Водопроводные системы и сооружения

Раздел: Инженерные сооружения

При невысоких требованиях к эффекту охлаждения воды, наличии открытой для доступа воздуха площади и необходимости создания запасов воды на территории промышленного предприятия применяют брызгальные бассейны. Брызгальный бассейн представляет собой открытый прямоугольный бетонный или железобетонный резервуар с гидроизоляционным экраном из двух и более секций, над которыми через сопла разбрызгивается охлаждаемая вода. Вода к соплам поступает под напором по водораспределительным трубам. Бассейн располагается длинной стороной перпендикулярно направлению господствующих ветров. При выборе площадки для охладителя на территории промышленного предприятия необходимо учитывать возможность образования тумана и обледенения близко расположенных сооружений и дорог в зимний период (расстояния между охладителями воды, зданиями и сооружениями регламентируются СНиП П-89-80).

При вылете из сопла водяная струя разбивается на капли, каждая из которых по траектории тела, брошенного под углом к вертикали, встречает сопротивление воздуху; поэтому размеры, углы вылета и начальные скорости отдельных капель различны, траектории их движения не совпадают и они образуют вокруг сопла «факел». Движение воздуха в пределах брызгального бассейна, как и в случае водохранилища-охладителя, определяется ветром и естественной конвекцией.

Процесс испарительного охлаждения в брызгальном бассейне еще сложнее, чем в водохранилище-охладителе. Существенным отличием является то, что скорость движения капель в значительно большей степени влияет на процесс тепломассообмена, чем абсолютная скорость воздуха в пределах бассейна. При отсутствии ветра нагретый и увлажненный воздух поднимается над брыз- гальным устройством вверх, а на смену ему по периметру бассейна притекает наружный холодный воздух. При наличии ветра эта схема изменяется, и теплый воздух сносится по направлению ветра.

Отсутствие теоретического решения процесса охлаждения в бассейнах приводит к необходимости пользоваться экспериментальными данными. Охладительный эффект этих сооружений зависит в основном от климатических и конструктивных факторов: температуры и влажности воздуха, наличия ветров, типа сопел и др.

Процесс охлаждения будет протекать тем лучше, чем благоприятней условия для отдачи тепла испарением и соприкосновением, которые обеспечиваются созданием большой поверхности соприкосновения охлаждаемой воды с воздухом, равномерностью распределения воды и воздуха по площади охладителя, свободным доступом воздуха на площадку бассейна. Все это достигается разбрызгиванием воды на капли, правильным выбором конструкции сопел, их размещением, а также расположением бассейна на территории промышленной площадки.

Бассейны брызгальных устройств служат для сбора охлажденной воды и создания необходимого запаса воды. Они выполняются в выемке или полувыемке с пологими откосами. План бассейна с одиночно расположенными соплами 1 на распределительных трубопроводах. Ширина бассейна в осях крайних сопел не должна превышать 50 м. Для уменьшения уноса капель воды ветром крайние сопла устанавливаются на расстоянии 7—10 м от границы бассейна в зависимости от величины напора у сопел и скорости ветра; образовавшаяся зона называется защитной. Вокруг брызгальных бассейнов предусматривают водонепроницаемое покрытие шириной не менее 2,5 м с уклоном, который обеспечивает отвод воды, которая выносится ветром из бассейнов. Каждую секцию бассейна оборудуют трубопроводами для отвода излишков воды. Днище должно иметь уклон в сторону приямка со спускной трубой в сеть канализации 3. На отводящем охлажденную воду трубопроводе 4 устанавливают сороудерживающую решетку с ячейками не более 30 мм. Глубину воды в бассейне принимают не менее 1,7 м. Расстояние от уровня воды до борта бассейна не менее 0,3 м.

Трубопроводы брызгальных устройств выполняются обычно из стали. Гидравлический расчет их производят из условия, чтобы разница напоров между наиболее удаленными соплами не превышала 0,5 м. Распределительные линии присоединяют к коллектору 5, который прокладывают вдоль одного из бортов бассейна. На концах распределительных линий устанавливают сопла для их промывки. Отдельные линии отключают на ремонт с помощью задвижек 6. В целях поддержания необходимого температурного режима в зимнее время в каждой секции брызгального бассейна предусматривают трубопровод 7 для сброса воды без разбрызгивания.

Распределительные трубопроводы могут располагаться над или под уровнем воды. В последнем случае упрощается конструкция опор и устраняется возможность их обмерзания в зимний период, однако усложняются ремонт трубопроводов и наблюдение за их состоянием. При подводной прокладке трубы укладываются на железобетонные опоры, установленные по дну бассейна. Для исключения всплытия труб до наполнения, они крепятся к днищу бассейна. При надводном расположении трубы прокладывают так, чтобы понизу они были выше на 0,2—0,5 м уровня воды в бассейне и опираясь на катковые опоры, расположенные на сборных железобетонных опорах.

При проектировании трубопроводов следует учитывать температурные деформации, вызываемые колебаниями температуры воды и воздуха. С целью их восприятия на трубопроводах устанавливают компенсаторы.

Для разбрызгивания воды применяются разбрызгивающие сЬпла различных типов: центробежные, щелевые и ударные. При оценке качества сопел следует учитывать целый ряд факторов: простоту конструкции и массу, степень засоряемости и возможность их прочистки без снятия с места установки, величину гидравлического сопротивления, равномерность распределения воды по площади факела, способность сопел разбивать выбрасываемую струю воды на мелкие капли, производительность сопла и его стоимость.

В центробежных соплах разбрызгивание воды происходит по спирали под действием центробежных сил; к ним относятся: сопла МОТЭП ( VIII.9, а), эвольвентные ( VIII.9, б), сопло «Гипротис» ( VIII.9, в) и др.

К соплам ударного действия относятся сопла с отражателями, в которых разбрызгивание воды происходит при ударе струи об отражатель ( VIII.9, д) и струе- ударные сопла, в которых разбрызгивание воды происходит при соударении струй.

Сопла, кроме щелевых, изготавливают из чугуна или пластмассы. Сопла из пластмасс не подвергаются коррозии в условиях работы градирен, они дешевле, проще в изготовлении и имеют меньшую шероховатость внутренней поверхности, что при прочих условиях увеличивает их пропускную способность.

Щелевые сопла изготавливают из газовых труб. Поверхность охлаждения водяного факела определяется конструкцией сопла и величиной напора воды перед ним. При повышении напора поверхность факела увеличивается за счет удлинения траектории падения капель и уменьшения их диаметра, однако повышение напора приводит к увеличению затрат электроэнергии и выноса мелких капель воды ветром.

Из приведенных конструкций сопел наибольшее распространение получили центробежные без вкладышей, имеющие невысокие гидравлические сопротивления и в меньшей мере подверженные засорению.

Характеристики сопел некоторых марок. Сопла располагаются на высоте 1,2—1,5 м над уровнем воды в резервуаре ( VIII.10). Работа брызгальных устройств может совмещаться с работой водохранилищ-охладителей, когда их охлаждающая способность недостаточна. Брызгальные устройства рекомендуется устанавливать вблизи водозабора, где обеспечивается смешение воды от разбрызгивающих сопел с охлажденной водой, поступающей из водохранилищ.

Брызгалы устанавливают и на берегу водохранилищ- охладителей. При таком размещении должно быть предусмотрено создание в основании небольшого слоя воды  (0,1—0,15 м), препятствующего размыву дна и предупреждающего образование брызг. При установке брызгальных устройств над акваторией водохранилища прокладка трубопроводов осуществляется на сваях или поплавках.

Область применения брызгальных бассейнов определяется следующими показателями: удельная тепловая нагрузка в пределах от 5,8 до 23 Вт/м2; температурный перепад 5—10 °С; разность температуры охлажденной воды и температуры атмосферного воздуха по смоченному периметру 10—12 °С.

При эксплуатации брызгальных бассейнов производят прочистку загрязненных сопел и их замену; замену и ремонт соплодержателей и водораспределительных труб; периодическую очистку бассейна и 'ремонт стенок и днища; изучение теплового режима, регулировку работы бассейна; планово-предупредительный ремонт.