Очистка, промывка и защита градирни

В этой статье мы хотим рассказать о том, что такое очистка и промывка градирни, способах защиты и почему важно своевременное обслуживание этого оборудования.

Понятие и виды градирен

Градирня — это инженерное сооружение, изначально предназначенное для охлаждения большого количества воды. В промышленности и гражданском строительстве используются для охлаждения теплообменников, конденсаторов холодильных устройств, кондиционеров.

Градирни классифицируются по способу охлаждения и по типу оросительного устройства. По способу охлаждения они подразделяются на:

• башенные
• вентиляторные
• открытые
• эжекционные

Башенные градирни используются на промышленных предприятиях и электростанциях (ТЭЦ). Охлаждение в таких градирнях осуществляется за счет тяги, создаваемой конструктивным исполнением высокой башни.

Вентиляторные градирни проектируются и выпускаются для различных задач и разных масштабов производства. Охлаждение в подобных сооружениях происходит за счет циркуляции воздуха, создаваемой вентилятором, который может располагаться как вверху, так и внизу конструкции градирни.

Открытые градирни, конструктивно выполнены таким образом, чтобы использовать естественное влияние ветров и создавать конвекционный поток в оросителе.

В эжекционных градирнях, охлаждаемая вода попадает на распылительные эжекционные форсунки, в результате водно-воздушная смесь, проходящая через форсунки, за счет процессов теплообмена охлаждает воду, далее вода сепарируется на специальных уловителях, сливается в водосборник и уходит для обеспечения нужд производства.

Важная составляющая технологических промышленных процессов – охлаждение оборотной воды до нужной температуры. Такие требования могут быть обусловлены технологией производства, эксплуатационными характеристиками используемого оборудования или требованиями предприятия. Если необходимо охлаждать значительные объемы воды, применяются градирни.

При эксплуатации этого оборудования неизбежно засорение поверхности оросителя, сопел форсунок и распределяющих воду трубопроводов. Они покрываются налетом, обрастают водным камнем, поражаются коррозией. Все это приводит к снижению до 40 – 60 % качества и эффективности процессов охлаждения при одновременном повышении энергопотребления. Устранить проблему позволяет своевременное техническое обслуживание, суть которого – очистка градирен от загрязнений.

Основные группы загрязнений

Условно все новообразования разделяются на группы:

• первая группа - твердые частицы, включающие песок, осколки камня, глину, имеющие достаточно крупные размеры и тяжелый вес, чтобы осесть на дно и забить распылительные форсунки
• вторая группа – взвеси неосаждаемые и нерастворенные. Это перья, мелкие насекомые, пух тополей. Опасность они могут представлять для запорной арматуры, трубопроводов и теплообменников
• третья группа - накипь и накопленные продукты коррозии, повышающие жесткость воды
• четвертая группа – водоросли, бактерии и микроорганизмы, среди которых могут оказаться патогенные

Что нужно обрабатывать в градирне

• Взвешенные вещества – вода для подпитки содержит твердые вещества, которые не растворяются, такие как песок, глина, органические соединения и побочные продукты коррозии. Кроме того, открытые градирни подвергаются воздействию окружающей среды и поэтому накапливают загрязняющие вещества из воздуха. Эти твёрдые вещества оседают в бассейне, трубах и другом оборудовании, препятствуя процессу теплообмена, а иногда вызывая закупорку
• Кальций и магний (нерастворимые соли) – нерастворимые минералы являются основной причиной образования накипи (накопления минералов) в системе. Накопление минералов на поверхностях теплообмена снижает эффективность отвода тепла и может уменьшить поперечное сечение потока в трубах. Следствием накопления минералов является потеря энергии и неэффективный процесс охлаждения. Например - 1-миллиметровый слой минерального накопления приводит к 3%-ой трате энергии
• Другие минералы – эти минералы/соли в воде распадаются на отрицательные ионы (хлориды, бикарбонаты, сульфаты и др.) и  положительные ионы (в основном щелочные металлы). Они повышают уровень проводимости и коррозии. Процесс коррозии в свою очередь создаёт дополнительные отложения и может повредить компоненты системы
• Микроорганизмы – система охлаждения обеспечивает благоприятные условия для развития микроорганизмов, таких как водоросли, бактерии, плесень и грибок, что снижает эффективность отвода тепла и может уменьшить поперечное сечение потока в трубах.

Методы очистки загрязнений

• гидродинамический метод – размывка отложений высоким давлением воды
• механический метод – абразивно струйная очистка поверхностей
• ручной метод – с помощью ручных инструментов, в основном уборка крупного строительного мусора
• вакуумный метод – откачка жидких отложений и размытых отложений вакуумной спецтехникой
• очистка от прочих загрязнений с помощью острого пара/применение химических растворов

Как контролировать солесодержание в градирне?

Солесодержание - это общее количество растворенных в оборотной воде солей. Нормативными документами определяется, какое солесодержание допустимо для воды различного назначения: дистиллированной, питьевой, питательной воды паровых котлов и т.д.

А как этот параметр влияет на работу градирен?

Чем выше концентрация различных солей в оборотной воде, тем больше их откладывается на поверхностях трубопроводов, форсунках, оросительном устройстве. Отложения в трубах снижают их пропускную способность и препятствуют свободному протоку воды и равномерному орошению.

Но главная проблема - в забивании отложениями солей оросительного устройства. Чем сильнее забит ороситель, чем сильнее уменьшается его рабочая поверхность, тем менее эффективна становится его работа. Особенно сильно это сказывается на пленочных оросителях со сплошными каналами - закупоривание канала выводит его из работы полностью, т.к. вода не может перераспределяться внутри блока. Менее чувствительны к этому капельно-пленочные оросителя сетчатого типа, например БНС 5.5.5.

Так как мокрые градирни работают за счет испарения части воды, то концентрация солей со временем работы повышается. Самый простой способ снизить концентрацию солей - продувка. Часть объема оборотной воды с высоким солесодержанием сбрасывается в канализацию, а в цикл добавляется свежая вода. Таким образом снижается общая концентрация соли в объеме водооборотного цикла. Это можно делать в автоматическом режиме, в случае использования АСУ. По датчикам отслеживается предельная концентрация солей, а контроллер, в случае превышения заданного значения, организует сброс и подпитку посредством управления электрозадвижками и насосами.

Помимо этого есть другие, более сложные способы обессоливания, например обратный осмос. Вода с растворенными в ней солями проходит через полупроницаемые мембраны, на которых задерживается большинство веществ. Конкретный способ снижения концентрации солей выбирается в зависимости от состава оборотной и подпиточной воды, а также требований основного оборудования, охлаждение которого осуществляется при помощи оборотной воды.

Типы очистки градирни

• Фильтрация – применение системы фильтров уменьшает уровень взвешенных частиц (песок, глина), что снижает риск образования отложений. В градирнях допустимо фильтровать поток около 10% от общего циркулирующего расхода при уровне фильтрации около 50-200 µм

Фильтрация воды в охлаждающей системы может быть выполнена как в схеме полного, так и байпасного потока. Механическая очистка воды градирни от частиц минимальным размером 20-25 мкм наиболее полно удовлетворяет требованиям защиты технологического оборудования. Однако в зависимости от месторасположения градирни, локальных условий и специфических требований может применяться и более тонкая очистка.

В полнопоточной схеме фильтр устанавливается в циркуляционной системе сразу после подающего насоса в потоке воды к теплоносителю. Фильтр масштабируется исходя из максимального расхода насоса и предназначается для очистки всего потока воды, поступающей в технологический процесс или на теплообменник. Такой подход не решает задачу снижения количества примесей в самой градирне, однако, посредством эффективного задержания помогает снизить концентрацию взвесей в системе в целом.

Наиболее часто применяемая байпасная схема предусматривает отведение на фильтрацию около 10-20% общего расхода воды и возвращение отфильтрованной воды в градирню. Такой подход применяется в том случае, если расход воды, циркулирующей через градирню, настолько высок, что фильтровать полный поток слишком дорого. Байпасная система позволяет стабилизировать качество воды циркуляционного контура в течение короткого времени посредством непрерывной фильтрации.

• Химическая обработка воды – для предотвращения накопления нерастворимых минералов на поверхностях теплообмена вводят химические вещества, соединяющиеся с минералами/солями. При этом создаются частицы, которые можно удалить из системы. Химические элементы добавляют пропорционально количеству подпиточной воды. Системы очистки градирни по большей части включают мониторинг уровня кислотности и количества ингибитора, который сдерживает коррозию. Применяемые химические вещества, создавая защитный слой на металлах, предотвращают коррозию

• Смягчение – применение умягчителя воды позволит заменить ионы кальция и магния нитратами или ионами калия. Смягчение воды понижает количество нерастворимых минералов в воде, что уменьшает риск отложения минералов
• Электрохимические системы – состоят из реакторного бака с электродами. Электрический ток проходя через электроды создает химическую реакцию, зависящую от качества воды, покрытия электродов и величины тока. Внутри емкости происходит осаждение, предотвращающее образование осадка в системе. Также при этом процессе образуются окислительные соединения, обеспечивающие дезинфекцию воды
• Опреснение/Дистилляция – эти способы (обратный осмос или ионный обмен) убирают соли из воды (кальций и магний). Очищенная вода может работать в большем количестве циклов, что снижает расход подпиточной воды и приводит к экономии воды, энергии и химических веществ
• Предотвращение роста микроорганизмов – для предотвращения роста и развития микроорганизмов и водорослей, в бассейн градирни вводят биоцид. Его добавляют 1-2 раза в неделю

Общий алгоритм работы по очистке градирни

1. Оценка и осмотр состояния градирни:

• анализ состояния и сложности имеющихся загрязнений
• оценка возможности применения необходимых технологий очистки
• принятие решения по организации работы

2. Разработка технологического регламента производства работ, применимо к конкретному типу и модели градирни и согласование его с заказчиком

3. Подготовка к производству работ:

• отключение градирни
• изоляция градирни от системы
• слив воды из градирни
• подготовка технологического оборудования очистки и реагентов

4. Гидродинамическая очистка высоким и сверхвысоким давлением всех доступных поверхностей и трубопроводов от всех видов загрязнений

5. Химическая очистка с целью удаления сложных отложений на труднодоступных участках

6. Дезинфекция градирни специальными дезинфицирующими препаратами

7. Внутренний контроль качества проведенных работ

8. Сдача проведенных работ заказчику

9. Запуск градирни

10. Лабораторный анализ воды, выбранной из градирни