برج های خنک کننده
IN THE NAME OF GOD
COOLING
|
|
TOWER
فهرست مطالب :
1- مقدمه
2- تو ضیح مختصری در رابطه با سیکل نیروگاه ها
3- نقش سیستم خنک کن درسیکل نیروگاه
4- انواع خنک کننده ها در نیرو گاه ها
5- مراحل طراحی برج ها
۱- مقدمه::EPCتعریف
اگربخواهیم دیدی باز به روند یک پروژه داشته باشیم تمام پروژه های عمرانی اعم از بزرگ یا کوچک را میتوان به سه مرحله تقسیم کرد:
(E)1- فاز مهندسی و طراحی
(P) 2- فاز تامین و تجهیزات
(C) 3- فاز اجرا
مطالبی که در این پروژه ارائه شده است خلاصه ای از هر سه مرحله است که برای تفهیم بیشتر عکسهائی نیز ضمیمه مطالب شده است.
رفرسنس ها، سایت های ایترنتی و تمام مراجعی که مطالب و عکس ها از آن اخذ شده است در پایان معرفی شده.
چرا از برج های خنک کننده استفاده می شود؟
واحدهای پتروشیمی وپالایشگاه ها و نیروگاه ها که نیازهای اجتناب ناپذیر اجتماعات بشری امروز را پاسخگو هستند،در خلاصی از گرمای نا خواسته وجه اشتراک دارند.تاسیسات تهویه مطبوع در آپارتمان ها چند طبقه واماکن ورزشی و تفریحی نیز با واحدهای صنعتی شیمیایی و تولید نیرو در حذف گرمای نا خواسته مسئله مشترک دارند.گرمای ناخواسته در این واحدها توسط آب حذف می گردد.بدین طریق که آب سرد از ادوات گرم درگیر در فرایند کار به جذب گرمای نا خواسته هدایت می شود.آب در این جریان گرم خواهد شد و لذا باید در رودخانه یا دریاچه تخلیه شود و یا اینکه سرد گردد و دوباره برای جذب گرمای نا خواسته مورد استفاده قرار گیرد.برای استفاده مجدد از آب حاوی گرمای نا خواسته ،گرمای آن توسط مجموعه ای به نام برج خنک کننده در هوای دفع شده و آب سرد میشود.این روندی است که برای صرفه جوئی در مصرف آب و حفظ منابع آن ،طراحی شده است.
مسئله مصرف آب در واحد های صنعتی قید شده ابعاد چشمگیری دارد.چون این واحد ها روزانه میلیون ها متر مکعب آب مصرف میکند که اگر در بازیافت آن همت نمی شد ،عامل تخریب سریع آب بودند. دفع گرمای مزاحم در هوا باید به گونه ای اجرا شود که مسائل زیست محیطی در پی نداشته باشد.برج های خنک کننده برای دفع گرمای مزاحم در هوا، توسعه یافته اند و روند دفع گرمای نا خواسته توسط این برج ها طوری است که خسارت های اکولوژیکی به دنبال ندارد.لذا صنایع با تقبل سرمایه گذاری معقول در احداث برج قادرند قسمت عمده آب مصرفی خود را باز یابند.
برج خنک کننده را از جهت روش های اداره کردن ،هزینه ها و توسعه توان برای بازدهی بیشتر ، باید پیوسته زیر نظر داشت تا بازدهی اقتصادی آن مطلوب باشد.در راستای نیل به این هدف ،شناخت روند چگونگی کار برج ،اجزای برج و طریق حفظ پتانسیل آن ،ضروری خواهد بود.باید برای برج برنامه نگهداری جامعی داشت تا ادوات آن حد اکثر بهره برداری به عمل آید.
جدول زیر ضرورت بازیافت آب را در صنعت کشورمان نشان میدهد:
|
مصرف صنعتی آب | ||
|
تولید محصول نهائی |
آب لازم |
صنعت |
|
80گالن به ازای هر گالن بنزین |
20000 گالن به ازای هر میلیون بشکه نفت خام |
پالایشگاه |
|
1 گالن به ازای 8 ورق کاغذ تحریر |
گالن به ازای هر تن 2000 |
کاغذ سازی |
|
25 گالن برای500گرم میخ |
گالن به ازای هر تن 50000 |
فولاد |
|
50 گالن برای هر لامپ 100 واتی در 24 ساعت |
350 گالن در ماه برای هر کیلو وات |
نیروگاه |
2- تو ضیح مختصری در رابطه با سیکل نیروگاه ها:
قبل از هر چیز لازم است که با نحوه عملکرد برج های خنک کننده و وظیفه آنها در نیروگاه ها آشنا شویم. همان طور که در بالا اشاره شد و از نام این برج ها پیداست تنها وظیفه آنها خنک کردن آبی است که از چرخه نیروگاه حاصل میشود.
در توضیحات زیر خواهید دید که نیروگاه ها هزینه گزافی را برای ساخت برج های خنک کننده متقبل می شوند و تنها دلیل آن همان کمبود آب می باشد.
اجزای تشکیل دهنده یک نیروگاه تولید کننده برق وظایف آنها به صورت کلی در سیکل اصلی :
ژنراتور : تولید برق-1
توربین : (turbine)-2
توسط بخار آب تولید شده از بویلر کار می کند و انرژی تولید شده را به ژنراتور منتقل می کند.
بویلر : (boiler)-3
همان دیگ بخار است که آب را به بخار تبدیل میکند ،و بخار تولید شده به توربین منتقل می شود.
پمپ : (pump)-4
آب را در سیکل اصلی به چرخه در میا ورد.
کندانسر : (condenser)-5
خود شامل سیکل فرعی می شود که در ادامه به آن اشاره می کنیم.وظیفه آن خنک کردن آب گرم خارج شده از توربین است.
|
|
1- برج خنک کننده تر از نوع طبیعی 2- پمپ 3- خط انتقال برق 4- ترانس 5- ژنراتور 6-9-10-11- جزئیات تشکیل دهنده تو ربین 7- پمپ 8- کندانسر 12- تا 27 – جزئیات نشکیل دهنده بویلر
3- نقش سیستم خنک کن درسیکل نیروگاه :
همان طور که در بالا اشاره شد برج های خنک کننده در سیکل فرعی یک نیروگاه قرار دارند.
سیکل فرعی :
برج خنک کننده : (cooling tower)-1
آب گرم وارد شده به کندانسر توسط برج سرد میشود.
پمپ : (cooling water pump)-2
آب را در سیکل فرعی به چرخش در می آورد.
کندانسر (condenser)-3
4- انواع سیستم خنک کننده در نیرو گاه:
الف- برج های خنک کننده با جریان طبیعی :
استفاده از برج خنک کننده با جریان طبیعی در اروپا شروع شد و در سال های اخیر مهندسان آمریکایی به آن روی آوردند.احداث این نوع برج در ابتدا با چوب بود وبعدا با چوب وفلز به ساخت آن مبادرت گردید.در نوع جدید،این برج با بتن مسلح درست می شود.شکل فیزیکی این نوع برج نیز تغییراتی را پشت سر گذاشت.نخست به صورت استوانه احداث می گردید وبعدا به حالت دو مخروط قطع خورده روی هم بنا می شد.شکل جدید آن هیپربولیک است که به برج استحکام خوبی می دهد وبا جریان طبیعی هوا در عبور از پوسته برج سازگاری بهتری دارد.طرح نو این برج مصالح بری کمتری دارد چون به حجم کمتری نیاز دارد.
برقراری جریان هوا در این نوع برج به پنکه یا دمنده نیاز ندارد.چون جریان هوا در برج با جریان طبیعی توسط اختلاف دانسیته بین هوای بیرون و درون برج ،به وجود می آید(هوای درون برج توسط آب ورودی گرم می شود وبا هوای بیرون اختلاف دانسیته پیدا می کند ).لذا برج یک دود کش بزرگی است که در پایین هوای سرد را به درون خود می کشد و در بالا هوای گرم را تخلیه می نماید.در برج با جریان طبیعی هم دو روش برای خنک کردن آب وجود دارد،با جریان عرضی ویا با جریان متقابل. جریان متقابل وسیله موثری برای انتقال حرارت است اما در جریان عرضی یکنواختی جریان هوا و توزیع آب ،بهتر تامین می گردد واین خصوصیات جبران کننده ضعیف برج با جریان عرضی خواهد بود.در حالت جریان عرضی،هوا عمود بر ریزش آب است وافت فشار در آن کمتر است.جریان متقابل به پر کننده بزرگتری نیاز دارد وارتفاع رانش هم در آن کوتاه تر می باشد.
برج ها با جریان طبیعی خود به دو دسته سیستم خشک(هلر) وسیستم تر تقسیم میشود.
(برج تر با جریان طبیعی )
(برج تر با جریان طبیعی )
(برج تر با جریان طبیعی )
(برج تر با جریان طبیعی )
(برج تر با جریان طبیعی )
(برج تر با جریان طبیعی )
(برج تر با جریان طبیعی )
(برج تر با جریان طبیعی )
(برج خشک با جریان طبیعی )
ب- برج های خنک کننده با جریان مصنوعی :
در این نوع برج ها جریان هوا به صورت مصنوعی است و به کمک پنکه وفن انجام می پزیرد.این نوع برج ها نیز خود به دو دسته خشک و تر تقسیم میشوند.در زیر نمونه ای از این برج ها را ملاحظه میکنید:
|
|
هزینه احداث برج ها و مقایسه آنها با یکدیگر :
برای حجم معینی از کار خنک کنی ،برج با جریان مصنوعی (برج مکانیکی)در مقایسه با برج با جریان طبیعی ،به مصالح کمتر و ارانتر نیاز دارد.برج مکانیکی به احداث دودکش نیاز ندارد.ساخت این دودکش 30 تا 50 درصد هزینه احداث برج با جریان طبیعی را تشکیل می دهد.برج مکانیکی (با جریان مصنوعی)تعدادی پنکه دارد و کار کرد آن نیز با مصرف برق همراه است و در عین حال به ادوات کنترل هم احتیاج دارد.برج مکانیکی معمولا برای عمر مفید 20 ساله ای طراحی واحداث می شود .ودر مجموع هزینه ساخت یک برج خنک کننده طبیعی هم اندازه اش را ندارد.
علاوه بر هزینه مصالح و ساخت ،ارزش زمین مکان احداث برج نیز مطرح است.خصوصا اگر اجرای پروژه ساخت برج در نواحی گران قیمت زمین واقع شده باشد.گاهی مزاحمت مه برج مکانیکی وموانع اطراف در چرخش های موثر هوا ،تخریب برج را لازم می سازد ولی در برج با جریان طبیعی نقطه خروج مه ارتفاع بیشتری دارد واز بابت مزاحمت مه و جریان موثر هوا ،مشکلی ندارد.افزایش حجم کار خنک کنی در صورت استفاده از برج مکانیکی ایجاب می نماید که بر تعداد واحد های برج اضافه شود و این سبب اشغال زمین بیشتری خواهد شد.هزینه لوله کشی های برج مکانیکی خصوصا در کاخانه های تولید ،مقدار قابل توجهی از هزینه را تشکیل می دهد.
چنانچه همه اقلام هزینه لحاظ شوند ،سطحی از ظرفیت برج را می توان یافت که بیش از آن برج مکانیکی گران تر از برج با جریان طبیعی در می آید.رابطه هزینه احداث و دفع حرارت نقطه ای را نشان می دهد که از آن به بعد برج مکانیکی پر هزینه تر می باشد.با افزایش حجم کار خنک کنی تفاوت هزینه احداث بین دو برج کمتر می شود و به جایی می رسد که برج با جریان طبیعی اقتصادی تر خواهد شد.و چنین حالتی به شرایط طراحی ،ارزش زمین و هزینه آماده سازی زمین نیز بستگی دارد.
شرایط آب و هوایی محلی نقش مهمی در انتخاب برج خنک کننده تر دارد.چون واحد های پتروشیمی و صنایع مشابه برجی را لازم دارند که با شرایط طرح در تابستان احداث شده باشند وبار برج تقریبا در سراسر سال ثابت می ماند و تحت این شرایط برج مکانیکی بر نوع با جریان طبیعی ترجیح دارد.برج مکانیکی معمولا برای جایی توصیه می شود که اختلاف دمای لازم،کم باشد.(مثلا c°5.5 تا c°11)
بهترین مورد کاربرد برج با جریان طبیعی در نیروگاه هااست.چون بار نیروگاه ها در زمستان ها ممکن است بیشتر از تابستان باشد و کار خنک کنی ،حجم بالایی دارد.به طور کلی برج با جریان طبیعی برای مناطقی قابل توصیه است که شرایط کار برج،دمای تر کم و دمای بالای آب ورودی و خروجی را شامل شود(دامنه وسیع خنک کن واختلاف دما )و یا بار زمستانی برج زیاد باشد.در مناطق خشک رطوبت نسبی پایین است وآب زیادی با تبخیر هدر خواهد رفت و لذا در این گونه مناطق استفاده از برج با جریان طبیعی توصیه نمی شود.در مناطقی با رطوبت نسبی متوسط ،برحسب اینکه حجم بار زمستانی برج چقدر باشد می توان برج طبیعی را توصیه کرد.در مناطقی که دمای تابستان خیلی بالا باشد،احداث برج با جریان طبیعی را نمی توان توصیه کرد چون بازدهی مطلوب را نخواهد داشت.
مناطق مرطوب بهترین جا برای کاربرد برج با جریا طبیعی هستند و روی همین اصل در اغلب مناطق دارای رطوبت نسبی بالا احداث شده است.
(مطالب ارائه شده تا به این مرحله کتاب طراحی برج های خنک کننده و منابع عکس ها سات زیر میباشد. برای دیدن عکس های بیشتر می توانید به سایت زیر مراجعه نمایید)
http://www.youtube.com/watch?v=QIKkKBC91og&feature=related
5- مراحل طراحی برج ها
1- طراحی مکانیکال : جهت مشخص نمودن ابعاد رادیاتورها و شکل هذلولی گون برج جهت برداشت حرارتی مطلوب توسط مهندسان مکانیک
2- طراحی بخش سازه : بر اساس بررسي وضعيت ژئوتكنيك خاك بستر و همچنين بررسي وضعيت لرزه خيزي منطقه و تعيين شتاب مبناي طرح (آناليز ريسك)، ارزيابي وضعيت شدت بارهاي باد طراحي سازه برج خنك كن انجام مي شود. (توسط مهندسين عمران )
اطلاعات تجربی در مورد مصالح مصرفی درسازه یک برج خنک کن خشک با جریان طبییعی:
1) نسبت آب به سيمان :
با توجه به مقاومت مورد نياز بتن در طراحي ((f'c=280 kg/cm2 ميزان آب به سيمان حداكثر به 0.5 محدود مي شود.
2) حجم بتن :
در برج خنك كن يك واحد سيكل تركيبي 160MWتقريبا 10000 متر مكعب بتن داريم كه حدود 2500 متر مكعب در فونداسيون، حدود 1500 متر مكعب در X-Leg ها و نهايتا حدود 6000 متر مكعب در پوسته مصرف مي شود.
3) سايز آرماتورها :
در برج خنك كن سايز آرماتور ها متنوع بوده و از سايز هاي پائين (12،14) متوسط (16،18،20) و بالا (25،28،32) استفاده مي شود. آرماتور هاي فونداسيون و پوسته متنوع از سايز هاي فوق استفاده مي شود ولي در پايه هاي ضربدري عمده ميلگرد هاي سايز 28 مي باشند.
4) مواد افزودني :
در پوسته برج خنك كن با توجه به نوع خاص اجرا (قالب لغزنده) نياز به استفاده از افزئدني روان كننده يا فوق روان كننده مي باشد كه عموما از ريتاردر استفاده مي شود.
5) بروآورد قيمت :
با توجه به برآورد حدود 10000 متر مكعب بتن و 3000 تن آرماتور ، 4500 متر مربع قالب بندي پوسته مجموعا عمليات ساختماني يك برج حدود 50،000،000،000 ريال تخمين زده مي شود.
در زیر مراحل اجرای یک برج خنک کننده خشک با جریان طبیعی را بررسی می کنیم :
۱-خاکبرداری
۲-اجرای بتن مگر
۳-قالب بندی برای اجرای فونداسیون
۴-آرماتور بندی
۵-ریختن بتن فونداسیون
۶-
۷-برپا کردن جرثقیل
۸-ساختن قالب های ایکس لگ ها
۹-آماده سازی کامل جرثقیل(جرثقیل برای اجرای قالب بندی)
۱۰-اجرای گلدانی ها
۱۱-قالب بندی ایکس لگ ها
۱۲-میلگردهای انتظار ایکس لگ ها
۱۳-قراردادن ایکس لگ ها به درون گلدانی ها
۱۴-نمایی از آرماتئر بندی ایکس لگ ها
۱۵-بلند کردن ایکس لگ ها
۱۶-
۱۷-
۱۸-
۱۹-
۲۰-
۲۱-نصب پلوتفرم شروع
۲۲-اتمام نصب پلوتوفرم شروع
۲۳-
۲۴-آغاز آرماتور بندی رینگ تحتانی پوسته
۲۵-شروع نصب المانهای قالب های لغزنده
۲۶-
۲۷-
۲۸-اتمام نصب قالب های لغزنده
۲۹-
۳۰-سیستم قالب لغزنده بتن ریزی پوسته
۳۱-ادامه بتن ریزی پوسته
۳۲-
۳۳-ادامه بتن ریزی
۳۴-
۳۵-اتمام بتن ریزی پوسته
۳۶-قالب بندی و بتن ریزی رینگ فوقانی
۳۷-نصب المانهای رادیاتورهای برج