سیستم خنک کاری با آب گذری
سیستم آب گذری برای خنک کاری کارخانجات
خنک کاری کارخانجات، نیروگاه ها، پالایشگاهها و تجهیزات صنعتی یکی از مهمترین مباحث مربوط به طراحی خطوط تولید است. استفاده از برج خنک کننده و کولینگ تاور اگرچه هزینه بهره برداری را در ظاهر کاهش می دهد، اما بدلیل تبخیر زیاد، موجب بالا رفتن مصرف آب خواهد شد.
در عین حال استفاده از چیلر های صنعتی نیز هزینه اولیه بسیار بالایی داشته و مصرف برق را به شدت افزایش می دهد. یکی از روش هایی که در بسیاری از کشور ها به ویژه کشور های اروپایی برای خنک کاری نیروگاه، پالایشگاه، کارخانجات فولاد و سایر صنایع تولیدی استفاده می شود، احداث کارخانجات در نزدیکی رودخانه ها و یا دریا و استفاده از سیستم Once through cooling است.
در تصویر ذیل شماتیک سیستم خنک کاری آب به صورت گذری برای خنک کردن آب نیروگاه نمایش داده شده است.
در این روش آب دریاچه پس از گذر از فیلتر، وارد لوله هایی می شود و آب در گردش کارخانجات یا خط تولید را خنک می کند. در این حالت آب خروجی با دمای بیشتری وارد رودخانه یا دریا می شود اما بدلیل حجم بسیار بالای آب در گردش، این افزایش دما بسیار ناچیز است و به محیط زیست آسیبی وارد نمی شود.
نکته بسیار جالب در خصوص این روش بکارگیری آن در کشورهای اروپایی است که همانگونه که می دانید از نظر تامین آب دچار مشکل نیستند و عموما دارای آب و هوای مرطوبی می باشند. با این وجود به منظور کاهش مصرف آب احداث نیروگاه، پتروشیمی و کارخانجات در کنار رودخانه بسیار رایج است.
متاسفانه با وجود اینکه اقلیم ایران جزو مناطق نسبتا خشک دنیا طبقه بندی می شود ولی به دلایل صرفا سیاسی، بسیاری از کارخانجات در نقاطی احداث می شوند که دچار کم آبی هستند و مصرف آب برج های خنک کننده نیز به این مساله شدت می بخشد.
سیستمهای آب خنک کننده :
سه سیستمی که به طور معمول مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از :
1- سیستمهای با یکبار گذر
2- سیستمهای تبخیری باز
3- سیستمهای غیر تبخیری بسته
1- سیستمهای یکبار گذر :
آب خنک کننده در این سیستمها یکبار از مبدل حرارتی عبور می کند . این سیستمها هنگامی استفاده می شوند که مقدار زیادی آب کولینگ به قیمت ارزان در دسترس بوده و تجهیزات کافی برای تعدیل گرمای آب داغ خروجی از مبدلها در اختیار باشد .
مزایای این سیستم عبارتست از :
– عدم نیاز به برج خنک کن ( Cooling Tower )
– عدم نیاز به تصفیه آب
معایب این سیستم عبارتست از :
– خوردگی
– آلودگی مبدلها
– دورریز آب
– آلودگی گرمایی رودخانه ها
2- سیستمهای تبخیری باز :
برج خنک کننده باعث تبخیر حدود یک درصد از آب می شود . ای مقدار آب پس از تزریق به سیستم مجددا مورد استفاده قرار می گیرد .
مزایای این سیستم عبارتست از :
– آب کمی در این سیستم مورد نیاز است
– بهبود عملی کنترل خوردگی
معایب این سیستم عبارتست از :
– هزینه تمتم شده بیشتر نسبت به سیستم یکبار گذر
– نیاز به برج خنک کن بزرگ که می تواند غیر قابل قبول باشد .
– دورریز های سیستم می تواند سبب بروز مسائل زیست محیطی شود .
3- سیستمهای غیر تبخیری بسته :
آب خنک کننده در یک مبدل هوایی ثانویه خنک میشود که در آن نه تبخیری صورت می گیرد و نخ نیازی به تزریق مجدد آب دارد شرکت ما انواع فروش پکینگ برج خنک کننده در خدمات شما بزرگواران قرار داده است.
مزایای این سیستم عبارتست از :
– آب تمیز می ماند .
– استفاده از آب خنک کننده در دمای بالای 100 درجه سلسیوس نیز ممکن است .
معایب این سیستم عبارتست از :
– قیمت تمام شده بالا
– این روش با تغییرات دمای هوا محدود می شود .
معمولا سیستمهای تبخیر باز بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد .
محاسبات اصلی که برای سیستمهای تبخیری باز مورد استفاده قرار می گیرند در زیر آمده است :
میزان تبخیر :
که در آن :
ΔT : اختلاف دما بین آب خوراک و آب برگشتی ( C )
– در اثر ماندگی مایع
– معمولا توسط سازنده برج خنک کننده ارائه می شود .
– برای واحدهای مدرن برابر 01/0 درصد و واحد های قدیمی حدود 2/0 درصد
دور ریز ( Blowdown ) :
P = B + IL
B : blowdown برای محدود کردن ایجاد ذرات جامد
IL : اتلاف های دیگر
آب جبرانی :
Mm = E + W + P = E + W + B + IL
فاکتور غلظت (CF) :
تبخیر ، سبب افزایش غلظت مواد جامد در آب گردشی می شود .
معمولا X برای یونهای منیزیم و کلر استفاده می شود .
موازنه جرم حول پارامتر X
Mm Xin = ( P + W ) Xout = ( Mm – E ) Xout
که در آن :
((Mµ = E ( Xout / ( Xout – Xin
CF = Xout / Xin
و :
( Mµ = E ( CF / CF – 1 ) = E + ( E / CF – 1
B = Mµ – E – W – IL
B = ( E / CF – 1 ) – W – IL
بنابراین ، CF بالاتر ، Mm و B کوچکتری را باعث می شود .
چگونگی عملکرد برج خنک کننده بر اساس تبخیر بوده که وابسته به نوع کولینگ تاور، نحوه کارکرد آن تفاوت دارد و با طرز متفاوتی آب را خنک می کند. طرز کار برج های خنک کننده از طریق ارتباط بین آب و هوا صورت می پذیرد و نحوه تماس این دو سیال وجه تمایز نحوه کارکرد برجهای خنک کن است. در بررسی اساس عملکرد برج خنک کن باید بسته یا باز بودن مدار سیستم خنک کاری آب دقت ویژه نمود. به بیانی ساده تر کولینگ تاور با تماس مستقیم تحت یک سامانه باز یا غیر مستقیم تحت سامانه ای بسته، کار خود را صورت می دهد. در برج خنک کننده فارغ از مدل به هر میزان جریان هوادهی بیشتری در تماس با آب داغ قرار گیرد، انتقال حرارت هم انجام می شود.
کار برج خنک کننده چیست؟
کار و وظیفه یک برج خنک کننده هدایت گرمای آب داغ به هوای خشک محیط اطراف توسط درصد کمی تبخیر است. این انتقال گرما در برج خنک کن با هدف کاهش دمای آب خروجی صورت می گیرد. دمای آب خارج شده از یک کولینگ تاور همواره کمی بالاتر از دمای مرطوب آن منطقه یعنی حباب تر می باشد. مثلاً برای شهری مثل تبریز که دمای مرطوبش حدود 17 درجه است، یک برج خنک کن می تواند آب را در تابستان تا 20 درجه سانتیگراد هم خنک نماید. در تصویر طرز کار برج های خنک کننده جریان متقاطع را به عنوان نمونه مشاهده می کنید.
کارکرد درست پروانه های برج خنک کننده در کاربری خود زمانی مشخص خواهد شد که دمای خروجی نزدیک ترین میزان خود به دمای وت بالب را پیدا نماید. در واقع کار اصلی یک کولینگ تاور سرد کردن آب جهت دفع گرمای مازاد تجهیزات به محیط بیرون است. برج خنک کن بر اساس قوانین ترمودینامیک کارکردی بسیار شبیه به یک کولر تبخیری دارد. در کولر هوا از طریق تماس با آب پاشش بر روی پوشالها رطوبتش افزایش یافته و خنک تر می شود و حال این عملکرد در برج های خنک کن معکوس است.