آیا می دانید کولینگ واتر چیست؟
کولینگ واتر (برج خنک کننده) دستگاهی است که با تبخیر آب، حرارت ایجاد شده در یک واحد شیمیایی را دفع کرده و سیال سرویس را تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می آورند. از کولینگ واتر در سیستم خنک کاری واحد های پالایشگاهی، پتروشیمیایی و سایر واحد های شیمیایی مشابه، نیروگاه های حرارتی و سیستم های اچ وی ای سی برای تهویه مطبوع ساختمان استفاده و بهره برداری می شود.
تاریخچه پیدایش کولینگ واتر ها
تاریخچه استفاده از دستگاه های کولینگ واتر از قرن ۱۹ آغاز می شود که در آن زمان برای اولین بار در موتور بخار و برای خنک کردن کندانسور استفاده شد. این کندانسور ها برای این استفاده می شدند که بخار تولید شده در موتور بخار مورد را به مایع تبدیل کنند تا فشار پشت موتور را کاهش دهند و در نتیجه این کاهش فشار، مصرف سوخت نیز کم تر شود و بتوان از آب تقطیر شده در دستگاه دوباره استفاده کرد.
با پیشرفت و توسعه صنعت و فناوری روز، استفاده از برج های خنک کن افزایش یافت و به دلیل داشتن مزایای فراوان، توانست توجه زیادی را به خود جلب کند.
طراحي و ساخت کولینگ واتر
در طراحی و ساخت کولینگ واتر ها عوامل مهمی دخیل هستند، این عوامل به طور خلاصه عبارت است از:
- شدت جريان آب
- شدت جريان هوا
- روش پخش آب و آرایش افشانه ها
- نوع آکنه ها و یا پکینگ های کولینگ واتر
- اختلاف بين درجه حرارت آب سرد و درجه حرارت مرطوب هوا
- ميزان افت درجه حرارت (اختلاف دماي ورودي و خروجي کولینگ واتر)
- ميزان دماي مرطوب محيط (اصولاً خنک کردن آب زير اين دما غير ممکن است.)
طرز کار کولینگ واتر چگونه است؟
در سيستم کولینگ واتر، آب گرم کندانسور یا آب جهت خنک شدن، از برج خنک کن عبور مي کند و با هوا تماس مي يابد. در برج هايی با کشش طبيعي، پوسته خارجي برج از بتن مسلح ساخته شده و روي پايه ها تکيه دارد. هوا از قسمت پائين وارد برج خنک کننده مي شود و به طرف بالا جريان مي يابد و از دهانه بالاي کولینگ واتر خارج مي شود.
آب گرم، از کندانسور در ارتفاع 10 الی 15 متر بالا تر از سطح استخر، به سيستم پخش کننده آب وارد مي شود. در کولینگ واتر هاي قديمي تر صفحه اي که آب خروجي از کندانسور به آن ريخته مي شود داراي سوراخ هاي منظمي در قسمت پائين است که آب از داخل اين سوراخ ها به فنجان هاي زيرين مي ريزد. اين فنجان ها سبب پاشش آب و تبديل آن ها به قطرات کوچک مي شوند. براي پخش آب در برج خنک کننده با استفاده از لوله هايي است که در سطح بالاي آن شيپوره ها و ارفیس هایی براي پاشش آب گذاشته شده است.
تبادل حرارت بين هواي بالارونده از کولینگ واتر و آبي که از برج سر می رود، با تغيير حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بين آب و هوا انجام مي شود. سهم اين قسمت از تبادل حرارتي پایین است و قسمت بیشتر این تبادل در اثر تبخير مقدار کمي آب که پيوسته همراه هوا مي باشد،انجام مي شود. اين عمل سبب می شود که مقدار زيادي گرما از آب سرازير شده در برج خنک کن به هوا منتقل شود.
مقداري از قطرات آب، به وسيله هوا به خارج از کولینگ واتر پراکنده مي شود. براي جلوگيري از خروج قطرات آب يک شبکه چوب در اطراف برج خنک کننده و حدود 3 متر بالا تر از توده تخته ها قرار می گیرد که به آن قطره گیر یا الیمیناتور گفته می شود. کمبود آب تبخير شده در سيستم کولینگ واتر، بايد از منبع خارجي جبران بشود که به آن، آب تکميلي يا آب جبراني می گويند.
براي اين منظوراز نزدیک ترین منبع آب شیرین در دسترس مثل آب رودخانه، چاه، آب شهر استفاده می شود و يا فاضلاب ها را تا حد امکان صاف و تصفيه کرده و جایگزین منابع آب شیرین می کنند.
آشنایی با انواع کولینگ واتر
کولینگ واتر ها بر اساس محیطی که قرار است از آن استفاده شود به سه دسته تقسیم بندی می شوند، که عبارت است از:
- کولینگ واتر خشک
کولینگ واتر های خشک برای خنک کردن آب از هوای سرد استفاده می کنند و به همین دلیل در محیط های خشک و کم آب مورد استفاده قرار می گیرد. در این نوع برج های خنک کننده آب گرم از لوله های پره دار که در اثر تماس با جریان هوا خنک شده اند عبور کرده و خنک می شود.
- کولینگ واتر مرطوب
کولینگ واتر های مرطوب به منظور ایجاد عمل خنک سازی و کاهش دمای آب از ایجاد برخورد میان آب و هوا استفاده می کند. به این صورت که آب گرم از بالای برج خنک کن به جای عبور از لوله های پره دار از پکینگ ها عبور می کند و با برخورد با هوای تازه بیرون، به صورت طبیعی یا مکانیکی وارد برج خنک کننده شده و سبب کاهش دمای آب می شود. عمل خنک سازی در این نوع دستگاه ها بسیار پر قدرت تر از سایر مدل ها است، اما میزان تبخیر آب و در نتیجه مصرف آب در این کولینگ واتر ها بسیار بالا بوده و ذرات آب زیادی را به اطراف می پاشند، که باید در محیط هایی استفاده شود که دسترسی به منابع آبی زیادی دارند.
- کولینگ واتر مرطوب-خشک
کولینگ واتر های مرطوب-خشک ترکیبی از این دو مدل دستگاه است که به منظور صرفه جویی در آب و انرژی ابتدا آب در قسمت بالای برج خنک کننده به صورت خشک به میزان قابل توجهی خنک می شود و سپس به قسمت پایین برج خنک کننده که همان قسمت مرطوب می باشد می رود و با ایجاد برخورد میان آب و هوا عمل خنک سازی نهایی انجام می شود و سپس آب به حوضچه هایی که در پایین برج خنک کن قرار دارند ریخته می شود و در نهایت از آن جا به سمت دستگاه های صنعتی منتقل می شود و باعث خنک شدن آن ها می شود.
فوايد کولینگ واتر مرطوب-خشک
دو فايده مهم براي کولینگ واتر هاي خشک و مرطوب وجود دارد، که عبارت است از:
- هواي زير اشباع خروجي ذرات آب کم تري نسبت به کولینگ واتر مرطوب ايجاد کرده و شرايط اقليمي مطلوب آن ها را کاملاً حذف مي کند .
- چون آب در قسمت خشک قبلاً خنک شده است، بنابراين افت هاي ناشي از تبخير در قسمت مرطوب کاهش يافته است و در نتيجه از مصرف آب جبراني براي جبران تبخير آب به طور قابل ملاحظه اي کاسته خواهد شد .
نسبت حرارت گرفته شده در قسمت هاي خشک و مرطوب به وسيله دو پارامتر تنظيم مي شود. براي مثال اگر آب مشکل اصلي باشد، برج خنک کن را با قسمت خشک بزرگ تري نسبت به قسمت مرطوب مي سازند. به علاوه تبخير را مي توان توسط يک کنترل کننده که جريان هوا را از ميان قسمت مرطوب تنظيم مي کند تغيير داد .
در آب و هواي سرد زمستان براي تقليل اختلاف دماي ورودي و خروجي آب به برج براي معتدل ساختن دماي آب برگشتي به پروسس، عبور هوا از ميان قسمت مرطوب را قطع کرده و کولینگ واتر را به صورت يک برج خنک کننده خشک تبديل کرد .
از طرف ديگر مي توان زير فن يک مانع به صورت يک در تعبيه کرد که مي توان از آن در آب و هواي گرم که قسمت خشک برج خنک کن مشکلي براي کارکرد نيروگاهي ايجاد مي کند براي افزايش دماي محيط استفاده کرد. کولینگ واتر هاي خشک – مرطوب در مواردي که امکان دسترسي به آب هست و نيز نياز به کاهش مؤثر ذرات باشد مورد استفاده قرار مي گيرد.
نکات مهم جهت استفاده از سیستم های کولینگ واتر
- براي هر ۱۰ درجه فارنهايت افت دما در کولینگ واتر ميزان تبخير در حدود يک درصد کل آب در حال گردش مي باشد.
- مقدار آب کولینگ واتر همچنين ممکن است تصادفي يا به وسيله باد تقليل يابد. اصولاً در برج هاي خنک کننده مقداري آب به صورت گرد و قطرات مه درآمده و توسط باد يا کشش و یا جریان هوای بلوور ها از برج خنک کن خارج مي شود.
- چون نمک هاي کلرور حلاليت زيادي دارند غلظت يون کلر در آب ورودي به برج خنک کننده و آب در حال گردش راهنماي بسيار خوبي براي تعيين غلظت بوده و بنابراين هميشه بايد آن را بازديد و بررسي کرد و یا از پارامتر هایی مانند کل املاح محلول (tds) و یا ضریب هدایت الکتریکی آب استفاده کرد.
- افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در کولینگ واتر ايجاد اشکال و انسداد و رسوب مي کند که براي جلوگيري از افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداری از آب در حال گردش را تخليه مي کنند که اين آب در صنعت به زير آب (Blow down) معروف است. بلودان یا درین آب برج خنک کننده باید حد اقل به میزان ده درصد آب مصرفی یا میکاپ آب برج باشد.
آیا می دانید کولینگ واتر چیست؟
کولینگ واتر (برج خنک کننده) دستگاهی است که با تبخیر آب، حرارت ایجاد شده در یک واحد شیمیایی را دفع کرده و سیال سرویس را تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می آورند. از کولینگ واتر در سیستم خنک کاری واحد های پالایشگاهی، پتروشیمیایی و سایر واحد های شیمیایی مشابه، نیروگاه های حرارتی و سیستم های اچ وی ای سی برای تهویه مطبوع ساختمان استفاده و بهره برداری می شود.
تاریخچه پیدایش کولینگ واتر ها
تاریخچه استفاده از دستگاه های کولینگ واتر از قرن ۱۹ آغاز می شود که در آن زمان برای اولین بار در موتور بخار و برای خنک کردن کندانسور استفاده شد. این کندانسور ها برای این استفاده می شدند که بخار تولید شده در موتور بخار مورد را به مایع تبدیل کنند تا فشار پشت موتور را کاهش دهند و در نتیجه این کاهش فشار، مصرف سوخت نیز کم تر شود و بتوان از آب تقطیر شده در دستگاه دوباره استفاده کرد.
با پیشرفت و توسعه صنعت و فناوری روز، استفاده از برج های خنک کن افزایش یافت و به دلیل داشتن مزایای فراوان، توانست توجه زیادی را به خود جلب کند.
طراحي و ساخت کولینگ واتر
در طراحی و ساخت کولینگ واتر ها عوامل مهمی دخیل هستند، این عوامل به طور خلاصه عبارت است از:
- شدت جريان آب
- شدت جريان هوا
- روش پخش آب و آرایش افشانه ها
- نوع آکنه ها و یا پکینگ های کولینگ واتر
- اختلاف بين درجه حرارت آب سرد و درجه حرارت مرطوب هوا
- ميزان افت درجه حرارت (اختلاف دماي ورودي و خروجي کولینگ واتر)
- ميزان دماي مرطوب محيط (اصولاً خنک کردن آب زير اين دما غير ممکن است.)
طرز کار کولینگ واتر چگونه است؟
در سيستم کولینگ واتر، آب گرم کندانسور یا آب جهت خنک شدن، از برج خنک کن عبور مي کند و با هوا تماس مي يابد. در برج هايی با کشش طبيعي، پوسته خارجي برج از بتن مسلح ساخته شده و روي پايه ها تکيه دارد. هوا از قسمت پائين وارد برج خنک کننده مي شود و به طرف بالا جريان مي يابد و از دهانه بالاي کولینگ واتر خارج مي شود.
آب گرم، از کندانسور در ارتفاع 10 الی 15 متر بالا تر از سطح استخر، به سيستم پخش کننده آب وارد مي شود. در کولینگ واتر هاي قديمي تر صفحه اي که آب خروجي از کندانسور به آن ريخته مي شود داراي سوراخ هاي منظمي در قسمت پائين است که آب از داخل اين سوراخ ها به فنجان هاي زيرين مي ريزد. اين فنجان ها سبب پاشش آب و تبديل آن ها به قطرات کوچک مي شوند. براي پخش آب در برج خنک کننده با استفاده از لوله هايي است که در سطح بالاي آن شيپوره ها و ارفیس هایی براي پاشش آب گذاشته شده است.
تبادل حرارت بين هواي بالارونده از کولینگ واتر و آبي که از برج سر می رود، با تغيير حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بين آب و هوا انجام مي شود. سهم اين قسمت از تبادل حرارتي پایین است و قسمت بیشتر این تبادل در اثر تبخير مقدار کمي آب که پيوسته همراه هوا مي باشد،انجام مي شود. اين عمل سبب می شود که مقدار زيادي گرما از آب سرازير شده در برج خنک کن به هوا منتقل شود.
مقداري از قطرات آب، به وسيله هوا به خارج از کولینگ واتر پراکنده مي شود. براي جلوگيري از خروج قطرات آب يک شبکه چوب در اطراف برج خنک کننده و حدود 3 متر بالا تر از توده تخته ها قرار می گیرد که به آن قطره گیر یا الیمیناتور گفته می شود. کمبود آب تبخير شده در سيستم کولینگ واتر، بايد از منبع خارجي جبران بشود که به آن، آب تکميلي يا آب جبراني می گويند.
براي اين منظوراز نزدیک ترین منبع آب شیرین در دسترس مثل آب رودخانه، چاه، آب شهر استفاده می شود و يا فاضلاب ها را تا حد امکان صاف و تصفيه کرده و جایگزین منابع آب شیرین می کنند.
آشنایی با انواع کولینگ واتر
کولینگ واتر ها بر اساس محیطی که قرار است از آن استفاده شود به سه دسته تقسیم بندی می شوند، که عبارت است از:
- کولینگ واتر خشک
کولینگ واتر های خشک برای خنک کردن آب از هوای سرد استفاده می کنند و به همین دلیل در محیط های خشک و کم آب مورد استفاده قرار می گیرد. در این نوع برج های خنک کننده آب گرم از لوله های پره دار که در اثر تماس با جریان هوا خنک شده اند عبور کرده و خنک می شود.
- کولینگ واتر مرطوب
کولینگ واتر های مرطوب به منظور ایجاد عمل خنک سازی و کاهش دمای آب از ایجاد برخورد میان آب و هوا استفاده می کند. به این صورت که آب گرم از بالای برج خنک کن به جای عبور از لوله های پره دار از پکینگ ها عبور می کند و با برخورد با هوای تازه بیرون، به صورت طبیعی یا مکانیکی وارد برج خنک کننده شده و سبب کاهش دمای آب می شود. عمل خنک سازی در این نوع دستگاه ها بسیار پر قدرت تر از سایر مدل ها است، اما میزان تبخیر آب و در نتیجه مصرف آب در این کولینگ واتر ها بسیار بالا بوده و ذرات آب زیادی را به اطراف می پاشند، که باید در محیط هایی استفاده شود که دسترسی به منابع آبی زیادی دارند.
- کولینگ واتر مرطوب-خشک
کولینگ واتر های مرطوب-خشک ترکیبی از این دو مدل دستگاه است که به منظور صرفه جویی در آب و انرژی ابتدا آب در قسمت بالای برج خنک کننده به صورت خشک به میزان قابل توجهی خنک می شود و سپس به قسمت پایین برج خنک کننده که همان قسمت مرطوب می باشد می رود و با ایجاد برخورد میان آب و هوا عمل خنک سازی نهایی انجام می شود و سپس آب به حوضچه هایی که در پایین برج خنک کن قرار دارند ریخته می شود و در نهایت از آن جا به سمت دستگاه های صنعتی منتقل می شود و باعث خنک شدن آن ها می شود.
فوايد کولینگ واتر مرطوب-خشک
دو فايده مهم براي کولینگ واتر هاي خشک و مرطوب وجود دارد، که عبارت است از:
- هواي زير اشباع خروجي ذرات آب کم تري نسبت به کولینگ واتر مرطوب ايجاد کرده و شرايط اقليمي مطلوب آن ها را کاملاً حذف مي کند .
- چون آب در قسمت خشک قبلاً خنک شده است، بنابراين افت هاي ناشي از تبخير در قسمت مرطوب کاهش يافته است و در نتيجه از مصرف آب جبراني براي جبران تبخير آب به طور قابل ملاحظه اي کاسته خواهد شد .
نسبت حرارت گرفته شده در قسمت هاي خشک و مرطوب به وسيله دو پارامتر تنظيم مي شود. براي مثال اگر آب مشکل اصلي باشد، برج خنک کن را با قسمت خشک بزرگ تري نسبت به قسمت مرطوب مي سازند. به علاوه تبخير را مي توان توسط يک کنترل کننده که جريان هوا را از ميان قسمت مرطوب تنظيم مي کند تغيير داد .
در آب و هواي سرد زمستان براي تقليل اختلاف دماي ورودي و خروجي آب به برج براي معتدل ساختن دماي آب برگشتي به پروسس، عبور هوا از ميان قسمت مرطوب را قطع کرده و کولینگ واتر را به صورت يک برج خنک کننده خشک تبديل کرد .
از طرف ديگر مي توان زير فن يک مانع به صورت يک در تعبيه کرد که مي توان از آن در آب و هواي گرم که قسمت خشک برج خنک کن مشکلي براي کارکرد نيروگاهي ايجاد مي کند براي افزايش دماي محيط استفاده کرد. کولینگ واتر هاي خشک – مرطوب در مواردي که امکان دسترسي به آب هست و نيز نياز به کاهش مؤثر ذرات باشد مورد استفاده قرار مي گيرد.
نکات مهم جهت استفاده از سیستم های کولینگ واتر
- براي هر ۱۰ درجه فارنهايت افت دما در کولینگ واتر ميزان تبخير در حدود يک درصد کل آب در حال گردش مي باشد.
- مقدار آب کولینگ واتر همچنين ممکن است تصادفي يا به وسيله باد تقليل يابد. اصولاً در برج هاي خنک کننده مقداري آب به صورت گرد و قطرات مه درآمده و توسط باد يا کشش و یا جریان هوای بلوور ها از برج خنک کن خارج مي شود.
- چون نمک هاي کلرور حلاليت زيادي دارند غلظت يون کلر در آب ورودي به برج خنک کننده و آب در حال گردش راهنماي بسيار خوبي براي تعيين غلظت بوده و بنابراين هميشه بايد آن را بازديد و بررسي کرد و یا از پارامتر هایی مانند کل املاح محلول (tds) و یا ضریب هدایت الکتریکی آب استفاده کرد.
- افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در کولینگ واتر ايجاد اشکال و انسداد و رسوب مي کند که براي جلوگيري از افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداری از آب در حال گردش را تخليه مي کنند که اين آب در صنعت به زير آب (Blow down) معروف است. بلودان یا درین آب برج خنک کننده باید حد اقل به میزان ده درصد آب مصرفی یا میکاپ آب برج باشد.
سختی گیر یا رسوب گیر چیست؟