Так, снижение температуры воды при расчетах размеров теплообменной аппаратуры нефтехимических предприятий на 5 °С (с 30 до 25 °С), позволяет уменьшить на 23% площадь поверхности охлаждения теплообменников и на 20% расход металла на их
изготовление, а недоохлаждение воды в летний период относительно ее расчетной температуры на предприятиях по выработке химической продукции ведет к сокращению среднегодовой выработки кальцинированной соды примерно на 3,4%, аммиака -
на 10%, метанола - на 8%, сернистого натрия - на 4,5%, уксусной кислоты - на 11%.
В настоящее время большинство градирен нефтеперерабатывающих заводов обеспечивает охлаждение воды всего на 6-8 °С. В то же время, наиболее эффективные градирни способны обеспечить охлаждение воды на 10-12 °С, что может позволить в 1,5
раза снизить расход воды в системах оборотного водоснабжения и, тем самым, обеспечить экономию электроэнергии в размере от 0,5 до 1,5 млн кВт ч на 1
млн т переработанной нефти.
Компания SPIG Spa была основана в 1936 г. и с тех пор прочно заняла свое место на международном рынке не только как признанный профессионал в области проектирования и производства градирен, но также их реконструкции, модернизации и технического обслуживания.
Руководители промышленных предприятий понимают, что в условиях современного рынка от эффективности работы градирен зависит производительность технологического оборудования, качество и себестоимость вырабатываемой продукции, удельный
расход сырья, топлива и электроэнергии, особенно в энергетической, химической и нефтеперерабаты вающей отраслях.
В связи с этим, инженеры-проектировщики компании SPIG Spa постоянно работают над совершенствованием технологий, типов и конструкции градирен, а также их компонентов.
НОВЕЙШИЕ ТЕХНОЛОГОГИИ И МАТЕРИАЛЫ
Разработанные нашей компанией новейшие технологии для изготовления градирен и их компонентов, позволяют гарантировать следующее.
• Оптимальные с точки зрения цены и обеспечения потребностей Заказчика технологическте решения.
• Применение эффективных внутренних компонентов (пленочный ороситель с высокой скоростью плотности орошения, форсунки со 100%-ным квадратом распыления, высокопроизводительные вентиляторы), позволяет выпускать секции градирни компактными и сократить их число. Таким образом, Заказчик экономит средства на закупку оборудования, строительство бассейна, а также производственные площади.
• Надежное обеспечение параметров охлаждения для технологического процесса Заказчика.
• Повышение эколого-экономической эффективности предприятия (капельный унос воды из градирен ~0.001%).
• Полное отсутствие коррозии, как для конструкции, так и для внутренних элементов градирни.
• Низкое энергопотребление.
• Производительность вентиляторов SPIG в 1,5 раза выше традиционных.
• Наличие мощной и эффективной антиобледенительной системы.
• Морозоустойчивость и долговечность всех компонентов.
• Высокое качество оборудования предполагает минимальную необходимость в остановках для его технического обслуживания.
Полиэстер, выполненный методом вакуумной польтрузии. Говоря более подробно об особенностях и характеристиках новых материалов для изготовления градирен, хотелось бы, прежде всего, остановиться на уникальном современном материале, полиэстере, армированном волокнами (fiber reinforced polyester - FRP), разработанном и производимом компанией SPIG Spa в США специально для нефтехимической и металлургической промышленности (рис. 1).
Данный материал относится к конструктивным полимерным польтрудированным материалам, применяемым в строительстве, и соответствует Европейскому стандарту EN 13 706 E23. Этот материал имеет показатель невозгораемости ASTM E84 < 25.
FRP применяется для производства каркаса, обшивки, панелей крыши градирен, диффузоров вентиляторов и лопастей вентиляторов.
FRP представляет собой многокомпозиционный полиэстер, армированный стекловолокном, конструкционные профили которого изготавливаются по технологии вакуумной польтрузии.
Вакуумная польтрузия. Сам процесс польтрузии заключается в «вытягивании» материала с использованием специальной вакуумной камеры, по сравнению с обратным ему производственным процессом «выдавливания», т.е. штамповки. В случае применения польтрузии, материал характеризуется большей однородностью, и, соответственно, прочностью.
FRP имеет следующие преимущества по сравнению с традиционными конструкциями из оцинкованной стали:
• долговечность в 4 раза выше по сравнению с оцинкованной сталью при самых экстремальных условиях эксплуатации;
• отсутствие коррозии и разрушения от времени, в связи с его повышенной прочностью и устойчивость к агрессивному химическому или биологическому воздействию;
• стоимость данного материала на 30% ниже стоимости оцинкованной стали;
• отсутствие необходимости в покраске и ремонте;
• прочность, аналогичная стали, но в 5 раз меньший вес (что позволяет экономить средства, как при строительстве градирни, так и ее бассейна);
• низкая теплопроводность, и, следовательно, отсутствие обмерзания вентилятора и внутренней структуры градирни;
• материал не горюч и устойчив к воздействию как низких, так и высоких температур (от -100 до +180 °С);
• элементы каркаса поставляются полностью готовыми для сборки (нарезанными, с уже просверленными при помощи станков с цифровым контролем, отверстиями), что позволяет в кратчайшие сроки собрать каркас градирни (время сборки каждой секции составляет 10-15 дней);
• готовые секции градирни поднимаются с земли и устанавливаются на бассейн с водой с помощью подъемного крана;
• крепление элементов каркаса осуществляется при помощи болтов из нержавеющей стали.
Говоря о самых последних разработках, касающихся изготовления этого материала, следует отметить, что если еще год назад для предотвращения деформации каркаса градирни и гарантии его способности выдерживать температуру входа воды в градирню от 65 до 85 °С в течение длительного срока, необходимо было изготавливать специальные утолщенные профили, что отражалось на стоимости каждой секции. В настоящее время в этом нет никакой необходимости, т.к. молекулярная структура и прочность этого материала была доведена до параметров, при которых можно применять стандартные профили, предназначенные для любых температур.
Новые технологии изготовления вентиляторов.
В новых технологиях изготовления вентиляторов SPIG-FLEXY (рис. 2), хотелось бы отметить их следующие характеристики.
• Наличие запатентованной системы SPIG FLEXY, которая обеспечивает значительное гашение вибрации вентилятора, а, следовательно, низкий уровень шума и меньший износ редуктора и привода. Уровень шума вентиляторов доведен до такого минимального значения (75 дБ), что градирни можно строить в черте города на близком расстоянии от жилых кварталов.
• Разработка и постоянное совершенствование на заводском опытном полигоне формы лопастей вентиляторов позволило повысить производительность в полтора раза по сравнению с традиционными вентиляторами при том же потреблении электроэнергии. Это позволило значительно повысить эффективность работы оборудования и сэкономить
затраты Заказчика на электроэнергию и, тем самым, гарантирует быструю окупаемость наших градирен (от 1,5 до 3 лет в зависимости от модели градирни и
вида работ).
• Лопасти вентиляторов, изготовленные из FRP, не подвержены коррозии и не ломаются.
• Имеется возможность варьирования производительности за счет регулирования угла наклона лопастей в летний и зимний период.
• Современный, надежный и компактный, двухскоростной электродвигатель, разработанный специально для российского климата, имеет высокий к.п.д. - 96% и низкое энергопотребление - 17/37 кВт (зима/лето) против 75 кВт для односкоростных электродвигателей АСВО.
• Двухскоростные электродвигатели механической группы с низким энергопотреблением от ведущих мировых производителей (Siemens, ABB, WEG, General Electric), обеспечивают заказчику низкое энергопотребление и высокую надежность. Электродвигатели имеют защиту от перегрева и от конденсации влаги.
• Легкий композитный приводной вал «плавающего» типа имеет несколько функций: предотвращать небольшие отклонения осей валов, которые могут возникнуть в процессе работы мотора; поглощать удары, вибрацию и пульсации, минимизировать эффект «мертвого хода» при старте и остановке и свести к минимуму трудности при установке и ремонте. При этом ввиду легкого веса, подшипники редуктора и электродвигателя не перегружаются.
• Высокопроизводительные и компактные механические группы компании SPIG оснащены двухступенчатыми редукторами и герметичной системой смазки, устраняющей необходимость технического обслуживания и позволяющей экономить смазочные
материалы. Горловина для залива и дренажа смазки вынесена за диффузор вентилятора. Обеспечена возможность легкого доступа для обслуживания всех компонентов механической группы.
• Механическая группа снабжена автоматическими системами защиты от вибрации, перегрева, переохлаждения и конденсации. (Поставщики редукторов - ведущие мировые фирмы: Flender, Hansen, ELLI, Sumitomo.)
• Качество механической группы гарантирует значительное снижение остановок оборудования для профилактического ремонта или замены запчастей.
Преимущества. Применение новых конструктивных решений и технологий изготовления материалов внутренних компонентов градирни (сопел, оросителей и водоуловителей) привело к значительному увеличению срока их эксплуатации, прежде всего, за счет повышения устойчивости материалов, как к низким, так и к высоким температурам, ультрафиолетовому излучению, засорению, биологическому обрастанию и агрессивным средам, что привело к следующим результатам.
• Применение оросителя с высокой скоростью плотности орошения, позволяет при сохранении прежней производительности по воде и глубине охлаждения, уменьшить размер секций, и, следовательно, стоимость градирни, а также сэкономить производственные площади Заказчика, и при реконструкции градирни существенно увеличить ее производительность (от 25% до 50%).
• Материалы изготовления внутренних компонентов SPIG (ПП и ПВХ со специальными добавками) имеют повышенную морозоустойчивость, прочность, и эффективно эксплуатируются как при низких (до -45 °С), так и при высоких температурах (до
+80 °С).
• Высокая эффективность внутренних компонентов подтверждена заключениями российского НИИ «ВОДГЕО» после их испытаний.
ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ КОМПОНЕНТОВ ГРАДИРЕН
В качестве наглядного примера, можно привести недавно разработанный новый тип незасоряемого морозоустойчивого пленочного оросителя SPIG Y20 (рис. 3), созданного на основе наиболее
эффективного SPIG X20, разработанного специально для нефтеперерабатывающей промышленности, с целью обеспечения максимальной глубины охлаждения, которую могут обеспечить только пленочные оросители, но, в то же время, способного эффективно эксплуатироваться даже при содержании в воде оборотного цикла нефтепродуктов до
25 мг/л (традиционные пленочные оросители предполагают максимальное содержание нефтепродуктов не более 5 мг/л), что раньше привело бы к неизбежному использованию либо капельных либо смешанных типов оросителей, и, следовательно, увеличению площади орошения градирни, что соответственно привело бы к увеличению размеров
секций для обеспечения эффективного охлаждения, ее общей стоимости и занимаемой полезной площади.
Одной из последних разработок является также форсунка Ecojet®, двух видов: статического (для более грязного цикла воды) и динамического (с вертящейся турбинкой), позволяющая полностью решить проблему так называемого эффекта «зонтика» (свободных от орошения зон), что позволило получить 100%-ный квадрат
орошения, а, следовательно, большую эффективность охлаждения (рис. 4).
Необходимо отметить, что эффективные внутренние компоненты наших градирен позволили решить не только вопрос об уменьшении размеров секций, и следовательно, их цены, но и о строительстве автономных небольших насосных станций, предназначенных для определенного производственного цикла, что отвечает современным тенденциям и позволяет сэкономить огромное количество электроэнергии. Поскольку эффективная
работа внутренних компонентов градирни не требует большого напора воды, и обеспечивается их конфигурацией, наши градирни, в отличие от градирен предыдущего поколения, могут быть адаптированы для всех типов станций, как с очень мощными насосами, так и для новых экономичных и компактных насосных станций.
Инновационная конструкция водоуловителей SPIG позволила получить самый низкий процент капельного уноса воды из градирни (0,001-0,05%).
При этом низкое аэродинамическое сопротивление, не снижая эффективности работы системы, позволит значительно сократить эксплуатационные издержки предприятия на подпиточную воду и успешно решить проблему охраны окружающей среды, предотвращая загрязнение атмосферы и почв минеральными, органическими и химическими примесями оборотной воды и повысить эколого-экономическую эффективность предприятия.
Еще одним эффективным средством увеличения срока эксплуатации градирни является мощная антиобледенительная система SPIG, созданная первоначально для активного обогрева в зимний период градирен с естественной вытяжкой и, с недавнего времени, с успехом применяемая и в вентиляторных градирнях.
Данная система позволяет избежать:
• формирования льда на оросителе;
• резких перепадов температуры внутри градирни;
• система проста в эксплуатации и не требует дополнительной подпитки и никакой механической регулировки.
Неотъемлемой частью новых технологий для правильной эксплуатации современных градирен является система мониторинга. Данная система основана на технологии «fieldbus» для передачи следующей цифровой информации:
• температуре воды на входе и выходе;
• температуре окружающей среды;
• производительности по воде;
• режиме работы мотора и вентилятора.
ПРИМЕНЕНИЕ
Примером успешного внедрения новейших технологий SPIG для охлаждения оборотной воды является проект реконструкции 13 секций градирен ВГ-70 и градирни СК-400 предприятия «Ставролен» ЗАО ЛУКОЙЛ-Нефтехим. (рис. 5).
В июле 2007 г. компанией SPIG была завершена поставка 10 секций, одна двухсекционная градирня и один комплект материалов для реконструкции одной градирни СК-400. Компания SPIG применила свой многолетний опыт и новейшие технологии для решения таких проблем предприятия, как недостаточная глубина охлаждения оборотной воды,
большие потери оборотной воды на капельный унос из градирен, высокие затраты электроэнергии на охлаждение оборотной воды. Поставленная задача решена успешно - градирни SPIG обеспечивают требуемый перепад температур нагретой и охлажденной воды (12 °С для СК-400 и 8-10 °С для квадратных градирен) при снижении мощности электродвигателей и размеров секций градирен.
Мощность электродвигателя градирни СК-400 снижена с 250 до 200 кВт, экономия электроэнергии составила (250-200) х 24×365 = 438 000 кВт⋅ ч/год.
Замена 13 секций градирен ВГ-70 (мощность электродвигателя 75 кВт) на 10 секций градирен SPIG (мощность электродвигателя 37 кВт) дает увеличение теплосъема и годовую экономию электроэнергии 75×3 х 24×365 + (75-37) х 10×24 х 365 = 5 299 800 кВт⋅ ч/год.
За счет увеличения перепада температур нагретой и охлажденной воды на градирнях на 30-50%, для обеспечения того же теплосъема предприятие использует на 44% меньшее количество оборотной воды.
Более того, повышена эколого-экономическая эффективность предприятия за счет снижения потерь на капельный унос воды из градирен, воды из градирен; этот показатель был снижен с 0,5-0,6% до значения 0.05%.
Реконструкция также позволила предприятию снизить затраты на проведение ремонтов и значительно увеличить межремонтные периоды.
ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ ГРАДИРЕН В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Трехсекционная градирня с производительностью 4500 м3/ч, температура входа 45 °С, температура выхода 30 °С, эксплуатируется с 2005 г., обслуживает теплообменники кислородной установки ОАО «Северсталь», представлена на рис. 6.
Трехсекционная градирня с производительностью по воде 5000 м3/ч, температура входа 40 °С, температура выхода 29 °С, эксплуатируется с июля 2007 г., обслуживает цех ПХЛ ОАО «Северсталь», представлена на рис. 7.
Двухсекционная градирня с производительностью 6500 м3/ч, температура входа 30 °С, температура выхода 20 °С, эксплуатируется с 2006 г., обслуживает теплообменники кислородной установки «Air Liquide - Северсталь», представлена на рис. 8.
Градирни обеспечивают контрактные значения параметров охлаждения, и успешно решают проблему охлаждения. Но что более важно, эксплуатация этих систем не вызывает нареканий с точки зрения охраны окружающей среды.
