وقتی «پایداری» را در خط کار ما می شنوید، فکر فوری اغلب به سمت پنل های خورشیدی یا توربین های بادی می رود. اما در صنایع سنگین - کارخانههای شیمیایی، پالایشگاهها، تولید برق - قطعهای از کیت وجود دارد که برای چندین دهه بیسروصدا کارهای سنگین را انجام میدهد: مبدل حرارتی خنکشده با هوا (ACHE). من ارائههای زیادی را دیدهام که در آنها صرفاً بهعنوان یک «بسته فن و لولههای بالهای» محو شدهاند که کل موضوع را از دست داده است. داستان واقعی در کارکرد اصلی خود نیست. این در این است که چگونه فلسفه طراحی ذاتی آن در برابر ذره خنک کننده با منابع فشرده کاهش می یابد. برای کار کردن به حجم عظیمی از آب نیاز ندارد. این واقعیت واحد محاسبات پایداری را به طور کامل تغییر می دهد، به ویژه در مناطق کم آب. اما این یک گلوله جادویی نیست. من در سایتهایی بودهام که یک واحد با مشخصات ضعیف یا نگهداری ضعیف تبدیل به گراز انرژی میشود و منطق زیستمحیطی آن را کاملاً تضعیف میکند. بنابراین، چگونه آنها واقعاً پایداری را افزایش می دهند؟ این ترکیبی از تأثیر مستقیم و مزایای ظریف و سیستمی است که فقط پس از دیدن آنها در میدان، از طریق موفقیت ها و شکست های خسته کننده، از آنها قدردانی می کنید.
معادله آب: بیش از صرفه جویی
واضح ترین نقطه شروع مصرف آب است. مبدل های حرارتی پوسته و لوله سنتی به جریان مداوم آب خنک کننده، اغلب از یک رودخانه، دریاچه یا مدار برج خنک کننده عظیم متکی هستند. این به معنای برداشت آب، مواد شیمیایی تصفیه برای جلوگیری از جرم گیری و رسوب زیستی و تخلیه حرارتی به منبع است. یک ACHE کل حلقه را از بین می برد. به یاد دارم که پروژه ای در منطقه ای مستعد خشکسالی در تگزاس برای یک کارخانه فرآوری گاز انجام شد. طراحی اولیه مشتری مستلزم یک سیستم خنک کننده مرطوب بود، اما اجازه گرفتن آب یک کابوس بود. ما به یک بانک خنک کننده فن باله چرخیدیم. هزینه اولیه بالاتر بود، اما آزادی عملیاتی فوری بود. دیگر بدون مذاکره حقوق آب، بدون نظارت بر محدودیت دمای تخلیه. پیروزی پایداری در اینجا مطلق است: ردپای صنعتی در هیدرولوژی محلی را تقریباً به صفر می رساند. برای تولید کننده ای مانند Shanghai SHENGLIN M&E Technology Co.,Ltd، که نمونه کارها در https://www.shenglincoolers.com بر اساس این فناوریها ساخته شده است، این پیشنهاد ارزش اصلی است که آنها برای آن مهندسی کردهاند - ارائه خنککننده صنعتی که به طور کلی از بحران آب دور میشود.
با این حال، ادعای «آب صفر» نیاز به ملاحظات جزئی دارد. اگر هوا بهخصوص کثیف است، ممکن است یک سیستم شستشوی آب کوچک برای تمیز کردن لولههای پره داشته باشید، اما این متناوب است و کسری ناچیز از آنچه یک برج خنککننده مصرف میکند. نکته اصلی عملیاتی، برخورد با عملیات خشک است. وقتی توده عظیم حرارتی آب را حذف می کنید، ظرفیت گرمایی نسبتاً ضعیفی در هوا باقی می ماند. این امر نوع متفاوتی از تفکر طراحی را ایجاد می کند - به حداکثر رساندن سطح با باله ها، بهینه سازی جریان هوا. این یک مبادله است که بهره وری انرژی مواد و فن را به خط مقدم می برد، که منجر به لایه پایداری بعدی و کمتر آشکار می شود.
انرژی و معضل فن
اینجاست که مکالمه تلخ می شود. منتقدان به درستی اشاره می کنند که کارکردن فن های بزرگ برق قابل توجهی مصرف می کند. من از کنار واحدهایی عبور کردهام که صدای فن در آنها گوشکننده است، نشانهای مطمئن از یک سیستم ناکارآمد یا کار بیش از حد سخت به دلیل لولههای آلوده. پیوند پایداری در جزئیات نحوه مدیریت این ورودی انرژی است. در اوایل کارم، همه جا طرفداران استاندارد با سرعت ثابت را مشخص میکردیم. ساده، قوی اما پس از آن شما در درجه حرارت هوای محیط قرار می گیرید. در یک صبح خنک، بیش از حد خنک میشوید و قدرت فن را هدر میدهید. در یک بعد از ظهر گرم، روند ممکن است به دلیل اینکه نمی توانید هوای بیشتری را فشار دهید. این عملیات پایدار نیست.
تغییر به درایوهای فرکانس متغیر (VFD) در موتورهای فن یک تغییر بازی بود. اکنون، سرعت فن بر اساس دمای خروجی فرآیند یا شرایط محیطی تعدیل میشود. توان مصرفی یک فن با مکعب سرعت آن متناسب است. سرعت را 20 درصد کاهش دهید و مصرف انرژی را تقریباً به نصف کاهش دهید. من پروژههای مقاومسازی را دیدهام که در آن افزودن VFD در کمتر از دو سال صرفاً با صرفهجویی در مصرف برق پرداخت میشود. این یک سود پایداری عملی و عملیاتی است که ACHE را از یک جزء غیرفعال به یک جزء فعال بهینه شده تبدیل می کند. سازندگان با طراحی تیغههای فن سبکتر و آیرودینامیکتر و گیربکسهای کارآمدتر بهمنظور کاهش هر درصدی از کارایی، دست به کار شدهاند.
همچنین صرفه جویی غیرمستقیم انرژی وجود دارد که اغلب نادیده گرفته می شود: عدم پمپاژ آب. یک سیستم بزرگ آب خنک کننده برای گردش هزاران گالن در دقیقه به پمپ های عظیم نیاز دارد. این یک بار الکتریکی ثابت و عظیم است که به سادگی با یک سیستم خنک کننده هوا وجود ندارد. هنگامی که تعادل کامل کارخانه را انجام می دهید، تصویر انرژی خالص برای ACHE می تواند به طور شگفت انگیزی مطلوب باشد، به خصوص در مناطقی با آب و هوای معتدل.
طول عمر مواد و تفکر چرخه زندگی
پایداری فقط در مورد ورودی های عملیاتی نیست؛ این در مورد چرخه عمر سخت افزار است. یک ACHE خوش ساخت یک زیرساخت بی رحمانه است. بستههای هستهای - لولههای پرهدار در یک قاب فولادی کربنی - با مراقبت اولیه میتوانند 25 تا 30 سال دوام بیاورند. من واحدهای دهه 80 را که هنوز در خدمت هستند بازرسی کردهام، زیرا محیط داخل لولهها (سمت فرآیند) کنترل میشود، و بالههای خارجی، در حالی که مستعد خوردگی هستند، اغلب از فولاد آلومینیومی یا سایر پوششهای محافظ ساخته شدهاند. این طول عمر از چرخههای تعویض مکرر و تولید آلایندههای مرتبط با تجهیزات کمدوام جلوگیری میکند.
حالت های شکست آموزنده هستند. نشتی لوله معمولاً در محل اتصال پره به لوله یا جایی که لوله ها به داخل جعبه هدر می چرخند اتفاق می افتد. تعمیر محلی است - یک لوله را وصل می کنید یا یک بخش را جایگزین می کنید. در مقایسه با مبدل پوسته و لوله که در آن یک نشتی عمده ممکن است به معنای کشیدن کل بسته نرم افزاری باشد، کاری عظیم. قابلیت تعمیر، عمر دارایی را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. یک بار یک بسته نرم افزاری توسط تاب جرثقیل در یک سایت آسیب دیده بود. به جای حذف آن، تیم سازنده، مانند آنچه از یک شرکت باتجربه مانند SHENGLIN انتظار دارید، پیشنهاد بریدن محل آسیب دیده و جوشکاری در یک ماژول جدید را داد. این واحد در هفتهها و نه ماهها دوباره آنلاین شد. این مدیریت دارایی پایدار است.
با این حال، انتخاب مواد حیاتی است. در مناطق ساحلی، اسپری نمک می تواند از طریق قاب های فولاد کربنی بخورد. من پروژه هایی را دیده ام که در آنها مشخص کردن گالوانیزه گرم از ابتدا 15 درصد به هزینه افزوده می شود اما طول عمر مورد انتظار را دو برابر می کند. این سرمایه گذاری اولیه یک تصمیم مستقیم پایدار است که ضایعات طولانی مدت و استفاده از منابع برای بازسازی را کاهش می دهد.
یکپارچه سازی سیستم و بازیابی حرارت زائد
در اینجا یک زاویه پیشرفته تر وجود دارد: استفاده از ACHE نه تنها به عنوان نقطه پایانی برای رد گرما، بلکه به عنوان یک عنصر قابل کنترل در طرح بازیابی گرمای اتلاف. به نظر غیر منطقی می رسد - چرا می خواهید گرما را با کارایی بیشتری رد کنید؟ کلید کنترل دما است. فرض کنید یک جریان فرآیندی با گرمای هدر رفته دارید که برای راه اندازی یک توربین بخار بسیار کم درجه است، اما می توانید از آن برای پیش گرم کردن آب تغذیه یا گرمای ساختمان استفاده کنید. اگر تنها کولر شما یک ACHE خام و بزرگ است، قبل از اینکه بتوانید آن را مهار کنید، تمام آن گرما را به جو میریزد.
طراحی های مدرن به شما اجازه می دهد تا پیچیدگی بیشتری داشته باشید. با تقسیم بسته نرم افزاری به بخش هایی (اغلب به آن ها بیس) و کنترل مستقل فن ها، می توانید دمای خروجی را دقیقاً کنترل کنید. میتوانید جریان را به اندازهای خنک کنید که نیازهای فرآیند را برآورده کند، سپس جریان هنوز گرم را به یک حلقه بازیابی ثانویه هدایت کنید. من درگیر یک پروژه آزمایشی در کارخانه سیمان بودم که دقیقاً این کار را انجام دادیم. ما از یک ACHE مدوله شده برای حفظ دمای بهینه برای یک واحد چرخه رانکین آلی پایین دستی (ORC) که توان کمکی تولید میکند، استفاده کردیم. ACHE ستاره نمایش نبود، اما قابلیت کنترل دقیق آن باعث شد که کل حلقه بازیابی قابل اجرا باشد. این آن را از یک ابزار پایداری با تفریق (صرفه جویی در آب) به یک ابزار با فعال سازی (تسهیل بازیابی انرژی) تبدیل می کند.
این نیاز به سطح بالاتری از تفکر طراحی سیستم دارد. این فقط خرید یک خنک کننده خارج از قفسه نیست. آن را با کنترل ها و سایر واحدهای فرآیند یکپارچه می کند. وقتی کار می کند، هم افزایی به طور قابل توجهی بازده حرارتی کلی گیاه را افزایش می دهد.
چالش ها و معاوضه های عملی
نوشتن در این مورد بدون ذکر سردرد، ناصادقانه خواهد بود. خنک کننده هوا همیشه جواب درستی نیست. بزرگ ترین آن دمای هوای محیط است. در یک روز 45 درجه سانتی گراد (113 درجه فارنهایت) در خاورمیانه، دلتای خنک کننده T به طور چشمگیری کاهش می یابد. شما به سطح بسیار بزرگتری نیاز دارید، که به معنای مواد بیشتر (کربن تجسم یافته بیشتر)، فضای طرح بیشتر و فن های بزرگتر است. گاهی اوقات، یک سیستم هیبریدی (تر/خشک) بهینه واقعا پایدار است، با استفاده از یک بخش تبخیری کوچک برای خنک کردن ورودی هوا در گرم ترین روزها، که به شدت ردپا را کاهش می دهد. من پروژههایی را دیدهام که در آن اصرار بر یک سیستم 100% خشک به دلایل ایدئولوژیک منجر به یک هیولای بزرگ و ناکارآمد شد که در ارزیابی چرخه عمر کامل بدتر از یک طراحی هیبریدی هوشمند بود.
یکی دیگر از مشکلات دنیای واقعی، رسوب هوا است. در یک محیط گرد و غبار یا نزدیک یک کارخانه کود، باله ها به سرعت مسدود می شوند. جریان هوا کاهش می یابد، مخازن عملکرد، و انرژی فن افزایش می یابد. شما به یک استراتژی تمیز کردن موثر نیاز دارید - اغلب سیستم های تمیز کردن آنلاین خودکار با نازل های چرخان. اگر از این موضوع غافل شوید، مزایای پایداری تبخیر می شود زیرا واحد قدرت را برای فشار دادن هوا از طریق یک ماتریس مسدود می کند. این یک مشکل فرهنگ تعمیر و نگهداری به همان اندازه که یک مشکل مهندسی است.
بنابراین، آیا آنها پایداری را افزایش می دهند؟ به طور مطلق، اما مشروط. آنها یک مسیر قوی برای جدا کردن خنک کننده صنعتی از تنش آب ارائه می دهند و از طریق کنترل هوشمند صرفه جویی عمیق در انرژی را ارائه می دهند. دوام آنها ضایعات چرخه زندگی را کاهش می دهد. اما بهبود خودکار نیست. این از مشخصات متفکرانه - اندازه مناسب، انتخاب مواد، استراتژی کنترل فن - و تعمیر و نگهداری عملیاتی متعهدانه ناشی می شود. در دستان یک اپراتور آگاه و با پشتوانه مهندسی جامد از متخصصان، یک مبدل حرارتی خنکشده با هوا چیزی بیش از یک قطعه لوله با پرهها است. این یک مؤلفه اساسی برای ساخت یک کارخانه صنعتی انعطاف پذیر و آگاه به منابع است. این واقعیت عملی است که با بحث بروشور براق فاصله دارد.
