Обследование градирни: от проблемы к решению

Причины проведения обследования

На многих предприятиях, использующих водооборотные циклы, эксплуатируются градирни, построенные много лет назад. Как бы бережно не относился к ним персонал завода, рано или поздно возникает необходимость их ремонта или модернизации. Полностью исключить старение материалов, особенно несущих конструкций, невозможно, т.к. это естественный процесс. Своевременно восстанавливая железобетонные конструкции или защитные покрытия металла, мы продлеваем срок их службы, но не делаем его вечным. То же касается и комплектующих – со временем они изнашиваются, получают различные повреждения и теряют свою эффективность.

Что же делать, когда настал момент принятия кардинальных мер?

В первую очередь, необходимо провести обследование градирни. Это позволит спланировать все дальнейшие мероприятия.

По своему типу обследования можно разделить на два вида. Первый – ревизия состояния несущего каркаса, второй – технологических элементов. Разберем каждый из них подробнее.

Обследование каркаса градирни

Исследование состояния опорных конструкций требуется для определения возможности дальнейшей эксплуатации сооружения.

Сначала выполняется визуальный осмотр объекта. Если на колоннах, балках, ригелях видны явные следы разрушения материалов (коррозия металла, сколы и крошение бетона, гниение и расщепление дерева, образование глубоких трещин), то, вполне возможно, что дальнейшая эксплуатация установки просто опасна. В таком случае следует провести инструментальное обследование.

В чем оно заключается? Специалисты компании, обладающей необходимыми лицензиями и разрешениями, проводят проверку всех необходимых узлов с использованием специального оборудования. В ходе осмотра выявляется остаточная прочность бетона, степень коррозии, величина прогиба балок и т.д. На основании полученных данных составляется подробный отчет, в котором указываются все выявленные повреждения, способы и рекомендации по их устранению (если это возможно), а также дается общая оценка состояния сооружения.

Существует несколько категорий состояния конструкций:

• Исправное - нет неисправностей и повреждений, негативно сказывающихся на несущей способности и возможности дальнейшего пользования
• Работоспособное - некоторые показатели не соответствуют нормам, но повреждения не влекут за собой выхода оборудования из строя, обеспечивается требуемая несущая способность
• Ограниченно работоспособное - наблюдаются повреждения, вызывающие ухудшение несущей способности, но при этом нет угрозы внезапного обрушения. Допустимо дальнейшее использование элементов при наблюдении за их состоянием и соблюдении условий эксплуатации
• Недопустимое – наблюдается существенное ухудшение несущей способности и прочностных характеристик. Дальнейшая эксплуатация опасна для персонала и целостности оборудования. Требуется усиление поврежденных узлов и элементов
• Аварийное - конструкции или все сооружение повреждены и деформированы настолько, что не обеспечивают несущую способность. Существует опасность обрушения

Если результат неудовлетворительный – состояние недопустимое, или аварийное, то лучше выполнить снос сооружения и построить новое. В противном случае велика вероятность разрушения и, возможно, человеческих жертв. Ни в коем случае нельзя допускать подобного!

Если же состояние градирни приемлемое, а бюджет или технологический процесс не позволяют новое строительство, то проводится реконструкция.

Опираясь на данные отчета, выполняется проект модернизации. Согласно него производится усиление или частичная замена поврежденных конструкций. Более подробно об этом можно прочитать в статье про проектирование градирен.

Обследование технологических элементов

Второй тип обследования – ревизия состояния технологических элементов установки. Он может выполняться как совместно с осмотром каркаса, так и независимо от него. Чаще всего, к нему прибегают при значительном снижении эффективности охлаждения оборотной воды.

Чтобы выяснить причину, по которой происходит падение теплосъема, изучается состояние всех элементов – оросителя, водоуловителя, системы водораспределения, вентиляторной установки, обшивки.

Для каждого типа оборудования есть свои критерии оценки. Если комплектующие не отвечают им, то требуется либо обслуживание, либо замена. Именно обследование компетентными организациями позволит определить, как нужно действовать в конкретной ситуации.

Проведя все необходимые замеры и сравнив полученные результаты с расчетными, можно понять причину отклонения показателей работы градирни. Причем, это может быть вызвано как ухудшением состояния оборудования, так и его неверным расположением. Бывает, что при ремонтах, а иногда и при новом строительстве, в проекте не выдерживаются нормы по расположению элементов относительно друг друга. Это делается для экономии материалов на несущий каркас. Например, снизив высоту градирни, расстояние от ВРС до оросителя максимально уменьшается, что ведет к недоохлаждению воды. Обследование выявит все эти нарушения.

По результатам данного осмотра, как и в случае с каркасом градирни, составляется отчет, позволяющий понять, какие нужно предпринять меры.

Проще всего, конечно, заменить все старые компоненты на новые. Но это самый дорогой вариант и совершенно не всегда необходимый. Зачастую, если ранее плановые осмотры проводились достаточно регулярно, можно обойтись текущим ремонтом и частичной заменой вышедших из строя запчастей.

Так, ороситель, если он не разрушен, можно почистить от отложений. Особенно это актуально для сетчатых блоков – их обслуживание гораздо проще трубчатых или формованных из ПВХ листов.

Водораспределительную систему следует промыть и заменить сломанные форсунки.

Восстановить герметичность обшивки также возможно без полной замены.

На вентиляторной установке выполняется техническое обслуживание электродвигателя. Рабочие колеса очищаются от налета и отложений, восстанавливаются необходимые значения углов атаки лопастей. На диффузоре устраняются повреждения, проверяется затяжка болтов, чтобы он оставался герметичным.

Пример обследования градирни

Приведем пример обследования вентиляторной градирни. Далее по тексту предоставлены выдержки из отчета.

В рамках заключенного договора нами было проведено обследование четырехсекционной вентиляторной градирни, расположенной на предприятии в Свердловской области.

Исходные данные:

• Год строительства градирни - 2006
• Общий размер градирни - 72 450 х 18 000 мм
• Размеры каждой из четырех секций градирни в плане прямоугольные - 18 000 х 18 000 мм
• Высота градирни - 23 900 мм
• За относительную отметку 0,000 принят верх чаши бассейна
• Градирня оборудована вентиляторной группой ВГ-104 с рабочим колесом РК-104/6, металлическим диффузором и электродвигателем ВАСВ 200-52У1, мощностью 200 кВт
• Общая гидравлическая нагрузка на градирню (по данным расходомеров) - 12 500 м³/ч. Гидравлическая нагрузка на секцию - 3 125 м³/ч
• Плотность орошения градирни - 9,65 м³/м²*ч

Визуальный осмотр

При визуальном осмотре градирни значительных повреждений каркаса не обнаружено.

Для увеличения срока эксплуатации градирни рекомендуем провести восстановление антикоррозионного покрытия элементов с учетом требований СП 28.13330.2012 "Защита строительных и ограждающих конструкций от коррозии".

На обшивке градирни выявлены многочисленные подтеки. Основные места образования - стыки листов и места крепления обшивки к ригелям.

В результате протечек на внешней стороне обшивки наблюдается биологическое обрастание, а на металлоконструкциях градирни в зимний период эксплуатации образуется наледь.

Рекомендуем восстановить герметичность обшивки градирни и мест её крепления.

На корпусах вентиляторов градирни наблюдается активный рост участков коррозии, особенно в конфузорной части.

Диффузорная часть корпусов вентилятора также имеет участки коррозии, но их количество и площадь значительно меньше.

Чтобы не допустить сквозной коррозии и снижения эффективности работы всей вентиляторной установки, рекомендуем провести работы по восстановлению антикоррозионного покрытия.

Измерение расстояний между технологическими элементами и параметров работы градирни

В результате измерений получены следующие значения:

1. Высота воздуховходных окон - 3,8 м

Согласно "Градирни промышленных и энергетических предприятий" (Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И., 1998) размер входных окон определяется отношением площади окон к площади градирни Kок = Sок/Sгр

Наиболее оптимальным является значение Kок = 0,35 - 0,45. Именно при таком соотношении достигается лучшее распределение воздушных потоков в сечении под оросителем при минимальном сопротивлении на входе. Оптимальное значение коэффициента принимается равным 0,4.

Таким образом, высота окон рассчитывается по формуле hок = Kок*Sгр/2a = Kок*b/2, где a и b  - стороны прямоугольной градирни.

Исходя из этого рассчитываем рекомендуемую высоту окон для градирни с размером секции 18х18 м (Kок = 0,4, Sгр = 324, a и b = 18):

hок = 0,4*18/2 = 3,6 м.

Фактическое значение равно 3,8 м и соответствует расчетному.

2. Угол атаки рабочих колес (измерение на хвостовой части) - 22,5⁰

Угол атаки рабочего колеса выставляется согласно паспортной документации производителя, чтобы при этом значении не допустить превышения номинального тока электродвигателя.

Для рабочего колеса РК-104/6 эффективный угол атаки лежит в диапазоне от 10⁰ до 25⁰, что соответствует фактическому значению. Ток двигателя не превосходит номинальный.

3. Расстояние от площадки оросителя до системы водораспределения - 4,2 м. На водораспределительной системе градирни Заказчика установлены сопла с чашечным отражателем.

Для данного типа сопел при направлении факела вниз расстояние от сопла до верха оросителя рекомендуется принимать не менее 1 м. Это позволяет обеспечивать равномерное орошение и эффективное охлаждение оборотной воды при напоре на соплах H_c = 2 - 4 м. вод. ст.

Высота слоя оросителя составляет 1,35 м (3 яруса по 0,45м)

Фактическая расстояние от ВРС до оросителя составляет 4,2 м - 1,35 м = 2,85 м, что соответствует рекомендованным нормам.

Испарение и капельный унос

Потери на испарение, капельный унос и продувку характеризуют водный режим работы градирни.

Количество испарившейся воды G_i на градирне определяется по формуле G_i = G_rC_ж(t1 - t2)/r,

где 

G_r - производительность градирни (м³/ч)

C_ж - удельная теплоемкость воды (Мкал/час) (t1 - t2) - перепал температур (⁰С)

r - удельная теплота парообразования (ккал/кг) G_i = 12500*1*10/595 = 210,08 (м³/ч)

Количество испарившейся воды G_i на градирне определяется по формуле G_i = G_rC_ж(t1 - t2)/r,

Потери на капельный унос в вентиляторных градирнях G_у зависит от типа водоуловителя и составляет в среднем 0,1 - 0,2% от расхода оборотной воды ("Градирни промышленных и энергетических предприятий" (Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И., 1998).

G_у = 0,001 * 12500 = 12,5 м³/ч

Водоуловитель "Полуволна" ВП 10.5.1,85 обеспечивает эффективность каплеулавливания до 99,99%. При скорости воздуха в свободном сечении градирни 2 м/с эффективность каплеулавливания составляет 99,95%. Таким образом, при данных параметрах

G_у = 0,0005 * 12500 = 6,25 м³/ч.

Потери воды на унос ветром через воздуховходные окна G_ок при средней скорости ветра 3 м/с составляет 0,02 - 0,05% об общего количества оборотной воды ("Градирни промышленных и энергетических предприятий" (Пономаренко В.С., Арефьев Ю.И., 1998).

G_ок = 0,0002 * 12500 = 2,5 м³/ч.

Общие расчетные потери на капельный унос и испарение составляют G_о = G_i + G_у + G_ок = 210,08 + 6,25 + 2,5 = 218,83 м³/ч.

По данным завода расход подпиточной воды в летний период года составляет 190 - 210 м³/ч.

Данное значение соответствует расчетному. Отклонение в пределах допустимого в зависимости от метеорологических условий.

Общие рекомендации

 По результатам обследования рекомендуется:

• провести восстановление антикоррозионного покрытия несущих конструкций, связей и ограждений с учетом требований СП 28.13330.2012 "Защита строительных и ограждающих конструкций от коррозии"
• провести работы по восстановлению антикоррозионного покрытия корпуса вентилятора
• провести ревизию системы ВРС, восстановить антикоррозионное покрытие
• установить новые сопла взамен сломанных и выбитых
• восстановить герметичность обшивки
• для снижения капельного уноса заменить существующий каплеуловитель на ВП 10.5.1,85 "Полуволна" с максимальным коэффициентом каплеулавливания
• опустить слив системы водного охлаждения электродвигателей ниже уровня площадки водоуловителя
• выполнить раскладку блоков в соответствии со схемой без наличия щелей и пространств, не закрытых водоуловителем

Кроме того, были даны рекомендации по работе градирни в зимнее время, меры по снижению обледенения.

В конце обследования было предложено технико-коммерческое предложение со стоимостью предлагаемых работ.

Экспертиза промышленной безопасности

Описанные выше типы обследования являются добровольными и обычно инициируются собственниками оборудования.

Однако в некоторых случаях, получение документа, подтверждающего, что промышленный объект соответствует нормам безопасности, обязательно и закреплено законодательно.

Процесс получения такого документа называется прохождением экспертизы промышленной безопасности.

Согласно федеральному закону №116 такой экспертизе подлежат:

• проектная документация на строительство, расширение, реконструкцию, техническое перевооружение, консервацию и ликвидацию опасного производственного объекта
• технические устройства, применяемые на опасном производственном объекте
• здания и сооружения на опасном производственном объекте
• декларация промышленной безопасности и иные документы, связанные с эксплуатацией опасного производственного объекта

Градирни часто расположены именно на опасных производственных объектах - нефтеперерабатывающих заводах, химических производствах, тепловых и атомных электростанциях. Поэтому в составе данных производств они также попадают под требования ФЗ и все предписания, указанные в нем, относятся и к охлаждающим установкам.

Однако при техническом перевооружении проектная документация экспертизе не подвергается. При этом, при строительстве новой градирни на опасном объекте вся документация в обязательном порядке проходит указанную экспертизу. Оценку соответствия нормам может выдавать только специализированная аккредитованная организация. Однако если организация, или структура, в которую она входит, владеет объектом, для которого проводится экспертиза, то ей запрещено выполнять данный вид работ.

Результатом экспертизы является заключение, которое предоставляется в соответствующий орган власти в области промбезопасности. Там оно рассматривается в соответствии с установленным законом порядком.

Если опасный производственный объект не прошел экспертизу промбезопасности, то на него налагаются существенные штрафы. А в случае грубых нарушений такому предприятию грозит административное приостановление деятельности.

Более подробно об экспертизе промышленной безопасности можно прочитать в соответствующей нормативной документации.

Таким образом, при новом строительстве следует обратить внимание на необходимость прохождения экспертизы промышленной безопасности, а перед проведением капитального ремонта рекомендуется выполнить полное обследование градирни, которое позволит получить наилучший результат.