ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН РАСЧЕТ ГРАДИРНИ

Для правильного подбора градирни, определения необходимой площади орошения, высоты слоя оросительного устройства, мощности привода вентилятора нужно провести  тепло-гидравлический расчет на основании данных, указанных в техническом задании Заказчика.

Эта процедура проводится как для вентиляторных, так и для башенных градирен.

РАСЧЁТ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ ГРАДИРНИ

Для подбора вентиляторной градирни под конкретные условия производства, на основании технического задания, составленного заказчиком, специалистами нашей компании производится тепло-гидравлический расчёт. После чего, согласно тепло-гидравлического расчету определяется количество секций градирни, высота оросителя и площадь орошения, а также мощность двигателя вентиляторной установки. Исходя из расхода воды, рассчитывается количество и тип форсунок водораспределительной системы градирни.

гидравлический расчёт градирни

Расчёт производится по методике, изложенной в книге В.С. Пономаренко «Градирни промышленных и энергетических предприятий». Результаты расчета, а соответственно и параметры подбираемой градирни, зависят от таких параметров, как количество воды, используемой для охлаждения оборудования, требуемый перепад температур, а также климатические условия, в которых будет работать градирня.

После чего определяется стоимость градирни и составляется коммерческое предложение, в которое по желанию заказчика могут быть включены дополнительные опции: автоматическая система управления, стеклопластиковая обшивки, противообледенительные жалюзи и т.п.

Более подробно о том, как производится тепло-гидравлический расчёт, вы можете посмотреть по этой ссылке

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

  • объем воды, поступающий на градирню (гидравлическая нагрузка)
  • температура воды на входе и выходе из градирни
  • перепад температуры, которого необходимо добиться
  • климатические параметры региона размещения оборудования

Тепловой расчет градирни - это сложная математическая задача, сводящаяся к решению системы дифференциальных уравнений. По перечисленным выше начальным данным вычисляется целый ряд промежуточных величин, которые позволяют определить искомые параметры.

В результате расчета определяются:

  • количество и размер секций, необходимая площадь орошения градирни
  • высота слоя оросителя
  • мощность вентилятора (для градирен с искусственной тягой)

Для определения первоначальных данных можно воспользоваться формулой тепловой мощности градирни: Q=G*C*Dt, (где G – это гидравлическая нагрузка, С – удельная теплоёмкость воды, Dt – температурный перепад оборотной воды внутри градирни). Из данного уравнения можно увидеть, что только две переменных G и Dt будут влиять на работу охлаждающей установки. Зная, что С - это константа, а переменная Dt меняется в очень ограниченном диапазоне (как правило перепад температуры на градирне изменяется в пределах от 5 до 15-20 0С), легко понять, что повышать теплосъём градирни можно только за счет увеличения объёма жидкости G.

Зная количество тепла, которое необходимо отводить на градирне, можно определить примерный расход и нужный перепад температуры воды. А уже на основании этих данных выполнить теплогидравлический расчет для верного выбора градирни.

Подробнее о технических характеристиках градирни и переменных - в статье "Технические характеристики градирни".

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ

При расчете важно верно учесть климатические параметры окружающего воздуха.

Последние данные можно найти в СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» актуализированная версия СНиП23-01-99 от 2012 года.

Для расчета градирни в теплый период года можно использовать температуру воздуха по сухому термометру с обеспеченностью 0,95 или 0,98. Разница в значениях заключается в количестве дней, когда в регионе теоретически возможно превышение указанной температуры.

Выбор показателя обеспеченности зависит от предприятия, на котором строится градирня. Всего выделяют три группы потребителей, по уровню требований к температуре охлажденной воды.

Если незначительное превышение температуры охлажденной воды (на 1-2 0С) вызывает временное снижение экономичности технологического процесса, то таких потребителей относят к III категории. Для таких предприятий расчет производится с обеспеченностью 0,95.

Если увеличение температуры оборотной воды вызывает временное нарушение процесса работы отдельных агрегатов, то потребителя относят ко II категории водопотребления. Расчет градирен проводится так же с обеспеченностью климатических параметров 0,95.

К  I категории относят предприятия, где повышение температуры воды на выходе с градирни вызывает нарушение всего технологического цикла и, как следствие, влечет значительные убытки. Для предприятий первой категории в расчете применяются климатические параметры с обеспеченностью 0,98.

Таким образом, выбор данных, которые используются при расчете градирен, зависит от особенностей техпроцесса предприятия-заказчика и целесообразности вложения дополнительных средств в оборудование.

Большинство предприятий относятся ко II и III категориям водопотребителей, т.к. незначительное увеличение температуры воды на несколько дней в году не представляет серьезной проблемы для производства. В таком случае вложение дополнительных средств для обеспечения охлаждения воды круглогодично нецелесообразно. Потери прибыли при увеличении температуры оборотной воды меньше, чем затраты на улучшение градирни.

Если особых требований к схеме градирни в техническом задании не указывается, то тепло-гидравлический расчет проводится  с обеспеченностью климатических параметров 0,95. Т.е. незначительное отклонение параметров работы будет для градирни не более, чем 5 дней  в году в самый жаркий период.

Такой подход позволяет снизить затраты Заказчика на оборудование для охлаждения воды, не закладывать дополнительные средства для необоснованной страховки.

Если Вам необходимо выбрать  тип и размер градирни, то наши специалисты готовы выполнить все необходимые расчеты с учетом любых требований Заказчика.

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ГРАДИРНИ

Тепловые и аэродинамические расчеты проводятся как при выполнении проектов новых градирен, так и при привязке уже выполненных проектов с учетом конкретных климатических условий и параметров работы градирни.

По результатам расчета требуется определить необходимое количество и площадь секций градирни, которые обеспечат требуемые показатели по температурному перепаду оборотной воды при заданных параметрах воздуха. Для получения гарантированного результата расчет следует проводить на самые сложные условия работы - жаркие летние месяцы. Данные по температурам и влажности воздуха для расчетов принимаются согласно СНиП 23-01-99* Строительная климатология. При этом обеспеченность выбирается в соответствии с категорией предприятия, на котором будет эксплуатироваться градирня (об этом подробно написано выше).

Расчет обычно выполняется в два этапа. Сначала определяется удельный расход воздуха λ, а затем уже вычисляются плотность орошения и необходимое количество секций.

Для расчета используем формулы, приведенные в пособии по проектированию градирен  СНиП 2.04.02-84.

Первый этап расчета

Для определения величины λ сначала вычисляем вспомогательные величины Y, U и R:

Вспомогательные величины

 

При заданных t1, t2 и tm по справочникам определяется парциальное давление p''п и плотность γ''п насыщенных паров воды.

Удельные энтальпии воздуха, используемые для вычисления необходимых нам величин, рассчитываются по формулам:

Удельные энтальпии воздуха

Для входящего воздуха энтальпию находим по формуле:

Энтальпия входящего воздуха

где p``п, γ``п определяются по справочнику при заданной температуре входящего воздуха.

Затем находим коэффициент R, равный

Коэффициент R

где А и hор – заданные для оросителя величины.

Затем по графикам, приведенным в СНиП 2.04.02-84, находим значение x. Оно зависит от показателя степени m и от величин Y и R. Для вычисления λ используем формулу:

Удельный расход воздуха

На этом первый этап закончен.

 

Второй этап расчета

На данном этапе расчета рассчитаем плотность орошения qж, и, учитывая это значение,  необходимое число секций градирни.

Плотность орошения будем находить из уравнения

Плотность орошения

где коэффициенты определяются следующим образом

Коэффициент

Коэффициенты

 

Коэффициенты Л, М и dв возьмем из табл. 13 пособия к СНиП 2.04.02-84.

Коэффициенты ζc.o (аэродинамическое сопротивление сухого оросителя) и kор (параметр, уточняющий дополнительное сопротивление от оросителя с водой) определяются конструкцией оросителя и находятся эмпирическим путем.

Аналогично применяется и коэффициент аэродинамического сопротивления водоуловителя ζву. Он также определяется опытным путем.

Величина l в формулах – это длина воздухораспределителя. Для классической противоточной градирни с воздухозаборными окнами с двух сторон l равно 1/4 от ширины градирни.

Из первого уравнения, с учетом всех остальных значений, находим qж.

Далее, учитывая qж, находим необходимое число секций N

Число секций

Значение N округляется до целого в большую сторону.

Подобрать вентиляторную градирню

Ответьте на 5 вопросов и получите ТКП вентиляторной градирни для вашего производства и гарантированную скидку

Заполнить форму

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГРАДИРНИ

Аэродинамическое сопротивление градирни определяется сопротивлением различных элементов (оросителя, водоуловителя и т.д.), гидравлической нагрузкой и вычисляется по формуле:

Аэродинамическое сопротивление градирни

Где w – скорость воздуха в свободном сечении градирни

γ – плотность воздуха

ξс – коэффициент сопротивления секции градирни

 ξс  определяется как сумма сопротивлений элементов градирни:

Сумма сопротивлений элементов градирни

Где h – высота слоя оросителя, а Ф – коэффициент, зависящий от формы секции градирни (определен для различных стандартных форм и может быть найден в приложениях к СНиП).

Большинство коэффициентов в данной формуле определены испытаниями на опытных установках и находятся в справочной литературе.

ξд определяется по формуле:

Коэффициент

где 1 – половина длины воздухораспределителя

Квр – коэффициент сопротивления дождя в водораспределительном устройстве

Кор – коэффициент сопротивления дождя в оросителе

hвр – высота дождя в водораспределителе

П – коэффициент для перехода к безразмерному значению ξд

В дальнейшем значение ξс понадобится нам для вычисления подачи воздуха вентилятором:

Подача воздуха вентилятором

Где H0 – давление при нулевой подаче воздуха

Кх – коэффициент характеристики вентилятора.

Для типовых вентиляторов градирни данные коэффициенты могут быть найдены в справочной литературе.

РАСЧЕТ ГРАДИРЕН ГРАД, РОСИНКА, ГРД

В малогабаритных градирнях в общем происходят те же процессы, что и в секционных вентиляторных. Для подбора такой градирни обычно используют следующую схему.

Определяется, какой объем воды требуется для охлаждения оборудования и какой нагрев происходит за время цикла.

Для примера возьмем эти значения равными 30 м3/ч и 12 0С.

Одноконтурная система с малогабаритной градирней работает следующим образом:

  • в начале работы приемный резервуар заполняется оборотной водой
  • из резервуара вода с некоторой начальной температурой tн подается на оборудование
  • после прохождения через него она нагревается до температуры tн+12
  • затем вода охлаждается на градирне до tохл. Если начальная температура tн была значительно ниже температуры мокрого термометра, то tохл будет точно выше, чем tн, то есть теплосъем будет меньше, чем тепловыделение
  • затем вода с температурой tохл идет снова на оборудование и опять нагревается на 12 0С
  • повторяется описанный выше цикл. Это происходит до тех пор, пока тепловыделение и теплосъем не составят одинаковое значение. В таком случае устанавливается тепловой баланс

Для наглядности приведем примерную таблицу:

Оборудование

Градирня

tнач

tнагр

tнагр

tохл

20

32

32

27,6

27,6

39,6

39,6

33,9

33,9

45,9

45,9

38,7

38,7

50,7

50,7

41,6

41,6

53,6

53,6

41,6

41,6

53,6

53,6

41,6

Т.е. при входящей температуре 41,6 0С градирня будет обеспечивать перепад в 12 0С, соответствующий нагреву от оборудования.

При различных климатических параметрах этот тепловой баланс будет смещаться вверх или вниз. Чем выше температура окружающего воздуха по мокрому термометру, тем сложнее добиться охлаждения на испарительной градирне – соответственно, граница теплового баланса будет подниматься вверх.

Значения температуры охлажденной воды находятся из теплогидравлического расчета или путем испытаний.

Если полученный тепловой баланс не подходит для технологического процесса, то выбирается больший размер градирни или добавляются дополнительные модули. В таком случае происходит смещение температуры, при которой достигается равенство нагрев и охлаждения вниз по термометру.

Другие статьи