برج خنک کننده

 

برج خنک کننده

کاربرد های برج خنک کننده بسیار مهم و ضروری می‌باشد اما در این میان گاهی اتفاق می‌افتد که نیاز می‌شود از برخی روش ها برای افزایش راندمان استفاده کنیم.

خشکسالی های اخیر و کاهش منابع آب در اقصی نقاط دنیا به خصوص ایران از یکسو و افزایش قیمت های آب و برق از سوی دیگر، موجب گردیده است که مدیران کلان سازمانها و کارخانجات، در فکر کاهش مصرف آب و برق در تجهیزات خود باشند. یکی از تجهیزاتی که مصرف آب بسیار زیادی دارد و در عین حال در صورت فرسودگی و عدم بهره گیری از علم روز می تواند موجب اتلاف فراوان آب و برق گردد، برج خنک کنندهCooling Tower است. برجهای خنک کننده پالایشگاه، نیروگاه، پتروشیمی و صنایع فولاد به دلیل حجم بالای آب خنک شونده، ابعاد بسیار بزرگی دارند و عموما به صورت برج های خنک کن صنعتی بتنی و فایبر گلاسی هستند    .

در اکثر موارد استفاده از برج خنک کننده، نیاز نیست که برج در تمامی اوقات با حداکثر ظرفیت کار کند. لذا در روش قدیمی تر با قرار دادن یک ترموستات در مسیر برگشت آب برج، سیستم موتور و فن برج خنک کننده برای حفظ دمای مشخص شده بارها روشن و خاموش می گردد. با هر بار خاموش و روشن شدن، موتور ضمن آمپرکشی زیاد و وارد آمدن تنش های مکانیکی شدید به فن و پولی کاهش سرعت، سر و صدای زیادی بوجود می آید که در نهایت عمر برج خنک کن بسیار کوتاه می شود . به تازگی سیستم هوشمند کنترل برج خنک کننده طراحی و پیاده شده است. این سیستم ضمن حفظ و ارتقا عملکرد انواع برج خنک کننده، در مصرف انرژی به طور قابل ملاحظه ای صرفه جویی می نماید که در مقابل هزینه اولیه آن کاملا اقتصادی است.

کنترل هوشمند برج خنک کننده با کمک اینورتر

سیستم کنترل هوشمند متناسب با بار حرارتی وارد شده به برج خنک کننده، میزان فعالیت آن را کنترل و تعیین می نماید. در هنگام استارت، با راه اندازی نرم و پله ای و بی صدای مجموعه موتور و فن، ضمن جلوگیری از آمپرکشی زیاد و وارد آمدن فشار بیش از حد به موتور در لحظه راه اندازی، تنش های مکانیکی سیستم موتور و فن را به حداقل می رساند و از تخریب و آسیب آن ها جلوگیری می نماید.

کنترل هوشمند برج خنک کننده موجب استهلاک کم سیستم متحرک برج خنک کننده و عمر بالای آن می شود.

سیستم کنترل هوشمند برج خنک کننده بر اساس دمای آب خروجی از برج خنک کننده میزان دور پروانه را تغییر می دهد. در اوقاتی از روز، ماه یا فصل که دمای هوا پایین تر است و نیاز نیست برج خنک کننده با حداکثر دور کار کند با کاهش میزان دور پروانه ضمن کاهش مصرف برق و همچنین کاهش تبخیر و پرتاب آب موجب صرفه جویی می گردد.

سیستم کنترل هوشمند برج خنک کننده این مزیت را دارد که با تنظیم یک دمای مشخص می توان دمای سیستم را بروی دمای مشخص ثابت نگه داشت، این ویژگی در صنایع حساس به تغییرات دما بسیار مطلوب می باشد. در روش های قدیمی از ترموستات استفاده می شد که الکتروموتور را دائما خاموش و روشن می کرد و استهلاک آن را به شدت افزایش می داد ولی با سیستم کنترل هوشمند در حین کار نیز ضمن کنترل دائم دمای سیال خروجی از برج، مقدار دور موتور را کنترل می نماید و بدون قطع و وصل کردن دمای خروجی از برج خنک کننده ثابت می ماند.

حتی در زمانی که موتور و فن در حداکثر دور می باشند، با اندازه گیری دائم مقدار گشتاور مکانیکی، به طور لحظه ای و با کم و زیاد نمودن متناوب توان ورودی و استفاده از اینرسی دورانی مجموعه فن و موتور، مقدار مصرف انرژی راکاهش می دهد.

محافظت از موتور در مقابل نوسانات برق، اتصالی و نامتقارن بودن فاز های ورودی و همچنین عدم احتیاج به کنترل فاز از دیگر مزایای این سیستم می باشد.

در هنگام استفاده از این سیستم میزان سر و صدای برج کاهش می یابد و طول عمر مجموعه فن و موتور بسیار افزایش می یابد.

در کل این سیستم به برج خنک کننده مزایایی داده است که برخی از آن ها را برمیشماریم:

حذف مشکل تسمه پراندن برجها که ناشی از روشن و خاموش شدن فنها می باشد.

عدم افت فشار گاز چیلرهای تراکمی در ابتدا و انتهای فصل.

کم شدن خطر کریستال کردن در چیلرهای جذبی در ابتدا و انتهای فصل

 

کنترل فن برج خنک کننده

برای صرفه جویی در مصرف انرژی،کنترل دقیق دمای خروجی و همچنین جلوگیری از وارد شدن شوک به موتور برج خنک کننده در هنگام روشن شدن، امکان نصب اینورتر برای کنترل دور فن محوری کولینگ تاور به صورت متغیر وجود دارد. سیگنال ورودی اینورتر از یک سنسور که در لوله خروجی آب نصب می شود به آن وارد می شود. برای اندازه گیری دقیق دمای آب لازم است که سنسور درون یک غلاف روی لوله آب خروجی از برج خنک کننده قرار گیرد. با افزایش دما از سطح نقطه حداقل فن به آرامی و بطور پیوسته شروع به کار کرده و با افزایش دما دور فن برج خنک کننده نیز به تبع آن افزایش خواهد یافت. با رسیدن دما به مقدار حداکثر ،دور فن محوری برج خنک کننده نیز توسط اینورتر به بالاترین مقدار خواهد رسید.در مواقعی که دمای آب زیر مقدار حداقل باشد،فن محوری کولینگ تاور خاموش خواهد شد. با استفاده از این وسیله امکان کنترل دور فن به کمک پی ال اس نیز وجود خواهد داشت.

 

نتایج تست شده در یک نیروگاه در ایران نشان می دهد که استفاده از سیستم درایو سرعت متغیر جهت کنترل سرعت الکتروموتورهای فن در برج خنک کننده، علاوه بر کاهش مصرف داخلی و افزایش بازده فرآیند تولید، مزایای قابل ملاحظه دیگری از قبیل: استفاده مفید از سوخت مصرفی و کاهش آلاینده های محیط زیست، افزایش عمر مفیداجزاء مکانیکی سیستم گردش هوا (بلیرینگ ها، جعبه دنده و...)، جلوگیری از کاهش بار واحد جهت رفع عیب و کاهش هزینه های تولید و نگهداری را در پی خواهد داشت

 

مزایای بدست آمده از این مطالعه در استفاده از درایو برای برج

کنترل دقیق و مستمر دمای آب خروجی

صرفه جویی در مصرف انرژی

راه اندازی نرم و بدون صدای موتور در هنگام افزایش و یا کاهش سرعت

نیاز به انرژی الکتریکی کمتردر مقایسه با سیستمهای بدون کنترل دور

قابلیت نصب به سیستمهایPLC )برنامه پذیری و مانیتورینگ در صورت نیاز و داشتن اتاق کنترل(

افزایش عمر الکترو موتور به جهت عدم قطع و وصل های پی در پی

بی نیاز شدن به کنتاکتور، بی متال، کنترل فاز و غیره

ثابت نگه داشتن دمای خروجی آب برج در هنگام تغییرات وضعیت آب و هوا

  

کنترل پمپ برج خنک کننده

از مهمترین عوامل در کاهش مصرف برج خنک کن، کنترل شرایط دمایی محیط و سیال خنک شونده است. با استفاده از این روش، میزان دبی آب در جریان، با توجه به دمای سیال خنک شونده کاهش یا افزایش می یابد. به این صورت، در بازه های زمانی که دمای هوای محیط و در نتیجه دمای مرطوب یا همان وت بالبWet Bulbکم می شود مانند عصر و شب و نیز در فصولی از سال که دمای محیط کاهش کلی دارد مانند پاییز و زمستان، دبی آب مصرفی نیز کاسته می شود. تغییرات دمای متوسط هوا در ساعات شبانه روز و ماههای سال در تصاویر ذیل نمایش داده شده است.

این نکته تاثیر بسزایی درکم شدن میانگین مصرف سالیانه آب دارد و در شرایط فعلی کشور که وضعیت آب در شرایط بحرانی می باشد، می تواند کمک بزرگی در حوزه بهینه سازی مصرف آب در صنایع باشد.

اجرای طرح های بهینه سازی و کاهش مصرف آب برج خنک کننده نیازمند هزینه های اولیه طراحی و شبیه سازی های سیالاتی است، لیکن این هزینه های اولیه چنین طرح هایی پس از مدتی با کاهش چشمگیر مصرف آب جبران خواهد شد.