ИТС 20-2016 Промышленные системы охлаждения

     2.4 Воздушные радиаторные ПСО

В воздушных (сухих, радиаторных) ПСО охлаждаемое вещество (жидкость, пар) циркулирует по змеевикам или трубам, которые охлаждаются потоком воздуха. Воздушный поток может создаваться за счет естественной конвекции (естественная тяга) или вентиляторами (принудительная тяга). Из-за низких значений коэффициентов теплопередачи через стенки теплообменников для получения необходимой поверхности охлаждения металлоемкость и стоимость радиаторных градирен в 1,5-2,0 раза выше, чем у испарительных градирен. Обычно сухие воздушные системы охлаждения применяются в случаях:

- температура охлаждаемой среды достаточно высока, что позволяет уменьшить площадь теплообмена;

- когда вода для подпитки водной испарительной системы охлаждения недоступна или дорога;

- если необходимо полностью исключить образование парового факела.

В зависимости от области применения закрытые оборотные воздушные системы охлаждения состоят из труб (возможно с плавниками), змеевиков или трубопроводов конденсатора, вентиляторов с двигателями и несущей стальной конструкции или градирни. Непосредственно рабочая среда (в прямых системах) или охлаждающий агент (в непрямых системах) циркулируют по трубам. Воздушный поток, созданный естественной циркуляцией воздуха или вентиляторами, протекает между трубами, охлаждая, таким образом, среду посредством теплопроводности и конвекции. Обычно поток воздуха направлен поперек труб теплообменника. Рабочая среда проходит теплообменник один или несколько раз. Если рабочая среда - пар и он конденсируется в радиаторе, то систему охлаждения называют воздушным конденсатором.

Производительность охлаждения

На практике охлаждение воздухом часто используется для охлаждения высокотемпературных процессов (>80°С) до уровня температур, при котором водяное охлаждение становится более эффективным. Движущая сила теплообмена - разность температур охлаждающего воздуха и рабочей среды процесса. Максимальная проектная температура охлаждающего воздуха может на практике быть превышена только в течение нескольких часов ежегодно. Расчетная температура зависит от температуры окружающего воздуха, очень важны и другие климатические характеристики.

Поскольку теплоемкость (1 кДж/(кг·°С)), коэффициент теплопроводности и конвекции воздуха низки, для теплопередачи необходим большой расход воздуха и большая поверхность теплообмена, больше, чем при использовании водных систем. Поэтому поверхность труб часто снабжают оребрением или плавниками для того, чтобы увеличить эффективную поверхность теплообмена. По экономическим соображениям в проектах воздухоохладителей используется минимальное недоохлаждение 10°С-15°С. Это обычно приводит к более высоким конечным температурам процесса (минимум 40°С-45°С), хотя в областях с более высокими температурами окружающего воздуха недоохлаждения и конечные температуры превышают средние значения, упомянутые в таблицах 2.1 и 2.2. Для непрямых конструкций соответственно увеличиваются недоохлаждение (13°С-20°С) и достижимые конечные температуры (50°С-60°С).

При одинаковой производительности воздушное охлаждение нуждается в большей поверхности теплообмена, чем водные системы охлаждения, кроме того, сухие системы обычно более дороги. По оценкам капитальные затраты на "сухое" охлаждение в 1,5-2 раза выше затрат на испарительное охлаждение. При сухом охлаждении вакуум в поверхностном конденсаторе энергетических паровых турбин на 3%-4% хуже, чем при использовании испарительной градирни.

Экологические аспекты

Основные экологические аспекты радиаторных ПСО - прямое потребление энергии вентиляторами и шум от них, относительно высокое косвенное влияние на охлаждаемый процесс (его энергоэффективность, уровень воздействий на окружающую среду) в связи с низкой эффективностью охлаждения. Вода практически не потребляется, за исключением непрямых систем, где вода используется в качестве промежуточного охлаждающего вещества. Однако, будучи закрытым, промежуточный водный контур потребляет незначительные объемы воды.

При эксплуатации радиаторных ПСО образуются незначительные объемы отходов или сточных вод от очистки внешней поверхности радиаторов. Уровень экологической безопасности этих отходов может быть снижен путем применения биоразлагаемых моющих веществ.

Области применения

Воздушные ПСО различной производительности применяются в различных отраслях промышленности: для охлаждения продукции в химической и нефтехимической промышленности, для вакуумной конденсации на электростанциях и для охлаждения отходящих газов. В энергетике воздушное охлаждение применяют в определенных ситуациях, когда выработка энергии производится в местах с недостаточным количеством воды для устройства водной системы охлаждения.