Строительство и монтаж градирни. Этапы и технологии
Содержание статьи
Строительство и монтаж градирни является сложным процессом, требует высокой квалификации и технической оснащённости предприятия. Согласно «Большой Энциклопедии Нефти и Газа» обеспечение всего цикла строительства градирен должно производиться только опытными специализированными организациями.
Почему это так важно? В чём заключается сложность строительства градирни?
Давайте разбираться вместе.
Практика показывает, что строительство охлаждающих установок, как и любого другого инженерного сооружения, невозможно выполнить без профессионально подготовленного проекта. Об организации проектных решений и как проектируются градирни, читайте в статье «Проектирование градирни».
После того, как проект будущей водооборотной системы и её градирен утверждён, приступают непосредственно к монтажу.
Стоит оговориться, что на этапе проектирования заказчик и генпроектировщик определяют, какой тип водосборного бассейна будет применен.
Возможно несколько вариантов чаши градирни:
Как выбрать наиболее подходящий вариант в том или ином случае, зависит от нескольких факторов. Более подробно этот выбор описан в разделе «Бассейн градирни».
В случае модернизации уже имеющейся градирни возможно использование существующего бассейна. Если заказчик выполняет эту часть работы самостоятельно в рамках общестроительных работ будущего производства, то в комплекте чертежей строителям передается часть КЖ или выдаются чертежи задания на проектирование фундаментов и габаритно-привязочные чертежи для подводки коммуникаций.
Как правило, в проектах типовых советских градирен бассейн выполнялся из железобетона. Такой бассейн возводился под типовую градирню и имел размер, совпадающий с размером самой градирни. Если говорить о вентиляторных градирнях, то размер зависел от количества секций. Например, если градирня четырехсекционная с размером секции 8х8 м, то размер бассейна соответственно 8х32 м.
На сегодняшний день самым распространенным является именно железобетонный бассейн. Он может быть выполнен как заглубленным относительно поверхности земли, так и надстроенным.
Недостатком такого решения является необходимость проведения значительного объема земляных и бетонных работ. Однако минус окупается долговечностью и отсутствием необходимости частого проведения обслуживания и ремонтов.
Стоит отметить, что при выборе варианта строительства ж/б бассейна Заказчик может уйти от строительства насосной станции. В таком случае целесообразно строить заглубленный железобетонный бассейн увеличенного размера. При таком варианте пристраивается приемная камера, которая представляет собой такой же бассейн меньшего размера. В ней размещаются полупогружные насосы с электроприводами, которые берут на себя роль самой насосной станции. При таком расположении насосов уместно сказать об экономии места на площадке, а также снижении затрат на капитальное строительство насосной станции.
Прежде чем приступать к строительству ж/б бассейна, необходимо провести геологические и геодезические изыскания. На основании полученных данных разрабатывается проект самого бассейна. Здесь стоит отметить, что в проектных работах рассчитывается его глубина, толщина стенок и толщина дна. Как правило, глубина бассейна будет составлять 2-2,5 м, исходя из расчета воды требующегося для работы градирни в случае аварии или остановки течении 30 минут.
После выдачи проектной документации можно приступать к строительству. Если бассейн заглублен, то производится обустройство котлована, при необходимости забиваются сваи. После этого проводятся работы по заливке фундаментной плиты. Затем монтируется опалубка, вяжется арматура и заливаются гидротехническим бетоном стенки бассейна и несущие колонны под основание градирни. По окончании заливки и выдержки бетона, производятся изоляционные работы с нанесением на внутреннюю поверхность чаши гидроизоляции. Заключительным этапом при строительстве заглубленного бассейна является изготовление отмостки и розетты, которые служат для направления воды, собирающейся возле градирни, в бассейн. Срок службы таких бассейнов может достигать 40-50 лет.
Менее распространенными являются бассейны вентиляторных градирен из металла. Стоимость такого сооружения градирни ниже, чем железобетонного, но и срок службы гораздо меньше. Объем такого бассейна обычно принимается меньше, чем железобетонного. Высота металлической чаши составляет от 0,6 до 1,5 метров. Такие бассейны устанавливаются, когда отсутствует возможность заглубления. Для градирни большого размера они свариваются на месте строительства из листового металла с применением ребер жесткости. Небольшие градирни, например Вента-250, комплектуются металлическими поддонами.
После монтажа металлического бассейна на подготовленной площадке осуществляется его антикоррозионная обработка для увеличения срока службы. Кроме того, такие поддоны в зимнее время года требуют постоянного наличия теплой воды для предотвращения замерзания. Также для предотвращения обмерзания бассейна производится обваловка грунтом его внешних сторон. Это делается и с незаглубленным ж/б бассейном, расположенным на поверхности земли.
Основным недостатком металлического бассейна является его недолговечность по сравнению с железобетонным или стеклопластиковым аналогом.
Самым современным материалом для изготовления бассейна является стеклопластик.
Стеклопластиковый бассейн изготавливается на производстве из стеклоровинга и смолы. Он состоит из нескольких частей для удобства перевозки и монтажа. На производстве происходит контрольная сборка и маркировка каждого элемента будущего бассейна.
ЧТО ТАКОЕ ГРАДИРНЯ И КАК ОНА РАБОТАЕТ?
Каждый из нас видел подобного рода сооружение и знает, что это вовсе не труба и из нее выходит не дым. Но давайте все же посмотрим на принцип работы и внутренее устройство градирни.
Градирни — это специальные устройства для охлаждения большого количества воды посредством направленного потока воздуха. Также их называют охладительными башнями — это более понятно звучит.
Это одно из наиболее эффективных устройств для охлаждения воды в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Высокая башня создает ту самую тягу воздуха, которая необходима для эффективного охлаждения циркулирующей воды. Вытяжные башни служат для создания естественной тяги благодаря разности удельных весов воздуха, поступающего в градирню, и нагретого воздуха, выходящего из градирни. Под оросителем располагается водосборный резервуар. Вода подается в водораспределительное устройство по размещаемым в центре градирни стоякам. Благодаря высокой башне одна часть испарений возвращается в цикл, а другая – уносится ветром. Из-за этого в округе не образуется сырости, тумана и обледенений в зимнее время, хотя возможно появление льда вокруг оросительных устройств.
Необходимость охлаждать теплую воду возникает, если того требует технологический процесс на производстве или в случае охлаждения воды для чиллера с водяным конденсатором.
Градирни по способу отвода тепла: испарительные градирни cooling tower, сухие градирни drycooler и смешанные.
ТЭC, АЭС, промышленные предприятия потребляют огромное количество технической воды, прежде всего, для охлаждения узлов и агрегатов. Вода при этом, естественно, нагревается. Поскольку зачастую вода двигается по замкнутому контуру (т. е. не сливается в реку, а снова идет для охлаждения агрегатов), ее следует охладить. Это нужно, прежде всего, для повышения эффективности охлаждения — чем холоднее вода, тем лучше она будет охлаждать оборудование.
Для целей частичного охлаждения воды применяются градирни.
Принцип работы градирни достаточно прост. Процесс охлаждения в градирнях происходит за счет частичного испарения воды и теплообмена с воздухом. Вода в градирне стекает по оросителю сбегает каплями или тонкой плёнкой. В это время вдоль оросителя проходят потоки воздуха, существует такая закономерность: в градирнях при испарении 1 % воды температура оставшейся понижается на 6 С. Потеря жидкости восполняется за счет внешнего источника. Причем свежая вода при необходимости подвергается обработке (фильтрации).
Наиболее сложным элементом башенной градирни является вытяжная башня, конструкция которой в основном определяется материалом, из которого ее сооружают.
Горячая вода поступает в градирню, где в зависимости от типа и конструкции градирни, происходит ее охлаждение, до необходимой температуры. Охлаждение воды может осуществляться:
— обратным потоком атмосферного воздуха (вентиляторные градирни);
— за счет распыления воды в специальных каналах и естественном захвате атмосферного воздуха (эжекционные градирни).
В любом случае вода вступает в контакт с воздухом, которому отдает часть своего тепла и тем самым, понижая свою температуру. Приобретя необходимую температуру, вода поступает обратно для охлаждения теплообменных аппаратов или других приборов, у которых необходимо снизить температуру.
По принципу подачи атмосферного воздуха, градирни делят на:
Благодаря своей эффективности, экономичности, простоте обслуживания башенные градирни используются на большинстве крупных промышленных предприятий, где требуется охлаждение больших объемов воды в оборотных системах.
Корпус таких водоохлаждающих сооружений представляет собой высокую вытяжную башню (отсюда и название этого типа градирен), в которой необходимая тяга воздуха создается естественным путем, без применения дополнительного энергоемкого оборудования.
Размеры, высота и форма башенных градирен могут быть разными: они подбираются в зависимости от климатических условий эксплуатации башни и ее требующейся производительности. По материалам, из которых изготовлен корпус сооружения, охладительные башни делятся на:
железобетонные — башенные градирни такого типа могут быть до сотни метров высотой, с площадью орошения до 10 тыс. м2;
каркасно-обшивные — менее материалоемкие сборные конструкции, состоящие из прочного стального каркаса и листовых материалов (алюминиевых, оцинкованных, полимерных, стеклопластиковых).
В силу конструкционных особенностей каркасно-обшивные башенные градирни отличаются от бетонных меньшим сроком эксплуатации и в обязательном порядке требуют оснащения надежной гидроизоляции, включая стыки обшивочных материалов и сами листы обшивки. Железобетонные башни возводятся из высокопрочного водостойкого бетона. В этом случае конструкция покрывается проникающей гидроизоляцией. Для доступа воздуха внутрь башни обустраивается рамная колоннада, над которой располагаются ороситель и водораспределительные установки.
Резервуар (бассейн нужного объема), оснащенный дополнительно переливным трубопроводом (для полного слива содержимого или регулирования его уровня), размещается в основании градирни. Именно в него поступает горячая вода, которая остужается до требующейся температуры.
Преимущества : экономичность в работе — при эксплуатации таких сооружений не требуется электроэнергия; высокая эффективность при простоте эксплуатации и обслуживания; продолжительный срок эксплуатации.
Недостатки: относительная дороговизна строительства и необходимость выделения площади под строительство – они полностью окупаются перечисленными выше достоинствами.
Принцип действия вентиляторной градирни основан на контакте охлаждаемой воды с мощными потоками атмосферного воздуха, которые создаются специальными вентиляторами.
Вентиляторные градирни делятся на два основных типа:
Не следует путать вентиляторные башни с традиционными башенными градирнями, так как последние работают на естественной тяге воздуха, создаваемой самой башней, и вентиляторы в таких конструкциях не используются. В вентиляторных градирнях башенного типа естественная тяга, создающаяся высотой башни, усиливается мощными электровентиляторами, что существенно увеличивает производительность установки. Секционные вентиляторные градирни представляют собой ряд отдельных секций, в каждой из которых работают автономные вентиляторы. Предотвращение каплеуноса воды, которое неизбежно при повышенной скорости воздушного потока, осуществляется при помощи водоуловителей в виде решеток-жалюзи. Потери оборотной охлаждаемой жидкости минимизируют каплеуловительные устройства. Для тщательного контроля температуры рабочей жидкости на производствах, где этот показатель критичен, в вентиляторных градирнях устанавливают термопары, которые в автоматическом режиме регулируют частоту вращения вентиляторов в зависимости от температуры воды или другой охлаждаемой жидкости. Эффективность установок такого типа стала причиной их популярности.
Преимущества: относительно низкая стоимость строительства; повышенная глубина охлаждения; небольшая площадь застройки.
Недостатки: затраты на электроэнергию; повышенный каплеунос; затраты на обслуживание, т.к. данному типу градирен требуется эксплуатационный персонал.
Для максимальной экономии дорогостоящих жидких теплоносителей, а также пресной воды в местах, где этот ресурс дефицитен и/или труднодоступен, на предприятиях используют сухие градирни — охлаждающие установки, в которых рабочая жидкость циркулирует в замкнутом пространстве труб теплообменника, обдуваемых потоками воздуха. Напор, объем, скорость передвижения воздушных масс для ускорения процесса охлаждения обеспечиваются в сухих градирнях мощными вентиляторами. Так как вода (или иная рабочая жидкость, которую требуется охладить) не вступает в непосредственный контакт с воздухом и находится в герметичном теплообменнике, ее потери практически исключены.
Объем жидкости на выходе из градирни остается таким же, как и на входе: она не испаряется и не разбрызгивается. Герметичность радиаторов обеспечивает также надежную защиту от загрязнения.
Наиболее эффективный тип теплообменного радиатора для сухой градирни — охлаждающие алюминиевые колонны, которые выполнены из трубок диаметром 15 мм и реберных пластин толщиной 0,3 мм — изобрел венгерский инженер Форго. И его изобретение нашло широкое применение: оно используется как основа для обустройства сухих градирен разной производительности. Радиаторные колонны такого типа устанавливаются непосредственно в окнах-воздуховодах сухих градирен.
Сам процесс охлаждения прост:
— в трубки радиатора подается рабочая жидкость;
— стенки трубок и металлические ребра теплообменника обдуваются атмосферным воздухом, приток которого обеспечивают вентиляторы;
— через металл происходит активная отдача тепла от носителя к обдувающему радиатор воздуху;
— из градирни поступает охлажденная жидкость.
Металл обеспечивает нужную скорость теплоотдачи, а ребра увеличивают площадь контакта воздуха с теплообменником, что существенно ускоряет процесс. По такому же принципу функционируют системы чиллер-фанкойл.
Преимущества: экономия теплоносителя; соблюдение его чистоты; отсутствие коррозийных процессов внутри градирни.
Недостатки: высокая стоимость большие габариты невысокая эффективность охлаждения (температура рабочей жидкости на выходе в среднем на 6 °C выше, чем температура воздуха); возможность замерзания жидкости в теплообменнике при минусовых температурах; необходимость энергозатрат.
ВНУТРИ БАШЕННОЙ ГРАДИРНИ.
Внутри градирни расположена водорасперделительная система, которая равномерно распределяет охлаждаемую жидкость по всей орошаемой площади установки. Вода падает на слой оросителя, разбивается на мелкие частицы и охлаждается с помощью воздуха. Тяга воздуха в башенной градирни создаётся естественным путём, за счет разности давлений в нижней и верхней части башни. Для уменьшения капельного уноса в градирне устанавливается слой водоуловителя. Он находится выше водораспределительной системы.
ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О ГРАДИРНЯХ.
На территории атомной станции «Изар-1» у реки Изар (Германия, Нижняя Бавария) находится самая производительная в мире градирня. Она не является самой большой – ее высота 165 м, однако она охлаждает 216 000 кубометров воды в час, что делает ее лидером. Но это не надолго, так как после аварии на Фукусиме немецкое правительство решило отказаться от атомной энергии и закрыть все станции до 2022 года.
А самая высокая башня имеет высоту 202 метра и находится на индийской ТЭС KaliSindh.
Самая большая вентиляторная (по размеру секций) градирня России в Иркутске — построена в 2012 году компанией ООО КАСКАД для ТЭЦ-11 ИркутскЭнерего. Размер её секции составляет 18×18 метров.
ПАРК РАЗВЛЕЧЕНИЙ
НА ТЕРРИТОРИИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА И ГРАДИРНИ
Строительство ядерного реактора на быстрых нейтронах SNR-300 рядом с немецким городом Калькар началось в 1972 году. В 1985-м реактор был полностью закончен, но к работе он так и не приступил. Реактор на быстрых нейтронах считался самой передовой технологией. Германское правительство хотело сократить количество импортируемой в страну электроэнергии, и при ограниченных запасах урана в стране, использование реактора такой конструкции могло быть очень эффективным. Но уже в 1977 г общественность стала сильно беспокоить проблема экологической безопасности. Начались протесты, в массовом шествии по улицам Калькара приняли участие почти 40 000 человек.
В 1979 г после аварии на американской атомной электростанции Три-Майл-Айленд (Three Mile Island), которая стала одной из самых крупных в истории ядерной энергетики, общественные протесты еще больше усилились. Судьба SNR-300 была решена в апреле 1986 г, когда мир был потрясен трагическими событиями на Чернобыльской АЭС. 21 марта 1991 г было официально объявлено о ликвидации SNR-300. Работы по демонтажу оборудования потребовали еще 75 миллионов евро. Детали машин и неиспользованное топливо было выставлено на продажу.
В 1995 г все предприятие, общая площадь которого равнялась 80 футбольным полям, было выставлено на аукцион, и его приобрела за 2,5 миллиона евро нидерландская компания Hennie van der Most, построившая на этом месте парк развлечений — Wonderland Kalkar.
В парке оборудовано около 40 разных аттракционов: карусели, американские горки, каналы для лодочных прогулок и колесо обозрения. Также в парке действует множество спортивных площадок, где можно поиграть в теннис, волейбол, баскетбол, минигольф и т.д.
Парк Wonderland Kalkar (Страна чудес Калькар) является одним из наиболее посещаемых в мире.
НЕОБЫЧНЫЕ РИСУНКИ НА ГРАДИРНЯХ.
Во времена второй мировой войны в Великобритании градирни и близстоящие сооружения маскировали под городские поселения. На стены строений наносили изображения домов и деревьев, для того, чтобы обезопасить стратегически важные объекты от возможных бомбардировок.
В 2010 году к чемпионату мира по футболу власти Йоханесбурга (ЮАР) разукрасили башни изображениями, описывающими традиции местного населения.
Еще один город ЮАР Блумфонтейн, последовав примеру Йоханесбурга, заказал оригинальный дизайн для градирней.
В 2010 году к тому же чемпионату мира по футболу, компания Кока-Кола преобразила отдельно стоящую башню своими корпоративными цветами и логотипом.
Одну из градирен в германии, высотой 131 метр преобразил художник Кристоф Рис, изобразив на ее поверхности карту мира. Работу художника занесли в книгу рекордов Гиннеса, как самую большую карту мира.
ГРАДИРНИ И ЭКСТРИМ.
Градирни популярны и у любителей экстрима – роул-джампинг и слэклайн (хождение по ленте на большой высоте) – достаточно распространенные явления, которые можно застать у башен, и, конечно, просто любознательные путешественники не упустят возможность посетить подобное место.
В России для экстремальщиков пользовалась популярностью башенная градирня, которая находится в Санкт-Петербурге.
Самое популярное туристическое место в Бельгии — это заброшенная башенная градирня электростанции ИМ (Power Plant IM), которая была построена в 1930 году корпорацией Электробел.
В 2006 году силовая электрическая установка прекратила свою работу и по сей день стоит заброшенной. Несмотря на то, что электростанция уже более 10 лет закрыта — ее постоянно посещаю гости, туристы, фотографы и модели, и даже режиссеры кино и театра. Башенная градирня приняла участие в сотни фотосъемок и является одним из самых красивых мест. Смотрите сами!