8 мин. 
50 
Введение: проблема охлаждения оборотной воды в современной промышленности
Охлаждение оборотной воды – базовая задача, от её решения напрямую зависят стабильность работы оборудования, качество выпускаемой продукции и затраты на производство. При недостаточном съеме тепла оборудование приходит быстрее в негодность, растет вероятность нештатных ситуаций, но самое главное, это может привести к полной остановке предприятия.
Система охлаждения воды может стать причиной остановки всей линии, если не справляется с тепловой нагрузкой. Представьте: производственная линия останавливается в середине смены из-за перегрева оборудования.
Знакомо?
В большинстве производств охлаждение оборотной воды воспринимают как «вторичную» задачу, хотя от нее зависят стабильность работы основного оборудования, качество продукции и ваши деньги. Поэтому систему водяного охлаждения необходимо рассматривать как полноценную часть технологического процесса.
В условиях роста стоимости водных ресурсов и ужесточения экологических требований системы оборотного водоснабжения имеют стратегическое значение. Замкнутый цикл воды позволяет многократно сократить забор воды и сброс нагретых стоков. Для производств с непрерывным технологическим циклом правильный подбор оборудования позволяет оптимизировать эксплуатационные затраты и продлить срок службы всей технологической цепочки.
Мы не раз сталкивались с ситуациями, когда неправильно подобранная градирня или чиллер приводили к недоохлаждению, перерасходу электроэнергии, а в отдельных случаях – к выходу из строя дорогостоящего оборудования. Ошибка на этапе выбора обходится дорого: её последствия аукаются годами. В этой статье мы без «лишней воды” разберем все способы охлаждения, их плюсы и минусы, поможем вам не ошибиться с выбором.
Классификация систем охлаждения: основополагающие принципы.
Градирня – один из ключевых элементов промышленной системы отвода тепла. По принципу работы оборудование для охлаждения промышленных систем можно разделить на четыре группы.
Первая группа – оборудование сухого типа. Принцип работы сухих градирен основан на движении теплоносителя внутри герметичного теплообменника, который обдувается наружным воздухом. Прямого контакта теплоносителя с воздухом нет, испарение отсутствует. Сюда относятся драйкулеры (сухая градирня) и закрытые градирни с сухим режимом.
Вторая – мокрые, или испарительные, системы для охлаждения воды. Снижение температуры достигается за счет частичного испарения воды при её непосредственном контакте с воздушными потоками. К этому типу относятся все открытые водоохладители - вентиляторные перекрестные, вентиляторные поперечноточные, башенные, брызгальные и эжекционные градирни.
Третья – гибридные системы (или комбинированные градирни). Такие установки совмещают сухой и мокрый контуры в одном корпусе, позволяя переключаться между режимами в зависимости от сезона и тепловой нагрузки. Такой подход существенно снижает водопотребление.
Охладитель компрессионного типа – это чиллер (четвертая группа). Он использует холодильный цикл с хладагентом и дает возможность охлаждать жидкость до заданной температуры вне зависимости от погодных условий.
Дополнительно оборудование разделяют по способу организации подачи воздушного потока для охлаждения. При подборе градирни также учитывают климатические условия и особенности размещения оборудования:
- c естественной тягой – это башенные градирни, подача воздуха за счет геометрии самой башни;
- с принудительной тягой – это вентиляторные градирни, в которых подача воздуха реализуется принудительно при вращении установленных вентиляторов;
- с эжекционной подачей воздуха за счет высокого давления подачи воды на форсунки.
Оборудование с компрессионным охлаждением – промышленные чиллеры
Чиллер для охлаждения – это холодильная установка для снижения температуры теплоносителя (как правило водно-гликолевого раствора). Основными элементами являются компрессор, конденсатор и испаритель. Хладагент (фрион) в испарителе снимает тепло у теплоносителя, затем сжимается компрессором и через конденсатор отдает тепло в окружающую среду.
Чиллеры бывают с воздушным охлаждением (модуль или контейнер с установленными радиаторами и вентиляторами) или с внешним охлаждением, требующим дополнительного контура с градирней. В технических заданиях и поисковых запросах встречается формулировка «чиллер для охлаждения замкнутая система». Технически речь идет о чиллере, включенном в замкнутый циркуляционный контур, где теплоноситель не сбрасывается постоянно, а повторно проходит через оборудование. Отдельную категорию составляют абсорбционные чиллеры, использующие тепловую энергию вместо электрической. Целесообразность этого типа определяется наличием избыточного пара или горячей воды.
Чиллер для охлаждения поддерживает стабильную температуру теплоносителя независимо от температуры наружного воздуха и, как правило, позволяет получить температуру ниже температуры окружающей среды. Чиллер можно назвать промышленным холодильником большой мощности. Такие установки востребованы в процессах, где повышение температуры недопустимо, например при литье под давлением, производстве электроники, фармацевтике, металлообработке, пищевой промышленности и системах кондиционирования больших зданий. Основными недостатками таких систем являются высокие энергозатраты и значительные капитальные вложения. При выборе оценивают холодопроизводительность, рабочий диапазон температур, коэффициент энергоэффективности и необходимость применения незамерзающих теплоносителей. Перед покупкой чиллера для охлаждения важно проверить соответствие его характеристик технологическому процессу.
Сухие охладители – драйкулеры
Драйкулер (градирня сухая) – это аппарат, в котором съем тепла происходит исключительно за с счет теплообмена с окружающей средой через оребренную поверхность теплообменника. Конструктивно драйкулер состоит из трубчатого оребренного теплообменника (медь/алюминий), вентиляторов и корпуса. Принцип работы драйкулера простой, теплоноситель циркулирует в теплообменнике, а вентиляторы принудительно обдувая теплообменник, отводят тепло в атмосферу.
Главные преимущества драйкулера – отсутствие потерь воды и минимальные затраты на водоподготовку. Следует отметить, что драйкулер широко используют в схемах free cooling: в холодный период он напрямую охлаждает контур и позволяет отключить чиллер для охлаждения, тем самым снижая энергопотребление.
Основное ограничение повсеместного выбора и строительства драйкулеров связано с зависимостью от температуры окружающего воздуха. Охлаждённая вода на выходе может быть лишь на 5-7 °C выше температуры воздуха по сухому термометру. В летний период года, когда температура достигает +30 °С, у вас не получится охладить теплоноситель ниже +35 °С. Иногда применяют адиабатическое доувлажнение: перед теплообменником распыляют воду, дополнительно охлаждая входящий воздух испарением. Это повышает эффективность, но требует дополнительных технологических решений по водоподготовке, защите оборудования от засорений и коррозии. Цена такого решения зависит от комплектации и требований к режимам охлаждения.
Подбор драйкулера выполняют, учитывая тепловую мощность, температурные режимы охлаждения, климатические параметры, компоновку (горизонтальную, вертикальную, V – образную), ограничения по площади установки, количество вентиляторов, энергопотребление градирни и уровень шума. При сравнении цен на оборудование важно сопоставлять решения при одинаковых исходных параметрах и тепловой нагрузке. На действующем производстве дополнительно учитывают возможность монтажа без длительной остановки технологической линии. В регионах с отрицательными температурами зимой обязательно применяют водно-гликолевую смесь в качестве теплоносителя.
Нужна помощь в выборе градирни? Закажите проектирование системы охлаждения в ИНСПРО
Купить чиллер для охлаждения или драйкуллер стоит только после сравнения параметров с альтернативными способами отвода тепла. Во второй части этой статьи мы рассмотрим испарительные градирни – наиболее распространённый тип оборудования для охлаждения больших объемов воды в системах оборотного водоснабжения.
