ПРОБЛЕМЫ ОТКРЫТЫХ ГРАДИРЕН
Мы уже убедились, что градирни обладают огромным преимуществом, поскольку способны поддерживать относительно низкую температуру конденсации несмотря на высокие температуры окружающей среды (см. раздел 73).
Действительно, температура воды на выходе из градирни зависит не от температуры наружного воздуха по сухому термометру, а от температуры по влажному термометру. Так, например, при температуре наружного воздуха 34°С и температуре по влажному термометру 21 °С температура конденсации будет порядка 40°С, в то время, как при использовании конденсатора воздушного охлаждения она достигала бы 50°С (см. рис. 79.1).
Однако мы также убедились и в том, что для нормальной работы насоса градирни необходимо, чтобы на входе в насос существовал "подпор" столба воды, то есть насос обязательно должен находиться ниже, чем уровень воды в градирне. В противном случае возникает опасность падения давления на выходе из насоса или, что еще хуже, кавитация (см. раздел 76.3).
Но что делать, если техническая возможность расположить градирню выше уровня входа в насос отсутствует?
ПРОБЛЕМЫ СУХИХ ГРАДИРЕН
Мы уже рассмотривали использование сухой градирни в установке с конденсатором водяного охлаждения (см. раздел 70). У этого оборудования отсутствует непосредственный контакт воды гидравлического контура с наружным воздухом. Контур закрыт, заполнен водой или водным раствором гликоля и полностью герметичен. Безусловно, насос или устройство для перекачки охлаждающей жидкости также должен быть герметичен.

В контуре поддерживается избыточное давление благодаря расширительному бачку (см. рис. 79.2). С точки зрения гидравлики крупным достоинством этого варианта закрытого контура является значительное снижение опасности возникновения кавитации насоса, какой бы ни была разность уровней. Эта опасность практически отсутствует, даже если насос расположен в верхней части градирни (однако, только при условии соблюдения некоторых элементарных правил, которые мы изучим в следующем разделе).
Вместе с тем, при высоких значениях температуры наружного воздуха сухая градирня имеет существенные ограничения возможности ее использования, поскольку в этом случае температура конденсации становится очень высокой. В классической схеме (рис. 79.2) при наружной температуре 35°С вода выходит из сухой градирни, имея температуру около 45°С. В результате температура конденсации близка к 60°С!

СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ЗАКРЫТЫХ ГРАДИРЕН
Если открытая градирня расположена ниже уровня конденсатора, как показано на то при выключении насоса вода из конденсатора сливается обратно в бак градирни и устанавливается на уровне АА.
При разности уровней выше 7...8 м насос никогда не сможет забирать воду из бака градирни (см. раздел 78).
При меньшей разности уровней (5...6 м) заполнение насоса будет довольно сложным и опасным (с точки зрения возможности возникновения кавитации), а если при этом объем воды в конденсаторе окажется больше объема воды в баке градирни, то заполнение насоса также окажется невозможным (см. раздел 74.2).
Может быть, в этом случае имеет смысл использовать сухую градирню? Однако лучшим решением является использование преимуществ сухой градирни и открытой градирни в одной конструкции.

Основной принцип такой конструкции заключается в совмещении сухой градирни с открытой градирней по схеме, показанной на рис. 79.4.
Несмотря на то, что градирня расположена ниже уровня конденсатора, благодаря использованию закрытого гидравлического контура, все проблемы, возникающие в открытой градирне, обусловленные разностью уровней, кардинально исключаются.
Кроме того, вода из бака градирни всасывается небольшим вспомогательным насосом и подается для орошения теплообменника закрытой градирни. Получаемые при этом рабочие параметры оказываются почти одинаковыми с параметрами классической открытой градирни. Например, при температуре воздуха по влажному термометру 21°С вода в контуре теплообменника закрытой градирни охладится до температуры около 21°С + 6 К = 27°С (см. раздел 73).

79.1. УПРАЖНЕНИЕ. Устройство и работа

Схема на рис. 79.4 является лишь принципиальной схемой, поэтому использовать ее в таком виде будет довольно проблематично.
В самом деле, для нормальной работы этой схемы необходимо:
►  Убрать оребрение теплобменника закрытой градирни, поскольку оно очень быстро окажется загрязненным. В этом случае гладкие трубки теплообменника будут непосредственно орошаться водой, выходящей из форсунок оросителя.
►   Установить схему обессоливания на распыляемой воде.
►   Организовать теплообмен по принципу противотока, чтобы улучшить характеристики процесса.
►   В контур закрытой градирни добавить необходимые недостающие элементы: расширительный бачок, предохранительный клапан, трубопровод заправки, вентиль слива, дренажный клапан.
Попробуйте начертить исправленный вариант схемы и указать значения ее рабочих параметров, считая, что температуры наружного воздуха имеют следующие значения: температура воздуха по сухому термометру Ts = 35°С, по влажному термометру — Th = 22°С.
Решение на следующей странице...

Решение упражнения
Обозначения (см. рис. 79.5):
1. Расширительный бачок (следующий раздел будет полностью посвящен этому устройству).
2. Заправочный патрубок закрытого контура.
3.  Предохранительный клапан, настроенный на срабатывание при давлении 3 бара.
4.  Патрубок слива закрытого гидравлического контура.
5. Автоматический дренажный клапан, установленный в верхней точке закрытого контура.
6.  Вентиль слива системы обессоливания.
7.  Сливной патрубок бака градирни.
Значения рабочих параметров при нормальной работе:
Для любого типа градирни (открытой или закрытой) температура воды в баке равна сумме температур воздуха по влажному термометру и высоты зоны охлаждения (см. раздел 73), то есть в данном случае 22°С + 6 К = 28°С.
Вода с температурой 28°С разбрызгивается на теплообменник градирни по принципу противотока. Если характеристики теплообмена хорошие, то вода, которая циркулирует по контуру замкнутой градирни, теоретически на выходе из теплообменника может охладиться тоже до 28°С. Однако на практике, вода, которая выходит из этого теплообменника, будет иметь температуру примерно на б К выше, чем температура воды, которая орошает теплообменник, то есть в данном случае 28°С + 6 К = 34°С.
Таким образом, на вход в конденсатор будет поступать вода, охлажденная до 34°С. Поскольку температурный напор на конденсаторе составляет около 15 К, температура конденсации составит 34°С +15 К = 49°С. Следовательно, получаемое при этом давление конденсации будет сравнимо с давлением конденсации, получаемым при использовании конденсатора воздушного охлаждения. Заметим, что при тех же значениях температуры окружающего воздуха, давление конденсации, получаемое при использовании сухой градирни, будет соответствовать температуре конденсации около 60°С.

Проблемы, связанные с замерзанием воды
Проблемы защиты от замерзания воды в градирнях заслуживают того, чтобы им был посвящен полноценный объемный раздел. Однако такой раздел слегка выходит за рамки настоящего пособия. Поэтому мы ограничимся только кратким перечислением некоторых путей решения этих проблем.
Если существует опасность замерзания воды, то закрытая часть контура изначально может быть рассчитана на использование водных растворов гликолей. Но открытая часть контура в любом случае будет напрямую контактировать с атмосферным воздухом и возможность замерзания воды в ней безусловно должна учитываться.
Если в зимнее время года потребности в холоде отсутствуют и установка не работает, то можно слить воду из бака градирни. Однако при этом нужно также полностью опорожнить магистраль подпитки бака водопроводной водой с установленным на ней поплавковым клапаном. В некоторых случаях может потребоваться даже продувка магистрали подпитки сжатым воздухом, чтобы удалить находящуюся там воду. Замерзшую воду не выдержит даже стальной трубопровод с толщиной стенок до 3 мм!

Если потребность в холоде существует и летом, и зимой, то бак градирни оснащают одним или несколькими (в зависимости от размеров градирни) электронагревателями (см. поз.1 на рис. 79.6), которые встраиваются в бак и управляются по команде датчика температуры, также погруженного в воду в баке.
Очень часто наиболее чувствительные к размораживанию трубопроводы для воды оснащают ленточными электронагревателями, которыми обматывают защищаемые трубопроводы (см. поз. 2 на рис. 79.6).
Эти электронагреватели саморегулируемые (их омическое сопротивление увеличивается с ростом температуры). Встроенные в бак электронагреватели предохраняют воду в баке от замерзания, но когда насос останавливается, расход воды прекращается и на ее поверхности, а также на определенном удалении от нагревателей могут образовываться ледовые поля. При очередном запуске насоса вода начнет поступать в насос, однако, если на вход в насос попадут куски льда, это может привести как к выключению компрессора по команде предохранительного реле ВД, так и к серьезным поломкам самого насоса. Такую опасность можно свести к минимуму, если предотвратить застаивание воды, то есть максимально ограничить длительные отключения насоса градирни