Проектирование градирни испарительного типа

Как мы все знаем, для любого строительства или ремонта сооружений требуется проект на выполнение монтажных работ.

При строительстве новой градирни производитель опирается на свой проект и разрабатывает его с учетом всех требований и рекомендаций Заказчика. Совсем другое дело, когда необходимо сделать реконструкцию (модернизацию) градирен. Зачастую, Заказчик хочет максимально использовать существующие конструкции каркаса и оборудование градирни. Это касается, как правило, больших типовых градирен с каркасом из железобетонных колонн и балок.

Чтобы понять ремонтопригодность градирни, в первую очередь, необходимо  провести обследование несущего каркаса с выдачей рекомендаций по дальнейшей эксплуатации.

Если ремонт градирни экономически целесообразен, то следующим шагом является разработка проекта реконструкции градирни. Выполнить его сложнее, чем разрабатывать новый, т.к. необходимо учитывать все особенности существующей градирни. Следует сказать, что не все производители градирен берутся за подобные работы. Это обусловлено тем, что построить новое проще, чем перерабатывать старый проект.

Проектирование градирни

Прежде чем построить или провести реконструкцию градирни, необходимо разработать проект. От того, насколько качественно и правильно он будет выполнен, зависит ход всех дальнейших работ, а также работа и эксплуатация самой градирни.

Без проекта градирни невозможно безошибочно выполнить сложные строительно-монтажные работы, а также изготовить конструкции для самой охлаждающей установки. При его разработке мы получаем детальное описание технологий, конструктивных решений, инженерных сетей, систем автоматизации, а также перечень оборудования и материалов, необходимых для выполнения работ. Появляется возможность с высокой точностью произвести расчет стоимости объекта и сроков его строительства. Также стоит отметить, что не имея проектной документации, невозможно получить разрешение на строительство и сдать градирню в эксплуатацию. При выполнении проекта учитываются имеющиеся подземные коммуникации, что при производстве работ позволяет избежать их повреждения и, как следствие, увеличения сроков строительства и убытков.

Итак, проект градирни позволяет изготовить ее для конкретного производства. С чего же начинается трудная работа по подготовке проекта?

Прежде всего, необходимо составить подробное техническое задание.

В этом документе указываются исходные данные проектируемой градирни, такие как:

• t° воды на входе-выходе
• гидравлическая нагрузка
• климатические условия района строительства
• местоположение на генплане относительно других объектов в зависимости от топографий и существующих капитальных строений, инженерных сетей
• требования к конструктиву градирни и чаши бассейна
• архитектурные решения
• требования к автоматической системе управления и другому оборудованию

После получения технического задания его следует согласовать с Заказчиком и только после этого приступать к разработке проектной документации. Если же ведется реконструкция существующей градирни, то для получения точных данных для проектирования необходимо провести её обследование, а также изучить имеющийся на неё проект.

Обследование градирни

Состав проекта градирни будет отличаться при новом строительстве, реконструкции, или модернизации. В чем же существенная разница между ними?

При новом строительстве обязательно разрабатывается фундамент. Для подготовки данного раздела необходимо произвести следующие работы:

• инженерно-геологические изыскания, которые включают в себя исследования грунтов, их состав, наличие грунтовых вод, карстовых образований, инженерных сетей и существующих коммуникаций
• инженерно-геодезические изыскания, при которых проводится топография местности, определение рельефа земли, высотных отметок, необходимых для размещения градирни в плане

Данные работы при реконструкции чаще всего не проводятся, так как здесь есть возможность использования существующих коммуникаций, фундаментов, бассейнов.

При ремонте существующей градирни, в первую очередь, потребуется обследование несущего каркаса. Каркас, как правило, представляет собой пространственную конструкцию, выполненную из металла или железобетона. При длительной эксплуатации элементы каркаса изнашиваются неравномерно, обычно на границе вода-воздух и температурной границе от +5 °С до -5 °С (переход с положительной температуры на отрицательную).

Наличие дефектов и повреждений конструкций снижают прочностные характеристики и ухудшают эксплуатационное состояние сооружения в целом.

При обследовании дается оценка технического состояния, степени износа и повреждения конструкций каркаса градирни, а также его соответствия нормативно-технической документации.

Существуют 2 этапа такого обследования:

• предварительное (визуальное)
• детальное (инструментальное)

Итогом такого обследования градирни является заключение об определении возможности дальнейшей эксплуатации охлаждающей установки с выдачей рекомендаций по ремонту, замене или усилении узлов и элементов каркаса. В случае аварийного состояния конструкций, в заключении даются рекомендации по прекращению эксплуатации и сносу всей градирни ввиду опасности её обрушения.

На основании выданного заключения Заказчиком принимается решение о выполнении необходимых мероприятиях по ремонту градирни, определяется объем работ, а также технические решения по устранению дефектов.

Кроме обследования каркаса производятся замеры технологических параметров градирни, необходимых для правильной работы технологического оборудования.

• Температура входящей - выходящей оборотной воды
• Скорость воздуха в воздуховходных окнах, на выходе из диффузора
• Высота слоя оросителя
• Эффективность каплеуловителя
• Производительность каждой секции
• Равномерность распыла воды по поверхности оросительного слоя
• Состояние и работоспособность вентилятора градирни

На основании полученных данных и с учетом пожеланий Заказчика производится расчёт требуемых параметров с применением необходимого оборудования.

Как при новом строительстве, так и при реконструкции градирни, необходимо определиться с её габаритными размерами, а также с количеством и технологическими характеристиками устанавливаемых комплектующих. Для этого производятся теплогидравлические и аэродинамические расчеты.

Проектная и рабочая документация, чертёж градирни

Если градирня строится «с нуля» и требуется прохождение экспертизы промышленной безопасности, или Госэкспертизы проекта, то, в первую очередь, ведется разработка так называемой стадии «П» (Проект).

На этом этапе определяются объемно-планировочные, конструктивные, архитектурные и технологические решения, состав оборудования.

Для чего это делают? В первую очередь, для того чтобы определить ориентировочную стоимость объекта строительства. После выполнения стадии “П” документация передаётся на экспертизу. При получении положительного заключения выдается разрешение на строительство самой градирни и начинается разработка стадии “Р” (Рабочая). В рабочей документации разрабатываются те разделы, которые не вошли в стадию “П”.

Стадия “Р” нужна, прежде всего, заводу-изготовителю и строителям, которые будут выполнять работы по монтажу градирни. Она включает в себя чертежи узлов, спецификации, аксонометрические схемы и т.д.

Стадия «П» определяет общий вид, габаритные размеры, размещение в плане мокрой градирни, а стадия «Р» показывает детальную разработку технических решений.

Давайте более детально рассмотрим основные разделы документации каждой из стадий, применимо к проекту градирни.

В стадию «П» входят следующие основные разделы:

• ПЗ - пояснительная записка
• ПЗУ – схема планировочной организации земельного участка
• АР – архитектурные решения
• КР – конструктивные и объемно-планировочные решения
• ИОС – сведения об инженерном оборудовании, сетях обеспечения
• ПОС – проект организации строительства
• ПОД – проект организации работ по демонтажу
• ООС - мероприятия по охране окружающей среды
• ПБ – мероприятия по обеспечению пожарной безопасности
• СМ – смета на объекты капитального строительства

В стадии «Р» детально разрабатываются проектные решения, которые в стадии «П» лишь обозначались.

Рабочая документация при строительстве градирни разрабатывается в соответствии с нормативной документацией и включает следующие разделы:

• ПЗ - пояснительная записка
• ТХ – технологические решения. В данный раздел входят схемы системы водораспределения, укладки оросителя и водоуловителя (каплеотбойника) на площадках, а также расположение вентиляторного оборудования
• АС – архитектурно-строительные решения, где разрабатывается крепление обшивки и жалюзи
• КМ – конструкции металлические. Все, что касается каркаса с укрупненными узлами и элементами
• КМД – конструкции металлические деталированные
• АТХ – автоматизация технологических процессов
• ЭМ – система электроснабжения. Силовое оборудование. В этом разделе показывают схемы силовых шкафов и щитов
• ЭО – система электроснабжения. Освещение
• КЖ – конструктивные решения. Железобетонные конструкции. Эту часть разрабатывают для фундаментов и при изготовлении чаши бассейна из железобетона

Остальные разделы выполняются по согласованию с Заказчиком.

Переработать проект градирни, которая устарела, зачастую бывает сложнее, чем разрабатывать новый, т.к. необходимо учитывать все особенности конструкции существующей градирни. В таком случае приходится опираться на проект и брать его за основу, по которому была изготовлена данная градирня. Как правило, это относится к градирням, построенным еще 20-30, а то и 40 лет назад.

Следует сказать, что не все производители градирен берутся за подобные проектные работы. Это обусловлено тем, что построить новое проще а, иногда и быстрее.

После выполнения всех требуемых разделов, вся рабочая документация сдается на согласование Заказчику. После всех согласований проект градирни отдается в производство, и чертежи начинают оживать, превращаясь в реальные промышленные объекты.

Что нужно учесть при проектировании?

Довольно часто бывает так, что недобросовестные изготовители, пытаясь сэкономить на материалах, занижают высоту градирни, уменьшая металлоемкость конструкции. Однако это может привести к тому, что установка не будет обеспечивать необходимое охлаждение.

Заказчику следует внимательно изучить проект и оценить следующие параметры:

• Высота воздуховходных окон. Согласно книги "Градирни промышленных и энергетических предприятий" (Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И., 1998) для определения размера воздухозаборных окон следует рассчитать соотношение площади окон и площади здания самой градирни в плане Kок = Sок/Sгр. Наилучшим будет параметр Kок = 0,35 - 0,45. В данном диапазоне наблюдается лучшее распределение потоков воздуха под оросительным устройством при наименьшем аэродинамическом сопротивлении. Оптимальным будет значение Kок = 0,4. Таким образом, высота окон будет определяться как Hок = Kок*Sгр/2a = Kок*b/2, где a и b - стороны градирни.
• Расстояние от площадки водоуловителя до плоскости рабочего колеса вентиляторной установки. Согласно СНиП 2.04.02-84 "Пособие по проектированию градирен" в градирнях с искусственной тягой, создаваемой вентиляторами, каплеуловители следует размещать ниже плоскости колеса вентилятора не менее 1/2 от его диаметра.
• Расстояние от площадки оросителя до системы водораспределения. Для различных типов форсунок данное расстояние может отличаться. Например, для чашечных при направлении факела вниз расстояние от сопла до верха оросителя рекомендуется принимать не менее 1 м. Это позволяет обеспечивать равномерное орошение и эффективное охлаждения оборотной воды при напоре на соплах 2 - 4 м. вод. ст.
• Расстояние между слоями оросителя. Оросительные устройства различных типов требуют организации разрыва струи между слоями. В случае пленочных оросителей для наилучшего эффекта необходимо ставить проставки между каждым уложенным слоем.

В случае с капельно-пленочными оросителями, например БНС 5.5.5, требования менее жесткие из-за их сетчатой структуры. Но при размещении оросителя общей высотой более полутора метров рекомендуется также разделить его на отдельные ярусы с высотой каждого не более 1 метра.

Данные требования не являются обязательными, но соблюдение всех указанных норм позволит добиться наилучшего охлаждения оборотной воды на мокрой градирне.

Как разместить градирни?

Современный уровень производства увеличивается, поэтому с ростом выпуска продукции увеличивается и количество агрегатов, требующих охлаждения. Одним из следствий этого процесса является многократное увеличение необходимой площади секций градирен.

Для эффективного охлаждения воды в вентиляторных градирнях стало необходимым прокачивать огромные массы воздуха. Например, площадь орошения градирни СК-1200 составляет 1200 м2, а размах лопастей вентилятора градирни - 20 м. При этом объём прокачиваемого воздуха одной вентиляторной установкой градирни, достигает 10 млн. м3. Подобных градирен на территории предприятия могут быть десятки.

При достаточно близком расположении градирен друг от друга тёплый воздух с повышенной влажностью, вырабатываемый вентиляторной установкой, попадает в окна соседних градирен и снижает их способность к охлаждению, то есть водоохлаждающее оборудование теряет эффективность.

Стоит отметить, что при расчетах данные окружающей среды, как правило, берутся из СНиП «Строительная климатология». При этом не учитывается, что вокруг группы градирен находится зона нагретого воздуха с повышенной влажностью, а расчет без учета этих факторов приводит к неверным результатам.

На основании результатов отечественных и зарубежных исследований, приведённых в книге «Градирни промышленных и энергетических предприятий» Пономаренко В.С., при воздействии охладителей друг на друга, рекомендуется принимать при проектировании минимальные расстояния между градирнями:

Так, при расстоянии между рядами градирен 20 м происходит рециркуляция воздуха в секциях, а при расстоянии 40 м рециркуляции уже не наблюдается.

Также немаловажную роль играет ветер и перемещение масс воздуха между градирнями.

Ветер, движущийся параллельно продольной оси градирни, уносит выходящий пар, и в первых по ходу ветра секциях рециркуляции нет. Выходящий из градирни увлажнённый воздух при ветре направляется вниз к входным окнам. Поэтому можно сказать, что в более длинные градирни поступает меньше свежего воздуха в подветренные торцевые секции.

Ветер движущийся вдоль ряда градирен уносит уходящий пар, при этом рециркуляция не возникает. При ветре направленном поперёк ряда градирен, с подветренной стороны возникает зона более низкого давления, что в свою очередь приводит подсасыванию парового факела в воздухозаборные окна. Таким образом, может возникать рециркуляция влажного воздуха,, что приводит к снижению эффективности работы градирни, а в холодное время года к её обледенению.

Проведенные исследования показали, что рекомендуется применять в градирне не более трёх секций, а сами градирни располагать уступами по ломанной линии таким образом, чтобы максимально исключить взаимное воздействие влажного воздуха, выбрасываемого из градирни.

Для правильного выбора места, схемы расположения и расстояний между градирнями целесообразно руководствоваться методами расчета, приведенными в книге «Градирни промышленных и энергетических предприятий» Пономаренко В.С., провести технико-экономические расчеты с учетом вышеперечисленных факторов.

Отдельно стоит остановиться на башенных градирнях.

Башенные градирни: типовой проект

В советское время все градирни, как вентиляторные, так и башенные, строились по типовым проектам.

Типовой проект – это проект, по которому строятся сооружения, здания, конструкции и другие изделия, предназначенные для серийного однотипного производства.

С одной стороны это позволяло унифицировать продукцию, с другой - не учитывало специфику предприятий.

Применимо к градирням башенного типа, в ХХ веке проекты создавали отдел технического водоснабжения и охладителей ТЭС ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева и отдел проектирования градирен Ленинградского отделения ВГПИ «Теплоэлектропроект» (позже ЛОАТЭП).

Данными отделами были разработаны 2 вида проектов башенных градирен, которые условно были названы «Новая серия» и «Старая». Градирни новой серии имеют площадь орошения 1100, 1600, 2300 и 3200 м². Охлаждающие башни старой серии имели площадь орошения в 1200, 1600, 2100, 2600, 3200 и 4000 м².

В Советское время активно развивалась инфраструктура городов и для более быстрой постройки градирен на ТЭЦ, ГЭС, а в последствии и на ГРЭС, создавался типовой проект. По нему строились все башенные градирни. Данное строительство по типовым проектам способствовало унифицированию водоохлаждающих башен, что вело к простоте их обслуживания, так как все комплектующие были от одного производителя.

В настоящее же время башенные градирни строятся по индивидуальным проектам, за основу которых взяты советские типовые проекты. Поэтому сейчас на предприятиях, зачастую, установлено несколько градирен от разных производителей. Однако комплектующие на них, как правило, взаимозаменяемые и их обслуживание не вызывает больших сложностей. Наибольшую проблему представляет лишь наличие иностранных градирен, процесс замены оборудования на них очень сложен и дорог, т.к. отечественных аналогов, зачастую, не существует.

В остальном же, процесс проектирования башенных и вентиляторных градирен схож - разрабатываются аналогичные разделы, учитываются схожие параметры, выполняются изыскания.

Современные BIM-технологии: проектирование в 3D

BIM (англ. Bim - Building Information Modeling) – это информационное моделирование, которое включает все этапы жизненного цикла здания или сооружения, от инженерных изысканий до эксплуатации и демонтажа. Цель BIM-технологии - соединить воедино все виды градостроительной деятельности (инженерные изыскания, проектирование, строительство).

Компания "Агростройсервис" идет в ногу со временем. Проектно-конструкторский отдел состоит из команды молодых специалистов с прогрессивными взглядами. Сотрудники используют в своей работе 3D-моделирование.

Построение модели идет снизу вверх, каждая деталь имеет свой набор атрибутов (свойств модели).

Данный метод позволяет с большей скоростью выводить чертежи на изготовление, а также в процессе проектирования не допускать коллизий и ошибок.

Мы надеемся, что смогли помочь вам разобраться в тонкостях проектирования градирни и убедили обращаться только к профессионалам, чтобы в дальнейшем не пришлось жалеть о потраченных средствах и времени.

Специалисты компании ООО «НПО «Агростройсервис» готовы произвести все необходимые замеры, вычисления и расчёты и сделать ваши градирни максимально эффективными. Обращайтесь по телефонам 8-800-222-45-62, 8-8313-34-75-40.