Для производственных и хозяйственных нужд расходуется огромное количество воды. Ситуацию ухудшает сброс загрязненной жидкости в водоемы. Уделяя внимание охране природы и экономическим аспектам бизнеса, многие предприятия переходят на оборотное водоснабжение. Этот метод предполагает многократное использование водного ресурса. Сокращение потребления свежей воды и сброса стоков приводит к удешевлению водоснабжения.

Как функционирует замкнутая система водоснабжения

Наиболее перспективный вариант сокращения потребления воды – создание замкнутых систем. Сточные воды проходят очистку специальным оборудованием и используются повторно. Составляющие системы оборотного водоснабжения зависят от объема стоков и требований, которые предъявляются к качеству очищенной жидкости. Прогрессивную установку можно встретить в производственных цехах, атомных и тепловых электростанциях, на автомойках, в загородных домах с автономными источниками.

П – производство; ОС – очистка стоков, НС –насосная станция, ОХ-охлаждение

В зависимости от технологических процессов производства вода может загрязняться с первого раза или не требовать очистки долгое время. Замкнутая система необходима в нескольких случаях:

1. Используемый источник не обладает достаточным количеством воды, чтобы удовлетворить потребности предприятия.
2. Источник находится на большом удалении от производственных цехов (до 4 км), расположенных на значительной высоте(25 м и выше).

Она незаменима в регионах с высокой стоимостью воды, чрезмерной жесткостью или загрязнением источника, в случае реальной опасности отравления природы стоками. Очистные комплексы в зависимости от назначения включают от одной до шести ступеней. Среди них: предочистка в отстойниках, электрофлотация, фильтрация, адсорбция, обратный осмос.

Электрофлотатор – агрегат, действие которого основано на принципах электролиза. Он обеспечивает удаление из воды химических соединений и взвешенных частиц. Его показатели очистки загрязнения нефтепродуктами составляют – от 75 до 90%, остатками ПВА – от 50 до 70%.

К охладительным сооружениям относятся пруды-отстойники, градирни и брызгальные бассейны. В водонепроницаемых котлованах вода специальными насадками рассекается на брызги и охлаждается потоками воздуха.

Конструктивными частями замкнутой сети являются подающие и обратные трубопроводы, циркуляционные насосы, очистные сооружения и фильтры, охлаждающие установки. Для водоемов, страдающих от сброса плохо очищенных стоков или горячей воды, такая система становится настоящим спасением.

Устройство оборотного водоснабжения на производстве

Информация. Кроме открытых систем охлаждения существуют закрытые конструкции, в которых вода не контактирует с воздухом. Снижение температуры происходит за счет теплообменных аппаратов.

Преимущества повторного использования

Высокие расходы на покупку и монтаж оборудования для оборотного водоснабжения не становятся препятствием для внедрения современной технологии на предприятиях.

• Потребности в воде снижаются в 10 раз.
• Существенная экономия финансовых средств.
• Ответственное отношение к экологии и рациональному использованию ресурсов.
• Отсутствие штрафов за грязные стоки.

Принцип замкнутой системы

Оборотные комплексы в промышленности

Владельцы предприятий, которые заботятся об экологии и умеют считать прибыль, переходят на прогрессивный метод – оборотное водоснабжение. Сфера его применения достаточно широкая:

Энергетика

Предприятиям энергетической отрасли – тепловым и атомным электростанциям вода необходима для охлаждения турбин или как рабочее тело – пар. Техническое водоснабжение объектов происходит двумя системами:

• прямоточной;
• оборотной.

Процесс происходит следующим образом: пар подается в градирни, охлаждается и конденсируется. С помощью насоса вода для охлаждения турбин и вспомогательных механизмов. Их природного источника берется вода для восполнения потерь, неизбежных в технологических процессах.

Схема градирни

Металлургия

Во многих технологических процессах вода используется исключительно для охлаждения. Она не загрязняется, а только нагревается, поэтому после остывания может применяться снова. На металлургических предприятиях схема оборотного водоснабжения сложнее. Жидкость нагревается и загрязняется различными примесями. Для дальнейшего использования в газоочистке потребуются пруды или градирни для охлаждения и механические фильтры очистки.

Нефтепереработка

На современных нефтеперерабатывающих заводах в замкнутом цикле, включающем фильтрацию и локальную очистку, находится 95-98% всей используемой воды. Для химической промышленности ведется разработка замкнутых систем, не требующих осуществления сброса стоков в водоемы.

Пищевая промышленность

Оборотное водоснабжение популярно на предприятиях отрасли. По этому принципу работают системы мойки тары, упаковки и сырья. Он используется в холодильных установках.

Машиностроение

Заводы по выпуску машин применяют воду в процессах гальванизации деталей. Замкнутая система сокращает ее расход на 90%. Использование в схеме замкнутой системы выпарной установки позволяет направлять солевой концентрат на переработку. Очищенная жидкость идет на промывку деталей, а продукция из концентрата – на подготовку электролитических растворов.

Прогрессивный метод внедряют на бумажно-целлюлозном производстве, в горной промышленности, мойке транспортных средств, на прачечных комбинатах.

Невозможно избежать потерь воды в производственных условиях. Частичное уменьшение ее объема происходит вследствие испарения. В оставшейся жидкости повышается уровень минерализации. Это ведет к негативным последствиям: активной коррозии и отложению солей. Добавление свежей воды важно для восстановления количества и состава циркулирующей жидкости.

Схемы систем оборотного водоснабжения

Внимание. Потери жидкости в замкнутой сети составляют 3-5%. Они восполняются свежей водой из источника.

Устройство оборотной системы для автомойки

Технологические процессы, связанные с мытьем автомобилей, сопровождаются потреблением большого объема воды и загрязнением стоков нефтепродуктами и ПВА. Чтобы снизить опасность попадания опасных соединений в природную среду, внедряется система повторного использования стоков. Установка замкнутой системы водоснабжения на мойках позволяет экономить до 90% воды и 50% моющих средств.

Замкнутая система на автомойке

Внимание. Для мойки 10 автомобилей требуется 1 м3 воды, при использовании оборотной системы таким объемом жидкости можно вымыть до 50 машин.

Технические стоки на автомойке проходят несколько этапов очистки:

1. Стоки попадают в отстойник, накопительную емкость. С помощью механической фильтрации из воды удаляются крупные частицы загрязнения.
2. Напорным насосом жидкость подается в мембранный флотатор. Здесь происходит пропускание воздуха под давлением через керамические мембраны для насыщения стоков пузырьками. В результате образуется пена, абсорбирующая остатки нефтепродуктов и моющих средств. Напорная флотация удаляет мелкий шлам и взвеси. Эти частицы попадают в накопитель, откуда периодически удаляются для дальнейшей переработки.
3. После флотатора вода поступает в емкости с фильтрами для извлечения оставшихся частиц. Установка рассчитана на многократное использование, фильтры регулярно промываются обратным током воды, которая попадает в накопительную емкость для стоков.

Схема повторного водоснабжения мойки

Для окончательной обработки жидкости задействуется химическая (добавление реагентов) и биологическая очистка. Полное удаление загрязнений происходит микроорганизмами.

Помещение автомойки оборудуется двумя водными контурами. Они питают мощные аппараты для очистки транспорта. Один контур наполнен свежей водой, а второй – оборотной. Жидкость, используемая после переработки, применяется в первичной мойке. Им пользуются при нанесении моющих средств и предварительном смывании пены. Свежей водой осуществляется окончательное ополаскивание машин.

Внимание. Ополаскивание водой из прямого водопровода позволяет избежать появления белых разводов на поверхности автомобилей.

Оборотное водоснабжение автомоек составляет 90%, а на свежую воду для ополаскивания, приходится 10%. Установки для очистки стоков имеют различную производительность – от 3 до 40 м 3 /час. Системы малой мощности наиболее популярны, Они используются на большинстве автомоек с ручным и автоматическим оборудованием. Высокопроизводительные установки предназначены для крупных моечных комплексов, имеющих системы портального и туннельного типа. Их базовая комплектация:

• отстойники;
• фильтры;
• система флокуляции;
• датчики и манометры;
• насосы.

При необходимости комплексы дополняют устройствами умягчения воды, аэраторами, дозаторами реагентов и другими приспособлениями. Количество циклов повторного использования зависит от возможностей оборудования. Оно составляет от 50 до 70 оборотов с очисткой. Цикл завершается сбором и утилизацией жидкости.

Оборотная система для загородного дома

В частных домах, где есть возможность разделить сети канализации и водоснабжения практикуется установка замкнутой системы, уменьшающей в несколько раз объем потребляемой свежей воды. Ее внедрение – действенный способ экономии ресурсов. Система функционирует по принципу обратного осмоса. Одна из ее особенностей это необходимость периодической замены старой воды.

Оборудование для системы оборотного водоснабжения

Внимание. Один из плюсов оборотного водоснабжения загородного коттеджа – увеличение срока эксплуатации автономной скважины.

Обеспечить работу оборотного водоснабжения позволяет монтаж специального оборудования. Оно включает многоступенчатые фильтры, различные реагенты и коагулянты, доводящие химический состав жидкости до санитарных норм. Мощное очистное сооружение совмещает три типа процессов:

• механический;
• химический;
• биологический.

Контроль сети осуществляется автоматикой, показатели проверяются на соответствие заданным параметрам. Для поддержания эффективной работы комплекса требуются определенные климатические условия:

• монтаж системы вентиляции для циркуляции воздуха;
• температура не ниже отметки +5 0 .

Замкнутую структуру может иметь отопление и водопровод. В последнем случае происходит развитие биоценозов – совокупности микроорганизмов. Предотвратить составные части от биологического обрастания поможет периодическая промывка емкостей и труб. Специальные вещества полиалкиленгуанидины обеспечивают защиту от нескольких разрушающих факторов: коррозии, солей и биозарастания.

Для монтажа водоснабжения используются металлические трубы. Этот материал отличается прочностью и долговечностью, но под действием изменений в составе воды возникают коррозийные процессы. Применение пластика – оптимальный способ создания эффективной рециркуляции. Полимеры нейтральны к воздействию влаги, химических и биологических веществ, поэтому рекомендуются для создания замкнутых сетей.

При оборотном водоснабжении промышленного объекта охлаждающее устройство должно обеспечить охлаждение циркуляционной воды до температур, отвечающих оптимальным технико-экономическим показателям работы объекта.

По способу передачи теплоты от воды к воздуху охладители, применяемые в системах оборотного водоснабжения, разделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные).

В испарительных охладителях охлаждение воды происходит в результате ее испарения при непосредственном контакте с воздухом.

В радиаторных охладителях охлаждаемая вода не имеет непосредственного контакта с воздухом. Вода проходит внутри трубок радиаторов, через стенки которых происходит передача теплоты воздуху.

Так как теплоемкость и влагоемкость воздуха невелики, для охлаждения воды требуется интенсивный воздухообмен. Например, для понижения температуры воды с 40°С до 30°С при температуре воздуха 25°С на 1 м 3 охлаждаемой воды к испарительному охлаждению должно быть подведено около 1000м 3 воздуха, а к радиаторному охладителю, в котором воздух только нагревается, но не увлажняется, - около 5000 м 3 воздуха.

Испарительные охладители по способу подвода к ним воздуха разделяются на:

Открытые;

Башенные;

Вентиляторные.

К открытым относятся: пруды-охладители, брызгальные бассейны, открытые градирни.

В башенных охладителях - башенных градирнях, - движение воздуха происходит в результате естественной тяги, создаваемой высокой вытяжной башней.

В вентиляторных охладителях - вентиляторных градирнях, - осуществляется принудительная подача воздуха с помощью нагнетательных или отсасывающих вентиляторов.

Радиаторные охладители, которые называют также сухими градирнями, по способу подвода к ним воздуха могут быть:

Башенными;

Вентиляторными.

Пруды-охладители

Их применяют для охлаждения больших масс воды в основном за счет поверхностного охлаждения, поэтому эффективность прудов определяется площадью зеркала воды.

Из-за неравномерности движения потока воды в охлаждающем водоеме возникают различные застойные зоны, что не позволяет полностью использовать площадь водоема. Та часть площади водоема, которая участвует в охлаждении воды, называется активной зоной.

Отношение активной площади F а водоема к действительной F д называется коэффициентом K и использования площади водоема. Этот коэффициент зависит от формы водоема, расположения водосброса, расположения водозабора и т.д. Он может иметь численные значения от 0,4 до 0,9. Самое большое значение коэффициент имеет для водоемов с правильной вытянутой формой (например, эллипс). Для увеличения активной зоны создают различные струенаправляющие и струераспределяющие сооружения.

Преимущества прудов - охладителей:

Для охлаждения воды нет необходимости создавать дополнительный напор для подъема воды и её разбрызгивания, что очень важно при больших расходах;

Отсутствие подпиточных насосов;

Средняя температура воды ниже, чем после охлаждения в градирнях и брызгальных бассейнах.

Недостатки:

Низкая тепловая нагрузка (самый существенный недостаток), которая ничем не может быть интенсифицирована. Она составляет 0,8-1,7 МДж/час (200-400 ккал/час) с 1 м 2 площади зеркала пруда;

Охладительный эффект зависит от наличия ветра и температуры окружающего воздуха;

Сложности в эксплуатации в связи с борьбой с цветением, зарастанием и минерализацией;

Стоимость строительства пруда превышает стоимость устройства градирни или брызгального бассейна;

Повышение уровня грунтовых вод.

Пруды-охладители целесообразно применять в тех случаях, когда потребителями воды являются мощные паротурбинные электростанции, когда электростанции или другие предприятия располагаются вблизи естественных водоемов (озер, рек, морей) и когда в районе строящихся заводов и фабрик создаются искусственные водоемы, имеющие достаточное зеркало для охлаждения.

Брызгальные бассейны

Брызгальный бассейн представляет собой искусственный или естественный водоем, над которым располагается система трубопроводов, оборудованных разбрызгивающими соплами (брызгалами). Нагретая отработавшая вода подается под напором 50-100 кН/м 2 к брызгалам, разбрызгивается и поступает в бассейн, из которого она вновь подается насосами к потребителям. Охлаждение воды происходит при ее разбрызгивании за счет испарения и соприкосновения капель воды с воздухом.

Брызгальные бассейны устраивают в тех случаях, когда по технологии не нужен большой перепад температур. Их удельная тепловая нагрузка колеблется в диапазоне 30-60 МДж/м 2 ·ч (7-15тыс. ккал/м 2 ·ч). Размеры брызгального бассейна определяются расходом охлаждаемой воды и плотностью орошения, которая принимается в пределах 0,8-1,2 м 3 /ч на 1 м 2 . Брызгальные бассейны обеспечивают перепад температур не более 8-10°С и предельно низкую температуру охлажденной воды в летнее время на 5-7°С выше температуры воздуха по влажному термометру, то есть не ниже 30-32°С.

Преимущества брызгальных бассейнов:

В 2-3 раза дешевле градирни;

Долговечны;

Просты в строительстве и эксплуатации;

Недостатки:

Низкий эффект охлаждения по сравнению с градирнями. Для создания температурного перепада t>10°C требуется последовательное 2-х или 3-х ступенчатое охлаждение с перекачкой больших масс воды, что неэкономично.

Значительный напор воды у сопла и потери воды на унос ветром;

Площадь в 4-5 раз больше, чем у башенных охладителей;

Наличие туманов, сырости, гололедицы требует больших строительных разрывов, что растягивает коммуникации.

Брызгальные бассейны на современных металлургических заводах не применяют, их можно встретить на старых заводах и на электростанциях с небольшим расходом воды.

Там, где необходимо в кратчайшее время соорудить охладитель воды, целесообразнее всего сделать брызгальный бассейн, который может быть целиком изготовлен из местных материалов.

Градирни

По способу подвода воздуха к градирням они разделяются на: открытые, башенные, вентиляторные, а в зависимости от типа оросительного устройства брызгальные, капельные, пленочные, комбинированные.

Подаваемая для охлаждения на градирню вода распределяется над оросителем градирни по системе лотков. на дне которых предусмотрены отверстия, через которые вода тонкими струйками падает на разбрызгивающие тарелочки. На современных градирнях используется трубчатая распределительная система с разбрызгивающими соплами. Образующиеся капли воды падают на оросительное устройство. При прохождении через оросительное устройство вода соприкасается с воздухом, продуваемым через градирню, и охлаждается. Охлажденная вода стекает в резервуар, из которого она забирается для повторного использования.

Капельный ороситель состоит из большого числа деревянных реек прямоугольного или треугольного сечения, расположенных горизонтальными ярусами. При падении капель воды с верхних реек на нижние образуются факелы мелких брызг, создающих большую поверхность соприкосновения с воздухом.

Пленочный ороситель состоит из большого числа параллельных друг другу щитов, расположенных вертикально или под малым углом (15º) к вертикали. Вода, стекая по этим щитам, образует пленку толщиной 0,3-0,5 мм. Воздух соприкасается с поверхностью пленки воды и охлаждает ее.

Применяют также оросители комбинированные капельно-пленочные.

Выбор типа оросителя для градирни определяется качеством воды, требующей охлаждения.

Пленочный ороситель рекомендуется применять для чистой воды, циркулирующей через закрытые системы. Содержание в воде даже небольшого количества примесей, особенно нефтепродуктов, препятствует созданию пленки, поэтому в этих случаях следует применять градирни с капельным оросителем.

Благодаря уникальным свойствам и дешевизне вода широко применяется в промышленности как рабочее тело. Ее обработка после использования (очистка, охлаждение) дает возможность создать водоснабжение оборотное с многократным применением. За счет этого водопотребление значительно снижается, а также предупреждается загрязнение окружающей среды. В результате создаются комфортные условия для проживания людей.

Принцип действия

Система водоснабжения должна постоянно восполняться и периодически обновляться. Вода преимущественно используется в качестве охладителя или теплоносителя. В каждом случае ее предварительно охлаждают или подогревают. Перед повторным могут очищать, поскольку она загрязняется продуктами технологических процессов.

Доля оборотного водоснабжения возрастает во всех отраслях промышленности. Жидкость чаще всего применяют в теплообменной аппаратуре. Вода многократно подвергается нагреву и охлаждению в брызгальных бассейнах или градирнях. Ее большая часть теряется в процессе испарения.

Оборотное водоснабжение предприятии химического производства составляет уже 98 %. Там оно применяется в технологических операциях, где требуется очистка воды от промышленных отходов.

Отделение шлама от воды дает возможность его перерабатывать и извлекать ценные компоненты.

Расход воды

Для охлаждения механизмов и машин в производственных процессах везде применяется вода. На переработку 1 м 3 нефти ее требуется в 2,5 м 3 . Для суточная потребность в воде составляет огромные объемы и сброс в канализацию здесь недопустим. Поэтому она проходит через очистные сооружения и повторно используется. Водоснабжение оборотное для ТЭЦ работает по принципу выработки пара, его подачи на турбины и конденсации в охлаждающих башнях, после которых вода снова поступает в работу.

В быту многим эти технологии не представляют интереса. Но владельцы небольших предприятий постоянно сталкиваются с необходимостью применения оборотной воды на автомойках, в бассейнах, в прачечных и т. п.

Схемы использования воды

Применяются 2 схемы эксплуатации оборотной воды:

• без обработки после использования;
• с промежуточной обработкой.

В первом случае воду можно применять после технологического процесса, когда она сохраняет приемлемые показатели. Например, питьевой водой моют тару, после чего ее можно использовать для других бытовых нужд в подсобном хозяйстве, а излишки сбрасываются в канализацию. Для промышленных предприятий такая схема обычно неприемлема.

Схема водоснабжения предприятия

Вода оборотного цикла должна удовлетворять определенным требованиям:

• отсутствие негативного влияния на качество продукции;
• не должны образовываться отложения солей в системе;
• низкое коррозионное действие на оборудование;
• отсутствие биологического обрастания системы.

Промышленная система оборотного водоснабжения собирает и накапливает большую часть примесей в приемных отстойниках отработанной воды и в резервуарах градирен.

Чистка емкостей производится периодически вручную или с помощью механизации процесса вывода осадка без остановки системы.

Обработка воды

При испарении в оборотной воде накапливаются соли кальция, которые осаждаются в трубах и на Они также выпадают в результате нагрева воды, когда растворимость газов снижается и гидрокарбонатные ионы распадаются, образуя нерастворимый осадок.

Карбонатные отложения предотвращают подкислением, фосфатированием, рекарбонизацией и умягчением воды. Подкисление является распространенным способом, благодаря небольшим затратам и простоте реализации. Здесь важно соблюдать дозировку кислоты для предотвращения коррозии оборудования.

Рекарбонизацию воды производят путем обработки двуокисью углерода. Для этого применяют очищенные от золы дымовые газы, которые смешивают с водой с помощью эжекторов или барботажных труб, уложенных на дно резервуара.

Фосфатирование воды требует небольшого расхода реагентов (1,5-2,5 г/м 3), но затраты все равно получаются большие. Преимуществом способа является отсутствие агрессивных свойств раствора.

Если в оборотной воде находится достаточное количество кислорода и органических веществ, оборудование может обрастать. Это приводит к ухудшению теплоотдачи и увеличению гидравлического сопротивления в трубопроводах. Для борьбы с обрастанием применяется хлорирование воды и добавление медного купороса.

Какие системы лучше?

Использование систем оборотного водоснабжения сопряжено со значительными затратами на их создание и эксплуатацию. На химических предприятиях продукты производства загрязняют оборотную воду. Централизованная система занимает большие объемы, где полная замена или качественная продувка порой невозможны.

Эффективная эксплуатация оборотных систем достигается при объединении близко расположенных потребителей с подобными режимами работы в группы с водоохладителями небольшой мощности. Локальные системы обеспечивают оптимальный режим работы каждого потребителя.

Система водоснабжения автомойки

Водоснабжение оборотное для автомоек и других небольших предприятий разрабатывается с полным устранением возможности сброса сточных вод в канализацию. Вода не меняет своего качества и может применяться в замкнутой системе.

Преимущества локальных очистных сооружений:

• снижение водопотребления до 90 % с восполнением потерь воды;
• отсутствие уноса загрязнений сточными водами;
• экологичность.

Во всех системах в качестве основных методов очистки применяются отстаивание и фильтрация. Распространена установка оборотного водоснабжения АРОС и подобные ей.

Отстойник не входит в комплектацию установки. Система оборотного водоснабжения содержит его в качестве основы. Он проектируется и изготавливается в соответствии с рекомендациями производителя станций очистки. Для мойки с одним постом объем отстойника составляет 6 м 3 .

Отстоенная вода подается погружным насосом из последней секции в песчано-гравийный фильтр на очистку от оставшихся мехпримесей а затем - в накопительную емкость. Установка может быть укомплектована фильтрующей колонной с сорбентом для удаления нефтепродуктов.

В системе предусмотрена автоматическая подача раствора перекиси водорода или другого стерилизующего средства, обеспечивающего уничтожение микробов и неприятных запахов. Для этого также могут применяться ультрафиолетовые лампы, установленные над отстойником.

Из накопительной емкости вода подается на повторное использование, проходя через картриджный фильтр тонкой очистки. Уровень жидкости в резервуаре контролируется автоматически.

Станция оборотного водоснабжения "Скат" работает аналогичным образом. Она выпускается в напольном или в подземном исполнении. Варианты компоновок предусматривают глубокую очистку стоков или без нее. Сооружения задерживают мехпримеси, масла, нефтепродукты и органические примеси.

Оборудование компактных очистных сооружений

Оборотное водоснабжение промышленных предприятий небольшой мощности включает следующее оборудование.

1. Погружной насос подвешивается на трос в чистовой секции отстойника. Соединение с трубопроводом осуществляется с помощью переходников и гибкого шланга. Управление производится из распределительного шкафа. Предусмотрен сухого хода.
2. Модуль повышения давления включает насос, манометр и буферную емкость. Он позволяет поддерживать постоянное давление воды, подаваемой на мойку.
3. Фильтрующая колонна представляет собой цилиндрическую емкость с наполнителем, воздухоотводящим клапаном и переключателем для обратной промывки.
4. Очищенная вода собирается в резервуаре для хранения. Сверху в него предусмотрен ввод стерилизующего реагента. Контроль уровня воды производится датчиками.
5. Автоматическое управление насосами производится электронной системой. На лицевой панели шкафа управления находятся индикаторы и переключатели, с помощью которых оператор устанавливает режимы работы системы и контролирует ее работу.

Оборотные системы промышленного водоснабжения для мойки автомобильного и железнодорожного транспорта могут обеспечивать глубокую очистку стоков со сбросом их в канализацию.

Заключение

Водоснабжение оборотное создается с целью экологической защиты окружающей среды, экономичности, а также в случае крайней необходимости, вызванной созданием небольшого предприятия. Рентабельность определяется проектными расчетами. В дальнейшем она будет только возрастать в связи с увеличением стоимости воды и ростом штрафов за загрязнение окружающей среды.

11.31. Тип и размеры охладителя должны приниматься с учетом:

расчетных расходов воды;

расчетной температуры охлажденной воды, перепада температур воды в системе и требований технологического процесса к устойчивости охладительного эффекта;

режима работы охладителя (постоянный или периодический);

расчетных метеорологических параметров;

условий размещения охладителя на площадке предприятия, характера застройки окружающей территории, допустимого уровня шума, влияния уноса ветром капель воды из охладителей на окружающую среду;

химического состава добавочной и оборотной воды и др.

11.32. Область применения охладителей воды надлежит принимать по табл. 39.

Таблица 39

Примечание. Показатели в таблице даны для воды, поступающей на охладитель, с температурой не более 45°С.

11.33. Технологические расчеты градирен и брызгальных бассейнов надлежит производить исходя из среднесуточных температур атмосферного воздуха по сухому и влажному термометрам (или относительной влажности воздуха) по замерам в 7, 13 и 19 ч за летний период года по многолетним наблюдениям при обеспеченности 1-10%. Для тепловых и атомных электростанций расчеты надлежит производить исходя из среднесуточных температур атмосферного воздуха, по сухому и влажному термометрам за летний период среднего и жаркого года. Выбор обеспеченности производится в зависимости от категории водопотребителя по табл. 40.

Таблица 40

При отсутствии данных о среднесуточных температурах и влажности атмосферного воздуха с указанной обеспеченностью следует принимать средние температуры и влажности в 13 ч для наиболее жаркого месяца согласно СНиП 2.01.01-82 с добавлением к температуре воздуха по влажному термометру 1-3°С при неизменной величине влажности в зависимости от категории водопотребителя.

11.34. Технологические расчеты градирен должны выполняться по методике, учитывающей тепломассообмен в активной зоне охлаждения и аэродинамические сопротивления градирни, или по графикам, составленным на основании экспериментов.

11.35. Технологические расчеты охлаждающей способности брызгальных бассейнов и открытых градирен должны выполнятся по экспериментальным графикам.

11.36. Технологические расчеты радиаторных градирен должны выполняться по методике, принятой для расчета теплообменных аппаратов с оребренными трубами, охлаждаемых воздухом.

11.37. Технологические расчеты водохранилищ-охладителей для тепловых и атомных электростанций должны выполняться исходя из среднемесячных гидрологических и метеорологических факторов среднего года с учетом теплоаккумулирующей способности водохранилища, графиков нагрузки и ремонта оборудования. Для летнего периода среднего и жаркого года обеспеченностью 10 % проверяется мощность оборудования, устанавливаются пределы и длительность ограничения мощности по максимальным суточным температурам охлаждающей воды. При использовании для охлаждения воды существующих водоемов другого назначения необходимо учитывать особенности пространственного формирования температурного режима в естественных условиях и при сбросе подогретой воды.

11.38. При наличии в оборотной воде примесей, агрессивных по отношению к материалам конструкций градирен и брызгальных бассейнов, должны предусматриваться обработка воды или защитные покрытия конструкций.

11.39. Глубина воды в брызгальных бассейнах и водосборных резервуарах градирен должна приниматься не менее 1,7 м, расстояние от уровня воды до борта бассейна или резервуара - не менее 0,3 м.

Для градирен, располагаемых на покрытиях зданий, допускается устройство поддонов с глубиной воды не менее 0,15 м.

11.40. Водосборные резервуары градирен и брызгальные бассейны должны оборудоваться отводящими, спускными и переливными трубопроводами, а также сигнализацией минимального и максимального уровней воды. На отводящем трубопроводе надлежит предусматривать сороудерживающую решетку с прозорами не более 30 мм.

Днища водосборных резервуаров и брызгальных бассейнов должны иметь уклон не менее 0,01 в сторону приямка со спускной трубой.

11.41. На подающем и отводящем трубопроводах брызгальных бассейнов следует предусматривать запорные устройства для выключения бассейнов на период очистки и ремонта.

11.42. Вокруг водосборных резервуаров градирен и брызгальных бассейнов следует предусматривать водонепроницаемое покрытие шириной не менее 2,5 м с уклоном от сооружений, обеспечивающим отвод воды, выносимой ветром из входных окон градирен и брызгальных бассейнов.

Градирни

11.43. Градирни надлежит применять в системах оборотного водоснабжения, требующих устойчивого и глубокого охлаждения воды при высоких удельных гидравлических и тепловых нагрузках.

При необходимости сокращения объемов строительных работ, маневренного регулирования температуры охлажденной воды, автоматизации для поддержания заданной температуры охлажденной воды или охлаждаемого продукта следует применять вентиляторные градирни.

На застроенных территориях следует преимущественно применять вентиляторные градирни на покрытиях зданий.

В южных районах допускается применять поперечно-точные вентиляторные градирни.

В районах с ограниченными водными ресурсами, а также для предотвращения загрязнения оборотной воды токсичными веществами и защиты окружающей среды от их воздействия следует рассматривать возможность применения радиаторных (сухих) градирен или смешанных (сухих и вентиляторных) градирен.

11.44. Для обеспечения наиболее высокого эффекта охлаждения оборотной воды надлежит применять градирни с пленочным оросителем.

При наличии в оборотной воде жиров, смол и нефтепродуктов следует применять градирни с капельным оросителем; при наличии взвешенных веществ, образующих отложения, не смываемые водой, - брызгальные градирни.

11.45. Оросители надлежит предусматривать в виде блоков, конструкция и расстановка которых должны обеспечивать равномерное распределение потоков воды и воздуха по площади градирни.

11.46. Систему распределения воды надлежит принимать напорной трубчатой, допускается применение лотков. При установке разбрызгивающих сопел факелами, направленными вниз, расстояние от сопел до оросителя следует принимать 0,8-1 м, при направлении факелов вверх - 0,3-0,5 м.

11.47. Расположение сопел на трубах распределительной системы должно обеспечивать равномерное распределение воды по площади градирни над оросителем.

11.48. Для предотвращения выноса из градирни капель воды в зоне воздухораспределителя надлежит устанавливать ветровые перегородки, а над водораспределительными системами - водоуловительные устройства.

11.49. Конструкция и расстановка водоуловительных устройств должны обеспечивать отсутствие сквозных вертикальных щелей (оптическую плотность) по всей площади градирни, при этом вынос капель воды не должен превышать: 0,1-0,2 % расхода оборотной воды при отсутствии в ней токсичных веществ, 0,05 % - при наличии токсичных веществ.

В вентиляторных градирнях водоуловительные устройства надлежит размещать на расстоянии не менее 0,5 диаметра вентилятора от его рабочего колеса.

11.50. При расположении градирен на покрытиях зданий необходимо предусматривать жалюзи на воздуховходных окнах градирен.

11.51. Конструкция обшивки каркаса градирни должна исключать возможность подсасывания наружного воздуха.

11.52. Вентиляторные градирни надлежит принимать секционными с забором воздуха с двух сторон или односекционными с забором воздуха по всему периметру.

11.53. Площадь входных окон градирни должна составлять 34-45 % площади градирни в плане.

11.54. Форму градирен в плане следует принимать: у секционных вентиляторных градирен - квадратную или прямоугольную с соотношением сторон не более 4:3, у односекционных и башенных - круглую, многоугольную или квадратную.

11.55. Для предотвращения обледенения градирен в зимнее время необходимо предусматривать возможность повышения тепловой и гидравлической нагрузок за счет отключения части секций или градирен, уменьшения подачи холодного воздуха в ороситель.

11.56. Для поддержания необходимой температуры охлажденной воды в зимнее время следует предусматривать устройства для сброса теплой воды в водосборный резервуар градирни.

11.57. Конструкции градирен надлежит принимать:

каркас - из железобетона, стали или дерева;

обшивку - из дерева, асбестоцементных или пластмассовых листов;

ороситель - из дерева, асбестоцемента или пластмассы;

водоуловительные устройства - из дерева, пластмассы или асбестоцемента;

водосборные резервуары - из железобетона.

Деревянные конструкции должны быть антисептированы невымываемыми антисептиками, при применении древесины мягколиственных пород - модифицированы (пропитаны специальными растворами).

Металлические конструкции должны быть защищены антикоррозионными покрытиями согласно СНиП 2.03.11-85.

Железобетонные конструкции должны выполняться из марок бетона по морозостойкости и водопроницаемости, указанных в п. 14.24.

В системах оборотного водоснабжения происходит повторное (многократное) использование части воды. При этом техническая вода нагревается. Перед повторным использованием температура воды должна быть снижена в соответствии с требованиями техно­логии. Снижение температуры технической воды достигается в спе­циальных охлаждающих устройствах (охладителях).

По способу отвода теплоты охладители подразделяются на испарительные и поверхностные (радиаторные). В испарительном охладителе отвод теплоты достигается в результате испа­рения при непосредственном контакте с воздухом, в поверхностном - вода движется в трубках, омываемых с внешней стороны воздухом.

Выбор типа охладителя производится на основе технико-эконо­мического сравнения по минимуму приведенных затрат с учетом, показателей работы всей заводской системы технического водо­снабжения. При сопоставлении вариантов учитываются гидрологи­ческие и метеорологические условия применительно к району строи­тельства системы водоснабжения.

Испарительные охладители могут быть представлены: прудами-охладителями (водохранилища-охладители), брызгальными бассей­нами и градирнями башенного или вентиляторного типов.

Пруды и водохранилища-охладители обладают рядом несомнен­ных достоинств. Они обеспечивают более низкие температуры охлаждения воды в течение года; являются регуляторами поверх­ностного стока; просты в эксплуатации и могут обеспечить водой оборотное водоснабжение любого крупного завода. Однако созда­ние водохранилищ-охладителей сопряжено со значительными капи­тальными затратами как на основное сооружение, так и на строи­тельство очистных сооружений.

Брызгальные бассейны требуют сравнительно небольших капиталовложений и применяются при небольших расходах техниче­ской воды (до 300м 3 /ч). Обладают плохой охлаждающей способ­ностью и допускают большие потери воды.

Башенные градирни используются в системах оборотного водо­снабжения с расходами воды до 100-10 3 м 3 /ч. Благодаря организо­ванному движению воздуха обеспечивается устойчивое охлаждение и более низкая температура воды, чем в брызгальном бассейне. К недостаткам нужно отнести высокие капитальные затраты.

Вентиляторные градирни обеспечивают наиболее глубокое и ста­бильное охлаждение технической воды. Затраты на строительство оказываются меньше, чем у башенных. Большой расход электро­энергии и возможность образования туманов и обледенения суще­ственно влияют на выбор варианта водоснабжения с вентиляторными градирнями. Их применение оказывается экономически обоснованным, когда требуется низкая и стабильная температура охлаждаемой воды (холодильные и компрессорные станции, произ­водственные технологии в районах с жарким климатом).

Некоторые характеристики испарительных охладителей приве­дены в табл. 2.7.

Табл. 2.7. Характеристика испарительных охладителей

Применение радиаторных охладителей позволяет сократить до минимума потери воды в системе оборотного водоснабжения. Вода в «сухих» градирнях не засоряется пылью окружающего воздуха и солями (минерализация воды), как это имеет место в градирнях «мокрого» типа. «Сухие» градирни имеют больший объем по сравне­нию с «мокрыми», так как интенсивность теплообмена в них ниже. Их применение может быть оправдано невозможностью восполне­ния потерь воды в системах охлаждения.

Охлаждение воды в испарительных охладителях всегда сопро­вождается ее потерями вследствие испарения (снижение темпера­туры воды на 6 °С в системах испарительного охлаждения сопряжено с потерями воды до 1 %). Потери воды подсчитываются по формуле

DV = DV исп + DV ун

где DV исп - доля испарившейся воды, DV ун - доля уноса с воз­духом за пределы охладителя от циркуляционного расхода (табл. 2.8).

Табл. Величина уноса воды DV ун

Значение DV исп определяется по формуле

DV исп = kDT,

где k - коэффициент, учитывающий долю теплоотдачи испарением от общего коэффициента теплоотдачи (испарение и конвекция), % (табл. 2.9); DT - абсолютная величина перепада температур, °С.

Табл. 2.9. Значение коэффициента k

В результате испарения в охладителе части воды повышается концентрация минеральных солей, растворенных в оборотной воде. При этом соли временной жесткости MgCO 3 и СаСО 3 (главным образом СаСО 3) выпадают на поверхности устройства, что ухуд­шает его эксплуатационные показатели и резко снижает коэффи­циент теплопередачи. Для предотвращения этого явления произво­дится непрерывная продувка системы оборотного водоснабжения, т. е. удаление из нее части циркулирующей воды и восполнение свежей водой из природного источника водоснабжения. Продувку осуществляют водой из глубинных слоев охладителя. Тогда урав­нение солевого баланса имеет вид

С д (DV исп + DV ун + DV прод) = С ц (DV ун + DV прод), (2.3)

где С д, С ц - концентрация солей жесткости в добавочной и цирку­лирующей воде соответственно, мг-экв/л; DV исп, DV ун - потери воды с испарением и уносом, %; DV прод - объемная доля удаляе­мой воды по отношению к циркулирующей, %.

Если принять для циркуляционной системы С ц на уровне макси­мально допустимой (СНиП II - 31-74), то выражение (2.3) можно переписать в виде

С д (DV исп + DV ун + DV прод) = С у max (DV ун + DV прод),---------

Из равенства (2.4) находят значение DV прод, выраженное в про­центах. Однако нужно помнить, что регулирование солевого балан­са системы оборотного водоснабжения путем непрерывной продувки эффективно лишь в случае, когда С д <<С ц ma х. Во всех остальных ситуациях применяют способы снижения жесткости воды путем реагентной обработки, табл.2.10.

Табл. Способы реагентного умягчения технической воды

Наряду с выпадением солей жесткости в системах оборотного водоснабжения могут откладываться продукты кислородной кор­розии, механические взвеси, биологические организмы, содержа­щиеся в природной воде. Для борьбы с биологическим обрастанием применяют обработку циркуляционной воды хлором. Хлорирование ведется периодически по 30 мин с интервалами в З...12ч дозами 1,5...7,5 мг/л (в зависимости от качества воды). При обрастании системы водорослями воду обрабатывают медным купоросом 2...3 раза в месяц по 1...2 ч дозами 4...6 мг/л. При бактериальном обрастании наряду с обработкой медным купоросом делают хлори­рование воды дозами 2 мг/л при продолжительности хлорирования 30...40 мин.

Похожие статьи