печи и водоохладителей.
     
     Разность отметок (8-10 м) обеспечивает поступление нагретой, отработанной воды к охладителям оборотной системы водоснабжения самотеком, без перекачки ее насосами.
     
     Установки для очистки доменного газа. Выходящий из доменных печей газ обладает большой теплотворной способностью и используется в качестве топлива в других цехах металлургического завода. Однако для транспортировки по газопроводам он должен быть очищен от большого количества колошниковой пыли, состоящей из мельчайших частиц материалов, загружаемых в печь (руда, кокс, известняк и др.). Одновременно с очисткой газ должен быть охлажден.
     
     В настоящее время при проектировании металлургических заводов предусматривается электрическая очистка доменных газов в электрофильтрах. При прохождении через электрическое поле высокого напряжения содержащиеся в газе частицы пыли приобретают электрический заряд и осаждаются на электродах.
     
     Установка для электрической очистки газа состоит из скруббера, размещаемого в нижней части аппарата, и двух электрофильтров, находящихся в средней и верхней частях колонны.
     
     В скруббере газ проходит грубую очистку и одновременно охлаждается до 35°С-40°С. После скруббера газ направляется на электрофильтры, где происходит его тонкая очистка.
     
     Расходуемая на промывку и охлаждение газа загрязненная большим количеством колошниковой пыли вода собирается в нижней части газоочистного аппарата (под скруббером) и сбрасывается в отводные лотки. Сточная вода после газоочистки содержит как механические, так и химические загрязнения. В то же время после надлежащего отстоя вода может быть вновь использована для водоснабжения газоочистки. Поэтому система водоснабжения газоочистки принимается оборотной. Перед повторным использованием осветленной воды ее необходимо охладить.
     
     Осветление оборотной воды происходит в горизонтальных отстойниках. На металлургических заводах, работающих на обычных рудах, применяются радиальные отстойники, оборудованные подвижными фермами для непрерывного сгребания шлама, что весьма важно, так как шлам имеет свойство спекаться. Шлам удаляется из отстойников постоянно работающими насосами.
     
     Опыт эксплуатации радиальных отстойников подтвердил их несомненные преимущества. Эффект осветления в них достигает 90%-95%. Однако и при высоком проценте осветления в оборотной воде цикла газоочистки содержится до 200-500 мг/л взвешенных веществ. Наличие в оборотной воде такого количества взвеси, имеющей способность к спеканию, предъявляет особые требования к конструкции оросительных устройств градирен.
     
     Сталеплавильные цехи. В мартеновских печах этих цехов вода охлаждает заслонки и рамы завалочных окон, кессоны, перекидные клапаны и другие устройства. Вода циркулирует по закрытым трубкам и поэтому не загрязняется. После охлаждения ее вновь можно использовать, за исключением воды от дымовых клапанов, которая сбрасывается в канализацию.
     
     Средний температурный перепад между подводимой и отходящей от мартеновских цехов водой составляет 15°С. Нагревшаяся вода собирается в приемных коробках, установленных на рабочих площадках печей, на высоте 7-8 м от спланированной поверхности и под этим напором может подаваться на охладитель.
     
     В последнее время применяется испарительное охлаждение мартеновских печей. Подаваемая в теплообменники горячая вода за счет отбора тепла от охлаждаемых элементов образует пароводяную эмульсию, которая поступает в бак-сепаратор, где пар отделяется от воды и отводится для дальнейшего использования, а вода продолжает циркулировать в системе. Циркуляция происходит либо естественным путем за счет разности удельных весов воды и пароводяной эмульсии, либо при помощи насоса.
     
     Подаваемая для испарительного охлаждения вода подвергается специальной химической очистке. В этом случае оборотное водоснабжение с охлаждением отработавшей воды в водоохладителях не применяется.
     
     Водяное охлаждение при использовании испарительного охлаждения сохраняется в виде резерва для удовлетворения потребности одной или двух печей в зависимости от мощности цеха. Вода используется также для охлаждения мелких агрегатов в цехе - дымовых клапанов и др.
     
     Прокатные цехи. По характеру водопотребления оборудование прокатных цехов можно разделить на три основные группы:
     
     - нагревательные печи и колодцы, где слитки разогреваются перед их прокаткой;
     
     - собственно прокатные станы;
     
     - теплообменники для воздуха (и масла) в моторных помещениях двигателей основных станов.
     
     В нагревательных колодцах и печах прокатных цехов вода расходуется для охлаждения примерно тех же деталей, что и в мартеновских печах. Вода циркулирует по закрытым трубкам, ничем не загрязняется и после охлаждения может быть вновь использована.
     
     Эти агрегаты нетребовательны в отношении температуры поступающей воды, которая в отдельные периоды года может достигать 30°С-32°С. Охлаждающая вода нагревается в печах и колодцах на 8°С-12°С.
     
     В отношении качества (состав, количество взвешенных веществ) к охлаждающей воде для нагревательных колодцев и печей прокатных цехов предъявляются те же требования, что и для доменных печей.
     
     Значительное количество воды в современных прокатных цехах расходуется для воздухоохладителей и охлаждения масла в моторных помещениях машинных залов при станах, где расположены электродвигатели. Проходя закрытые противоточные аппараты, вода нагревается на 8°С-15°С. Для обеспечения лучших условий работы электродвигателей температура охлаждающей воды для воздуха и масла не должна превышать 25°С-28°С.
     
     Часть подаваемой к прокатным станам воды поступает к валкам и подшипникам станов и охлаждает их, после чего сливается в подстановые каналы и используется для смыва окалины, которая осыпается с прокатываемого металла в цеховые отстойники. Для охлаждения подшипников станов следует подавать воду без механических примесей. В этих целях используется вода, подаваемая к печам и нагревательным колодцам, или отработанная вода, отходящая от этих агрегатов.
     
     Обычно для прокатных цехов проектируется две системы оборотного водоснабжения - для чистой воды, используемой для охлаждения печей и нагревательных колодцев, воздухо- и маслоохладителей, и для воды, поступающей от станов. Различное качество оборотной воды определяет выбор разных типов охладителей: вентиляторных или башенных градирен с пленочным оросителем для чистого цикла и капельных или брызгальных градирен - для загрязненной воды.
     
     К воде, используемой для охлаждения валков прокатных станов, не предъявляется особых требований как в отношении ее качества, так и температуры. Однако вода, используемая от смыва окалины, должна быть освобождена от окалины и смазочного масла, которое зачастую попадает в сточную воду, отходящую от прокатных цехов. С этой целью на металлургических заводах проектируются особые отстойники, в которых происходит осветление воды, т.е. освобождение от мелкой окалины, вынесенной из цеха, и следов масла.
     
     

1.2 Химическая промышленность, нефтепереработка и нефтехимия


     Химическая промышленность характеризуется высоким уровнем потребления энергетических ресурсов. К особо энергоемким относятся производство масел, соды каустической и кальцинированной, удобрений, волокон и нитей химических, синтетических смол и пластических масс, синтетического каучука, этилена и пропилена, ацетилена, средств защиты растений, бутилового и изобутилового спиртов. В таблице 1.2 показано фактическое удельное потребление энергии на производство различных видов продукции химической промышленности в Российской Федерации.
     
     
Таблица 1.2 - Фактическое удельное потребление энергии на производство различных видов продукции химической промышленности в Российской Федерации ([52])

Продукция

Ед.изм.

Электроэнергия, кВт·ч

Теплоэнергия, тыс.ккал

Топливо, кг у.т.



2012

2013

2014

2012

2013

2014

2012

2013

2014

Переработка нефти, включая газовый конденсат

на 1 т

46,4

44,0

42,9

134,5

127,2

123,6

59,3

56,3

53,1

первичная переработка нефти

на 1 т

17,8

16,8

17,0

63,2

61,4

55,4

31,9

31,3

29,2

гидрокрекинг

на 1 т

66,9

74,6

66,4

251,5

266,1

343,3

114,1

128,6

103,5

термический крекинг

на 1 т

13,0

13,3

12,6

38,0

35,0

35,5

33,0

32,0

30,2

каталитический крекинг

на 1 т

95,5

93,2

88,6

264,7

258,9

241,7

72,2

66,7

66,0

каталитический риформинг

на 1 т

82,7

81,1

86,7

113,6

122,0

130,8

98,9

93,9

98,4

производство масел

на 1 т

323,4

392,4

320,2

1552,5

1866,4

1515,2

235,3

280,5

223,3

коксование тяжелых нефтяных остатков

на 1 т

38,9

40,6

39,5

145,2

146,7

149,5

57,0

58,7

57,5

гидроочистка

на 1 т

24,1

24,6

25,0

39,7

39,0

35,6

24,4

22,7

22,7

каталитический риформинг для получения ароматических углеводородов

на 1 т

157,3

155,2

151,4

499,9

503,5

499,3

204,7

212,8

208,7

парекс

на 1 т

211,3

194,7

186,7

76,3

78,5

63,4

57,3

47,0

49,2

Переработка газа

на 1 тыс.мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

118,8

118,5

125,4

188,2

178,9

185,0

20,9

17,8

18,8

в том числе глубокая переработка газа

на 1 тыс.мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

75,0

73,6

73,6

33,8

33,3

33,0

2,0

3,1

2,1

Сера

на 1 т

63,0

65,8

79,2

475,9

484,4

588,1

86,5

83,4

87,1

Серная кислота в моногидрате

на 1 т

106,3

108,1

113,1

99,6

108,9

121,5

5,1

5,9

9,1

Аммиак синтетический

на 1 т

121,1

115,5

111,0

122,5

117,9

110,5

28,6

24,6

25,5

Сода кальцинированная 100% (включая поташ и содопоташную смесь)

на 1 т

177,4

170,9

181,6

1995,2

1911,1

1676,2

76,1

71,4

76,1

Сода каустическая твердая 100% (включая едкий калий)

на 1 т

1240,4

1118,6

1106,1

1765,6

1724,2

1703,2

38,5

43,2

41,6

Калийные удобрения (в пересчете на 100% ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения)

на 1 т

273,9

279,5

243,9

481,1

538,8

447,9

24,3

24,9

21,9

Фосфатные удобрения (в пересчете на 100% ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения)

на 1 т

587,2

533,4

361,6

2322,4

2059,0

1611,5

57,6

55,1

43,4

Карбамид (мочевина) в пересчете на 100% ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

на 1 т

250,5

245,5

192,0

1342,3

1421,5

1123,2

14,6

29,0

21,1

Аммиачная селитра

на 1 т

58,6

56,3

55,8

393,8

382,8

325,9

3,1

2,9

2,8

Волокна и нити химические

на 1 т

2329,4

2153,1

2117,5

2701,0

2366,3

2187,7

57,6

55,6

48,4

Синтетические смолы и пластические массы

на 1 т

733,9

639,8

639,3

2827,0

2751,9

3141,4

143,7

141,7

170,1

Каучук синтетический

на 1 т

2600,2

2487,8

2648,8

15357,2

13887,9

12980,5

679,5

670,9

677,0

Лакокрасочные материалы

на 1 т

172,6

147,7

198,9

259,6

205,1

600,3

12,4

12,5

46,0

Этилен и пропилен

на 1 т

481,4

423,0

439,1

2583,9

2376,8

2411,2

313,7

455,7

380,7

Ацетилен

на 1 т

2123,6

2284,3

2196,6

4362,5

4493,7

4589,3

-

-

-

Средства защиты растений химические (пестициды) в 100% исчислении по действующему веществу

на 1 т

330,8

339,2

476,2

315,8

334,5

501,9

-

-

-

Спирты бутиловый и изобутиловый

на 1 т

1649,8

1993,4

1940,4

5345,8

6318,9

5863,0

545,6

620,4

660,4

Шины для грузовых автомобилей, автобусов и троллейбусов

на 1 шт.

52,0

66,2

63,6

191,3

243,1

245,0

0,1

0,1

0,1

Шины для легковых автомобилей

на 1 шт.

18,7

17,7

18,8

61,1

53,0

48,5

0,0

0,0

0,2


     Технологические процессы во многих отраслях химической промышленности связаны с охлаждением разогретых жидких и газообразных продуктов. Охлаждение производится непосредственно водой или растворами.
     
     Примером комбинированного охлаждения могут служить аммиачно-холодильные установки, где для целей охлаждения употребляется аммиак и соляной раствор, а вода расходуется для охлаждения рубашек компрессоров и конденсаторов для аммиака.
     
     Для большинства установок химических заводов, где расходуется вода оборотных систем водоснабжения, характерным является применение ограниченного количества типов теплообменников и конденсаторов.
     
     Основными типами являются:
     
     - поверхностные теплообменники и конденсаторы, в которых охлаждаемый продукт и вода не соприкасаются друг с другом и где, как правило, вода не загрязняется продуктом;
     
     - конденсаторы с разбрызгиванием охлаждающей воды непосредственно в продукт.
     
     К числу поверхностных аппаратов относятся:
     
     - трубчатые конденсаторы и теплообменники;
     
     - погруженные конденсаторы и теплообменники;
     
     - оросительные теплообменники.
     
     Трубчатые конденсаторы и теплообменники представляют собой противотивоточные* теплообменные аппараты, где по пучку трубок мелкого диаметра протекает обычно вода, а по межтрубному пространству движется охлаждаемый продукт.
___________________

* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.


     
     Конденсаторы или теплообменники в виде труб или змеевиков, погруженных в бак с проточной водой, получили название погруженных. Отличаясь простотой устройства, аппараты этого типа весьма нетребовательны к качеству воды (жесткости и содержанию взвеси).
     
     В том случае, если змеевики орошаются водой сверху, установки носят название оросительных. Теплообменники и конденсаторы этого типа более эффективны, так как в них, кроме отведения тепла за счет повышения температуры охлаждающей воды, охлаждение происходит и за счет испарения части воды.
     
     Как отмечалось выше, в поверхностных аппаратах вода не соприкасается с охлаждаемым продуктом и, следовательно, ничем не загрязняется. Однако в результате разгерметизации теплообменников охлаждаемый продукт может попадать в воду, что необходимо учитывать при выборе типа водоохладителей.
     
     Из аппаратов, у которых вода непосредственно вводится в продукт для его охлаждения, на предприятиях химической промышленности применяются смешивающие и барометрические конденсаторы. Вода в них, проходя через насадки, сопла или другие приспособления, из верхней части аппарата падает навстречу газообразному продукту.
     

Барометрические конденсаторы отличаются от смешивающих тем, что в них создается вакуум, который образуется за счет быстрой конденсации паров. В отдельных случаях, в зависимости от характера загрязнения, после соответствующей очистки и охлаждения вода после барометрических конденсаторов может быть повторно использована.
     
     Общей и характерной чертой химических предприятий является наличие большого количества теплообменников и отдельных оборотных циклов водоснабжения, поскольку составные части газообразных продуктов конденсируются при различных температурах. Поэтому к температурам охлаждающей воды также предъявляются различные требования, определяемые технологами при расчете аппаратуры. Максимальное понижение температуры оборотной воды необходимо для аппаратов, которые при низких температурах воды обеспечивают большую конденсацию и лучшее извлечение продукта.
     
     Так, например, в бензольных цехах коксохимических заводов количество улавливаемого бензола при температуре масла 25°С может достигать 90% от его содержания в газе, а если масло будет охлаждено до температуры 30, 35 или 40°С, количество улавливаемого бензола соответственно снизится до 86, 79 и 70%.
     
     

1.3 Тепловые и атомные электростанции


     По данным Системного оператора ЕЭС за 2015 год ([51]) для производства электроэнергии в России применяются энергогенерирующие установки следующих типов:
     
     - тепловые электростанции (ТЭС) - 68,10% установленной электрической мощности;
     
     - гидроэлектростанции (ГЭС) - 20,34%;
     
     - атомные электростанции (АЭС) - 11,53%;
     
     - прочие (СЭС, ВЭС) - 0,03%.
     
     Тепловые электростанции в свою очередь подразделяются на:
     
     - конденсационные электростанции (КЭС) с паросиловыми установками (паровыми турбогенераторами) - 46,3% от установленной электрической мощности ТЭС;
     
     - теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - 37,3%;
     
     - газотурбинные (ГТУ) и парогазовые установки (ПГУ) - 16,4%.
     
     Все типы используемых в настоящее время тепловых электрогенерирующих энергоустановок, преобразующих энергию химических связей различных видов топлива в тепло, а затем в электроэнергию, нуждаются в организованном отведении избыточного тепла в окружающую среду. Общее количество крупных ТЭС и, соответственно, их систем охлаждения, составляло в России на конец 2015 года около трехсот пятидесяти.
     
     В 2015 году тепловыми электростанциями России было потреблено около 250 млн. тонн условного топлива (или около 2013,8 млн.МВт·ч топлива), при этом ТЭС произвели 671,4 млн.МВт·ч электроэнергии и порядка 550 млн.МВт·ч тепла (1 млн.Гкал=1,163 млн.МВт·ч). Остальная энергия топлива - 792,4 млн.МВт·ч или 39% - была отведена в окружающую среду в виде низкопотенциального тепла. Около 10% исходной энергии топлива (около 200 млн.МВт·ч) было отведено в атмосферу котельными установками с теплом дымовых газов, химическим и механическим недожогом, тепловыми потерями через обшивку котлов. Остальная часть энергии - 592,4 млн.МВт·ч или около 29% энергии сожженного топлива, было отведено в окружающую среду системами охлаждения энергогенерирующих установок.
     
     Все избыточное тепло от ТЭС и АЭС в конечном счете отводится в атмосферу, однако в качестве промежуточного теплоносителя между технологическим оборудованием и атмосферой, как правило, применяется вода. В среднем за год ТЭС России используют около 106 млрд.мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения воды, в том числе 80,3 млрд.мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения из систем оборотного и повторного водоснабжения и 25,6 млрд.мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения свежей воды из природных источников (по данным ведомственной отчетности Минэнерго России). Основной объем воды на ТЭС потребляется для конденсации пара в конденсаторах паровых турбин (до 90% всей потребности в воде). Для прочих нужд электростанции - подпитки котлов, охлаждения подшипников насосного оборудования, масла, газа и воздуха генераторов, транспорта золы и шлака и т.д. - используется сравнительно небольшая часть общего объема потребления воды.
     
     Удельный расход воды на каждый произведенный 1 МВт·ч электроэнергии, зависит от типа применяемого генерирующего оборудования и составляет для паросиловой конденсационной ТЭС 160-250 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, для газотурбинной ТЭС - в 3 раза меньше. Потребность в воде для производства электроэнергии на ТЭЦ существенно зависит от того, работает ТЭЦ в теплофикационном или конденсационном режиме. Среднее значение использования воды для производства 1 МВт·ч электроэнергии по России в 2015 году составило 158 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, в том числе 38 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения свежей воды. Температура воды, охлаждающей конденсаторы, определяет величину вакуума, непосредственно влияющую на количество вырабатываемой турбинами электроэнергии и на экономичность работы электростанции в целом. Повышение температуры охлаждающей воды на один градус ухудшает величину вакуума в конденсаторах на 0,5%, что равноценно снижению мощности турбины на 0,4% или перерасходу пара на 0,5%.
     
     Обычно величина нагрева воды в конденсаторах составляет 7°С-9°С.
     
     В конструктивном отношении воздухо- и газоохладители также являются поверхностными теплообменниками аналогично конденсаторам с той лишь разницей, что между трубками с охлаждающей водой проходит не пар, а подлежащий охлаждению воздух или водород. Температура подводимого к генератору воздуха не должна превышать 35°С-37°С. По этой причине технические условия на поставку генераторов предусматривают температуру охлаждающей воды для систем воздухоохлаждения не выше 30°С-33°С во избежание снижения мощности, отдаваемой генератором. Величина нагрева воды в воздухоохладителях составляет 4°С-5°С.
     
     Поверхностные теплообменники применяются и для охлаждения турбинного масла, используемого для смазки подшипников турбогенераторов и регулирующих механизмов. Маслоохладители обычно требуют подачи воды с температурой не выше 25°С-30°С.
     
     Для химической очистки воды, питающей котлы, и гидравлического удаления золы и шлаков используется часть теплой циркуляционной воды, получаемой после охлаждения конденсаторов.
     
     Вода в конденсаторах, воздухо- и газоохладителях не загрязняется. В маслоохладителях вода может загрязняться нефтепродуктами через неплотности теплообменной поверхности. Закрытая система охлаждения конденсаторов позволяет легко решать вопросы, связанные с подачей отработанной воды на водоохладительные сооружения. При использовании градирен или брызгальных бассейнов вода подается к конденсаторам под таким напором, чтобы на выходе из них сохранился остаточный напор, способный обеспечить подачу теплой воды на охладитель.
     
     Потребности АЭС в охлаждении и отведении неутилизируемого тепла значительно выше по сравнению с ТЭС одинаковой мощности. Это связано с более низкими параметрами и с наличием других охлаждающих устройств, не характерных для ТЭС. Система технического водоснабжения, осуществляющая функции охлаждения, во многом определяет надежность и экономичность работы АЭС. Капиталовложения в ее сооружение оцениваются на уровне 10% от стоимости строительства АЭС.
     
     Основные источники сбросного тепла на АЭС:
     

а) конденсаторы паровых турбин (основных и вспомогательных);
     

б) маслоохладители и воздухоохладители турбогенераторов;
     

в) охлаждение подшипников насосов и других вспомогательных агрегатов;
     

г) теплообменники вентиляционных систем;
     

д) теплообменники доохлаждения продувочной воды парогенератора;
     

е) теплообменники бассейнов выдержки и перегрузки;
     

ж) теплообменники расхолаживания реактора;
     

з) теплообменники доохлаждения продувочной воды реактора;
     

и) теплообменники автономных контуров охлаждения ГЦН;
     

к) охладители радиоактивных проб воды и пара, отбираемых для анализа;
     
     Наиболее ответственные потребители осуществляют охлаждение через промежуточный контур. Соотношение давлений потребителей в промежуточном контуре и в системе технического водоснабжения устанавливается таким, чтобы исключить распространение радиоактивности за пределы станции. Если в качестве источника технического водоснабжения используется морская вода, то по прямому назначению она может использоваться лишь для охлаждения конденсаторов турбин, масло- и воздухоохладителей, у всех остальных потребителей охлаждение должно идти через промежуточный контур.
     
     Более 90% расхода технической воды на АЭС потребляют конденсаторы турбин. Охлаждение конденсаторов турбин осуществляется по независимой от других охладителей системе и называется системой технического водоснабжения низкого давления. Для охлаждения ответственных потребителей сооружаются свои системы среднего и высокого давления, не зависящие от работы системы низкого давления.
     
     Учитывая большие потребности в технической воде, источник технического водоснабжения является определяющим при выборе места строительства АЭС. Чем ниже температура охлаждающей воды, тем выше экономичность и надежность АЭС.
     
     

1.4 Компрессорные станции


     По принципу работы компрессоры можно разделить на объемные и динамические. К компрессорам объемного действия относятся поршневые и винтовые, а к динамическим - центробежные.
     
     

Рисунок 1.3 - Типы компрессоров

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 1.3 - Типы компрессоровИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

_______________
     ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения Данные Premium Engineering, .
     
     
     Процесс сжатия любых газов связан с повышением его температуры. Для того чтобы температура сжимаемого газа, выходящего из компрессора, не превышала допустимого предела для нормальной, экономичной и безопасной работы компрессора (140°С-160°С), применяется охлаждение сжимаемого газа - воздушное и/или водяное. Воздушное охлаждение малоэффективно и используется преимущественно в компрессорах малой производительности. Чаще применяется оборотное водяное охлаждение компрессоров.
     
     Система охлаждения компрессоров не предъявляет особых требований к температуре подаваемой воды. В зависимости от величины расхода нагрев воды может достигать 10°С-25°С. Желательно, чтобы температура нагретой воды не превышала 40°С-45°С для того, чтобы не происходило выпадение солей временной жесткости и образование накипи на охлаждаемой поверхности.
     
     Если охлаждающая вода содержит большое количество солей, рекомендуется применять двухступенчатую или двухконтурную системы охлаждения. При такой системе охлаждения рубашки компрессоров охлаждает химически очищенная вода, циркулирующая по закрытой, замкнутой сети (первого контура), снабженной поверхностным теплообменником. Вода второго контура используется, в свою очередь, для охлаждения поверхностного теплообменника, после чего она поступает на водоохладитель.
     
     Компрессоры применяются в промышленности очень широко, практически во всех отраслях промышленности.
     
     В электроэнергетике мощные компрессоры применяются для обеспечения необходимого давления топливного газа перед газотурбинными установками.
     
     На нефтепромыслах до недавнего времени было принято сжигать на факелах попутный нефтяной газ, образующийся в результате первичной обработки нефти и перед ее подачей в трубопровод. В настоящее время введено государственное регулирование, в соответствии с которым доля попутного газа, которая может быть сожжена в факелах, ограничивается. Для сжигания попутного газа его необходимо компримировать. Как правило, рабочее давление на нагнетании компрессора на промысле составляет 2-5 МПа. Для этих целей в большинстве случаев используются поршневые компрессоры с газопоршневым приводом. Единичная мощность такого компрессорного агрегата составляет 150-3500 кВт. Топливом для привода служит перекачиваемый газ.
     
     Еще одной задачей для нефтепромысловых объектов является поддержание пластового давления с помощью закачки газа в пласт. В качестве газа может быть использован попутный газ, иногда воздух. Рабочее давление компрессора для этих целей составляет 15-35 МПа. На давно эксплуатируемых месторождениях для повышения дебита скважин применяется газлифтный способ добычи, когда течение нефти в трубу интенсифицируется потоком газа, подаваемого в пласт через другую скважину.
     
     На газопромысловых объектах компрессоры необходимы для обеспечения стабильных параметров газа при подаче его в газопровод, поскольку со временем дебит скважины и пластовое давление снижаются. Для этих целей применяются поршневые (для средних и малых месторождений) и центробежные (для крупных месторождений) компрессоры со сменными проточными частями.
     
     Поршневые компрессоры с газопоршневым приводом широко применяются для транспорта газа (на небольших магистралях) и для технологий его первичной переработки на месторождениях. Единичная мощность таких компрессорных установок бывает от 50 кВт до 6 МВт и могут иметь от одной до 4 ступеней сжатия.
     
     Основные месторождения газа в России расположены на значительном расстоянии от крупных потребителей. Подача газа к ним осуществляется по газопроводам. При прохождении газа по трубам его давление снижается. Например, при расходе газа 90 млн.нмИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/сут по трубе диаметром 1400 мм давление убывает с 7,6 до 5,3 МПа на участке 110 км. Поэтому транспортировать природный газ в достаточном количестве и на большие расстояния только за счет естественного пластового давления невозможно. Для этой цели необходимо строить компрессорные станции (КС), которые устанавливаются на трассе газопровода через каждые 100-200 км.
     
     В настоящее время только на магистральных газопроводах газотранспортной системы России эксплуатируется более 4 тыс. компрессоров общей установленной мощностью порядка 40 млн.кВт.
     
     Перед подачей газа в магистральные газопроводы его необходимо подготовить к транспорту на головных сооружениях, которые располагаются около газовых месторождений. Подготовка газа заключается в очистке его от механических примесей, осушке от газового конденсата и влаги, а также удалении, при их наличии, побочных продуктов: сероводорода, углекислоты и т.д.
     
     При падении пластового давления около газовых месторождений строят так называемые дожимные компрессорные станции, где давление газа перед подачей его на КС магистрального газопровода поднимают до уровня 5,5-7,5 МПа. На магистральном газопроводе около крупных потребителей газа сооружаются газораспределительные станции для газоснабжения потребителей.
     
     

Рисунок 1.4 - Схема газопровода и изменения давления и температуры газа вдоль трассы

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 1.4 - Схема газопровода и изменения давления и температуры газа вдоль трассы ([56])


     На газопроводах в качестве привода КС используются газотурбинные установки, электродвигатели и газомотокомпрессоры - комбинированные агрегаты, в которых привод поршневого компрессора осуществляется от коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Вид привода компрессорных станций и ее мощность, в основном, определяются пропускной способностью газопровода. Для станций подземного хранения газа, где требуются большие степени сжатия и малые расходы, используются газомотокомпрессоры, а также газотурбинные агрегаты типа "Солар" и ГПА-Ц-6,3, которые могут обеспечивать заданные степени сжатия. Для газопроводов с большой пропускной способностью наибольшее применение находят центробежные нагнетатели с приводом от газотурбинных установок или электродвигателей.
     
     С ростом пропускной способности газопроводов за счет увеличения диаметра трубы и рабочего давления растет температура газа, протекающего по трубопроводу. Для повышения эффективности работы газопровода и, прежде всего, для снижения затрат энергии на транспортировку газа необходимо на выходе каждой КС устанавливать аппараты воздушного охлаждения газа. Снижение температуры газа необходимо еще и для сохранения изоляции трубы. Для уменьшения затрат мощности КС на перекачку газа, увеличения пропускной способности газопровода и экономии энергоресурсов на перекачку газа всегда выгодно поддерживать максимальное давление газа в трубопроводе, снижать температуру перекачиваемого газа за счет его охлаждения на станциях, использовать газопроводы большего диаметра, периодически осуществлять очистку внутренней поверхности трубопровода.
     
     Современная компрессорная станция (КС) - это сложное инженерное сооружение, обеспечивающее основные технологические процессы по подготовке и транспорту природного газа.
     
     

Рисунок 1.5 - Принципиальная схема компоновки основного оборудования компрессорной станции

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

1 - узел подключения КС к магистральному газопроводу; 2 - камеры запуска и приема очистного устройства магистрального газопровода; 3 - установка очистки технологического газа, состоящая из пылеуловителей и фильтрсепараторов; 4 - установка охлаждения технологического газа; 5 - газоперекачивающие агрегаты; 6 - технологические трубопроводы обвязки компрессорной станции; 7 - запорная арматура технологических трубопроводов обвязки агрегатов; 8 - установка подготовки пускового и топливного газа; 9 - установка подготовки импульсного газа; 10 - различное вспомогательное оборудование; 11 - энергетическое оборудование; 12 - главный щит управления и система телемеханики; 13 - оборудование электрохимической защиты трубопроводов обвязки КС


Рисунок 1.5 - Принципиальная схема компоновки основного оборудования компрессорной станции ([56])


     На магистральных газопроводах различают три основных типа КС по их функциональному назначению: головные компрессорные станции, линейные компрессорные станции и дожимные компрессорные станции.
     
     Головные компрессорные станции устанавливаются непосредственно по ходу газа после газового месторождения. По мере добычи газа происходит падение давления в месторождении до уровня, когда транспортировать его в необходимом количестве без компремирования уже нельзя. Поэтому для поддержания необходимого давления и расхода строятся головные компрессорные станции. Их назначением является создание необходимого давления технологического газа для его дальнейшего транспорта по магистральным газопроводам. Принципиальным отличием таких станций от линейных станций является более высокая степень сжатия.
     
     Линейные КС устанавливаются на магистральных газопроводах, как правило, через каждые 100-200 км. Назначением КС является компремирование поступающего на станцию природного газа. Тем самым обеспечивается постоянный заданный расход газа по магистральному газопроводу. В России строятся линейные газопроводы в основном на давление 5,5 МПа и 7,5 МПа.
     
     Дожимные компрессорные станции (ДКС) устанавливаются на подземных хранилищах газа (ПХГ). Назначением ДКС является подача газа в подземное хранилище газа от магистрального газопровода и отбор природного газа из подземного хранилища (как правило, в зимний период времени) для последующей подачи его в магистральный газопровод или непосредственно потребителям газа. ДКС строятся также на газовом месторождении при падении пластового давления ниже давления в магистральном трубопроводе. Отличительной особенностью ДКС от линейных КС является высокая степень сжатия 2-4, улучшенная подготовка технологического газа (осушители, сепараторы, пылеуловители), поступающего из подземного хранилища с целью его очистки от механических примесей и влаги, выносимой с газом.
     
     Рядом с потребителями газа строятся газораспределительные станции (ГРС), где газ редуцируется до необходимого давления (1,2; 0,6; 0,3 МПа) перед подачей его в сети газового хозяйства.
     
     Компремирование газа на КС приводит к повышению его температуры на выходе станции. Численное значение этой температуры определяется ее начальным значением на входе КС и степенью сжатия газа.
     
     Излишне высокая температура газа на выходе станции, с одной стороны, может привести к разрушению изоляционного покрытия трубопровода, а с другой стороны - к снижению подачи технологического газа и увеличению энергозатрат на его компремирование (из-за увеличения его объемного расхода).
     
     Определенные специфические требования к охлаждению газа предъявляются в северных районах страны, где газопроводы проходят в зоне вечномерзлых грунтов. В этих районах газ в целом ряде случаев необходимо охлаждать до отрицательных температур с целью недопущения протаивания грунтов вокруг трубопровода. В противном случае это может привести к вспучиванию грунтов, смещению трубопровода и, как следствие, возникновению аварийной ситуации.
     
     Охлаждение технологического газа можно осуществить в холодильниках различных систем и конструкций; кожухотрубных (типа "труба в трубе"), воздушных компрессионных и абсорбирующих холодильных машинах, различного типа градирнях, воздушных холодильниках и т.д.
     
     Большую часть механического оборудования нефтеперерабатывающих, газоперерабатывающих и нефтехимических производств составляет компрессорное оборудование различного назначения, применяемое в основном технологическом цикле и вспомогательных производствах:
     
     - циркуляционные компрессоры, обеспечивающие стабильный расход процессного газа по замкнутому контуру для поддержания необходимых параметров рабочего процесса в технологических установках (например, циркуляция водородсодержащего газа в циклах установок гидроочистки);
     
     - питающие компрессоры, обеспечивающие подачу процессного газа в реактор;
     
     - дожимающие компрессоры (бустеры);
     
     - компрессоры товарных газов (например, метана).
     
     Наибольшее распространение на заводах нефте- и газопереарботки получили поршневые и центробежные компрессоры с электроприводом.
     
     Воздухоразделительные установки различного назначения - еще одна достаточно специфическая область применения компрессорного оборудования. Независимо от типа используемых технологических процессов разделения воздуха они требуют подачи сжатого воздуха.
     
     Крупные системы охлаждения применяются при производстве сжиженного природного газа (СПГ). Обычно сжижение природного газа высокого давления при температуре окружающей среды производится в серии теплообменников (испарителей холодильных машин), которые обеспечивают последовательное охлаждение, полное сжижение и некоторое переохлаждение. Очистка и фракционирование реализуются, как и основное охлаждение, под высоким давлением. Установки сжижения являются крупными потребителями энергии. Эта энергия обычно производится за счет потребления части сжижаемого газа (в тепловом эквиваленте около 12%).
     
     

1.5 Целлюлозно-бумажная промышленность


     В России имеется 212 предприятий, производящих целлюлозно-бумажную продукцию, из которых 17 крупных предприятий (более 100 тыс.т товарной продукции в год) выпускают 79,9% общего объема продукции, средние предприятия (14 единиц, годовая мощность 50-100 тыс.т) производят 9,5% продукции. Оставшиеся 10,6% выпускаемых бумаги, картона и изделий из них приходятся на долю 181 предприятия.
     
     Производство целлюлозно-бумажной продукции является высокоэнергоемким. В таблице 1.3 показано фактическое удельное потребление энергии на производство 1 т бумаги и картона в Российской Федерации.
     
     
Таблица 1.3 - Фактическое удельное потребление энергии на производство 1 т бумаги и картона в Российской Федерации в 2012-2014 годах (Источник: данные ФТС, обработка РАО "Бумпром")

Вид продукции

Электроэнергия, кВт·ч

Теплоэнергия, тыс.ккал

Топливо, кг у.т.


2012

2013

2014

2012

2013

2014

2012

2013

2014

Бумага

894,3

903,4

861,3

1650,2

1583,9

1592,4

8,9

9,2

8,7

Картон

574,5

537,3

522,7

1795,3

1722,8

1719,7

4,2

3,7

3,0


     Технологические процессы производства целлюлозно-бумажной продукции, связанные со значительным использованием тепловой и электрической энергии, описаны в справочнике НДТ ИТС 1-2015 "Производство целлюлозы, древесной массы, бумаги, картона".
     
     Для обеспечения технологическим паром, теплом, электроэнергией на предприятиях имеются ТЭЦ, кородревесные энергетические котлы, содорегенерационные котлы и другое энергетическое оборудование. Используются все виды топлива, такие как природный газ, уголь, мазут. Высока доля использования возобновляемых источников энергии - биотоплива, включая кородревесные отходы, черный щелок, осадки очистных сооружений.
     
     Поскольку потребляемая энергия не входит в состав производимой продукции, она практически в полном объеме отводится в окружающую среду как за счет неорганизованного теплообмена, так и системами охлаждения.
     
     

Раздел 2. Применяемые системы охлаждения


     В этой главе приводится классификация и краткое описание ПСО, применяемых в российской промышленности.
     
     

2.1 Классификация ПСО


     В промышленности применяется достаточно много типов ПСО, различающихся между собой как принципом действия, так и конструкцией. Единой общепризнанной классификации ПСО не существует. В технической литературе используются разнообразные классификации ПСО, построенные на основании их различных признаков и характеристик:
     

а) по типу охлаждающего агента (теплоносителя):
     
     - водные ПСО - в качестве охлаждающего агента используется вода (в любом ее виде - вода, пар или пароводяная смесь);
     
     - газовые (в частности, воздушные, водородные и т.д.) ПСО - в качестве охлаждающего агента используется газообразное вещество (водород, воздух и т.д.);
     
     - ПСО с использованием специальных хладагентов или иных теплоносителей - в качестве охлаждающего агента могут использоваться хладагенты (фреоны) или иные теплоносители (расплавы металлов или солей, растворы различных веществ и т.д.);
     
     - гибридные (смешанные) ПСО;
     

б) по схеме движения охлаждающего агента:
     
     - прямоточные ПСО - охлаждающий агент (теплоноситель) используется однократно, т.е. после передачи тепла от технологического оборудования или от рабочего тела охлаждающий агент сбрасывается в окружающую среду (открытый цикл использования теплоносителя);
     
     - оборотные ПСО - охлаждающий агент используется многократно, т.е. после передачи тепла от технологического оборудования или от рабочего тела охлаждающий агент не сбрасывается в окружающую среду, а используется повторно (закрытый или замкнутый цикл использования теплоносителя);
     
     - ПСО с повторным (последовательным) использованием охлаждающего агента - охлаждающий агент полностью или частично после передачи тепла от технологического оборудования или от рабочего тела повторно (последовательно) используется для охлаждения других систем или механизмов (повторный или последовательный цикл использования охлаждающего агента). Данные системы фактически являются прямоточными;
     
     - комбинированные (прямоточно-оборотные) ПСО - часть охлаждающего агента после передачи тепла от технологического оборудования или от рабочего тела сбрасывается в окружающую среду, а часть повторно используется для охлаждения тех же систем или механизмов (комбинированный цикл использования охлаждающего агента). Данные системы могут обладать свойствами и характеристиками систем прямоточных, оборотных и с повторным (последовательным) использованием охлаждающего агента. Комбинированная система применяется, как правило, в тех случаях, когда источник водоснабжения в отдельные периоды года не может обеспечить производственный объект достаточным количеством охлаждающей воды, а также с целью снижения объемов забора свежей воды из водных объектов или сброса тепла в водные объекты. Это вызывает необходимость полного или частичного перехода на оборотную систему с включением в работу всех имеющихся или части охладителей. Различные типы охладителей могут соединяться в одной системе как последовательно, так и параллельно. К комбинированным системам также относятся прямоточные ПСО, в которых организована подача части нагретой воды на вход ПСО, причем эта часть может достигать десятков процентов от расхода циркуляционной охлаждающей воды;
     

в) по типу контура охлаждения:
     
     - открытые - охлаждающий агент находится в контакте с окружающей средой;
     
     - замкнутые (или закрытые) - охлаждающий агент циркулирует в закрытом контуре и не контактирует с окружающей средой.
     

г) по количеству последовательно соединенных контуров:
     
     - одноконтурные;
     
     - двухконтурные и т.д.
     

д) оборотные системы классифицируются по типам применяемых охладителей - оборотные системы с водоемами-охладителями, градирнями различных типов, брызгальными бассейнами. В качестве водоемов-охладителей могут применяться наливные, русловые и отсечные водоемы (пруды, водохранилища). Основные типы применяемых градирен разделяются по методу создания потока охлаждающего воздуха: атмосферные, башенные с естественной тягой, вентиляторные с принудительной тягой или наддувом, эжекционные;
     

е) по схемам включения охладителей и объектов охлаждения: последовательные, параллельные и смешанные.
     
     Прямоточная водная ПСО (рисунок 2.1, а) характеризуется забором охлаждающей воды с естественной температурой из реки, озера или моря. Подогретая в теплообменных аппаратах вода сбрасывается через отводящую сеть ниже по течению, не возвращаясь к водозабору.
     
     

Рисунок 2.1 - Системы технического водоснабжения ТЭС: а - прямоточная, б - оборотная с водоемом-охладителем

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

1 - водозаборный ковш; 2 - водоприемник; 3 - береговая насосная станция; 4 - напорные магистральные водоводы; 5 - напорные трубопроводы; 6 - конденсатор турбины; 7 - сливные трубопроводы; 8 - колодец; 9 - отводящий самотечный закрытый канал; 10 - сифонное сопрягающее сооружение для поддержания уровня воды в закрытом отводящем канале; 11 - открытый отводящий канал; 12 - водосбросное устройство; 13 - трубопровод обогрева водозабора в зимнее время; 14 - русло реки; 15 - затопленное русло реки в зоне водохранилища; 16 - струераспределительное устройство; 17 - водохранилище-охладитель; 18 - плотина; 19 - дополнительный (паводковый) водосброс плотины
     

Рисунок 2.1 - Системы технического водоснабжения ТЭС ([53]): а - прямоточная, б - оборотная с водоемом-охладителем.


     Оборотная система технического водоснабжения (рисунок 2.1, б) характеризуется многократным использованием циркуляционной воды с охлаждением ее в охладителях различного типа и с восполнением потерь воды в системе из источника водоснабжения. В качестве охладителей циркуляционной воды в оборотных системах водоснабжения применяются водоемы-охладители, градирни различного типа, брызгальные бассейны или их сочетания.
     
     Иногда в качестве отдельной категории ПСО выделяют непрямые двухконтурные системы охлаждения. Их характерным признаком является наличие между охлаждаемым технологическим оборудованием и охладителем, передающим тепло в окружающую среду, промежуточного оборотного контура. В принципе, ПСО любого типа может быть прямой или непрямой, поэтому наличие промежуточного контура охлаждения рассматривается в справочнике НДТ как один из возможных методов повышения экологической безопасности любых систем охлаждения, а непрямые системы с промежуточным контуром не выделяются в качестве отдельного класса ПСО.
     
     Необходимо отметить, что все применяемые классификации не позволяют однозначно классифицировать конкретную конструкцию ПСО. Это связано с тем, что для каждой конкретной конструкции ПСО можно говорить лишь о преобладании определенных физических процессов, на использовании которых организована теплопередача в данной конструкции, над другими. Так в воздушных радиаторных системах широко используется орошение радиаторов водой, в системах, традиционно относимых к испарительным, существенная часть тепла отводится путем нагревания воздуха, проходящего через градирню, градирни с естественной тягой могут оснащаться вспомогательными вентиляторами, и т.д. В связи с этим любая классификация ПСО будет достаточно условной, определяемой в большей степени ее функциональным назначением.
     
     В данном справочнике НДТ используется классификация ПСО, приведенная на рисунке 2.2. Она направлена на решение конкретной задачи идентификации НДТ ПСО и на разделение применяемых конструкций ПСО на классы, имеющие сходные показатели воздействия на окружающую среду, энергоэффективности и потребления природных ресурсов.
     
     

Рисунок 2.2 - Классификация ПСО, применяемых в Российской Федерации

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.2 - Классификация ПСО, применяемых в Российской Федерации


     Исходя из данной классификации, в справочнике НДТ рассмотрены следующие 10 типов систем охлаждения, применяемых российской промышленностью:
     
     - прямоточные водные системы охлаждения;
     
     - оборотные водные ПСО с брызгальными бассейнами;
     
     - оборотные водные ПСО с водоемами-охладителями;
     
     - оборотные водные ПСО с атмосферными градирнями;
     
     - оборотные водные ПСО с башенными испарительными градирнями (с естественной тягой);
     
     - оборотные водные ПСО с вентиляторными испарительными градирнями (с принудительной тягой или под наддувом);
     
     - оборотные водные ПСО с эжекционными градирнями;
     
     - воздушные ПСО с радиаторными градирнями с естественной тягой;
     
     - воздушные ПСО с вентиляторными радиаторными градирнями (с принудительной тягой или под наддувом);
     
     - комбинированные ПСО.
     
     Остальные применяемые конструкции ПСО не выделяются в отдельные классы, а рассматриваются как вариации основных типов ПСО, перечисленных выше.
     
     Некоторые технические и термодинамические характеристики наиболее распространенных промышленных систем охлаждения приведены для сравнения в таблице 2.1. Эти данные- ориентировочные, полученные при некоторых допущениях (см. примечания к таблице). Важно учитывать, что значения недоохлаждения могут изменяться и зависеть в значительной степени от конструкции теплообменника и характеристик окружающей среды. Соответственно изменятся и минимальные достижимые конечные температуры рабочей среды.
     
     
Таблица 2.4 - Ориентировочные технические характеристики различных типов систем охлаждения промышленного применения (кроме электростанций) ([9])

Система охлаждения

Охлаждающая среда (агент)

Основной принцип охлаждения

Минимальное недоохлаж-
дение, °СИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

Минимальная достижимая температура охлаждения охлаждаемой средыИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, °С

Мощность ПСО по отводимому теплу, МВт (тепл)

Прямоточная водная ПСО (одноконтурная)

Вода

Теплопроводность и конвекция

3-5

18-20

От <0.01 до >2000

Прямоточная водная ПСО (двухконтурная)

Вода

Теплопроводность и конвекция

6-10

21-25

От <0.01 до >1000

Оборотная водная ПСО с испарительными градирнями (одноконтурная)

ВодаИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

ВоздухИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

ИспарениеИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

6-10

27-31

От <0.1 до >2000

Оборотная водная ПСО с испарительными градирнями (двухконтурная)

ВодаИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

ВоздухИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

ИспарениеИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

9-15

30-36

От <0.1 до >200

ПСО с радиаторными градирнями или аппаратами воздушного охлаждения

Воздух

Теплопроводность, конвекция

10-15

40-45

От <0.1 до 100


     Примечания к таблице 2.1:
     

1) В этих ПСО вода является вторичным охлаждающим агентом. Тепло передается в атмосферу с водяным паром.
     

2) Воздух является охлаждающим агентом, с которым тепло отводится в окружающую среду.
     

3) Для этих ПСО испарение является основным механизмом теплопередачи. Тепло также передается путем теплопроводности и конвекции, но в меньшей доле.
     

4) Должны быть добавлены недоохлаждения теплообменника и градирни.
     

5) Конечные температуры зависят от климатических характеристик (приведены данные для средних центрально-европейских климатических условий: температура сухого термометра 30°С, мокрого термометра 21°С, температуры воды 15°С).
     

6) Производительность ПСО может достигать более высоких значений при комбинировании нескольких охлаждающих устройств.
     
     При применении непрямых (двухконтурных) систем указанное недоохлаждение увеличивается на 3-5 К, что приведет к повышению температуры технологического оборудования.
     
     
Таблица 2.5 - Области применения ПСО

Охладитель

Удельная тепловая нагрузка на единицу площади поверхности охлаждения, кВт/мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

Разность температур воды после и до охладителя, °С

Разность температур охлажденной воды и атмосферного воздуха по мокрому термометру, °С

Вентиляторные градирни

93-116 и выше

3-20

4-5

Водоемы-охладители

0,23-0,47

5-10

6-8

Башенные испарительные градирни

70-116

5-15

8-10

Эжекционные градирни

97 и выше

5-40

2-4

Атмосферные градирни

8,1-17,4

5-10

10-12

Брызгальные бассейны

5,8-23

5-10

10-12

Радиаторные (воздушные) градирни

-

5-10

20-35


     Примеры в таблицах 2.1, 2.2 показывают, что различным типам систем охлаждения соответствуют различные температуры отводимого тепла. По причинам высоких значений необходимой площади теплообменной поверхности и соответствующих капитальных затрат, воздушные системы охлаждения обычно не используются для очень больших мощностей, тогда как водные системы могут применяться для отведения до 2000 МВт и более тепла.
     
     Недоохлаждение прямоточных систем равно сумме температурного напора и повышению температуры охлаждающей воды. Термин "температурный напор" означает разность температур между температурой пара, входящего в конденсатор (или конденсата, покидающего конденсатор) и температурой охлаждающего агента (воды) на выходе из конденсатора. Обычно встречающиеся на практике значения представлены в таблице 2.3.
     
     
Таблица 2.6 - Примеры производительности и термодинамических характеристик ПСО, применяемых в энергетике ([9])

Система охлаждения

Недоохлаждение, °С

Мощность производственного процесса, МВт (тепл)

Прямоточные системы

13-20 (температурный напор 3-5)

<2700

Открытые испарительные (мокрые) градирни

7-15

<2700

Открытые гибридные градирни (в Российской Федерации не применяются)

15-20

<2500

Воздушные конденсаторы

15-25

<900


    

Рисунок 2.3 - График среднемесячных температур воды при прямоточном и оборотном водоснабжении с охладителями различных типов

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.3 - График среднемесячных температур воды при прямоточном и оборотном водоснабжении с охладителями различных типов ([14])


     Далее приведены описания принципов действия, конструкций и технических характеристик промышленных систем охлаждения, применяемых в Российской Федерации.
     
     

2.2 Прямоточные водные системы охлаждения


     В прямоточных водных системах охлаждения вода подается из водного объекта (реки, озера, моря) через открытые подводящие каналы непосредственно к производственному объекту. После теплообменников или конденсаторов нагретая вода сбрасывается в поверхностный водный объект. Тепло передается от технологического оборудования к охлаждающему веществу - воде через разделительную стенку в виде труб в трубчатом теплообменнике или в виде пластин в пластинчатом теплообменнике.
     
     

Рисунок 2.4 - Схема прямоточной системы охлаждения

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.4 - Схема прямоточной системы охлаждения


     Прямоточные системы бывают, главным образом, большой производительности охлаждения (>1000 МВт (тепл)), но могут иметь и небольшую производительность (<10 кВт). Типичные для крупных электростанций расходы воды для отведения 1 МВт (тепл) находятся в диапазоне от 0,02 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/с (при нагреве воды в конденсаторе на 12°С) до 0,034 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/с (при нагреве воды на 7°С). Прямоточные системы позволяют достичь наиболее низких конечных температур охлаждения с уровнем недоохлаждения 3°С-5°С.
     
     Экологические аспекты прямоточных систем:
     
     - использование (но не безвозвратное изъятие из водных объектов) больших объемов воды;
     
     - тепловое воздействие на водные объекты, в результате которого возможно недопустимое повышение температуры воды водного объекта;
     
     - риск повреждения и гибели рыбы и других водных организмов в результате их попадания в ПСО;
     
     - потребление энергии, главным образом, циркуляционными насосами;
     
     - риск утечек охлаждаемого вещества в водные объекты в случае, если охлаждается экологически опасное вещество;
     
     - образование твердых отходов на мусорозадерживающих решетках на водозаборе.
     
     Прямоточные системы, как правило, используются для охлаждения крупных производственных объектов в энергетике, химической промышленности и на нефтеперерабатывающих заводах. Вода, используемая для прямоточного охлаждения, забирается, главным образом, из поверхностных водоемов. Для небольших систем, например, охлаждения компрессоров, насосов, может использоваться водопроводная или подземная вода. Наличие надежного и достаточно холодного источника воды вблизи промышленной площадки является существенным условием для применения прямоточных систем. На применимость также может оказывать влияние качество воды поверхностного водоема и ограничения по объемам сброса тепла, но обычно качество воды реже является ограничивающим фактором, чем в случае оборотных систем.
     
     Иногда прямоточные системы применяются в комбинации с градирнями или другими охладителями с целью охлаждения сбросной воды перед ее выпуском в поверхностный водоем. В качестве дополнительного охладителя также применяются брызгальные устройства. Эти дополнения к прямоточным системам применяются в качестве аварийного средства понижения температуры сбросной воды в ситуациях:
     
     - при возможности циркуляции нагретой воды к водозабору при определенных природных явлениях (периодические течения, нагонные явления), что может приводить к повышению температуры воды на водозаборе этой же самой или другой промышленной установки;
     
     - в качестве аварийного средства снижения температуры сбросной воды при аномально высоких температурах воды водных объектов;
     
     - для снижения температуры в периоды особой чувствительности гидробионтов к температуре воды (нерест, миграции).
     
     

Рисунок 2.5 - Схема прямоточной системы охлаждения с градирней на выпуске

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.5 - Схема прямоточной системы охлаждения с градирней на выпуске


     В качестве еще одного варианта прямоточных ПСО применяются двухконтурные прямоточные системы. Этот вариант конструкции охлаждения подобен прямой одноконтурной прямоточной системе, однако в нем отсутствует прямая передача тепла от технологического оборудования к охлаждающему веществу, которое отводится в окружающую среду. Тепло передается от рабочей среды или оборудования в замкнутый вторичный контур, и затем, через дополнительные теплообменники - охлаждающей воде, поступающей в поверхностный водоем.
     
     С двухконтурным прямоточным охлаждением могут быть достигнуты практически столь же низкие конечные температуры технологического оборудования, но из-за наличия дополнительного теплообменника недоохлаждение может увеличиться на 3°С-5°С в зависимости от эффективности теплообменника.
     
     Риск поступления веществ из технологического процесса в поверхностный водоем для данной конструкции - минимальный, поэтому непрямая прямоточная система охлаждения воды может использоваться в случаях, когда утечка охлаждаемого вещества (например, масла, химических веществ) в охлаждающую воду создает недопустимо высокие риски для окружающей среды.
     
     

Рисунок 2.6 - Схема двухконтурной (непрямой) прямоточной системы охлаждения

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.6 - Схема двухконтурной (непрямой) прямоточной системы охлаждения


     Прямоточные ПСО очень широко применяются в промышленности Российской Федерации и в мире. В таблице 2.4 приведены сведения о количестве электростанций, применяющих различные типы ПСО (по данным отраслевой отчетности Минэнерго России за 2014 год). Из данных таблицы видно, что прямоточные и комбинированные (применяющие прямоточные системы охлаждения к части оборудования) системы применяются на более чем половине тепловых и атомных электростанций. Доля производства электроэнергии и установленной мощности электростанций с прямоточными и комбинированными ПСО существенно превышают половину, поскольку такими системами охлаждения оснащены наиболее крупные электростанции, в то время как оборотные ПСО применяются в основном на ТЭЦ, расположенных в населенных пунктах, вблизи от потребителей тепла.
     
     
Таблица 2.7 - Количество электростанций, применяющих различные типы ПСО

Тип ПСО

АЭС

ГРЭС

ТЭЦ

ГЕОЭС

ТЭС

ВСЕГО

Доля в общем количестве, %

Прямоточная

1

15

40

2

4

62

25%

Комбинированная

1

17

49

-

4

71

28%

Оборотная

8

25

81

-

3

117

47%

ВСЕГО

10

57

170

2

11

250

100%


     В таблице 2.5 приведены сведения о применении различных типов ПСО на ТЭС и АЭС США за 2004-2014 годы и доля установленной электрической мощности (ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения) ТЭС и АЭС, использующих данные типы ПСО, в общей установленной электрической мощности. Доля электростанций, использующих прямоточные системы, постепенно снижается и по количеству (2004 год - 43%, 2014 год - 35%), и по установленной мощности (2004 год - 39%, 2014 год - 36%). Тем не менее, количество применяемых в США прямоточных систем значительно.
     
     
Таблица 2.8 - Количество эксплуатируемых систем охлаждения различных типов и суммарная установленная электрическая мощность ТЭС, оборудованных различными системами охлаждения, в США в 2004-2014 годах (Источник: Интернет-сайт U.S. Energy Information Administration (EIA), eia.gov/electricity/annual/xls/epa_09_03.xlsx)

Год

Прямоточные системы

Оборотные ПСО с водоемами-
охладителями

Оборотные системы охлаждения с градирнями различного типа

Воздушные системы охлаждения

Гибридные системы охлаждения

Прочие типы систем охлаждения


Колич.

Доля в ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, %

Колич.

Доля в ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, %

Колич.

Доля в ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, %

Колич.

Доля в ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, %

Колич.

Доля в ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, %

Колич.

Доля в ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, %

2004

794

39%

178

15%

812

43%

41

2%

1

0,02%

27

2%

2005

782

38%

171

15%

810

44%

41

2%

2

0,05%

27

2%

2006

762

38%

171

15%

814

44%

43

2%

2

0,05%

28

2%

2007

757

37%

170

14%

823

44%

43

2%

2

0,05%

28

2%

2008

746

37%

162

14%

823

45%

44

2%

2

0,05%

24

2%

2009

730

37%

162

14%

833

46%

56

2%

3

0,09%

12

1%

2010

759

38%

176

14%

868

44%

60

2%

4

0,20%

21

2%

2011

724

37%

179

14%

875

45%

61

2%

4

0,20%

21

2%

2012

667

37%

159

12%

883

46%

64

2%

5

0,21%

27

3%

2013

609

36%

152

12%

855

46%

66

2%

5

0,21%

22

3%

2014

585

36%

147

13%

829

46%

68

2%

5

0,22%

33

4%

2.3 Оборотные водные ПСО


     Основным классификационным признаком оборотных водных ПСО является многократное использование циркуляционной воды для целей охлаждения.
     
     Оборотные водные ПСО, как правило, включают следующие сооружения и оборудование:
     
     - водозаборные и водоочистные сооружения, используемые для очистки забираемой воды от водорослей, мусора и т.п., при заборе воды из водного объекта рыбохозяйственного значения - рыбозащитные устройства;
     
     - насосные станции с установленными в них насосными агрегатами и вспомогательным оборудованием;
     
     - водяной тракт теплообменных аппаратов;
     
     - охладители циркуляционной воды (различные комбинации различных градирен, водоемов-охладителей, брызгальных бассейнов);
     
     - соединительные трубопроводы;
     
     - оборудование для отведения продувочных вод (насосы, трубопроводы, каналы);
     
     - система управления ПСО.
     
     Обобщенная схема открытой оборотной водной системы охлаждения показана на рисунке 2.7.
     
     

Рисунок 2.7 - Схема оборотной водной системы

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.7 - Схема оборотной водной системы


     В этих системах охлаждающая циркуляционная вода проходит через теплообменник (или теплообменники), затем охлаждается в охладительном устройстве, где основная часть тепла отводится в атмосферу. В градирнях нагретая вода распределяется по оросительному устройству градирни и охлаждается в результате тепломассообменных процессов с атмосферным воздухом, затем собирается в бассейне, из которого перекачивается циркуляционными насосами обратно к источнику тепла и вновь используется в качестве охлаждающего вещества. Поток охлаждающего воздуха может создаваться естественным образом (ветер), либо создается естественной тягой через башню градирни или посредством вентиляторов, которые нагнетают или вытягивают воздух через градирню. Охлаждение воды происходит в результате испарения небольшой части охлаждающей воды, а также через конвективное охлаждение воды воздухом. При положительных температурах окружающего воздуха испарительные градирни передают в атмосферу приблизительно 80% тепла в виде скрытого тепла (тепла, пошедшего на испарение части циркуляционной воды) и около 20% - за счет теплопередачи от воды к воздуху (тепла, пошедшего на повышение температуры воздуха).
     
     Большая часть воды, которая охлаждается в градирне, циркулирует и может вновь использоваться в качестве охлаждающего агента. В оборотных испарительных системах происходят безвозвратные потери воды - испарение, капельный унос, продувка системы и потери с дренажными водами через плотины водоемов-охладителей, из бассейнов градирен и т.п. Продувка ПСО - это выпуск части циркуляционной воды из оборотного цикла для предотвращения ее чрезмерного засоления. Для компенсации потерь циркуляционной воды необходимо постоянно выполнять подпитку ПСО добавочной водой. В связи с этим открытые оборотные испарительные ПСО потребляют достаточно большие объемы воды.
     
     Главным образом открытые оборотные системы имеют производительность в пределах 1-100 МВт (тепл), но имеются примеры систем и с намного большими мощностями.
     
     Общие экологические аспекты водных оборотных систем любой конструкции:
     
     - основным путем отведения тепла является испарение воды, поэтому для таких систем характерны наиболее высокие объемы безвозвратного потребления воды;
     
     - в циркуляционной воде оборотной системы происходит постепенный рост концентрации солей, что создает риск возникновения отложений на теплообменных поверхностях. Предотвращение этих негативных процессов требуют сброса части циркуляционной воды (продувка системы) в поверхностный водоем и химической обработки циркуляционной воды;
     
     - потребление электроэнергии насосами и вентиляторами;
     
     - выбросы загрязняющих веществ в атмосферу;
     
     - образование парового факела, что может приводить при определенных условиях к негативным воздействиям на сооружения и окружающую среду в районе расположения ПСО;
     
     - шум;
     
     - занятие земель для размещения охладителей;
     
     - риски влияния на здоровье людей в связи с возможным развитием в ПСО патогенных микроорганизмов.
     
     Интенсивность этих аспектов в основном зависит от типа применяемых охладителей.
     
     Оборотные водные системы применяются практически во всех отраслях промышленности. В основном они используются при отсутствии вблизи промышленного объекта достаточно крупного водного объекта, позволяющего применить прямоточную систему охлаждения, или там, где дальнейший рост тепловой нагрузки на водный объект недопустим.
     
     
Таблица 2.9 - Технико-экономические и экологические показатели градирен при охлаждении циркуляционной воды с температурой не более 45°С ([21])

Показатель

Тип градирни


вентиляторные

башенные

атмосферные

воздушные радиаторные

Удельная тепловая нагрузка, кВт/мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

93-175

70-120

35-60

0,25-2

Перепад температур воды, °С

3-20.

5-15

5-10

5-10

Температура охлажденной воды (среднегодовая), °С

16-18

21-23

26-28

30-32

Глубина охлаждения воды ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения, °С

4-5

8-10

10-12

20-35

Выбросы в окружающую среду, отнесенные к 1 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения охлаждаемой воды:





тепла с паровым факелом, МДж/ч

12-80

20-60

20-40

20-40

воды с капельным уносом и продувкой, мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/ч (не более)

0,035

0,03

0,02


Выбросы загрязнений с капельным уносом и продувкой, кг/ч, до:





- органических веществ

0,01

0,007

0,007

-

- минеральных солей

0,3

0,2

0,17

-

- механических примесей

0,01

0,007

0,007

-

Потребление свежей воды, отнесенное к 1 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения циркуляционной воды, мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/ч (не более)*

0,05

0,04

0,03

0,02**

Примечания
     
     * Без учета потерь оборотной воды, отбираемой из ПСО на технологические нужды.
     
     ** На увлажнение воздуха в наиболее жаркие дни.
     
     


     Далее описаны оборотные водные системы с различными типами охладителей.
     
     

2.3.1 ПСО с башенными испарительными градирнями


     Башенные испарительные градирни - наиболее широко используемый тип охладителя. В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее испарения при непосредственном контакте с воздухом (испарение 1% воды снижает ее температуру на 6°С). Поток воздуха создается за счет разности плотностей воздуха с различной температурой внутри и снаружи вытяжной башни. Теоретическим пределом охлаждения воды в испарительных градирнях является температура атмосферного воздуха по мокрому термометру, которая, в зависимости от влажности воздуха, может быть ниже температуры по сухому термометру на несколько градусов.
     
     Башенные градирни обладают более высокой и устойчивой охлаждающей способностью, чем брызгальные бассейны или водоемы-охладители, и требуют меньшей площади для их размещения.
     
     В то же время при расположении испарительных градирен на площадке предприятия следует обеспечивать беспрепятственный доступ атмосферного воздуха к ним и благоприятные условия для отвода увлажненного воздуха, выбрасываемого из градирен. По этим соображениям не рекомендуется располагать градирни в окружении высоких зданий или на близком расстоянии от них. Расстояние должно быть более полуторной высоты зданий. При этом необходимо учитывать розу ветров и направление зимних ветров для предупреждения увлажнения и обмерзания зданий и сооружений вблизи градирен.
     
     По условиям надежности, удобства и экономичности эксплуатации рекомендуется сооружать от 2 до 12 секций или отдельных градирен в одном оборотном цикле водоснабжения.
     
     Конструкция
     
     Башенные градирни состоят из следующих основных элементов: вытяжной башни, оросительного устройства (кроме брызгальных градирен), подводящих напорных водоводов, системы водораспределения, каплеуловителя, водосборного бассейна, отводящих трубопроводов циркуляционной и продувочной воды, противообледенительного устройства. Гидравлическая нагрузка на башенные градирни равна 7-10 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч).
     
     В брызгальном варианте башенной градирни, т.е. при отсутствии оросителя и охлаждении воды при помощи разбрызгивающих сопл, плотность орошения (гидравлическая нагрузка) бывает ниже - не более 5 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч).
     
     Вытяжная башня
     

Вытяжная башня выполняется или из стального каркаса с внутренней обшивкой, или из монолитного или сборного железобетона. Форма вытяжной башни может быть гиперболической, конической или пирамидальной. Вытяжные башни из монолитного железобетона строятся, как правило, гиперболической формы - наиболее рациональной в аэродинамическом и экономическом отношениях.
     
     По условиям предотвращения разрушения конструкционных материалов температура воды, поступающей на градирни, не должна, как правило, превышать 60°С. При температуре поступающей воды выше 60°С применяютя защитные покрытия конструкций или специальные термоустойчивые материалы.
     
     При применении башенных градирен в районах с суровыми зимними условиями эксплуатация их затрудняется из-за возможности обмерзания. Во избежание обледенения конструкций градирен при отрицательной температуре наружного воздуха необходимо поддерживать температуру охлажденной воды не ниже уровня 10°С-12°С. Кроме того, воздуховходные окна оборудуются щитами (поворотными, навесными или шандорными) для регулирования входящего в градирню воздуха в зимний период. По периметру башни на уровне верха воздуховходного окна может быть уложен кольцевой трубопровод с горячей водой. Кроме того, для условий зимней эксплуатации возможно применение предварительного нагрева или циркуляции охлаждающего воздуха.
     
     Система распределения воды
     
     Вода из теплообменника поступает в градирню через специальную систему водораспределения. Ее цель - увеличение площади контакта циркуляционной воды с воздухом. Для этого система водораспределения создает мелкие капли. Однородность распределения увеличивает интенсивность теплообмена. Если нужно понизить производительность системы охлаждения возможно отключение части системы водораспределения.
     
     Опыт применения брызгальных градирен вместо градирен с пленочным оросителем показал, что при напоре циркуляционной воды у сопл 5-6 м вод.ст. недоохлаждение воды составляет 3°С-4°С при всех прочих равных условиях. При этом имеет место также большой вынос мелких капель воды вместе с выходящими из башен потоками воздуха. Последнее ограничивает возможность повышения напора сопл и связано с необходимостью установки водоулавливающих устройств.
     
     Водораспределительное устройство башенных градирен выполняется напорным. Магистральные трубы водораспределительного устройства - стальные. Ответвления от магистральных труб (рабочие трубы) могут быть асбестоцементными, пластмассовыми или стальными. На ответвлениях труб устанавливаются разбрызгивающие пластмассовые сопла. Водораспределительное устройство рассчитывается так, чтобы обеспечивать нормальную работу градирен в широком диапазоне удельных гидравлических нагрузок.
     

Ороситель
     
     Ороситель - важная часть открытой испарительной градирни, создающая поверхность контакта для теплообмена между водой и воздухом. В зависимости от конструкции оросительного устройства и способа, которым достигается увеличение поверхности соприкосновения воды с воздухом и типом применяемого оросителя, градирни подразделяются на пленочные, капельные, комбинированные капельно-пленочные и брызгальные.
     
     Каждый из указанных видов градирен может иметь разнообразные конструкции отдельных элементов оросительного устройства, отличаться их размерами, расстояниями между ними и может быть выполнен из различных материалов.
     
     Наиболее существенными характеристиками, которые необходимо учитывать при выборе оросителей, являются стоимость, стабильность охлаждающих параметров, аэродинамическое сопротивление, устойчивость к биообрастанию, срок службы оросителя, ремонтопригодность, пожаробезопасность.
     
     В брызгальных градирнях ороситель отсутствует. Увеличение поверхности теплообмена достигается за счет разбрызгивания воды. Эти градирни менее эффективны по сравнению с пленочными и капельными, так как площадь контакта воды и воздуха в них меньше.
     
     Пленочный ороситель обычно состоит из плотно упакованных гофрированных вертикальных листов или листов из органических материалов, которые побуждают воду стекать вниз в виде тонкой пленки. Этот ороситель очень эффективен и может использоваться для большинства применений.
     
     Капельный ороситель применяется в различных конструкциях и может быть сделан из множества материалов. Капельный ороситель имеет намного более низкую эффективность, чем пленочный, но используется в ситуациях, где вода загрязнена и при этом у пленочного оросителя могут быть проблемы из-за загрязнения поверхности. Если содержание взвешенных веществ высоко, то используются также цементноволокнистые плиты.
     
     Комбинированные капельно-пленочные оросители имеют достаточно высокие характеристики эффективности, при этом оставаясь устойчивыми к загрязнению.
     
     Удельная гидравлическая нагрузка на градирни определяется технологическими расчетами в зависимости от расчетных параметров атмосферного воздуха при заданном проценте обеспеченности, требуемых перепадов температуры воды, расчетных температур охлажденной воды и выбранного вида и конструкции градирен.
     

Ориентировочно для градирен, расположенных в средней полосе России, удельная гидравлическая нагрузка равна, мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч), при оросителе:
     
     - пленочном 8-12
     
     - капельном 6-10
     
     - брызгальном 5-6
     
     При наличии в оборотной воде взвесей в сочетании с маслами и нефтепродуктами, образующих на элементах оросителя трудноудаляемые отложения, рекомендуется применять градирни брызгального типа. Такого же типа градирни рекомендуется применять при возможности выделения из оборотной воды карбоната кальция в виде накипи на элементах оросителя в больших количествах, угрожающих его обрушением.
     
     Оросители башенных градирен в настоящее время, как правило, изготавливаются из различных пластмасс: полипропилена, поливинилхлорида, полиэтилена высокой плотности, различных стеклопластиков и др. Относительные преимущества изготовления оросителей из пластмасс заключаются в высокой прочности и долговечности, малом удельном весе, низком аэродинамическом сопротивлении, возможности изготовления самых разнообразных конфигураций, предназначенных для работы в конкретных условиях.
     
     По ранее действовавшим строительным правилам ороситель изготавливался из плоских или волнистых асбестоцементных листов в один или два яруса, а также из деревянных блоков. Поэтому достаточно много действующих градирен имеют такую конструкцию.
     
     

Рисунок 2.8 - Блок современного капельно-пленочного оросителя

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.8 - Блок современного капельно-пленочного оросителя


     Каплеуловитель (водоуловитель, сепаратор капельного уноса)
     
     Для экономии воды выше системы водораспределения устанавливают каплеуловители, которые препятствуют тому, чтобы водяные капли уносились из градирни потоком воздуха. Капельные потери без каплеуловителя в зависимости от давления воды в водораспределительной системе могут составлять от 0,5 до 1,5% циркуляционного расхода. При установке каплеуловителя эти потери снижаются до 0,01%-0,05%. По результатам опроса среднее значение потерь воды с уносом по ПСО с башенными испарительными градирнями составило 0,43% (от 0,01% до 1,5%).
     
     В настоящее время сепараторы уноса выполняются, как правило, из синтетических пластмасс и выполняются таким образом, чтобы создавать минимальное аэродинамическое сопротивление.
     
     Срок службы пластмассового водоуловителя составляет около 25 лет. Ранее каплеуловители изготавливались также из антисептированных деревянных элементов со сроком службы не более 5 лет.
     
     Каплеуловители устанавливают на расстоянии около 0,5-2 м над водораспределительными системами. Скорость движения воздуха в створе перед каплеуловителем не следует принимать более 3 м/с во избежание значительного повышения уноса капель.
     
     Применение в водных системах охлаждения токсичных ингибиторов коррозии, а также использование сточных вод в качестве подпитки в системы оборотного водоснабжения накладывает ограничения на величину выноса капельной влаги из градирен, так как в атмосферном воздухе в районе градирен образующиеся аэрозоли могут содержать вредные вещества в недопустимых концентрациях. В связи с этим эффективная работа каплеуловителей становится особенно важной.
     
     Башенные градирни могут оснащаться вспомогательными вентиляторами (рис. 2.11), которые обеспечивают воздушный поток при неблагоприятных условиях высоких температур наружного воздуха, при необходимости кратковременного увеличения производительности градирни.
     
     Область и ограничения применения
     
     Башенные испарительные градирни имеют следующие характеристики, определяющие их область применения:
     
     - инвестиционные затраты высоки при относительно низких эксплуатационных затратах;
     
     - значительная высота (40-100 м) может создавать препятствие для авиации, радиоволн;
     
     - за счет отсутствия вентиляторов относительно низкое потребление электроэнергии;
     
     - обычно применяется для отвода тепловой мощности более 200 МВт, для крупных технологических установок, таких как электростанции или крупные химические заводы;
     
     - испарительные градирни обеспечивают более глубокое охлаждение воды по сравнению с воздушными радиаторными и могут быть выполнены из более дешевых материалов.
     
     

Рисунок 2.9 - Башенная градирня с естественной вентиляцией и противоточным движением потоков воды и воздуха

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.9 - Башенная градирня с естественной вентиляцией и противоточным движением потоков воды и воздуха ([9])

Рисунок 2.10 - Башенная градирня с естественной вентиляцией и перекрестными потоками воды и воздуха

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.10 - Башенная градирня с естественной вентиляцией и перекрестными потоками воды и воздуха ([9])

2.3.2 Вентиляторные испарительные градирни


     Вентиляторные испарительные градирни применяются в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды, при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках, при необходимости сокращения объема строительных работ, маневренного регулирования температуры охлажденной воды средствами автоматизации.
     
     Конструкция
     
     Технологическая схема вентиляторной градирни включает следующие основные элементы: оболочку (корпус), состоящую из каркаса, обшитого листовым материалом, водораспределительное устройство, ороситель, каплеуловитель, водосборный бассейн, подводящие и отводящие трубопроводы и вентиляторную установку.
     
     Испарительные градирни с принудительной тягой применяются в виде различных конструкций. В этих градирнях применяется широкое разнообразие материалов в зависимости от размера и типа, а также требований относительно занимаемой площади, срока службы и капиталовложений. Крупные градирни могут быть построены из железобетона, более мелкие - главным образом из синтетических материалов, стальных листов, стальных конструкций. Также возможно использование модульной системы, т.е. нескольких параллельно подключенных градирен в одном корпусе. В этом случае систему можно эксплуатировать самым экономичным способом, вводя в эксплуатацию часть элементов в зависимости от внешних условий и объема отводимого тепла.
     
     Устройство систем распределения воды, оросителей и каплеуловителей могут незначительно отличаться от аналогичных систем в градирнях с естественной тягой, но принципы их работы одни и те же.
     
     

Рисунок 2.11 - Башенная градирня с естественной вентиляцией и вспомогательными вентиляторами

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.11 - Башенная градирня с естественной вентиляцией и вспомогательными вентиляторами ([9])


     Вентиляторы
     
     Вентиляторы используются в градирнях для создания воздушного потока. В зависимости от требований вентиляторы имеют различный диаметр, размеры лопаток и расположение. Для привода вентиляторов возможно применение одно- или многоскоростных двигателей, повышающих маневренность ПСО. Выбор типа вентилятора и электродвигателей для их привода влияет на потребление электроэнергии и уровень шума градирни. В зависимости от места установки вентиляторов (на входе или выходе воздушного тракта градирен) различают градирни, работающие под наддувом и под разрежением.
     
     Градирни с принудительной тягой обычно используются там, где местные условия ограничивают высоту сооружений ПСО.
     
     Вентиляторные градирни под наддувом
     
     Характеристики градирни под наддувом:
     
     - вентилятор располагается внизу градирни и проталкивает воздух через нее;
     
     - тепловая производительность может изменяться ступенчато или непрерывно;
     
     - применяются градирни с одним и многими вентиляторами;
     
     - для размещения градирни требуется меньшая площадь, чем для градирни с естественной тягой;
     
     - используют встречные потоки воды и воздуха (противоток);
     
     - может находить широкое разнообразие применений: больших потоков отводимого тепла, для базовой и пиковой нагрузки;
     
     - может применяться для отведения тепловой мощности от менее 100 кВт до более 100 МВт;
     
     - капиталовложения ниже по сравнению с градирнями с естественной тягой;
     
     - при использовании градирен с принудительной тягой должны соблюдаться ограничения относительно шума.
     
     

Рисунок 2.12 - Схема вентиляторной противоточной градирни

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

1 - диффузор; 2 - вентилятор; 3 - каплеуловитель; 4 - водораспределительная система; 5 - оросительное устройство; 6 - воздухонаправляющий козырек; 7 - воздуховходные окна; 8 - воздухораспределительное пространство; 9 - переливной водовод; 10 - грязевой водовод; 11 - водосборный бассейн; 12 - ветровая перегородка; 13 - отводящий водовод; 14 - подводящий водовод
     

Рисунок 2.12 - Схема вентиляторной противоточной градирни ([10])


    

Рисунок 2.13 - Схема поперечнопоточной градирни с отсасыванием воздуха вентилятором

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

1 - диффузор; 2 - вентилятор; 3 - подводящий водовод; 4 - водораспределительная система; 5 - каплеуловитель; 6 - оросительное устройство; 7 - жалюзи; 8 - водосборный бассейн; 9 - отводящий водовод; 10 - переливной водовод
     

Рисунок 2.13 - Схема поперечнопоточной градирни с отсасыванием воздуха вентилятором ([10])


     Области и ограничения для применения
     
     Вентиляторные градирни обеспечивают более глубокое охлаждение воды, чем охладители других типов. Они позволяют также осуществить регулирование температуры охлажденной воды за счет отключения отдельных вентиляторов или изменения частоты их вращения. Применение вентиляторных градирен может быть экономически целесообразно в случаях, когда стоимость дополнительно выработанной электростанцией энергии, связанной с более низкими температурами охлажденной воды, больше стоимости энергии, затрачиваемой вентиляторами. На вентиляторные градирни допускается удельная тепловая нагрузка 335-419 МДж/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч) [80-100 тыс.ккал/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч)] и выше, на башенные, в зависимости от высоты башни, - удельная нагрузка 251-419 МДж/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч) [60-100 тыс.ккал/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч)]. На атмосферные градирни допускается удельная тепловая нагрузка 29,3-62,6 МДж/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч) [7-15 тыс.ккал/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч)].
     
     Общие характеристики вентиляторных испарительных градирен, значимые для области их применения:
     
     - относительно простая конструкция (готовые элементы, возможна заводская сборка);
     
     - размер градирни ограничен, требует меньше места, чем градирни с естественной тягой;
     
     - производительность системы охлаждения может быть количество применяемых секционных градирен*;
___________________
     * Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.     
          
     
     - прямое потребление энергии считается низким;
     
     - используется для различных типов нагрузок: пиковых и базовых;
     
     - применяется для мощности отводимого тепла от 100 МВт и выше;
     
     - капиталовложения относительно низки по сравнению с градирнями с естественной тягой;
     
     - при использовании испарительных градирен с принудительной тягой должны учитываться ограничения относительно шума.
     
     

2.3.3 Эжекционные градирни


     Эжекционные градирни могут рассматриваться в качестве альтернативы вентиляторным и башенным испарительным градирням. Их основное отличие заключается в том, что для создания потока воздуха в эжекционных градирнях используется явление эжекции воздуха потоком воды вместо башен и вентиляторов. Для этого используются специальные эжекционные форсунки в совокупности с направляющими устройствами для водо-воздушных потоков.
     
     Явление эжекции заключается в передаче части кинетической энергии от среды, движущаяся с большой скоростью, к среде с более низкой скоростью. В процессе смешения двух сред происходит выравнивание их скоростей. В случае эжекционной градирни эжектирующей средой является циркуляционная вода, эжектируемой - воздух.
     
     

Рисунок 2.14 - Пример конструкции эжекционной градирни

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

1 - водослив;
     

2 - площадка технологическая;
     

3 - канал эжекционный;
     

4 - каплеуловитель;
     

5 - конфузор;
     

6 - диффузор;
     
     7, 8 - ограничения корпуса и ветровых перегородок;
     

9 - дверь;
     

10 - бассейн для сбора охлажденной воды;
     

11 - площадка верхняя;
     
     12, 13, 14 - лестницы;
     

15 - водораспределительная система
     

Рисунок 2.14 - Пример конструкции эжекционной градирниИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

_______________
     ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения По материалам НПФ "Пульсар", г.Великий Новгород.
     
     
     Эжекционная градирня работает следующим образом: по коллектору циркуляционная вода подается к эжекционным форсункам и распыляется ими в эжекционные каналы специальной формы. Смешиваясь с воздухом, циркуляционная вода охлаждается и самотеком поступает в приемную емкость.
     
     

Рисунок 2.15 - Коллектор циркуляционной воды с форсунками эжекционной градирни

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.15 - Коллектор циркуляционной воды с форсунками эжекционной градирниИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

_______________
     ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения По материалам ГК "Новые технологии".
     
     
     Применяемые конструкции эжекционных градирен различаются их производительностью, направлением водо-воздушных потоков, количеством и конструкцией форсунок. Воздуховыходная шахта градирни оснащается каплеуловителем.
     
     Для снижения аэродинамического сопротивления проточной части градирни выхлопной канал имеет конфузорно-диффузорную форму.
     
     В качестве преимуществ эжекционных градирен перед вентиляторными отмечают:
     
     - температура охлажденной воды на 2°С-3°С выше температуры мокрого термометра;
     
     - при правильном проектировании годовые затраты электроэнергии эжекционной градирней сопоставимы с затратами вентиляторной градирни;
     
     - производительность эжекционных градирен достаточно легко регулировать производительностью насосного оборудования, изменяя теплосъем градирни в зависимости от тепловой нагрузки и параметров атмосферного воздуха. Возможна организация автоматического регулирования. При этом может быть получена значительная, %* до 50%, экономия электроэнергии, потребляемой градирней;
_______________
     * Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
     
     
     - потери циркуляционной воды соответствуют потерям вентиляторных градирен: на капельный унос - 0,01%, на испарение - 1% на каждые 5°С охлаждения;
     
     - нетребовательность к качеству циркуляционной воды, отсутствие ограничений по температуре воды на входе, стабильная эффективность работы в любое время года;
     
     - более низкая стоимость и простота эксплуатации эжекционных градирен (длительный гарантийный срок службы форсунок, отсутствие вентилятора, оросителя) обеспечивают ежегодную экономию для предприятия на профилактических и ремонтных работах. Форсунки могут очищаться без вывода градирни из эксплуатации.
     
     

Рисунок 2.16 - Пример конструкции каркасной эжекционной градирни высокой производительности

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.16 - Пример конструкции каркасной эжекционной градирни высокой производительностиИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

_______________
     ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения По материалам ГК "Новые технологии".
     
     
Таблица 2.10 - Основные характеристики эжекционных градирен

Показатель

Ед.изм.

Значение

Расход циркуляционной воды

тыс.мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

0,005-50 и более

Необходимое избыточное давление воды

МПа (кгс/смИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения)

0,1-0,5 (1-5)

Разность температур воды на входе и выходе из градирни (без рециркуляции)

°С

8-10 и более

Максимальная глубина охлаждения (величина превышения температуры охлажденной воды над температурой воздуха по смоченному термометру)

°С

2-4

Потери воды:

- на испарение

- на каплеунос

%

До 1

До 0,01

Удельная электрическая мощность электрооборудования на 1 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/ч проектного расхода циркуляционной воды

кВт

0,175

Удельные капитальные затраты на строительство (на 1 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/ч проектной производительности)

тыс.руб

6-7

Срок эксплуатации

год

До 25

Уровень шума на уровне воздуховходного окна

дБ

до 75


     Отмечается, что при увеличении рабочего давления воды расходные характеристики и охлаждающая способность градирен могут быть улучшены.
     
     Были представлены сообщения о примерах переоборудования башенных и вентиляторных градирен в эжекционные градирни.
     
     Башенная испарительная градирня Каргалинской ТЭЦ АО "Оренбургская ТГК" с естественной тягой и площадью орошения 324 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения (БГ 324-64-4) была реконструирована с заменой вытяжной башни и внедрением элементов эжекционной градирни. При реконструкции в контур градирни был добавлен дополнительный коллектор с эжекционными форсунками, расположенными по периметру градирни; группа насосов-повысителей, забирающих воду из возвратного трубопровода или напрямую из бассейна градирни и подающих ее на эжекционный коллектор. В результате реконструкции была повышена проектная производительность градирни с 2800 до 5300 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/ч, теплопроизводительность с 27 до 59,5 Гкал/ч, температурный перепад вырос и 7°С-9°С до 10°С.
     
     Имеются примеры компактных эжекционных башенных градирен высокой производительности от 2000 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/ч и более.
     
     

2.3.4 Атмосферные градирни


     Открытые атмосферные градирни используются преимущественно в системах охлаждения с расходом циркуляционной воды от 10 до 500 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/ч, при удельной тепловой нагрузке 29,3-62,6 МДж/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч) [7-15 тыс.ккал/(мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения·ч)], обеспечивая охлаждение воды на 5°С-10°С. По условиям надежности отведения тепла они применяются для промышленных установок, допускающих снижение подачи воды не более 10 сут, а перерыв в подаче воды на время выключения поврежденных и включения резервных элементов или проведения ремонта, не более чем на 6 ч. Возможная эксплуатационная температура наружного воздуха - до -30°С.
     
     

Рисунок 17.16 Атмосферная градирня

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 17.16 Атмосферная градирня ([10]):

1 - ороситель; 2, 3 - системы распределения воды; 4 - воздухонаправляющие жалюзи; 5 - водосборный бассейн.


     Атмосферные градирни могут обеспечивать достаточно высокую производительность по отводимому теплу, не требуют затрат электроэнергии на подачу воздуха, характеризуются простотой строительных конструкций, условий эксплуатации и ремонта. Однако их применение ограничивается возможностью размещения на площадке, свободно продуваемой ветром, а также допустимостью кратковременного повышения температуры охлаждаемой воды в период слабого ветра или штиля.
     
     Высота оросителя открытой капельной градирни принимается не более 10 м, занимаемая площадь в плане - до 80 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения.
     
     Распределение воды по площади оросителя осуществляется в виде, как правило, двухзонной напорной трубчатой системы с водоразбрызгивающими соплами. Верхняя зона используется в летних условиях, нижняя - в зимних.
     
     Направление ветра в зимний период по возможности должно обеспечивать унос паров и капель воды в сторону от близко расположенных сооружений и дорог.
     
     Значимые экологические и прочие аспекты атмосферных градирен:
     
     - относительно высокий уровень потерь воды с каплеуносом, зависящий от силы ветра;
     
     - требовательность к отсутствию препятствий для ветра вокруг градирни приводит к необходимости отведения для градирни достаточно большой площади;
     
     - при химической обработке циркуляционной воды возможно загрязнение почвы вокруг градирни, хотя площадь возможного загрязнения невелика;
     
     - падение капель создает шум;
     
     - низкий уровень эксплуатационных и капитальных затрат.
     
     

2.3.5 Оборотные ПСО с водоемами-охладителями


     По назначению, расположению и условиям питания водоемы-охладители разделяются на следующие группы:
     
     - русловые водохранилища на водотоках;
     
     - водоемы-охладители на естественных озерах и прудах;
     
     - наливные искусственные пруды, сооружаемые вне водотока, с подпиткой из ближайших водных объектов;
     
     - отсечные водоемы, представляющие собой часть природного водного объекта, отделенного от него дамбой.
     
     Свободная поверхность водохранилища-охладителя не вся одинаково эффективно участвует в отдаче тепла, поступающего с нагретой циркуляционной водой. Количество тепла, отводимого с единицы площади того или иного участка поверхности водохранилища, зависит от температуры воды на этом участке. Схема циркуляции в водохранилище-охладителе определяется его формой, взаимным расположением водосбросных и водоприемных сооружений, а также струераспределительными и струенаправляющими сооружениями.
     
     При проектировании крупных водохранилищ-охладителей с глубинами, достигающими десятков метров, и с объемами воды в сотни миллионов кубических метров следует учитывать, что кроме градиентных течений, вызываемых сбросом циркуляционного расхода и поступлением речной воды, в водохранилищах имеют место также ветровые, плотностные и компенсационные течения.
     
     Ветровые течения приводят к сгону воды от подветренной стороны водоема и к нагону ее у наветренной стороны. Возникающий при этом горизонтальный градиент давления, направленный в сторону, противоположную ветру, вызывает один из видов глубинных компенсационных течений.
     
     Известно, что вода имеет максимальную плотность при температуре 4°С, а при нагревании ее плотность уменьшается. Передача тепла в водную толщу за счет молекулярной диффузии и теплопроводности весьма слаба. Поэтому при прогреве верхних слоев воды возникает температурная стратификация: температура воды на поверхности оказывается выше, чем в глубинных слоях, и эта разница достигает иногда 10°С и более. При выпуске теплой воды на поверхность водохранилища может возникнуть устойчивая разница температур воды в верхних и нижних слоях и произойти расслоение потоков, имеющих различною плотность. В этом случае возникают верхнее теплое и глубинное холодное течения, которые могут быть разнонаправленными. Такие течения называются плотностными.
     
     При сбросе нагретой воды в водохранилище у сбросных сооружений часто наблюдается понижение температуры воды на несколько градусов. Это объясняется тем, что нагретая вода, если она выходит в водохранилище со значительными скоростями, эжектирует массы холодной воды из придонных слоев и вовлекает их в циркуляционный поток. Этот смешанный поток, имея меньшую плотность, чем придонные слои, выходит на поверхность, а по направлению к сбросным сооружениям возникает глубинный ток холодной воды, являющийся вторым видом компенсационных течений.
     

Важной характеристикой водоемов-охладителей является коэффициент использования площади водохранилища, равный отношению активной зоны, участвующей в процессе теплообмена к общей площади акватории водоема. Этот коэффициент в зависимости от формы водохранилища, схемы расположения водосбросных и водоприемных сооружений и условий растекания циркуляционного потока может иметь значения от 0,5 до 0,95. Чтобы распределить транзитный поток циркуляционной воды по возможно большей части поверхности водохранилища и создать площадь активной зоны, достаточную для охлаждения расчетного расхода, нагретую на промышленном предприятии воду сбрасывают на значительном расстоянии от водоприемных сооружений, а также применяют струенаправляющие и струераспределительные сооружения.
     
     Исследованиями установлено, что в больших и глубоких водохранилищах-охладителях, которые сооружаются, например, для современных мощных теплоэлектростанций, возможно создание объемной циркуляции воды. Для этого необходимо организовать прием воды только из глубинных слоев водохранилища, а нагретую воду сбрасывать на поверхность водохранилища с малыми скоростями. Тогда можно располагать сбросные сооружения вблизи водоприемных и даже совмещать их в одном сооружении. При этом нагретая вода, имеющая меньшую плотность, чем холодная, растекается по поверхности водохранилища и, охлаждаясь, переходит в глубинные слои, которые движутся к водоприемным сооружениям. Такая схема циркуляции позволяет отказаться от длинных отводящих каналов и струенаправляющих сооружений при высоком коэффициенте использования площади водохранилища.
     
     Тепловой расчет водохранилища-охладителя производится для определения температуры охлажденной воды у места ее приема при заданной площади активной зоны или для определения необходимой площади активной зоны водохранилища при заданных тепловой и гидравлической нагрузках. Для ориентировочных расчетов можно принимать необходимую площадь водохранилища-охладителя в метеорологических условиях средней полосы России от 30 до 50 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения для охлаждения 1 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/ч воды на 8°С-10°С, что соответствует гидравлической нагрузке 0,02-0,033 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения/ч на 1 мИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения активной площади водоема.
     
     Место расположения водосбросных и водоприемных сооружений, а также сооружений, увеличивающих активную зону водохранилища (струераспределительных и струенаправляющих сооружений), выбирают исходя из условий получения необходимой площади активной зоны на основе технико-экономических расчетов и компьютерного моделирования. Струенаправляющие и струераспределительные сооружения выполняют в виде водосливов, лотков, труб, консольных водосбросов. Струераспределительные сооружения обычно выполняют в виде затопленных водосливов распластанного профиля либо в виде фильтрующих дамб из каменной наброски. Такие сооружения обеспечивают выпуск теплой воды на поверхность водохранилища с малыми скоростями, что предотвращает появление глубинного течения к водосбросу.
     
     Наиболее рациональным типом сооружения для забора воды из водохранилища-охладителя глубиной не менее 4-5 м является глубинный водозабор, обеспечивающий получение воды из придонных слоев. Этим достигается наиболее низкая температура охлаждающей воды, предотвращение или резкое уменьшение захвата биологических загрязнений (микроорганизмов, низшей водной растительности, личинок моллюсков) и наиболее рациональная продувка водохранилища. При глубинном водозаборе резко уменьшается захват рыбы и, что особенно важно, мальков, которые обитают обычно на небольших глубинах. Глубинный водозабор обеспечивает также бесперебойную подачу воды к потребителям при шуговых явлениях без принятия мер по обогреву водозабора.
     
     Во избежание подсасывания воды из верхних слоев входные окна глубинного водозабора должны быть расположены на достаточной глубине, а входные скорости воды должны быть минимальными: от 0,1 до 0,3 м/с.
     
     

Рисунок 2.18 - Схема циркуляции в пруде-охладителе округлой формы

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.18 - Схема циркуляции в пруде-охладителе округлой формы ([57]):

1 - промышленная площадка; 2 - насосная станция водозабора; 3 - сброс теплой воды; 4 - струенаправляющая дамба; 5 - плотина

Рисунок 2.19 - Схема циркуляции в пруде-охладителе вытянутой формы

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения


Рисунок 2.19 - Схема циркуляции в пруде-охладителе вытянутой формы ([57]):

1 - промышленная площадка; 2 - насосная станция водозабора; 3 - водоотводящий канал; 4 - сброс теплой воды; 5 - зимний сброс; 6 - плотина


     Отмечают следующие сравнительные преимущества и недостатки водоемов-охладителей:
     
     - они обеспечивают более низкие температуры охлажденной воды, чем градирни и брызгальные бассейны, при меньшем колебании температуры в течение суток благодаря большой теплоаккумулирующей способности водоемов-охладителей;
     
     - при применении водоемов-охладителей нет необходимости в создании напора для разбрызгивания воды (за исключением случаев расположения плавающих брызгальных установок для улучшения охлаждения), что позволяет снизить мощность циркуляционных насосов и уменьшить расходы электроэнергии на собственные нужды ПСО. Прямое потребление электроэнергии оборотными системами с водоемами-охладителями близко энергопотреблению прямоточных систем;
     
     - водоемы требуют больших площадей и значительных капитальных затрат на их сооружение.
     
     Потери воды из оборотных систем охлаждения с водохранилищами состоят из объемов фильтрации из водохранилища через ложе и ограждающие дамбы, а также естественное и дополнительное (за счет сброса нагретой воды) испарение с зеркала водохранилища. Для наливных и отсечных водоемов необходимо также учитывать объемы продувки, которые зависят от степени упаривания воды.
     
     
Таблица 2.11 - Ориентировочные потери воды с дополнительным испарением в водоемах- охладителях, в % от расхода циркуляционной воды ([14])

Доступ к полной версии этого документа ограничен

Ознакомиться с документом вы можете, заказав бесплатную демонстрацию систем «Кодекс» и «Техэксперт».

Что вы получите:

После завершения процесса оплаты вы получите доступ к полному тексту документа, возможность сохранить его в формате .pdf, а также копию документа на свой e-mail. На мобильный телефон придет подтверждение оплаты.

При возникновении проблем свяжитесь с нами по адресу spp@kodeks.ru

ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

Название документа: ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

Номер документа: 20-2016

Вид документа: Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям

Принявший орган: Росстандарт

Статус: Действующий

Дата принятия: 15 декабря 2016

Дата начала действия: 01 июля 2017
Информация о данном документе содержится в профессиональных справочных системах «Кодекс» и «Техэксперт»
Узнать больше о системах