В условиях климата средней и северной полосы России, где температура наружного воздуха достигает в зимнее время минус 25—45 °С и ниже, большие эксплуатационные трудности могут вызываться обмерзанием охладителей в периоды морозов.
Трудности, вызываемые обмерзанием, особенно значительны в случаях применения больших башенных градирен. Наблюдающееся при наружных температурах ниже приблизительно —10 °С интенсивное обледенение входных окон и образование наледей вокруг такой градирни сильно затрудняет или даже прекращает доступ воздуха в ороситель. Сильное уменьшение количества поступающего в градирню воздуха влечет за собой резкое повышение температуры охлажденной воды и вызывает необходимость производить многократно в течение суток околку льда. Температура охлаждающей воды, несмотря на периодическое удаление льда и низкую температуру поступающего воздуха, достигает при этом 25—30 °С. При неплотных воздухонаправляющих щитах льдообразование распространяется за пределы входных окон внутрь градирни, что еще более затрудняет удаление льда и влечет за собой поломки горизонтальных связей каркаса под действием веса образующихся на них ледяных глыб. Околка льда ломами также приводит к повреждению различных частей градирен и является чрезвычайно трудоемкой работой, дающей лишь кратковременный эффект, так как она не устраняет очагов льдообразования.
Другие типы охладителей, исключая, также подвержены, хотя и в меньшей степени, обмерзанию, могущему вызывать эксплуатационные затруднения, а иногда и аварии. В обмерзанию подвергаются опорные столбики, борты и разделительные стенки резервуара, мостики для обслуживания задвижек и пр. Наледи на опорах достигающие иногда 1—1,5 м в диаметре, могут вызывать их поломку или опрокидывание и обрушение вследствие этого трубопровода. При наличии трещин в железобетонных опорных столбиках замерзание проникающей в них воды приводит к распиранию и увеличению трещин, что также может повлечь за собой поломку опор при значительных усилиях, вызываемых весом льда или температурными деформациями труб.
Трудности из-за обмерзания открытых градирен возникают, главным образом, в тех случаях, когда они рассчитаны с большим запасом или по какой-либо другой причине работают в период морозов с малой тепловой нагрузкой.
В охлаждающих прудах образование ледяного покрова на части поверхности не вызывает каких-либо затруднений, но должны приниматься меры против трудностей, которые могут возникать при образовании шуги или донного льда.
Предлагались разнообразные способы для удаления льда, образовавшегося в охладителях, как, например, распыливание по поверхности льда размораживающей соли с углекислотой посредством устройств типа переносных огнетушителей, растапливание льда с помощью горячей воды или пара и др. Но все эти способы довольно дороги и пригодны лишь при небольшой толщине образовавшегося слоя льда, вследствие чего практически приходится прибегать к околке его ручным способом, также дорогой из-за ее трудоемкости и не позволяющей в условиях сурового климата избежать заметного повышения температуры роды.
Вследствие трудности удаления образовавшегося уже льда борьба с обмерзанием охладителей должна заключаться в предупреждении возможности его возникновения. Для этого необходимо устранение очагов обледенения, которыми являются все места, где большое количество холодного воздуха встречается с относительно небольшим количеством воды (неплотности, в наружной обшивке или в воздухонаправляющих щитах, места попадания брызг на стойки, связи или опорные столбики и т. п.). Там, где имеется постоянный интенсивный ток воды, обледенение не наблюдается обычно даже в сильные морозы, что и используется во всех методах борьбы с обледенением охладителей.
Избежать интенсивного обмерзания больших башенных градирен можно путем полного или частичного выключения части оросителя и создания путем перераспределения воды по его площади условий, препятствующих образованию льда. Для распространенных у нас конструкций башенных градирен были предложены следующие два способа решения этой задачи:
- Создание повышенной плотности орошения («водяной завесы») по периферии оросителя. При этом центральная часть оросителя выключается или в работе остается весь ороситель, но подача воды в его центральную часть уменьшается при помощи щитков в желобах или путем закрытия пробками части сливных трубок. Для увеличения количества воды, стекающей по периферии, в промежутках между сливными трубками крайнего ряда могут быть сделаны дополнительные отверстия, закрывающиеся на лето деревянными пробками, или же трубки крайнего ряда могут заменяться на зиму большими по диаметру.
- Переход на работу только центральной частью оросителя, плотность орошения в которой повышается за счет полного прекращения подачи воды на периферийную часть оросителя. При этом необходимо проведение мероприятий, полностью исключающих возможность попадания воды в выключенную часть оросителя и проникания через нее холодного воздуха в башню.
Первый из этих способов требует обеспечения достаточной плотности обшивки оросителя или наличия воздушного коридора между обшивкой и решетником, а также удаления на зиму ближайших к входным окнам воздухонаправляющих щитов, что может быть облегчено путем выполнения этих щитов съемными, или поворотными. При обоих способах часть входных окон закрывается навесными щитами для ограничения количества поступающего в градирню холодного воздуха.
Применение указанных способов требует, однако, при переходе с летнего режима на зимний проведения довольно большого объема подготовительных работ, от тщательности выполнения которых в значительной мере зависит достигающийся результат. С проведением ряда работ связан при этом и обратный переход с зимнего режима на летний. Это побуждает к поискам более простых решений.
К числу более простых способов борьбы с обледенением, хорошо оправдавших себя в ряде случаев, относятся обмывка обшивки оросителя теплой водой и установка разбрызгивающих сопел против входных окон.
Подача на обшивку оросителя теплой воды применяется в градирнях с внешним круговым жолобом. Для этого по всему периметру градирни в борте кругового жолоба делаются расположенные на расстояниях 1—1,5 м друг от друга отверстия, закрывающиеся на лето деревянными пробками, а в полу площадки над обшивкой — круговая щель, за которой устраивается небольшой бортик из брусков. Вытекающая из жолоба вода омывает снаружи обшивку оросителя, препятствуя образованию ледяных «фартуков», перекрывающих входные окна. Для улавливания стекающей воды вокруг градирни устраивается плотный деревянный настил или бетонная отмостка с уклоном в сторону резервуара.
Описанный способ не устраняет полностью образования льда при наружных температурах ниже минус 15—20 °С. Но образующаяся при этом вне градирни ледяная стенка отстоит на некотором расстоянии от обшивки и через остающееся свободное пространство воздух может поступать внутрь оросителя, обеспечивая достаточное охлаждение воды. Кроме того, образующийся лед имеет пористую, весьма непрочную структуру и легко разрушается, благодаря чему для обслуживания градирни достаточно 1 чел., который 1—2 раза в сутки удаляет ледяную завесу. При температурах охлажденной воды ниже 8— 12 °С в зависимости от нагрузки удаление ледяной завесы может быть даже нежелательным, так как, ограничивая количество поступающего воздуха, она предохраняет от образования льда внутри градирни. При температурах охлажденной воды выше примерно 18 °С ледяная завеса разрушается сама.
Иногда рекомендуют для повышения эффективности обмывки подавать теплую воду не только на наружную, но и на внутреннюю сторону обшивки оросителя.
Наблюдается также образование льда с наружной стороны вытяжной башни у ее устья. Это на отражается на работе градирни, но отрывающиеся и падающие вниз в периоды потепления куски льда могут пробивать перекрытие оросительного устройства и разрушать решетник. Они опасны также для обслуживающего персонала. Поэтому следует предусматривать устройство ограждений (балконов), препятствующих падению кусков льда с большой высоты вниз.
В случаях небольших башенных градирен часто ограничиваются установкой зимой навесных щитов, перекрывающих часть площади входных окон, или установкой съемных жалюзи.
Борьба с обмерзанием открытых капельных градирен ведется путем выключения на зиму части оросителя, что может быть осуществлено двумя способами:
- подачей всей воды только на часть секций градирни с полным отключением остальных;
- выключением нескольких верхних ярусов решетника с подачей воды только на нижние.
Второй способ более распространен благодаря тому, что он приводит также к уменьшению выноса наружу водяных капель и этим предотвращает образование значительных наледей на прилегающей территории. Он требует наличия второй системы водораспределения, расположенной примерно на середине высоты оросителя.
Оба эти способа применимы и для брызгальных градирен, причем для использования второго из них градирни снабжаются иногда расположенным на незначительной высоте над поддоном «зимним» коллектором. Для брызгальных градирен можно также пользоваться методом повышения температуры воды путем частичного пропуска ее из коллектора в резервуар помимо сопел, подобно тому, как это делается в брызгальных бассейнах.
При осуществлении указанных мероприятий возможно некоторое обледенение жалюзийных щитов открытых градирен с наветренной стороны, не опасное для их механической прочности. При перемене направления ветра эти жалюзи начинают омываться нагревшимся воздухом и благодаря этому очищаются от льда.
При искусственной вентиляции можно избежать обледенения градирен путем применения одного из следующих методов:
- подачей всей воды только на часть секций градирни с полным отключением остальных, иногда с уменьшением также расхода циркуляционной воды;
- подачей воды на все секции, но с переводом, если это возможно, вентиляторов на пониженную подачу воздуха (при двухскоростных электродвигателях, гидромуфтах или вентиляторах с поворотными лопастями) или выключением части вентиляторов.
Поочередное выключение части отсасывающих вентиляторов, а в случае необходимости и покрытие кожухов’ выключенных вентиляторов брезентом, может применяться и для удаления льда, образовавшегося уже во входных окнах градирни. С этой же целью может осуществляться реверсирование электродвигателя вентилятора, при котором теплый воздух выбрасывается через входные окна. Следует, однако, иметь в виду, что некоторые конструкции допускают такую работу лишь в течение периода не более 15—20 мин., так как при этом нарушается смазка верхнего опорного подшипника вала вентилятора.
При отсасывающих вентиляторах наличие водоуловителей и поднимающийся кверху теплый воздух исключают возможность обмерзания самих вентиляторов даже при их выключении. Однако, при полной остановке градирни в зимнее время, т.е. при прекращении также подачи на нее воды, отсасывающие вентиляторы могут покрыться льдом, который необходимо удалить, прежде чем вентилятор будет вновь включен в работу.
При нагнетательной вентиляции возможно образование льда на лопастях вентиляторов. Это может вызываться двумя причинами:
- попаданием на вентилятор водяных капель изнутри градирни, если он не отнесен достаточно от фронта оросителя;
- рециркуляцией уходящего из градирни воздуха, содержащего мелкие капли (унос) и водяной пар, который может конденсироваться при смешении с холодным наружным воздухом. В первом случае можно избежать обледенения лопастей вентилятора, выключив на зиму ближайшие к фронту градирни сливные трубки или сопла водораспределительного устройства; во втором случае может быть применена смазка лопастей вентиляторов каким-либо составом, предохраняющим от обледенения. Наиболее неблагоприятным является неравномерное образование льда на лопастях, так как. оно может приводить к разбалансировке и вибрации вентилятора.
Для предохранения обслуживающего персонала от кусочков льда, которые могут отрываться от лопастей нагнетательных вентиляторов при потеплении, необходимо иметь сетки или другие ограждения.
В брызгальных бассейнах следует зимой поддерживать температуру воды на уровне 10—15 °С путем перепуска части воды из коллектора через холостой водосброс в резервуар помимо сопел. При подводном расположении водораспределительных труб может быть допущена более низкая температура воды. Если опорные столбики выступают над уровнем воды, следует обеспечить постоянное омывание их теплой водой. Наблюдающееся иногда обледенение соплодержателей приводящее к их поломке под действием веса льда, может являться результатом только засорения сопел или самих соплодержателей и единственным средством его устранения является лишь обеспечение достаточной чистоты воды.
Необходимо заблаговременно производить подготовку охладителей к работе в зимних условиях. Для этого до наступления холодов нужно:
- подготовить навесные щиты, съемные жалюзи или другие приспособления, применяющиеся для регулирования количества поступающего воздуха и распределения воды в зимнее время;
- отключить все неработающие наружные трубопроводы и спустить из них воду, тщательно проверив плотность отсекающих задвижек и установив в случае необходимости заглушки;
- проверить состояние запорных органов и спускных линий;
- убедиться в том, что все незасыпанные участки трубопроводов и неотепленные задвижки снабжены отводами или отверстиями с пробками, позволяющими осуществить постоянную циркуляцию через них небольшого количества воды.
При длительных перерывах работы охладителя в зимнее время вода из всех трубопроводов и арматуры должна обязательно спускаться. При спуске воды из резервуара его днище и стенки должны быть отеплены с помощью слоя снега или какого-либо теплоизолирующего материала.