line

Градирни в морозную погоду (3)


Характеристики обледенения и типы заполнителей и градирен

Шаблон падающей воды, связанный с различными типами градирен, тесно связан с типом образовавшегося льда и его расположением. На поперечно-точных градирнях, оснащенных разбрызгивающей насадкой, образуется лед на жалюзи, как показано на Рис. 2 и 4, при этом случайные капли, вызванные разбрызгиванием, могут ударяться о жалюзи и замерзать почти мгновенно. Образование обычного льда, как показано Рис. 2, можно контролировать постепенным уменьшением скорости вентилятора или его выключением на некоторое время. При уменьшении скорости потока воздуха, входящего в жалюзи, шаблон падения воды станет вертикальным, а жалюзи окажутся под потоком достаточно теплой воды, что вызовет таяние льда.

 

При образовании льда, блокирующего поток воздуха, часто срабатывает эффект самоограничения. Вода за рядом блокированных жалюзи будет падать вертикально, что будет способствовать таянию льда. В зимнее время на поперечно-точных градирнях можно наблюдать эффект калейдоскопа смены замерзания и оттаивания.

 

Если лед нарастает, как показано на Рис. 4, необходимо выбрать обратное направление работы вентиляторов (градирни с принудительной тягой) на некоторое время, длительность которого зависит от возможности образования льда на цилиндре вентилятора или механическом оборудовании. Благодаря обратному потоку воздуха на жалюзи не только льется теплая вода, но и обеспечивается подача выходящего теплого воздуха. На градирнях с естественной тягой, где обратное направление потока воздуха использовать не удастся, для удаления такого льда требуется специальная система распределения, в которой вода периодически отводилась на жалюзи.

 

Из-за обычно “сдержанной” структуры потока случайные капли редко попадают за пленочные заполнители, а на поперечно-точных градирнях с такими заполнителями лед на жалюзи образуется в малом количестве или не образуется совсем. В этих случаях лед на жалюзи обычно образуется из-за сильных ветров, снега, дождя со снегом и других природных сил.

 

11

Рисунок 10 Индуцированные проект противоточных градирен

 

 

Заполнитель из пленки ПВХ используется в поперечной конфигурации и используется для ограничения количества образования льда на заполнителе. При проведении расширенных проверок, проводимых при нулевой тепловой нагрузке в замерзающей воде, практически не удалось образовать значительный объем льда. При выполнении этих проверок на передней кромке заполнителя образуется тонкий слой льда, который превращается в слякоть при блокировке потока воздуха и вскоре исчезает. Это особенно верно при конфигурациях, в которых жалюзи встроены в заполнитель. Поэтому при обеспечении нормальных мер по контролю градирни достаточно хорошо работают в зимнее время. Это особенно подтверждается при низких нагрузках, ситуациях с низкими температурами, которые описаны в разделе “Естественное охлаждение”. Такие градирни обычно обеспечивает холодную воду 40°F в указанных диапазонах от 10°F до менее 2°F.

 

Поскольку заполнитель противоточной градирни (Рис. 10) поднимается значительно выше уровня бассейна холодной воды, создание случайных капель воды благодаря свободному падению не зависит от типа используемого заполнителя. Капли, которые разбрызгиваются в направлении внешней кромки, будут замерзать на крае бассейна и нижней части конструкции. Из-за потоков воздуха падающая вода ударяется и замерзает на средней части конструкции (или жалюзи, если они установлены). Кроме того, вода, которая обычно ударяется о внутреннюю сторону корпуса, может падать далее по внутренней стороне выступающей конструкции, где замерзает. Сочетание этих эффектов изначально приводит к образованиям, как показано на Рис. 1. Если проблем не имеется (и достаточно низкой температуры окружающего воздуха), лед будет образовываться, как показано на Рис. 3, особенно в местах, где при нормальном перепаде температуры заполнителя вода почти замерзает в самом холодном пункте заполнителя.

 

10

Рисунок 11 Типичное управление перепуском воды

 

 

Меры по удалению льда для противоточных градирен схожи с мерами, которые используются для поперечно-точных градирен, однако являются менее эффективными. На вертикальных сторонах противоточных градирен области воздухозаборников располагаются за пределами досягаемости падающей воды при выключенных вентиляторах. Поэтому в этом режиме работы обычно удаляется только лед, который только начал скапливаться на внутренней стороне от воздухозаборников. Однако благодаря структуре противоточной градирни эта способность устранения льда может оказаться достаточной в большинстве случаев. Лед на внешней стороне можно удалить, включив вентиляторов обратном направлении, однако для достижения приемлемых результатов может потребоваться несколько попыток. Обратное направление потока воздуха обеспечивает относительно малое количество теплой воды для таяния льда. Поэтому с помощью теплого воздуха следует выполнить большую часть работы, что значительно замедляет этот процесс. Количество попыток, разумеется, зависит, от возможности образования льда на механическом оборудовании при обратном направлении потока воздуха.

 

Многие операторы стараются не использовать функцию обратного направления вентилятора на противоточных градирнях, так как из воздухозаборников выходит слишком малое количество воды. При этом может образоваться значительное количество льда поблизости, что может стать причиной возникновения опасных ситуаций, требующих особенных мер.

 

Хотя на заполнителях из пленки для противоточных градирен проводилось незначительное количество проверок льдообразования, есть причины полагать, что результаты будут схожими с результатами поперечно-точных градирен. Предполагается относительно небольшое льдообразование на заполнителе с тенденцией к самоограничению.

 

Управление водным потоком
Большие градирни, предназначенные для работы с замерзающей водой, должны быть оснащены системой распределения воды, которую можно регулировать для обеспечения наилучшей концентрации протекающей воды рядом с воздухозаборниками градирни. Это применяется в особенности к градирня с естественной тягой, в которых недоступны элементы Рисунок 11 Типичное управление перепуском воды Рисунок 10 Индуцированные проект противоточных градирен управления воздушным потоком. Это обеспечивает не только наиболее сложное охлаждение холодному воздуху, но и быстрое повышение температуры воздуха во избежание замерзания на заполнителе. Самым важным является то, что рядом с местом наибольшего образования льда располагается наибольший объем относительно теплой протекающей воды.

 

Для упрощения запуска и работы на градирнях с принудительной тягой рекомендуется обеспечить возможность полного перепуска воды непосредственно в бассейн для холодной воды (Рис. 11), а также это является обязательным условием при работе на градирнях с естественной тягой. При запуске в зимнее время вода в бассейне может иметь температуру, близкую к замерзанию, а общий расход воды должен быть направлен обратно в бассейн для холодной воды после рабочей нагрузки, а не через заполнитель. Следует продолжать работу в этом режиме перепуска, пока температура запасов воды не достигнет допустимого уровня (обычно приблизительно 80°F), после чего перепуск можно закрыть для направления общего расхода воды через заполнитель.

 

Даже во время работы изменения низкой нагрузки, низкой температуры окружающей среды и сильные потоки воздуха могут способствовать процессу льдообразования помимо обычных процедур управления воздушным и водным потоками. В этих случаях это может быть необходимо периодически для отклонения общего перепуска расхода воды для обеспечения теплосодержания в циркулирующей воде. Модуляция перепуска не допускается на градирнях с естественной тягой, если часть воды продолжает перетекать через заполнитель, а также не рекомендуется на градирнях принудительной тягой.

 

Если не удается избежать пониженного расхода воды с помощью регулировки насоса или модуляции перепуска, на поперечно-точных градирнях может быть установлена продольная перемычка в бассейнах для горячей воды для концентрации воды с внешней кромки заполнителя. Высота и расположение этой перемычки зависит от установленного минимального допустимого расхода воды. При повышенных расходах перемычка будет погружена в воду, что обеспечит доступ воды к внутренней кромке заполнителя.

 
Сравнение принудительной тяги с форсированной тягой
Тип используемых градирен (противоточная или поперечно-точная) не имеет существенного преимущества во время работы в зимнее время. Гораздо большее значение имеет тип используемого вентилятора и его расположение относительно потока воздуха, проходящего через градирню. Поэтому на оставшейся части этого документа будет приведено сравнение характеристик обледенения градирен с принудительной тягой и пропеллерными вентиляторами и градирен с форсированной тягой и нагнетательными вентиляторами.

 

12

Рисунок 12 Индуцированные-проект переток градирни

 

 

 
На градирнях с принудительной тягой и пропеллерными вентиляторами, как показано на Рис. 12, холодный воздух входит в жалюзи с относительно невысокой скоростью и нагревается водой, переливающейся через заполнитель, после чего выходит через вентилятор с относительно высокой скоростью. Эта высокая скорость выхода обеспечивает минимальный объем рециркуляции насыщенного воздуха во входящих жалюзи.

 

Поэтому льдообразование возможно только в местах пассивного вход воздуха в связи с работой градирни. Вентилятор и механическое оборудование подвержены только теплому воздуху. Это верно даже при выключенном вентиляторе. Конвекционные потоки, вызванные теплом от протекающей воды, обогревают механическое оборудование нагретым воздухом.

 

На Рис. 12 также показана связь заполнителя с жалюзи на поперечно-точных градирнях. Обратите внимание, что область, занятая заполнителем, входит под углом внутрь градирни сверху вниз. Во время работы вентилятора на полную мощность вода, протекающая через заполнитель, будет падать под этим углом из-за скорости горизонтального потока воздуха, с которым вода входит в контакт. При уменьшении скорости или остановке вентилятора скорость входящего воздуха значительно уменьшается и вода будет падать вертикально. При этом вода разбрызгивается на жалюзи, постепенно спадая в бассейн градирни. За исключением очень тяжелых ситуаций этой воды достаточно для завершения процесса устранения льда.

 

При очень низкой температуре и (или) тепловой нагрузке может потребоваться включить обратное направление вращения вентилятора. (Это можно легко сделать на трехфазном двигателе, переключив два вывода из трех.) В этом режиме воздух идет вниз через вентилятор, подхватывая тепло, проходящее через заполнитель, и выходит через жалюзи. Этот обратный поток воздуха сдвигает падающую воду наружу, увеличивая поток воды на жалюзи. Сочетание теплой воды и теплого воздуха завершают процесс устранения льда.

 

Работа вентилятора в обратном направлении должна быть ограничена периоду времени не более 1 или 2 минут во избежание чрезмерного обледенения вентилятора. Если не образовалось чрезмерное количества льда, обычно этого времени более чем достаточно для завершения устранения льда на жалюзи. Для определения необходимого времени, чтобы растаял образовавшийся лед, следует следить за этим процессом. Кроме того, во избежание возможного повреждения вентилятора, цепи привода и электрической системы между моментом отключения двигателя и его запуском в обратном направлении должно пройти не менее двух минут. Это время необходимо для устранения инерции вращения вентилятора.

 

Наименее приспособленной для работы с замерзающей водой является градирня с форсированной тягой и нагнетательными вентиляторами, как показано на Рис. 13. Главным недостатком использования такого типа градирен в холодное время является то, что вентиляторы расположены на входе потока холодного воздуха, а не на выходе потока теплого воздуха. Из-за расположения вентиляторов следует соблюдать осторожность, чтобы обеспечить надлежащую работу и ориентацию во избежание рециркуляции.

 

Для тех, кто не знаком с понятием рециркуляции: это повторное введение части потока насыщенного выходящего воздуха обратно в поток относительно сухого входящего воздуха. В летнее время подобные ситуации вызывают нежелательное повышение температуры холодной воды из-за повышения градирню. Зимой искусственно созданная влажность входящего воздуха быстро конденсируется и замерзает в самых холодных точках градирни – в областях воздухозаборников (вентилятор).

 

Разумеется, при любом воздушном режиме рециркуляция – это возможность воздуха входить и выходить из градирни с относительной скоростью. Если скорость выходящего воздуха превышает скорость входящего, способность градирни к рециркуляции снижается. И наоборот, высокая скорость входящего воздуха образует ограниченные области низкого давления, в которых увеличивается рециркуляция. (См. Технический отчет H-004).

 

13

Рисунок 13 Градирни с форсированной тягой и нагнетательными вентиляторами

 

 

 

На обычных градирнях с принудительной тягой и пропеллерными вентиляторами (Рис. 12) средняя скорость выходящего воздуха составляет приблизительно 1900 футов/мин, а входящая скорость – 685 футов/мин. Этот положительный коэффициент 2,5/1 минимизирует возможность возникновения рециркуляции. И наоборот, скорость воздуха в области вентилятора на градирнях с форсированной тягой и нагнетательными вентиляторами (Рис. 13) составляет 2000 футов/мин, а скорость выходящего воздуха – 660 футов/мин. Этот отрицательный коэффициент 3/1 может обеспечивать некоторую рециркуляцию насыщенного воздуха в воздухозаборниках вентиляторов.

 

14

Рисунок 14 Возможность рециркуляции на градирнях с форсированной тягой

 

Из-аз неблагоприятной ситуации с воздухом возникает проблема, как показано на Рис. 14. Скорость воздуха 7,5 миль/ч (660 футов/мин) отклоняет выходной поток на достаточное расстояние для образования задержки в области отрицательного давления, созданного благодаря скорости входящего воздуха вентилятора.

 

Ни при каких обстоятельствах на градирнях с форсированной тягой не должно меняться направление потока воздуха. (В случае с центробежным вентилятором это является теоретическим утверждением из-за невозможности выполнения.) изменении направления потока воздуха влага концентрируется на механическом оборудовании, которая повторно замерзает при возвращении в нормальный поток воздуха. К сожалению, постепенная остановка вентилятора также может привести к этой неблагоприятной ситуации. Система распределения  распылительного типа обычно используется на градирнях с принудительной тягой и вызывают движение насыщенного воздуха в нижнем направлении, который затем выходит через неработающий вентилятор.

 

Хотя движение этого воздуха не может помешать устранению льда, достигается определенный эффект льдообразования после перезапуска вентилятора. На градирнях с принудительной тягой можно работать при температуре замерзания воды, однако следует соблюдать осторожность для обеспечения надлежащей работы и ориентации во избежание рециркуляции.