Печать

ОЧИСТКА ВОДЫ ГРАДИРЕН ОТ ВЗВЕШЕННЫХ ВЕЩЕСТВ

Градирни применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения воды, циркулирующей по замкнутому контуру оборотной системы. Процесс охлаждения в градирнях происходит за счёт частичного испарения циркулирующей воды и теплообмена с воздухом. Потеря воды из-за испарения, капельного уноса и продувки системы восполняется подпиточной водой из внешнего источника. Некачественная работа градирни обуславливается, прежде всего, забиванием водораспределительной системы и образованием отложений на теплопередающих поверхностях и в трубопроводах. Поэтому снижается эффективность отвода тепла и, как следствие, увеличивается расход воды и электроэнергии для достижения необходимой мощности охлаждающей системы. Основная причина проблемы – загрязнённая вода, циркулирующая в градирне.

Характеристика загрязнений

В охлаждающих системах вода многократно нагревается и охлаждается, аэрируется и частично испаряется. Оборотная вода, нагретая в теплообменных аппаратах, охлаждается в градирне и циркуляционными насосами снова подаётся в цикл. Потери восполняются за счёт воды из поверхностных источников. В ходе этих процессов происходит загрязнение воды взвешенными частицами и микроорганизмами, повышение её минерализации и коррозионной активности. Источниками загрязнений являются:

  • атмосферный воздух, поступающий в градирню естественным путём или подаваемый через механические вентиляторы;
  • подпиточная вода из поверхностных водоёмов, необходимая для восполнения потерь воды в оборотном цикле из-за уноса и испарения;
  • нагретая вода с накипью, возвращающаяся в градирню от источника тепла по охлаждающему контуру;
  • теплоноситель, особенно при его контакте с охлаждающей водой;
  • природные минеральные отложения (доломит), накапливаемые со временем на стенках неочищенного резервуара градирни.

Загрязнения, накапливаемые в циркулирующей воде, можно разделить на четыре группы. К первой группе относятся осаждаемые твёрдые частицы песка, глины, ила, зёрен, осколков камней, пластика и других нерастворённых примесей. Их размеры достаточно велики, чтобы засорить распылительные форсунки, а вес позволяет осесть на дне резервуара градирни. Не осаждаемые нерастворённые взвеси второй группы - листья, частички травы, тополиный пух, перья, насекомые и т.д. До тех пор, пока они не осели, их опасность для резервуара градирни маловероятна, однако потенциально возможна для теплообменников, трубопроводов и запорной арматуры. Третья группа – это накипь и продукты коррозии, образование которых обусловлено процессом теплопередачи и испарения воды в градирне. Следствием их накопления является повышение жёсткости циркулирующей воды, образование накипи в резервуаре градирни и на поверхностях теплообменного оборудования. Последнюю четвёртую группу составляют водоросли, микроорганизмы и бактерии, в том числе патогенные (Legionella), которые обитают в толще осадка резервуара и на смачиваемых поверхностях, создавая потенциальную опасность. Плотный слой отложений защищает микроорганизмы при обработке биоцидами, снижает эффективность химической обработки резервуара градирни, способствуя тем самым возникновению коррозии на внутренних поверхностях. По данным американского центра по контролю и предотвращению инфекций, толщина осадочного слоя 0,1 мм является достаточной для роста бактерий в системах охлаждения, а мутная вода резервуара температурой 25-42°С обеспечивает оптимальные условия для размножения бактерий Legionella. Слой из осаждённых веществ снижает теплоотдачу и изолирует стенки чаши от воздействия ингибиторов коррозии, приводя к её неизбежному разрушению. В таблице приводится зависимость энергопотребления системы охлаждения от толщины отложений в резервуаре градирни:

Толщина отложений ≈ Увеличение энергозатрат
чистый резервуар 0,0%
0,025 мм 1,1%
0,15 мм 5,5 %
0,30 мм 11,0 %
0,61 мм 22,0 %
0,91 мм 33,0 %
1,22 мм 44,0%

Результаты исследований показывают, что определяющим фактором при образовании осадка из твёрдых загрязнителей является не столько их количество, сколько размер. В таблице приведены результаты сравнения объёмов отложений, образованных 1 триллионом различных фракций частиц, содержащихся в пробах воды.

Размер частиц Кол-во частиц Объём отложений, образуемый этим кол-вом
0,45 мкм 212,5 млрд 0,0098 см3
1 мкм 212,5 млрд 0,11 см3
3 мкм 212,5 млрд 3,11 см3
5 мкм 212,5 млрд 14,58 см3
Итого 850 млрд 17,83 см3
10 мкм 37,5 млрд 21,3 см3
25 мкм 37,5 млрд 303,16 см3
50 мкм 37,5 млрд 2459,7 см3
75 мкм 37,5 млрд 8260,72 см3
Итого 150 млрд 11044,88 см3

Из таблицы видно, что если лишь 15% от общего количества частиц имеют размер больше 10 мкм, то именно они образуют 99% всего объёма осадка. Таким образом, даже относительно небольшое количество частиц размером 10-75 мкм способно образовывать значительную толщину шламовых отложений.

Необходимость эффективной очистки циркулирующей воды становится очевидной при анализе эксплуатационных затрат на поддержание в рабочем состоянии системы охлаждения. Для сокращения текущих затрат на периодическую очистку резервуара и форсунок градирни, очистку трубной системы теплообменных аппаратов, ремонт насосов, трубопроводов и запорной арматуры и продления тем самым работоспособности технологического оборудования охлаждающей системы требуется снизить содержание взвешенных веществ, солей и биозагрязнений в циркулирующей воде до минимума. Поэтому обработка воды становится неотъемлемой технологической частью водооборотного цикла с градирней.

Подходы к организации фильтрационной системы

Для очистки воды градирни существует ряд физико-химических способов, а также множество вариантов их комбинаций. В рамках данной статьи мы рассматриваем лишь способ механической очистки от взвешенных веществ методом фильтрования.

Фильтрация воды в охлаждающей системы может быть выполнена как в схеме полного, так и байпасного потока. Механическая очистка воды градирни от частиц минимальным размером 20-25 мкм наиболее полно удовлетворяет требованиям защиты технологического оборудования. Однако в зависимости от месторасположения градирни, локальных условий и специфических требований может применяться и более тонкая очистка.

Полнопоточная или одноконтурная система фильтрации

cooltower_1

В полнопоточной схеме фильтр устанавливается в циркуляционной системе сразу после подающего насоса в потоке воды к теплоносителю. Фильтр масштабируется исходя из максимального расхода насоса и предназначается для очистки всего потока воды, поступающей в технологический процесс или на теплообменник. Такой подход не решает задачу снижения количества примесей в самой градирне, однако, посредством эффективного задержания помогает снизить концентрацию взвесей в системе в целом.

Байпасная или двухконтурная система фильтрации

colltower_2

Наиболее часто применяемая байпасная схема предусматривает отведение на фильтрацию около 10-20% общего расхода воды и возвращение отфильтрованной воды в градирню. Такой подход применяется в том случае, если расход воды, циркулирующей через градирню, настолько высок, что фильтровать полный поток слишком дорого. Байпасная система позволяет стабилизировать качество воды циркуляционного контура в течение короткого времени посредством непрерывной фильтрации.

Фильтрация подпиточной воды

На возмещение потерь воды в оборотной системе используются очищенные промышленные и ливневые стоки, а также вода из поверхностных источников. В первом случае требуется доочистка с целью снижения концентрации солей жёсткости, во втором удаление песка, ила и органики. Корректная обработка подпиточной воды может сократить продувку водораспределительной системы градирни или исключить её вообще. В схеме фильтрации подпиточной воды механический фильтр устанавливается на входе подпиточной воды перед блоком доочистки. Его цель – продлить срок службы очистного и технологического оборудования, установленного за ним.

Фильтрация на самоочищающихся фильтрах Ручеёк-Б 1-1С - новая российская технология очистки фильтрующей сетки без прерывания основного потока

Выбор наиболее приемлемого способа фильтрования зависит от ряда факторов, наиболее важными из которых являются:

  • требования оборудования, которое подлежит защите;
  • реальные значения о степени загрязнённости воды: состав, размер и концентрация взвесей в циркулирующей воде;
  • ограничения и особенности применения того или иного типа механических фильтров и выбор их поставщика: максимальная нагрузка на фильтр и оптимальное соотношение площадт фильтрующей сетки к скорости потока; интервал потерь давления загрязнённого фильтра и потери воды при его очистке; необходимость установки дублирующей системы во время промывки фильтра; возможность быстрой и приемлемой по цене поставки комплектующих; осуществление монтажа и пусконаладки; оперативное гарантийное и внегагарантийное обслуживание.

В рамках данной статьи мы рассматриваем метод фильтрования на сетчатых самоочищающихся фильтрах, не оспаривая возможность эффективного применения для этих целей оборудования другого типа.

Ручеёк-Б 1-1С - это постоянно действующий сетчатый фильтр с возможностью самоочищения. В ходе работы фильтр не отключается на очистку, поскольку способен промываться исходной водой с помощью уникальной внутренней промывной системы. К очевидным преимуществам нового самоочищающегося фильтра можно отнести следующие:

  • непрерывный процесс фильтрации во время очистки рабочей поверхности фильтрующего элемента;
  • возможность промывки фильтра потоком исходной воды при рабочем давлении;
  • короткий промывной цикл и минимальный объём исходной воды на промывку;
  • 100% эффективность очистки сетки;
  • низкое энергопотребление и низкие потери напора;
  • возможность выбора полуавтоматического или автоматического режима управления процессом "фильтрация - регенерация".

005Самопромывной фильтр задерживает твёрдые частицы органического и неорганического происхождения размером 5 мкм и более с эффективностью не менее 95%. Фильтр состоит из двух фильтровальных камер, имеет большую полезную поверхность. Сетка позволяет задерживать частицы, отличающиеся только размером. При этом на степень удаления загрязнений не влияют такие характеристики, как их плотность, форма или пластичность. Промывка загрязнённой поверхности сетки осуществляется исходной водой в направлении фильтрации (прямоток) при рабочем давлении. Поэтому количество патрубков фильтра, а, следовательно, материала на обвязку аппарата, а также количество запорной арматуры сокращено. Кроме того, для очистки фильтра не потребуется очищенная вода, благодаря чему отпадает необходимость в её накоплении и установке дополнительного оборудования (насосов, ёмкостей, трубопроводной и запорной арматуры) и оборудование для её подачи на фильтр. Во время промывки фильтрация не прерывается, и таким образом исключается необходимость в дублирующих системах.

006Эффективный самоочистительный механизм самоочищающегося фильтра позволяет удалять осадок с поверхности фильтрующей сетки за секунды без использования очищенной воды и обратного потока. В режиме промывки открывается промывочный клапан фильтра и включается мотор-редуктор, приводящий картридж с сеткой во вращение, в ходе которого поверхность картриджа соприкасается со щётками, установленными на нижней стенке корпуса. Промывочное устройство создаёт лабиринтно-инерционный эффект, за счёт которого вода, попадая в щелевое пространство между промывочным устройством и стенкой корпуса, приобретает дополнительное ускорение и захватывает загрязнения, смытые щётками с сетки. Благодаря достигаемому эффекту удаляется не только осадок, накопившийся на поверхности сетки, но и частицы из её межпроволочного пространства. Поток промывной воды со смытыми загрязнениями отводится через дренажный клапан. Данный эффект очистки фильтра сравним с эффектом, достигаемым лишь при комбинации обратноточной промывки и одновременной механической очистки. При этом очистка воды и промывка сетки происходят одновременно, позволяя фильтру работать без отключения.

Программирование и управление работой самоочищающегося фильтра осуществляется при помощи логического контроллера, который является неотъемлемой частью автоматизированной фильтрационной системы. Выполняя основную задачу – управление режимом "фильтрация – промывка", микроконтроллер обеспечивает следующие функции:

 

  • непрерывный контроль времени или перепада давления на работающем фильтре;
  • автоматическое включение и выключение отсечных клапанов фильтра;
  • автоматическое включение мотора-редуктора фильтра;
  • индикацию состояния фильтра во время фильтрации и промывки;
  • обеспечение параллельной работы нескольких фильтров.

Для обеспечения надёжности фильтрационного процесса и продления времени непрерывной работы фильтровальных аппаратов, схема предусматривает последовательную установку двух самоочищающихся фильтров с разным рейтингом: с грубой сеткой – на первой ступени, более тонкой – на второй. В зависимости от условий эксплуатации фильтр изготавливается с электрическим или гидравлическим механизмом промывки.