W pamięci utkwiła mi wizyta w jednych z największych zakładów chemicznych w naszym kraju. Przebywałem akurat przy nowej turbinie gazowej, a dokładnie przy jej układach pomocniczych, w oczy rzuciły mi się dwie kwestie. Pierwsza – cała instalacja była praktycznie nowa i sprawiała naprawdę piorunujące wrażenie. Druga – instalacja z klejonego PCV (zdaje się wody chłodzącej) wyglądała bardzo, ale to bardzo dziwnie. Abyś mógł sobie lepiej wyobrazić, co zobaczyłem, to przywołaj sobie proszę w pamięci, jak wyglądają takie instalacje. Rury wprowadza się do wnętrza kształtek, przez co kształtki wyglądają na znacznie pogrubione od rurociągów.

Dokładnie, tak to powinno wyglądać!

Ale… jak się zapewne domyślasz, coś musiało zwrócić moją uwagę…

Rury były całe napęczniałe, wyglądały podobnie jak sznurek serdelków, które notabene uwielbiam ?. Zapytałem niezwłocznie towarzyszącego mi inżyniera: Co tu się wydarzyło?

Wie Pan, mieliśmy awarię, doszło do przebicia wymiennika i para poszła w rurociągi wody chłodzącej.

Już się chyba domyślasz…

Para mająca grubo ponad 100 stopni Celsjusza przedostała się do rurociągów tworzywowych  PCV! Wygląd tej instalacji naprawdę był ciekawy! Obok w pocie czoła uwijała się ekipa remontowa, która to przystąpiła do wymiany instalacji.

Dzisiejszy wpis jest mocno powiązany z destrukcyjnym oddziaływaniem gorących czynnik na instalację. Dokładnie chodzi o kanalizację.

Z poniższego artykułu dowiesz się:

Jak zaprojektować studnię schładzającą

Jak zbudować studnię schładzającą,

Dlaczego stosować studnię schładzającą

Przeczytaj poniższy wpis, który jest inspiracją do projektowania studni schładzających. Sama idea studni schładzającej sprowadza się do ochłodzenia ścieków generowanych, w naszym przypadku, w kotłowni lub węźle cieplnym do temperatury bezpiecznej dla zewnętrznego systemu kanalizacyjnego. Pisząc o bezpieczeństwie, mam na myśli bezpieczeństwo dla materiałów instalacji (kształtki, rury, uszczelki), a także dla tego wszystkiego, co dalej, np. bezpieczeństwo zakładowej oczyszczalni ścieków.

Ok. W takim razie wyobraź sobie kotłownię lub węzeł cieplny. Wybierz to, nad czym aktualnie pracujesz. W pomieszczeniach źródeł ciepła mamy wiele miejsc, z których konieczne będzie odprowadzenie spustów, czy popłuczyn. Do takich miejsc należą z całą pewnością:

  • króćce spustowe kotłów,
  • króćce spustowe przy wymiennikach,
  • króćce spustowe z filtroodmulaczy, sprzęgieł hydraulicznych, rozdzielaczy,
  • króćce spustowe z różnego rodzaju zbiorników, np. buforów ciepła, zasobników, itp.,
  • zmiękczaczy jonowymiennych,
  • stacji odwróconej osmozy,
  • schładzaczy odmulin i odsolin,
  • odprowadzenia kondensatu z kominów.

Ideą układu odprowadzenia wód z wyżej wymienionych punktów jest ich bezrozlewowe odprowadzenie do kanalizacji podposadzkowej i dalej do studni schładzającej.

Jedynym elementem zabezpieczającym dalszą instalację przed odpływem gorących ścieków jest właśnie studnia schładzająca. Jest to szalenie ważny element i niekiedy dość problematyczny w projektowaniu.

Z mojego doświadczenia, przy projektowaniu studni schładzającej pierwszy poważny problem to jej pojemność. Zgodnie z zapisami normy PN-B-02431-1:1999 Ogrzewnictwo – Kotłownie wbudowane na paliwa gazowe o gęstości względnej mniejszej niż 1 – Wymagania punkt 2.3.11 musimy zapewnić: ”….urządzenia umożliwiające schładzanie i odprowadzanie wody o pojemności co najmniej równej pojemności wodnej największej jednostki kotłowej.” CO zatem w przypadku kotłów o mocy kilku lub kilkunastu MW? Pojemność tych kotłów to niejednokrotnie dziesiątki metrów sześciennych. Teraz zapewne odezwą się głosy, ale przecież przywołana przez ciebie norma dotyczy kotłowni o mocy do 2000 kW – tak! Jednak wychodzę z założenia, że w projektowaniu liczy się zdrowy rozsądek. Warto więc podpierać się dobrymi praktykami.

Problem nr 1 – pojemność studni

Problem nr 2 – lokalizacja studni. W małych kotłowniach czy węzłach cieplnych nie powinieneś mieć większych problemów z lokalizacją studni schładzającej. W większych obiektach może z tego wyniknąć spory problem! Wychodzi z DTR kotła, że studnia powinna mieć kilka metrów sześciennych, a mamy kiepskie grunty, wysoki poziom wód gruntowych, brak miejsca w rzucie, itd.

Co wówczas zrobić?

Myślę, że warto wprowadzić:

Podział studni

grawitacyjne (bez wtrysku wody)

z wtryskiem wody,

hybrydowe.

Poniżej opisuję każdą z tych grup, ich budowę, wady, zalety oraz podaję konkretne wskazówki do ich projektowania.

Studnie grawitacyjne (bez wtrysku wody)

Jest to najprostszy sposób schładzania ścieków. Mianowicie studnię tego typu zaprojektuj tak, aby ścieki dopływały do niej w jej górnej części, a odpływ realizowany był poprzez pionową rurę znad jej dna. Wykorzystasz w ten sposób efekt ochładzania wody i wypierania wody ochłodzonej, która z racji większej gęstości będzie gromadziła się przy dnie studni. Woda gorąca wpływająca do studni będzie natomiast rozścielała się po lustrze wody. Poniżej zamieściłem rysunek poglądowy studni, dokładnie przekrój pionowy. Kolorami oznaczyłem przepływ ścieków.

Czerwony rurociąg – dopływ gorących ścieków

Zielona strzałka – wypływ ochłodzonych ścieków

Niebieski rurociąg – odpływ ochłodzonych ścieków

Szalenie istotna wskazówka: zwróć proszę uwagę, na zorganizowanie odpływu wody, dokładnie na trójnik przy odpływie wystawiony powyżej dopływu z otwartym ujściem. Ma on za zadanie uniemożliwiać lewarowanie odpływu, czyli wyssanie całej wody ze studni. Dodatkowo jego wyprowadzenie powyżej napływu ma uniemożliwiać napływ gorących ścieków przez jego otwartą część.

Studzienkę możesz zaprojektować z kręgów betonowych, ważne jest, aby układ kanalizacji podposadzkowej był wykonany z rur odpornych na wysoką temperaturę. Osobiście bezpośrednio za ścianą studni schładzajacej preferuję zmianę materiału np. na PCV

Zalety studni grawitacyjnej:

  • brak elementów ruchomych
  • prosta konstrukcja
  • tania w realizacji przy małej pojemności
  • tania i bezproblemowa eksploatacja
  • nie wymaga doprowadzenia wody chłodzącej

Wady studni grawitacyjnej:

  • niekiedy znaczna wymagana pojemność studni, co może dyskwalifikować takie rozwiązanie,
  • przy ciągłym napływie gorącej wody może nie spełniać swojej funkcji.

Studnie z wtryskiem wody

Ten typ studni schładzających stosuj wszędzie tam, gdzie nie możesz pozwolić sobie na zwykłą studnię, np. poprzez brak miejsca lub na skutek bardzo dużej pojemności kotłów. Największa hala kotłów, jaką miałem okazję współprojektować była przeznaczona do montażu 2 kotłów wysokotemperaturowych o mocy 20MW i jednego o mocy 12MW. Ograniczeniem w stosowaniu tego typu studni to konieczność doprowadzania wody chłodzącej wraz z układem pomiarowym temperatury i zaworem np. elektromagnetycznym dopuszczającym wodę chłodzącą. Studnię taką możesz zaprojektować identycznie jak w poprzednim przypadku lecz, na kanale odpływowym zaprojektuj termostat współdziałający z zaworem elektromagnetycznym dopuszczającym wodę do studni.

Zalety studni z wtryskiem wody:

  • tania w realizacji przy dużych źródła ciepła
  • całkowite bezpieczeństwo schłodzenia wody
  • mała pojemność  porównaniu ze zwykłą studnią bez wtrysku wody

Wady studni z wtryskiem wody:

  • stopień skomplikowania (układ pomiarowy temperatury i elektrozawór)
  • konieczność doprowadzenia wody chłodzącej
  • koszty eksploatacyjne związane ze zużyciem wody chłodzącej

Studnie hybrydowe

Ten typ studni dwóch powyższych rozwiązań. Zaprojektuj studnię składającą się z dwóch niezależnych zbiorników np. w formie prostopadłościennego, żelbetowego dwukomorowego zbiornika. Pierwszą komorę zaprojektuj jako zwykłą studnię bez wtrysku wody, gdzie woda na skutek czasu przetrzymania samoistnie się ochłodzi. Ochłodzona woda przepływać będzie dopiero dalej do drugiej komory, która może być mniejsza i dopiero z niej odpływać będzie do zewnętrznego systemu. Wówczas dopiero w drugiej komorze zaprojektuj wtrysk wody chłodzącej.

Zalety studni hybrydowych:

  • tania w realizacji przy dużych źródła ciepła
  • całkowite bezpieczeństwo schłodzenia wody
  • mała pojemność  porównaniu ze zwykłą studnią bez wtrysku wody
  • przy dobrym doborze pojemności może praktycznie nigdy nie dochodzić do wtrysku wody chłodzącej

Wady studni hybrydowych:

  • stopień skomplikowania (układ pomiarowy temperatury i elektrozawór)
  • konieczność doprowadzenia wody chłodzącej
  • koszty eksploatacyjne związane ze zużyciem wody chłodzącej
  • większe wymiary w porównaniu do studni z wtryskiem wody

Dobór wielkości studni

Ostatnia kwestia to dobór wielkości studni. Powiem prosto z mostu, z mojego doświadczenia… Przy małych układach dobieram studnię na pojemność największego kotła. Przy średnich układach stosuję zasadę, że pojemność studni wynosi nie mniej niż połowa pojemności największego kotła. Do małych i średnich układów stosuję studnie bez wtrysku wody. Natomiast przy dużych układach zawsze skłaniam się do rozwiązań opartych o wtrysk wody.

Jeszcze szalenie istotna wskazówka:

Jeśli masz problemy z grawitacyjnym odprowadzaniem ścieków, to zaprojektuj studnię schładzającą z pompą. Pompę możesz umieścić w studni schładzającej, wówczas dobierz pompę odporną na wysoką temperaturę. Możesz również za studnią schładzającą zaprojektować zwykłą studzienkę z pompą, wówczas nie będziesz musiał stosować pompy odpornej na wysoką temperaturę.

Podsumowanie

Przeanalizuj pojemność kotłów w źródle ciepła,

Sprawdź możliwości lokalizacji studni i warunki gruntowe,

Rozważ możliwość zastosowania wtrysku wody,

Wybierz najlepsze rozwiązanie i do dzieła!

Żywię głębokie przekonanie, że powyższy artykuł będzie doskonałą inspiracją do lepszego projektowania studni schładzających i wyniesienia tego małego wycinka projektu na wyższy poziom.

Zawiesił Ci się AutoCAD, nadpisałeś nowsze pliki starszymi — jeszcze nie wszystko stracone! Przeczytaj ten artykuł. Wskazuję w nim jak wybrnąć z krytycznej sytuacji.

Abyś był na bieżąco ze wszystkimi wpisami dotyczącymi projektowania oraz pracy w AutoCAD, zapisz się na newsletter. Raz w tygodniu otrzymasz ode mnie ciekawostki oraz inspirujące wskazówki jak usprawnić swoją pracę.