استفاده از برج خنک کننده در کاهش مصرف آب

امروزه كاهش مصرف آب در صنايع از اهميت بالايي برخوردار است . در این مقاله قصد داریم تا کاهش مصرف آب در برج خنک کننده ها را بررسی کنیم . در صنعت نفت معمولا آب در اثر تماس با هيدروكربنها و مواد ديگر آلوده شده و در اغلب موارد پساب حاصل از آبهاي مصرفي مشكل ساز ميباشد. اين پژوهش به بررسي مدلسازي رياضي بر اساس روابط انتقال جرم بين آلاينده و آب در فرايندهاي مصرف كننده آب ميپردازد . مدلهاي غيرخطي زيادي وجود دارند كه اغلب به دليل غيرخطي بودن به جواب بهينه نميرسند.

در اين پژوهش مدل هاي غير خطي موجود به انگيزه حل راحتتر به مدلهاي خطي و قابلحل تبديل ميشود. از مهمترين روشهاي كاهش مصرف آب تازه ، روش استفاده مجدد از پساب فرايندها است. در اين ميام برجهاي خنككننده به دليل حجم بالاي آب مصرفي از اهميت بالايي برخوردار بوده و مهمترين سهم را در كاهش ميزان آب تازه مصرفي دارد. شبكهايي كه مورد كمينه‌ سازي قرار ميگيرد مربوط به يكي از پالايشگاههاي كشور ميباشد. در پايان ميزان آب مصرفي فرايندها به ميزان قابل توجهي كاهش مييابد .

بررسي شبكه فعلي آب در پالايشگاه مشاهده ميشود كه بخش زيادي از پساب ميتواند بعد از عمليات سيستم (گلوگاه 8 تصفيه در برج خنک كننده مورد استفاده قرار گيرد، از اين رو برج خنک كننده را به عنوان نقطه پينچ سيستم) در نظر گرفته و آلايندههاي كليدي را بر اساس محدوديتهاي موجود در برج خنك كننده انتخاب مي كنيم.

مدلهاي رياضي كه بر اساس روابط انتقال جرم در فرايندهاي مصرف كننده آب به دست ميآيند معمولا غيرخطي بوده و تا حد زيادي غيرقابل حل ميباشند. در اين روش قبل و بعد از بهينه سازي و با استفاده از روش استفاده مجدد از پساب ديگر فرايندها، حجمآب تازه مصرفي به ميزان حدود پنجاه درصد كاهش يافت.

استفاده از برج خنک كننده به دليل حجم بالاي آب تازه مصرفي به عنوان گلوگاه سامانه، كمينه سازي را راحت و خشکسالی های اخیر و کاهش منابع آب در اقصی نقاط دنیا، به خصوص ایران از یکسو و افزایش قیمت 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. به صورت کلی کشور ما ایران، یکی از اقلیم های نسبتا خشک در جهان است و به همین دلیل دچار مشکلات عمده ای در تامین آب مصرفی شرب و نیز آب صنعتی هستیم.

در انتهای همین مطلب به برخی از سوالات در مورد مصرف آب و کاهش مصرف آب برج خنک کننده اشاره شده است. ضخامت ورق بیشتر در پکینگ کولینگ تاور PVC تعیین کننده است. هر چه ضخامت ورق مورد استفاده بیشتر باشد به همان نسبت قیمت پکینگ برج خنک کننده نیز افزایش می یابد. ضخامت متداول در پکینگ های PVC ضخامت 400 میکرون می باشد.

نقشه بحران آب در دنیا در سال 2040 که نشان دهنده بحران شدید کم آبی در ایران و خاورمیانه است.

یکی از تجهیزاتی که در صورت طراحی نادرست، فرسودگی و عدم بهره گیری از علم روز می تواند موجب اتلاف فراوان آب و برق گردد،  است. برج های خنک کن پالایشگاه، نیروگاه، پتروشیمی و صنایع فولاد به دلیل حجم بالای آب خنک شونده، ابعاد بسیار بزرگی دارند و عموما به صورت کولینگ تاور صنعتی بتنی و فایبر گلاس مونتاژ در محل – Field Erected Cooling tower – هستند.

تصویر برج خنک کننده مونتاژ در محل بتنی

بهینه سازی و کاهش مصرف آب برج خنک کننده، شامل مراحل مختلفی است که مهمترین آنها عبارتند از :

• شبیه سازی جریان هوا در برج خنک کن به منظور شناخت وضعیت موجود و یافتن نقاط بحرانی در برج
• اندازه برداری و اندازه گیری های میدانی آب و هوا
• محاسبات ترمودینامیکی تبخیر 
• بررسی راندمان فن، قطره گیر و فیلینگ – پکینگ برج خنک کننده
• ارائه راهکارهای کاهش مصرف آب در برج خنک کن

باید توجه داشت که کلیه این مراحل، بهتر است توسط تیم متخصص و با تجربه در حوزه برج خنک کن صورت گیرد. جهت مطالعه توضیحات تکمیلی در خصوص محاسبه میزان آب مصرفی برج خنک کننده به لینک ذیل مراجعه فرمائید :

در نهایت اصلاحات اصلی یا روشهای کاهش مصرف آب برج خنک کننده، بسته به نوع برج و شرایط عملکرد و همچنین وضعیت قطعات آن، باید در بخش های زیر صورت پذیرد:

یکی از روش های دیگر کاهش مصرف آب برج خنک کننده، تصفیه آب صنعتی و استفاده از آن جهت تامین آب برج خنک کننده است. 

سیستم هوشمند کم کردن دور فن برای کاهش مصرف آب

بهره گیری از سیستم کنترل هوشمند برج خنک کننده نیز از روشهایی است که به کاهش مصرف آب کولینگ تاور و همچنین کاهش مصرف برق برج خنک کن کمک زیادی می کند. علاوه بر این سیستم کنترل هوشمند برج خنک کن می تواند موجب افزایش عمر تجهیزاتی از قبیل فن و موتور شود. سیستم هوشمند کنترل دور فن و دبی پمپ از تعدادی سنسور دما و یک درایو یا اینورتور تشکیل شده است.  

درایو الکتروموتور فن، با توجه به دمای محیط و وت بالب، سرعت چرخش پره های برج خنک کننده را تغییر می دهد. برای مثال شب ها که دمای حباب تر کم می شود، دور فن پایین می آید تا هم مصرف آب کولینگ تاور کاهش یابد و هم صدای فن پایین بیاید.

 

فرمول محاسبه کردن چرخه غلظت یا سیکل تغلیظ در برج خنک کننده

با در نظر گرفتن تعریف سیکل تغلیظ، اگر مقدار آن را از حد مشخصی بالاتر ببریم(معمولا در پروزه های صنعتی عدد COC برابر 5 در نظر گرفته می شود) مقدار TDS در کولینگ واتر زیاد می شود. در نتیجه رسوب در داخل برج و در عین حال لوله ها و مسیر آب زیاد خواهد شد و بنابر این راندمان خنک کاری کم می شود که صدمه زیادی به خط تولید می زند. برای همین حتی با استفاده از پکینگ برج خنک کننده NET150 یا NET125 اگرچه به ظاهر ممکن است مصرف آب را حدود 5 درصد کمتر کند، اما باعث رسوب گرفتن لوله ها و مسیر آب شده و به خرابی تجهیزات خواهد انجامید.

توضیح مهم : در سالهای اخیر و با افزایش توجه به حوزه مدیریت آب، شرکت های بسیاری شروع مطالعه در خصوص روش های کاهش مصرف آب نموده اند و در این میان عده ای مدعی شده اند که با به دام انداختن قطرات آب می توان مصرف آب برج خنک کننده را کاهش داد. در خصوص این ادعا کافی است ابتدا به نمونه های مشابه این روش در جهان مراجعه نمود که تقریبا هیچ مشابه عملیاتی و اقتصادی از دستگاه بازیافت آب برج خنک کننده که بر روی فن استک نسب می شود در دنیا وجود ندارد. 

در عین حال زمانی که آب به صورت بخار در آمده و با گرفتن حرارت از محیط، وارد فاز گاز می شود، با فیلتر کردن بخار آب نمی توان آن را به حالت مایع بر گرداند و تنها می توان با سرد کردن مجدد بخار ، آن را به حالت آب در آورد. در این حالت انرژی لازمه برای سرد کردن و کندانس بخار برابر با همان میزان گرمایی است که برج خنک کننده از آب موجود در سیستم گرفته است و اگر بخواهیم مجددا بخار را سرد نماییم عملا مجموعه سیستم برج خنک کننده کار آیی نخواهد داشت و بهتر بود از ابتدا از چیلر استفاده میشد.

مجددا تاکید می گردد که مناسبترین و رایج ترین روش کاهش مصرف آب برج خنک کننده، بهره گیری از برج خنک کن هیبرید – کولینگ تاور هیبریدی به همراه سیستم هوشمند است.

سوالات رایج در مورد کاهش مصرف آب برج خنک کننده

–آیا بازیابی بخار آب خروجی کولینگ تاور اقتصادی است و در دنیا نمونه ای دارد؟

پاسخ: خیر، تبدیل کردن مجدد بخار آب به مایع، نیازمند همان انرژی است که در مرحله اول توسط برج خنک کن از آب گرفته شده است. استفاده از مولوکولار سیو و یا چیلر برای اینکار منطقی و توجیه پذیر نیست و بدلیل صنعتی و اقتصادی نبودن در دنیا انجام نشده است. بهترین و اصولی ترین روش کاهش مصرف آب برج خنک کننده استفاده از سیستم کنترل هوشمند و برج خنک کن هیبریدی است.

–بیشترین میزان کاهش مصرف آب متوسط سالیانه مربوط به کدام نوع برج خنک کننده است؟

بیشترین میزان متوسط صرفه جویی در مصرف آب مربوط به کولینگ تاور هیبرید است. متوسط کاهش مصرف آب برج خنک کن هیبرید در حدود حداقل 50 درصد خواهد بود. در رتبه دوم برج خنک کننده مدار بسته است که به سیستم کنترل هوشمند دور فن و پاشش آب مجهز شده باشد. میانگین کاهش مصرف متوسط سالیانه آب در کولینگ تاور مدار بسته 30 درصد است. 

–آیا استفاده از برج خنک کننده ارزان قیمت بطری شکل-گرد باعث بالا رفتن مصکاهش مصرف آب برج خنک کننده از طریق اقدامات ترکیبی شامل عملیات آبی، نصب سیستم های کنترل دما، رعایت اصول محل نصب دستگاه و اقدامات جهت جلوگیری از پرتاب آب قابل انجام می باشد. قبلاً در مقاله شرح داده شد که مصرف آب برج خنک کننده شامل مجموع تبخیر، پرتاب و زیر آب (تخلیه) می باشد.

روش های کاهش مصرف آب برج خنک کننده

کشور ما خشک و نیمه بیابانی است که هر ساله به صورت روز افزون با خطر بی آبی روبرو است. مصرف زیاد آب در برج خنک کننده از جمله چالش های کارخانجات و صنایع در مناطق خشک و کم آب است. بنابراین در این گونه مناطق کاهش مصرف آب اهمیت ویژه‌ ای دارد، گرچه حتی در مناطقی که آب به وفور یافت می شود نیز جهت کمک و حفظ محیط زیست روش های کاهش مصرف آب باید در دستور کار قرار گیرد.

از مزایای برج ها ما می‌ توان به کارایی بالا، صرفه‌ جویی در مصرف انرژی، عمر طولانی، و کاهش نگهداری و تعمیرات اشاره کرد. ما با تیم متخصص و توانمند، به ارائه خدمات پس از فروش برج خنک کننده و پشتیبانی فنی برای مشتریان عزیز می پردازیم.