Вентиляторная градирня неизбежно теряет часть воды во время работы. Основной объём потерь связан с испарением – именно за счёт него и происходит охлаждение. Но есть и другой механизм: мелкие капли захватываются воздушным потоком и покидают корпус градирни вместе с выбрасываемым воздухом.

Это и есть капельный унос. В нормально работающей градирне его ограничивает каплеуловитель, однако величина уноса зависит далеко не только от наличия этого элемента. Значение имеют скорость воздуха, размер образующихся капель, состояние системы водораспределения, конструкция самой градирни и режим её работы.

Если капельный унос увеличивается, последствия не ограничиваются дополнительным расходом воды. Вместе с каплями из оборотного контура удаляются растворённые соли и реагенты, а вода оседает на кровле, металлоконструкциях и расположенном рядом оборудовании. Поэтому повышенный унос следует рассматривать как изменение режима работы всей системы оборотного водоснабжения.

Чем капельный унос отличается от испарения воды в градирне

При испарительном охлаждении часть воды переходит в пар и удаляется с воздухом. Растворённые в ней соли при этом остаются в оборотном контуре, поэтому по мере испарения их концентрация увеличивается. Для поддержания требуемого водно-химического режима используют подпитку и продувку.

При капельном уносе механизм другой. Из градирни выходит не водяной пар, а непосредственно мелкие капли оборотной воды. В них сохраняются растворённые соли и другие вещества, присутствующие в контуре.

Это различие принципиально при составлении водного баланса. Испарение повышает концентрацию растворённых веществ в оставшейся воде, тогда как капельный унос удаляет часть этих веществ вместе с самой оборотной водой. Если реальный унос заметно отличается от принятого при расчёте, меняется и фактический баланс солей в системе.

Поэтому просто объединять испарение и капельный унос в общую величину «потерь воды» при анализе работы градирни неправильно. Для водоподготовки это разные процессы.

Как вода вообще покидает градирню вместе с воздухом

Вода поступает в систему водораспределения, проходит через форсунки и распределяется по оросителю. Одновременно вентиляторы создают воздушный поток, движущийся через рабочую зону градирни. В процессе контакта воды с воздухом образуется большое количество капель разного размера.

Крупные капли обладают достаточной массой, чтобы двигаться преимущественно вниз. Более мелкие легче захватываются восходящим воздушным потоком и перемещаются к выходной части аппарата.

Перед выходом воздуха устанавливается каплеуловитель. Его задача состоит в том, чтобы изменить направление движения потока таким образом, чтобы капли по инерции столкнулись с поверхностью элементов каплеуловителя, укрупнились и вернулись обратно в градирню.

Эффективность этого процесса зависит от сочетания аэродинамики и конструкции. Поэтому два внешне похожих каплеуловителя необязательно обеспечивают одинаковую степень отделения воды.

Почему скорость воздуха влияет на капельный унос градирни

Чем выше скорость воздушного потока, тем легче он захватывает и переносит капли. Именно поэтому изменение режима вентиляторов способно повлиять на величину уноса даже при неизменной работе системы водораспределения.

Особенно важно смотреть на локальную скорость. Средний расход воздуха через градирню может соответствовать расчётному, но из-за неравномерного распределения потока на отдельных участках каплеуловителя скорость окажется существенно выше. Именно через такие зоны вода может выноситься наиболее интенсивно.

Проблема иногда появляется после изменения режима эксплуатации. Например, вентиляторы переводят на повышенную производительность в попытке увеличить охлаждение, не проверяя, рассчитаны ли внутренние элементы градирни на новую скорость воздуха. Температура воды при этом действительно может снизиться, но одновременно возрастут потери с капельным уносом.

Поэтому повышение производительности вентиляторов нельзя рассматривать отдельно от аэродинамики оросителя и каплеуловителя.

Конструкция каплеуловителя определяет, какие капли вернутся в градирню

Каплеуловитель должен отделить воду при минимально возможном дополнительном сопротивлении воздушному потоку. Эти требования связаны между собой: чем сложнее траектория движения воздуха, тем больше возможностей отделить капли, но тем выше может оказаться аэродинамическое сопротивление элемента.

Имеют значение форма каналов, количество изменений направления потока, геометрия профиля, расстояние между элементами и соответствие каплеуловителя расчётной скорости воздуха. Поэтому подбирать его только по габаритам секции недостаточно.

Если установлен элемент, не соответствующий режиму конкретной градирни, часть мелкодисперсной воды может проходить через него вместе с воздухом. Аналогичная ситуация возникает при повреждении секций, неправильной сборке или появлении зазоров: воздушный поток начинает искать участки с меньшим сопротивлением и проходит через них, минуя расчётную траекторию отделения капель.

Неравномерное распределение воды может увеличить унос

Иногда при повышенном уносе первым подозревают каплеуловитель, хотя источник проблемы расположен ниже – в системе водораспределения.

При нормальной работе форсунки должны обеспечивать предусмотренный проектом характер распыла и достаточно равномерное орошение рабочей поверхности. Засорение, износ, изменение давления перед форсунками или неправильная установка меняют структуру распыла. В отдельных местах могут появляться струи и капли другого размера, а интенсивность орошения по площади становится неодинаковой.

Если одновременно нарушено распределение воздушного потока, возникают локальные участки, где большое количество воды встречается с высокой скоростью воздуха. Условия для капельного уноса там становятся значительно хуже, хотя средние параметры градирни могут оставаться близкими к расчётным.

Поэтому при диагностике необходимо рассматривать каплеуловитель, водораспределение и воздушный тракт как связанные части одного процесса.

Что происходит при повышенном капельном уносе

Самый очевидный результат – увеличение подпитки. Унесённую воду приходится возвращать в оборотный контур, а вместе с ней система получает новую порцию растворённых веществ, состав которых зависит от качества подпиточной воды.

Однако эксплуатационные последствия этим не заканчиваются:

• увеличивается расход подпиточной воды и реагентов водоподготовки, а расчётный водно-химический баланс начинает отличаться от фактического;
• капли оборотной воды оседают на кровле, фасадах, металлоконструкциях и наружном оборудовании, после высыхания оставляя соли и другие растворённые вещества;
• постоянное увлажнение расположенных рядом элементов может создавать неблагоприятные условия для покрытий и металлических конструкций;
• при значительном уносе эксплуатационная служба может ошибочно искать дополнительные потери в трубопроводах, поддоне или соединениях, хотя вода фактически покидает систему через воздушный тракт;
• вместе с каплями из контура выносятся микроорганизмы, в том числе бактерии рода Легионеллы, что создаёт санитарные риски.

Характер отложений возле градирни иногда становится одним из первых внешних признаков проблемы. Если на конструкциях по направлению выброса воздуха регулярно появляются характерные следы высохших капель, имеет смысл проверить не только качество воды, но и работу каплеуловителя.

Как капельный унос меняет водно-химический режим оборотного контура

Водно-химический режим градирни рассчитывают с учётом испарения, продувки, подпитки и других потерь воды. Капельный унос входит в этот баланс, поэтому существенное отклонение от расчётной величины меняет условия, в которых работает система водоподготовки.

Важно, что вместе с унесёнными каплями контур теряет воду уже с той концентрацией растворённых веществ, которая сформировалась в оборотной системе. После этого потерянный объём компенсируется подпиточной водой с другим химическим составом.

Если фактический унос долго остаётся неизвестным, расчёт продувки и дозирования реагентов может перестать точно соответствовать реальному водному балансу. Поэтому необъяснимое изменение объёма подпитки стоит анализировать вместе с проводимостью воды, продувкой и состоянием каплеуловителя, а не рассматривать исключительно как утечку.

Как отличить повышенный унос от других потерь воды

Сам по себе рост подпитки ещё не доказывает наличие проблемы с каплеуловителем. В жаркую погоду увеличивается испарение, при изменении водно-химического режима может возрасти продувка, а на трубопроводах или в поддоне возможны обычные утечки.

Поэтому диагностику удобнее строить по нескольким связанным признакам.

Особенно полезно сопоставлять наблюдения при разных скоростях вентиляторов. Если при снижении воздушной производительности интенсивность выброса капель заметно уменьшается, это даёт важную информацию о характере проблемы.

Почему нельзя просто установить каплеуловитель с большим сопротивлением

Можно предположить, что чем сильнее каплеуловитель меняет направление воздуха, тем лучше он будет задерживать воду. Но для градирни важна не только степень каплеулавливания.

Дополнительное аэродинамическое сопротивление влияет на расход воздуха через аппарат. Если после замены каплеуловителя вентиляторы при прежнем режиме начинают перемещать меньше воздуха, ухудшается уже основной процесс охлаждения воды. Попытка уменьшить унос в таком случае способна привести к снижению тепловой эффективности градирни.

Поэтому комплектующие для градирен должны подбираться совместно с характеристиками вентиляторов, оросителя и всего воздушного тракта. Требуется не максимальное сопротивление, а необходимая эффективность отделения капель при допустимых потерях давления.

Что проверяют при подозрении на повышенный капельный унос

Начинать диагностику только с замены каплеуловителя не стоит. Сначала необходимо понять, изменился ли сам режим градирни по сравнению с расчётным или первоначальным.

Проверяют состояние и правильность установки секций каплеуловителя, отсутствие повреждений и свободных проходов между ними. Одновременно оценивают работу вентиляторов, состояние форсунок и равномерность распределения воды по оросителю. Если проблема появляется только на определённых ступенях или частотах вращения вентиляторов, отдельно анализируют скорость воздушного потока.

Для действующей системы полезно также сопоставить расход подпитки и продувки с предыдущими периодами при сравнимой погоде и нагрузке. Это помогает понять масштаб изменения и отделить постоянный повышенный унос от обычного сезонного роста испарения.

Каплеуловитель нужно учитывать ещё при проектировании вентиляторной градирни

Величина капельного уноса формируется не одним элементом. На неё одновременно влияют водораспределение, скорость и равномерность воздушного потока, внутреннее устройство аппарата и характеристики каплеуловителя. Поэтому решать эту задачу после запуска значительно сложнее, чем предусмотреть необходимые параметры при подборе градирни.

При проектировании систем оборотного водоснабжения специалисты «ПромВентХолод» рассматривают работу градирни вместе с её внутренними элементами и режимами эксплуатации. При подборе каплеуловителя важно учитывать не только его геометрию, но и воздушную производительность, систему водораспределения и допустимые потери давления.

Такой подход позволяет одновременно ограничить вынос воды и сохранить требуемый расход воздуха через градирню.

Как снизить капельный унос без ухудшения охлаждения градирни

Если расход подпиточной воды неожиданно вырос или вокруг градирни появились устойчивые следы капель и солевых отложений, причина может находиться в воздушном тракте аппарата. Но сам факт уноса ещё не означает, что достаточно установить другой каплеуловитель.

Необходимо проверить весь путь воды и воздуха – от работы форсунок и оросителя до скорости потока и состояния секций каплеулавливания. Только после этого можно определить, связано ли отклонение с повреждением комплектующих, изменением режима вентиляторов, нарушением водораспределения или первоначальным подбором оборудования.

При правильно согласованных параметрах каплеуловитель возвращает захваченные воздушным потоком капли обратно в оборотный контур, не создавая при этом чрезмерного сопротивления. В результате уменьшаются непроизводительные потери воды, сохраняется расчётный водно-химический режим и снижается воздействие выброса градирни на расположенные рядом конструкции и оборудование.