Com augmenten la sostenibilitat els intercanviadors refrigerats per aire? 

Quan escolteu la sostenibilitat a la indústria pesant, les ments sovint passen a les plaques solars o a la captura de carboni. Aquesta és una visió estreta. El treball real i dur té lloc en l'optimització dels sistemes que ja executem les 24 hores del dia. Preneu intercanviadors refrigerats per aire (ACE). No són noves tecnologies, però el seu paper a l'hora de reduir l'ús d'aigua i reduir els residus operatius està molt subestimat. He vist projectes on l'obsessió era amb la tecnologia que captava els titulars, mentre que l'humil refrigerador d'aire, degudament especificat, feia el treball pesat per a les mètriques ambientals de la planta. L'enllaç no sempre és directe, però és profundament material.

L'equació de l'aigua: més que zero

Tothom sap que els ACE eliminen l'aigua de refrigeració. Però la victòria de la sostenibilitat no consisteix només en aconseguir zero descàrrega d'aigua en un fulletó. Es tracta d'evitar tota la cadena de costos oculta de l'aigua. Parlo de plantes de tractament químic, gestió de purgues i el porc energètic que és la xarxa de bombes d'aigua de refrigeració. Recordo una modificació d'un processador químic en una regió amb estrès hídric. Estaven legalment obligats a reduir el sorteig. Vam canviar un banc de closques i tubs per un paquet refrigerat per aire. L'estalvi immediat va ser de milions de galons anuals, és clar. Però el guany més gran va ser desvincular la seva capacitat de producció de la política local de l'aigua. El seu informe de sostenibilitat va tenir una partida, però el seu perfil de risc operacional va canviar fonamentalment.

Hi ha una trampa, però. La refrigeració per aire no és una bala màgica per a tots els processos. La temperatura de l'aire ambient és la vostra força motriu i, en climes més càlids, us enfronteu a un compromís. És possible que necessiteu una àrea facial més gran o una configuració híbrida. He estat involucrat en un projecte on això no estava adequadament modelat. Els ACE estaven subdimensionats per a les temperatures màximes de l'estiu, cosa que va provocar lleus ineficiències del procés que inicialment van compensar alguns guanys energètics. Hem après a executar sempre simulacions anualitzades, no només càlculs de punt de disseny. El sostenibilitat El benefici és anual i acumulatiu, de manera que el vostre disseny ha de tenir en compte els pitjors i els millors dies meteorològics.

Aquí és on els fabricants amb experiència real de camp demostren la seva vàlua. Una empresa com Shanghai SHENGLIN M&E Technology Co., Ltd, que se centra en la tecnologia de refrigeració industrial, ho entén. Es pot dir pel seu enfocament a shenglincoolers.com—no es tracta només de vendre una unitat, sinó d'enginyar una solució que s'adapti al clima i al procés local. Els seus dissenys sovint incorporen unitats de velocitat variable als ventiladors des del primer moment, la qual cosa és clau per gestionar aquesta compensació energia-aigua de manera intel·ligent.

Petjada energètica: el debat entre el ventilador i la bomba

El retrocés clàssic és l'energia. Els ventiladors utilitzen més energia que les bombes, diuen. És una simplificació excessiva. Sí, moure l'aire és menys eficient que moure aigua per unitat de calor transferida. Però només esteu comparant el conductor. La petjada energètica d'un sistema de refrigeració d'aigua inclou les bombes, la planta de tractament d'aigua i les torres de refrigeració. Aquests ventiladors de la torre són grans consumidors. En resumir-ho tot, un sistema de refrigeració per aire modern i ben dissenyat amb tubs d'aleta optimitzats i els ventiladors controlats poden trencar-se o sortir per davant, especialment quan es té en compte l'energia de tractament i calefacció de l'aigua eliminada.

Ho vam demostrar en un projecte d'estació de compressor de gas. El disseny inicial requeria un bucle de refrigeració per aigua. Quan vam fer una anàlisi energètica del cicle de vida complet, l'opció ACE va mostrar un cost energètic total un 15% més baix durant 10 anys. El pateador? La major part de l'estalvi prové de l'eliminació de la dosificació química constant i la calefacció per purga. Els operadors es van mostrar escèptics fins que van veure les factures del primer any. L'absorció de potència dels ventiladors era visible i fàcil de mesurar, però la infinitat de petites càrregues del sistema d'aigua havien estat embornals de costos invisibles.

L'energia de manteniment és un altre factor ocult. Un sistema d'aigua requereix una vigilància constant contra l'escala i la contaminació biològica. Això significa parades de manteniment, neteges químiques, totes activitats intensives en energia. Un refrigerador d'aire necessita principalment mantenir les aletes netes. En entorns polseosos, això és una tasca, però és previsible i sovint es pot fer en línia. La fiabilitat contribueix directament a un funcionament sostenible evitant les alteracions del procés i la torsió o el malbaratament associats.

Longevitat material i pensament del cicle de vida

La sostenibilitat no és només una qüestió de funcionament; es tracta de quant dura el maquinari i què li passa. El nucli d'un intercanviador refrigerat per aire és el feix de tubs amb aletes. La corrosió és l'enemic. En els sistemes d'aigua, combats la corrosió interna i l'escala. Amb els ACE, esteu lluitant contra la corrosió atmosfèrica externa. Això sembla un canvi, no una eliminació, d'un problema. Però a la pràctica, és més manejable. Podeu seleccionar materials, com ara aletes d'acer galvanitzat en calent o aletes d'alumini per a serveis específics, que s'adaptin a l'atmosfera local. El cicle de vida sovint és més llarg.

Recordo haver inspeccionat paquets d'ACE de 20 anys d'antiguitat en una refineria que encara estaven en servei amb una degradació mínima. Un paquet comparable refrigerat per aigua hauria estat retubulat almenys una vegada en aquest període. Aquest retub és una pèrdua de sostenibilitat: extracció de més coure-níquel, fabricació, transport i energia per a la reparació en si. La llarga vida útil d'un ACE robust és una contribució directa a la reducció del rendiment de material. L'èmfasi de SHENGLIN en la ciència dels materials i les tecnologies de recobriment per a diferents entorns parla d'aquesta profunda comprensió de la indústria: no només es tracta de construir un refrigerador, sinó d'un actiu durador.

El final de la vida útil també és més net. Un paquet de refrigerador d'aire és en gran part metàl·lic i altament reciclable. No hi ha fangs contaminats ni separació de materials complexos com en un paquet de refrigerador d'aigua fallit i contaminat amb anys de dipòsits químics. En el desmantellament, l'acer i el coure/alumini aconsegueixen una segona vida fàcilment.

Integració amb la recuperació de calor residual

Aquí és on es posa interessant. Els refrigeradors d'aire sovint es veuen com un punt final, que rebutgen la calor a l'atmosfera. Però amb un canvi de mentalitat, es converteixen en un facilitador recuperació de la calor residual. En molts processos, la calor rebutjada per un ACE es troba a un grau de temperatura decent. En dissenyar l'ACE no com a unitat autònoma sinó com a part d'una xarxa d'integració de calor, podeu utilitzar-lo per preescalfar els fluxos de procés entrants o fins i tot alimentar calor de baix grau als refrigeradors d'absorció.

Ho vam intentar a escala pilot en un lloc petroquímic. El condensador superior d'una columna de destil·lació, normalment un ACE, es va tornar a canalitzar per intercanviar calor primer amb el corrent d'alimentació de la columna. Això va reduir el deure del reboiler primari. Aleshores, l'ACE va gestionar la càrrega de calor restant. El projecte tenia problemes inicials: el control era complicat perquè la variació de la temperatura de l'aire ara afectava un paràmetre del procés aigües amunt. Necessitava una lògica de control més intel·ligent, no només un maquinari més gran. Va ser un èxit parcial, però va destacar que el veritable salt de sostenibilitat prové del pensament del sistema, no de l'intercanvi de components.

La clau és deixar de dissenyar intercanviadors de calor de manera aïllada. L'impuls de la sostenibilitat no prové del propi ACE, sinó de com us permet reimaginar el diagrama de flux de calor de la planta. És una pica més flexible, basada en l'aire, que es pot col·locar i dimensionar estratègicament per desbloquejar punts de pessic que una xarxa d'aigua rígida podria no abordar.

Els compromisos del món real i la compra de l'operador

Tot això sona bé sobre el paper, però el camp dicta els termes. El soroll és gran. Una bateria gran d'intercanviadors refrigerats per aire pot ser fort. Les regulacions de soroll de la comunitat us poden obligar a afegir atenuadors o restriccions de velocitat, afectant el rendiment. He vist un projecte on el disseny ACE preciós i eficient s'havia de redissenyar amb ventiladors de menor velocitat i paquets més grans per complir amb un límit de 55 dB (A) a la línia de la tanca. El cost de capital va augmentar i l'eficiència energètica va baixar lleugerament. L'elecció sostenible havia d'equilibrar el rendiment tècnic amb la llicència social per operar.

L'acceptació de l'operador és un altre obstacle. Els enginyers de plantes que han dedicat la seva carrera a la gestió de la química de l'aigua i la demolició de torres poden desconfiar d'una tecnologia que sembla cedir el control al clima. Les implementacions reeixides sempre van implicar els operadors d'hora. Faríem tallers per mostrar-los les pantalles de control, com respondre a una tempesta de pluja sobtada (que millora l'eficiència!) i com netejar els paquets. Fer-los part de la solució va convertir els escèptics en defensors. Les seves pràctiques diàries, com mantenir nets els bancs d'aletes, es van convertir en una contribució directa a les de la planta objectius de sostenibilitat.

En última instància, els intercanviadors refrigerats per aire augmenten la sostenibilitat oferint un camí cap a un rebuig de calor més senzill, més resistent i materialment eficient. Obliguen una disciplina en el disseny que considera els costos del cicle de vida complet i el context ambiental. No són la resposta correcta per a tots els deures, però on s'ajusten, no només redueixen l'ús d'aigua, sinó que fonamentalment reconnecten la relació d'una planta amb els seus recursos naturals. L'impuls és sistèmic, silenciós i, a llarg termini, transformador. És el tipus d'enginyeria que no fa titulars, sinó que mou absolutament l'agulla.