ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

     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

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 м/с (при нагреве воды в конденсаторе на 12°С) до 0,034 м/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

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

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