در پالایشگاه های نفت و گاز، تجهیزات صنعتی اغلب با آب روان پوشانده می شوند تا سیالات را خنک کنند و گرمای فرآیند را جذب کنند. این تجهیزات، بار گرمایی زیادی ایجاد کرده که در صورت عدم استفاده صحیح می تواند عملکرد را مختل کند. برج های خنک کننده برای فرایند خنک کردن این آب، برای استفاده مجدد استفاده می شوند. در ادامه این مقاله از ، قصد داریم تا در مورد برج های خنک کننده آب در صنایع پتروشیمی مطالبی را خدمت خوانندگان عزیز ارائه کنیم.
برج خنک کننده چیست؟
یکی از تجهیزات مهم در صنایع پالایشگاهی و پتروشیمی، یا کولینگ تاور (Cooling tower) است. برج های خنک کننده، مبدل‌های حرارتی هستند که با قرار دادن آب در تماس مستقیم و غیر مستقیم با هوا دمای آن را کاهش می دهند.
پارامترهایی نظیر مواد اولیه برای ساخت کولینگ تاور، تعداد نیروی لازم برای تولید سیستم خنک ساز و مدت زمان مورد نیاز جهت تولید را می‌توان به عنوان سه اصل مهم و تاثیر گذار برای تعیین قیمت برج خنک کننده مکعبی در نظر گرفت.
برج خنک کن به صورت گسترده در انواع صنایع از جمله در صنایع نفت، پالایشگاه، پتروشیمی، نیروگاه حرارتی، نیروگاه اتمی، کارخانجات شیمیایی، غذایی، دارویی، صنایع ذوب فلزات، ریخته گری و… و تقریباً هر جایی که در پروسه تولید و ساخت به آب خنک نیاز باشد، به کار برده می شود.
برج خنک کننده پالایشگاه گاز
برج خنک کن در صنایع نفت و گاز بدلیل ارزش افزوده قابل توجه این صنعت اهمیت بسیاری دارد. زیرا حجم تولید و عملکرد پیوسته در پالایشگاه و پتروشیمی، باعث می شود تا ضرورت کارکرد مداوم و صحیح برج خنک کننده، بسیار زیاد باشد.
کاربرد اصلی برج های خنک کننده صنعتی بزرگ، حذف گرمای جذب شده در سیستم های آب خنک کننده در گردش است که در تاسیسات صنعتی مانند پالایشگاه های نفت، کارخانه های پتروشیمی و شیمیایی، کارخانه های فرآوری گاز طبیعی، نیروگاه های سوخت فسیلی و نیروگاه های هسته ای استفاده می شود.
روش کار برج خنک کننده
آب توسط یک فرآیند صنعتی گرم شده است و از طریق لوله ها به برج خنک کننده پمپ می شود. سپس دمای آب در برج خنک کننده کاهش می باشد و آب سرد می شود. آب سرد شده دوباره از طریق لوله برای مصرف صنعتی ارسال می شود.
انواع برج خنک کننده
برج های خنک کننده در انواع مختلف زیر طراحی و تولید می شوند.
آب بر روی پکینگ ریزش می شود و سپس آب به صورت مستقیم خنک می شود.آب درون لوله های مسی، گالوانیزه و استیل بدون فین در گردش است و آب مدار ثانویه بر روی کویل ریزش می شود و آب درون لوله خنک می شود.
آب ابتدا از درون کویل خشک شامل لوله و فین آلومینیومی عبور کرده و مقداری از گرمای خود را از دست می دهد. سپس این آب وارد کویلِ مرطوب و تَر که شامل لوله و ریزش آب بر روی لوله می باشد، شده است و آب تا دمای مورد نظر کاهش پیدا می کند.
شامل لوله مسی و فین آلومینیومی می باشد که از پد سلولزی برای سرد کردن هوا به صورت آدیاباتیک استفاده می شود و هوای سرد شده وارد کویل شده و آب درون کویل را خنک می کند.
انواع برج خنک کننده از نظر جریان هوا
برج های خنک کننده از نظر جریان هوا و آب در سه دسته Counter Flow (جریان متقابل یا جریان مخالف)، Cross Flow (جریان متقاطع) و Hyperbolic تقسیم می شوند. در برج خنک کن جریان مخالف یا جریان مقابل، آب گرم توسط پمپ به بالاترین نقطه برج آورده می شود و توسط نازل ها بر روی پکینگ ها ریخته می شود و هوا از پایین پکینگ به صورت مخالف جریان آب گرم با آب گرم در تماس قرار می گیرد.
در کولینگ تاور جریان متقاطع، جریان هوا با جریان آب در زاویه قائمه با یکدیگر در سرتاسر برج خنک کننده در تماس است که نمونه این برج های خنک کننده را شرکت ابارا ژاپن ساخته است. جریان Hyperbolic که برج های بتنی بسیار بلند می باشد که بیشتر در نیروگاه ها استفاده می شود و با توجه به ارتفاع و حالت منحنی گونه ایی که این نوع برج ها دارند هوا را به صورت طبیعی از پایین برج به بالا می برند و سبب خنک شدن آب عبوری از این هوا در پایین برج می شود.
برج خنک کن پتروشیمی
همانطور که در بالا نیز به آن اشاره شد، برج خنک کننده در صنایع مختلف نیروگاهی، پالایشگاه، پتروشیمی و خانگی و … مورد استفاده قرار می گیرد. در پالایشگاه و پتروشیمی نیز از کولینگ تاور استفاده می شود. برج خنک کننده هیبریدی نام دیگر آن برج خنک کننده ترکیبی است؛ کولینگ تاور هیبریدی بهترین نوع برج خنک کننده به شمار می رود، زیرا که ترکیب شده برج هایی از نوع مدار باز (مرطوب) و مدار بسته (خشک) است.
کولینگ تاورها انواع مختلف مدار باز، مدار بسته، هیبریدی، آدیاباتیک و بتنی را دارد که از همه ی این برج های خنک کننده می توان به عنوان کولینگ تاور پالایشگاه و پتروشیمی استفاده کرد، اما باتوجه به اینکه برج های بتنی از بتن ساخته شده اند و بتن در مقابل حرارت آتش و آب مقاومتر از فایبر گلاس و فولاد می باشد. لذا طبق دستورالعمل های پتروشیمی و پالایشگاهی، برج های خنک کننده در پالایشگاه نفت و پتروشیمی بهتر است بتنی باشند.
هدف استفاده از برج خنک کننده در یک پالایشگاه چیست؟
معمولاً دارای ابعاد بسیار بزرگ بوده و هزینه بالایی را نیز با خود به همراه دارند. این برج های خنک کننده که مکان آن غیرقابل تعویض می باشد، از پروانه با بلیدهای بسیار بلند و موتورهای ضد انفجار با توان بالا استفاده می گردد. یکی از دلایلی که باعث می شود در پالایشگاه و پتروشیمی از برج های بتنی با پروانه و الکتروموتور ضد انفجار استفاده شود، وجود موارد آتش زا در اینگونه محیط ها می باشد.
در نیروگاه ها به دلیل وجود دبی بالای آب در گردش و دمای آب در حد جوش آب که به همین دلیل نمی توانیم از پکینگ معمولی PVC و حتی P.P استفاده شود و همچنین دبی هوای بالایی را نیز فن باید تولید کند. لذا از فن و الکتروموتور در این گونه برج ها استفاده نمی شود، بلکه از طریق جریان طبیعی و نوع جریان هایپربولیک (Hyperbolic) یا هذلولی، عملیات خنک سازی آب انجام می گردد.
البته این مطلب قابل ذکر است که آبی را که باید خنک شود، به دو صورت خشک و تر خنک می شود. در نوع خشک آب درون کویل جریان دارد و هوا از روی کویل عبور می کند که در این حالت آب با هوای عبوری به صورت غیر مستقیم در تماس است. این نوع برج خنک کننده به معروف می باشد که اولین بار توسط شرکت انکسیو در مجارستان در سال 1950 مورد استفاده قرار گرفت.
کولینگ تاور هاپپربولیک (هذلولی بتنی)
در برج خنک کننده نوع ترِ هایپربولیک یا هذلولی، آب به صورت مستقیم با هوای عبوری از آن در تماس است و خنک می شود. البته مقدار تبخیر آب در این روش بسیار بالا می باشد. از مزیت های برج های خنک کننده هاپربولیک یا هذلولی می توان به کاهش مصرف برق برای اینکه این گونه برج ها بدون فن کار می کنند اشاره کرد. از معایب این گونه برج ها می توان به تغییر ناپذیر بودن مکان برج خنک کننده یاد کرد.
سوالات تکمیلی
- کولینگ تاور مورد استفاده در صنعت چه می باشد؟
از کلیه برج های خنک کننده مدار باز، مدار بسته، هیبریدی، آدیاباتیک و بتنی می توان در صنعت استفاده کرد که هر کدام دارای مزایا و معایبی می باشند.
- برج های خنک کننده مورد استفاده در پتروشیمی و پالایشگاه چه می باشد؟
با توجه به اینکه در پتروشیمی و پالایشگاه مواد نفتی و آتش زا وجود دارد که خطر آتش سوزی است به همین دلیل برج های خنک کننده بتنی پیشنهاد می شود که در برابر حرارت آتش و خود آب مقاوم می باشند.
- برج های خنک کننده مورد استفاده در نیروگاه ها چه می باشد؟
برج های خنک کننده مورد استفاده در نیروگاه ها به دلیل اینکه می خواهند آب با دمای در حد جوش را کاهش دهند نیاز به برج خنک کننده ایی دارند که در برابر مواد آتش زا و حرارت ناشی از آتش سوزی آنها مقاوم باشد و دبی هوای بالایی را برج داشته باشد که برج های بتنی هایپربولیک و هذلولی این قابلیت را دارند.
- چه صنایعی از برج خنک کننده استفاده می کنند؟
صنایعی که می خواهند دمای آب داغ یا گرم را کاهش دهند البته کمترین دمایی که می توان کاهش دهند حداقل تا 3 درجه بالای دمای مرطوب محیط می باشد. نازل برج خنک کننده (spray nozzle) مرکز پاشیدن و پخش کردن جریان آب داغ در یک برج خنک کن مکعبی می‌باشد که به این دوش ها {افشانک کولینگ تاور} هم می‌گویند
- برج های خنک کننده صنعتی چیست؟
همه ی برج های خنک کننده مدار باز، مدار بسته، هیبریدی، آدیاباتیک و بتنی در صنعت می توانند بسته به نوع و نیاز مورد استفاده قرار بگیرند. از برج های مدار باز مکعبی به جهت قیمت پایین این نوع برج ها می توان از آن استفاده کرد. برج های مدار باز مدور برای مکان هایی که جریان و سرعت باد زیاد می باشد.