Kad mūsu darbā dzirdat “ilgtspējību”, nereti rodas doma par saules paneļiem vai vēja turbīnām. Bet smagajā rūpniecībā — ķīmiskajās rūpnīcās, rafinēšanas rūpnīcās, enerģētikā — ir komplekta gabals, kas gadu desmitiem klusi veic smaguma celšanu: gaisa dzesēšanas siltummainis (ACHE). Esmu redzējis pārāk daudz prezentāciju, kurās tas tiek aizsegts kā tikai "ventilatora un spuru cauruļu komplekts", kam trūkst visa būtības. Patiesais stāsts nav savā pamatfunkcijā; tas ir tajā, kā tai raksturīgā dizaina filozofija ir pretrunā ar resursietilpīgu dzesēšanu. Lai tā darbotos, nav nepieciešama liela ūdenstilpne. Šis vienīgais fakts pilnībā maina ilgtspējības aprēķinus, īpaši reģionos, kur trūkst ūdens. Bet tā nav burvju lode. Esmu bijis vietnēs, kur slikti norādīta vai uzturēta vienība kļūst par enerģijas cūku, pilnībā graujot tās vides pamatojumu. Tātad, kā tie patiesi uzlabo ilgtspējību? Tas ir tiešas ietekmes un smalku, sistēmisku priekšrocību sajaukums, ko jūs novērtējat tikai pēc tam, kad redzat tos uz lauka, gan veiksmes, gan kaitinošas neveiksmes.
Ūdens vienādojums: vairāk nekā tikai saglabāšana
Acīmredzamākais sākumpunkts ir ūdens izmantošana. Tradicionālie apvalka un cauruļu siltummaiņi balstās uz nepārtrauktu dzesēšanas ūdens plūsmu, bieži vien no upes, ezera vai lielas dzesēšanas torņa ķēdes. Tas nozīmē ūdens izņemšanu, apstrādes ķīmiskās vielas, lai novērstu katlakmens veidošanos un bioloģisko piesārņojumu, un termisko izplūdi atpakaļ uz avotu. SĀPES novērš visu šo cilpu. Es atceros projektu Teksasas sausuma skartajā daļā par gāzes pārstrādes rūpnīcu. Klienta sākotnējā projektā bija nepieciešama mitrā dzesēšanas sistēma, taču ūdens ņemšanas atļauja bija murgs. Mēs pārslēdzāmies uz spuras ventilatora dzesētāja banku. Sākotnējās izmaksas bija augstākas, taču darbības brīvība bija tūlītēja. Vairs nav jārunā par ūdens tiesībām, nav jāuzrauga izplūdes temperatūras ierobežojumi. Ilgtspējības ieguvums šeit ir absolūts: tas samazina rūpniecisko ietekmi uz vietējo hidroloģiju līdz gandrīz nullei. Tādam ražotājam kā Shanghai SHENGLIN M&E Technology Co., Ltd, kura portfolio plkst https://www.shenglincoolers.com ir veidots, balstoties uz šīm tehnoloģijām, šis ir viņu izstrādātais pamatvērtības piedāvājums — rūpnieciskās dzesēšanas nodrošināšana, kas pilnībā apiet ūdens krīzi.
Tomēr apgalvojumam “nulles ūdens” ir nepieciešams neliels kvalifikators. Ja gaiss ir īpaši netīrs, jums var būt neliela ūdens mazgāšanas sistēma spuru cauruļu tīrīšanai, taču tas notiek periodiski un ir neliela daļa no dzesēšanas torņa patēriņa. Īstā darbības nianse ir saskarsme ar sauso darbību. Noņemot milzīgo ūdens termisko masu, gaisa siltumietilpība ir salīdzinoši slikta. Tas liek domāt par cita veida dizainu — maksimāli palielināt virsmas laukumu ar spurām, optimizēt gaisa plūsmu. Tas ir kompromiss, kas izvirza materiālu un ventilatora energoefektivitāti priekšplānā, kas noved pie nākamā, mazāk acīmredzamā ilgtspējības slāņa.
Enerģija un fanu dilemma
Šeit saruna kļūst asa. Kritiķi pamatoti norāda, ka lielu ventilatoru darbināšana patērē ievērojamu elektrību. Esmu gājusi garām vienībām, kur ventilatora troksnis ir apdullinošs, kas liecina par neefektīvu sistēmu vai sistēmu, kas pārāk smagi strādā netīro cauruļu dēļ. Ilgtspējības saikne ir ietverta detaļās par to, kā jūs pārvaldāt šo enerģijas ievadi. Manas karjeras sākumā mēs visur piedāvājām standarta fiksēta ātruma ventilatorus. Vienkāršs, izturīgs. Bet tad jūs esat apkārtējā gaisa temperatūras žēlastībā. Vēsā rītā jūs pārdzesējat un tērējat ventilatora jaudu; karstā pēcpusdienā process var iestāties, jo jūs nevarat izspiest vairāk gaisa. Tā nav ilgtspējīga darbība.
Pāreja uz mainīgas frekvences piedziņām (VFD) ventilatora motoros bija spēles maiņa. Tagad ventilatora ātrums mainās atkarībā no procesa izplūdes temperatūras vai apkārtējās vides apstākļiem. Ventilatora jaudas patēriņš ir proporcionāls tā ātruma kubam. Samaziniet ātrumu par 20%, un jūs gandrīz uz pusi samazināsit enerģijas patēriņu. Esmu redzējis modernizācijas projektus, kuros VFD pievienošana atmaksājās mazāk nekā divu gadu laikā, tikai ietaupot elektrību. Tas ir praktisks, darbības ilgtspējības ieguvums, kas pārvērš ACHE no pasīva komponenta par aktīvi optimizētu. Ražotāji ir pieķērušies, izstrādājot vieglākas, aerodinamiskākas ventilatora lāpstiņas un efektīvākas pārnesumkārbas, lai izspiestu katru efektivitātes procentpunktu.
Pastāv arī netiešā enerģijas taupīšana, kas bieži tiek ignorēta: nav ūdens sūknēšanas. Lielai dzesēšanas ūdens sistēmai ir nepieciešami masīvi sūkņi, lai cirkulētu tūkstošiem galonu minūtē. Tā ir pastāvīga, milzīga elektriskā slodze, kas vienkārši nepastāv ar gaisa dzesēšanas sistēmu. Veicot pilnu augu lietderības bilanci, ACHE tīrās enerģijas attēls var būt pārsteidzoši labvēlīgs, īpaši reģionos ar mērenu klimatu.
Materiāla ilgmūžība un dzīves cikla domāšana
Ilgtspējība nav tikai darbības ieguldījums; tas ir par aparatūras dzīves ciklu. Labi uzbūvēta ACHE ir brutāliska infrastruktūras daļa. Serdenes komplekts — spuras caurules oglekļa tērauda rāmī — var kalpot 25–30 gadus ar vienkāršu aprūpi. Esmu pārbaudījis 80. gadu vienības, kuras joprojām tiek izmantotas, jo vide caurulēs (procesa pusē) tiek kontrolēta, un ārējās spuras, lai arī tās ir jutīgas pret koroziju, bieži ir izgatavotas no alumīnija tērauda vai citiem aizsargpārklājumiem. Šis ilgmūžība ļauj izvairīties no biežajiem nomaiņas cikliem un ar tiem saistītām mazāk izturīga aprīkojuma ražošanas emisijām.
Atteices režīmi ir pamācoši. Caurules noplūdes notiek, parasti pie spuras-caurules savienojuma vai tur, kur caurules ieripinās galvenes kastē. Remonts ir lokalizēts — jūs pievienojat cauruli vai nomainiet daļu. Pretstatā tam ar apvalka un cauruļu siltummaini, kur liela noplūde var nozīmēt visa komplekta vilkšanu, kas ir milzīgs pasākums. Remontējamība ievērojami pagarina aktīva kalpošanas laiku. Reiz mums kādā vietā bija kūlis, ko sabojāja celtņa šūpoles. Tā vietā, lai to nodotu metāllūžņos, ražotāja komanda, tāpat kā to, ko jūs varētu sagaidīt no pieredzējuša uzņēmuma, piemēram, SHENGLIN, ierosināja bojāto nodalījumu izgriezt un metināt jaunā modulī. Vienība atkal bija tiešsaistē pēc nedēļām, nevis mēnešiem. Tā ir ilgtspējīga aktīvu pārvaldība.
Tomēr materiāla izvēle ir ļoti svarīga. Piekrastes zonās sāls aerosols var ēst caur oglekļa tērauda rāmjiem. Esmu redzējis projektus, kuros karstās cinkošanas noteikšana jau no paša sākuma palielināja izmaksas par 15%, bet divkāršoja paredzamo kalpošanas laiku. Šīs sākotnējās investīcijas ir tiešs ilgtspējības lēmums, kas samazina ilgtermiņa atkritumu un resursu izmantošanu rekonstrukcijai.
Sistēmas integrācija un siltuma atgūšana
Šeit ir uzlabots leņķis: ACHE izmantošana ne tikai kā galapunkts siltuma noraidīšanai, bet arī kā vadāms elements siltuma atgūšanas shēmā. Tas izklausās pretrunīgi — kāpēc jūs vēlaties efektīvāk novērst siltumu? Galvenais ir temperatūras kontrole. Pieņemsim, ka jums ir procesa plūsma ar siltuma pārpalikumu, kas ir pārāk zemas kvalitātes, lai darbinātu tvaika turbīnu, taču jūs varētu to izmantot padeves ūdens iepriekšējai uzsildīšanai vai ēkas siltumam. Ja jūsu vienīgais dzesētājs ir neapstrādāts, lielizmēra ACHE, tas visu siltumu izvada atmosfērā, pirms varat to izmantot.
Mūsdienu dizains nodrošina daudz izsmalcinātību. Sadalot komplektu daļās (bieži sauc par nodalījumiem) un neatkarīgi kontrolējot ventilatorus, varat precīzi kontrolēt izplūdes temperatūru. Varat atdzesēt straumi tikai tik daudz, lai apmierinātu procesa vajadzības, un pēc tam vēl silto straumi novirzīt uz sekundāro atkopšanas cilpu. Es piedalījos izmēģinājuma projektā cementa rūpnīcā, kur mēs darījām tieši to. Mēs izmantojām modulētu ACHE, lai uzturētu optimālo temperatūru pakārtotajai organiskā Rankine cikla (ORC) vienībai, kas ģenerēja papildu jaudu. ACHE nebija šova zvaigzne, taču tā precīzā vadāmība padarīja visu atkopšanas cilpu dzīvotspējīgu. Tas pārveido to no ilgtspējības rīka, veicot atņemšanu (taupot ūdeni) uz vienu pēc iespējošanas (atvieglojot enerģijas atgūšanu).
Tas prasa augstāku sistēmas dizaina domāšanas līmeni. Tas nav tikai gatavā dzesētāja iegāde; tas integrē to ar vadības ierīcēm un citām procesa vienībām. Kad tas darbojas, sinerģija ievērojami palielina iekārtas kopējo siltuma efektivitāti.
Pragmatiskie izaicinājumi un kompromisi
Rakstīt par to, neminot galvassāpes, būtu negodīgi. Gaisa dzesēšana ne vienmēr ir pareizā atbilde. Lielākais ir apkārtējā gaisa temperatūra. 45°C (113°F) dienā Tuvajos Austrumos dzesēšanas delta T krasi sarūk. Jums ir nepieciešams daudz lielāks virsmas laukums, kas nozīmē vairāk materiāla (vairāk oglekļa), vairāk vietas un lielākus ventilatorus. Dažreiz hibrīda (slapjā/sausā) sistēma ir patiesi ilgtspējīgs optimālais risinājums, izmantojot nelielu iztvaikošanas daļu, lai karstākajās dienās atdzesētu gaisa ieplūdes atveri, krasi samazinot nospiedumu. Esmu redzējis projektus, kuros ideoloģisku iemeslu dēļ uzstājot uz 100% sausu sistēmu, tika izveidots pārāk liels, neefektīvs briesmonis, kas pilna dzīves cikla novērtējumā bija sliktāks nekā vieda hibrīda konstrukcija.
Vēl viena reāla problēma ir gaisa piesārņojums. Putekļainā vidē vai mēslojuma rūpnīcas tuvumā spuras ātri aizsērē. Gaisa plūsma samazinās, veiktspējas tvertnes un ventilatora enerģija pieaug. Jums ir nepieciešama efektīva tīrīšanas stratēģija — bieži vien automatizētas tiešsaistes tīrīšanas sistēmas ar rotējošām sprauslām. Ja jūs to neievērosit, ilgtspējības priekšrocības izgaisīs, jo iekārta uzņem spēku, lai izspiestu gaisu cauri aizsērējusi matrica. Tā ir tehniskās apkopes kultūras problēma, tāpat kā inženierijas problēma.
Tātad, vai tie uzlabo ilgtspējību? Absolūti, bet nosacīti. Tie piedāvā stabilu ceļu rūpnieciskās dzesēšanas atdalīšanai no ūdens slodzes un nodrošina ievērojamu enerģijas ietaupījumu, izmantojot viedo vadību. To izturība samazina dzīves cikla atkritumu daudzumu. Bet uzlabojums nav automātisks. Tas izriet no pārdomātām specifikācijām — pareiza izmēra, materiālu izvēles, ventilatora vadības stratēģijas — un rūpīgas ekspluatācijas apkopes. Zinoša operatora rokās un speciālistu rūpīgā inženierijā ar gaisu dzesējams siltummainis kļūst par vairāk nekā tikai cauruļvadu ar ribām; tā ir pamatsastāvdaļa, lai izveidotu noturīgu, resursus apzinīgu rūpniecisko iekārtu. Tā ir praktiskā realitāte, kas ir tālu no glancētās brošūras runas.
