بخشی از مقاله
چکیده:
تامین کولرهاي هوایی - ایرکولر - مانند تامین بسیاري از تجهیزات و قطعات پالایشگاه ها و سایت هاي پتروشیمی، نیروگاه ها، ایستگاه هاي تقویت فشار گاز و ...، غالبا از طریق مناقصه انجام می گیرد. سازندگان ایرکولر جهت تهیه پروپزال و شرکت در مناقصه، طراحی ایرکولر را بر اساس استاندارد API661 ، مدارك فنی و دیتاشیت هاي پروژه انجام می دهند.
در اکثر موارد چند طراحی مختلف با ابعاد و توان برق مصرفی متفاوت جوابگوي شرایط و نیازهاي فرایندي و مکانیکی پروژه می باشند ولی آنچه در انتخاب طراحی نهایی و تهیه پیشنهاد فروش سازندگان نقش اساسی دارد، ارائه پروپزال مالی کولرهوایی بر اساس ارزان ترین طراحی است. خریدار - کارفرماي پروژه - نیز پس از حصول از صحت اطلاعات فنی سازندگان، قیمت نهایی کالا را در اولویت اول خود به عنوان ملاك انتخاب سازنده قرار می دهد. از طرف دیگر کولرهاي هوایی از موتورهاي الکتریکی جهت به چرخش درآمدن فن ها استفاده می کنند و این به معنی مصرف انرژي در طول دوره کاري تجهیز است.
آنچه در طراحی کولرهاي هوایی از دید اکثر سازندگان و همچنین خریداران مغفول می ماند این است که ارزان تر شدن قیمت خرید کولرهاي هوایی در خیلی از موارد در قبال پرداخت هزینه بیشتري است که باید در طول دوران بهره برداري، جهت برق مصرفی بپردازند. علاوه بر هزینه برق مصرفی، مصرف بیشتر انرژي به معنی هدر دادن سرمایه هاي ملی و در اکثر مواقع آلودگی بیشتر محیط زیست می باشد. در این مقاله با بررسی نمونه اي عملی به بررسی این موضوع پرداخته و راهکار منطقی جهت بهینه کردن و بالانس بین قیمت ساخت و هزینه مصرفی و در حقیقت صرفه جویی انرژي ارائه شده است.
- شکل - 1
مقدمه: کولرهاي هوایی - Air Cooler - یکی از انواع پر کاربرد مبدل هاي حرارتی و از مهمترین و پر استفاده ترین تجهیزات در پالایشگاه ها و سایت هاي پتروشیمی، نیروگاه ها، ایستگاه هاي تقویت فشار گاز و ... می باشند. براي طراحی حراتی و مکانیکی کولرهاي هوایی از استاندارد API‐661 استفاده می شود.
در کولرهاي هوایی جهت خنک کردن سیالات از هواي محیط - که سیالی ارزان و در دسترس است - استفاده می شود و این اختلاف اساسی ایرکولر نسبت به دیگر مبدل ها می باشد. هوا توسط فن بر روي لوله هاي حاوي سیال خنک شونده جریان می یابد و گرما را از سیال جذب و به محیط منتقل می نماید. فن ها توسط موتورهاي الکتریکی به گردش در می آیند که انرژي آن توسط نیروگاههاي برق تامین میشود.
تأمین انرژي یکی از اساسیترین پیش نیازهاي توسعه اقتصادي و بهبود کیفی زندگی بشر است. منابع شناخته شده نفت و گاز طبیعی جهان با توجه به میزان مصرف فعلی، رشد جمعیت و افزایش تقاضا، نیاز انرژي جهان را براي سالهاي محدودي کفایت خواهند کرد. نیروگاههاي برق هر ساله مقادیر بسیاري سوخت مصرف کرده و در پی آن گاز و ذرات زیان آور را در هوا رها میسازند.
هرگونه افزایش مصرف انرژي، دو اثر مخرب و تاثیرگذار بر زندگی ما دارد؛ نخست آلودگی محیط زیست در اثر سوزاندن سوختهاي فسیلی - بالا رفتن دماي کره زمین، باران هاي اسیدي، آلودگی هوا، اثرات گلخانه اي و ... - و دیگر اینکه سبب شتاب فزاینده در جهت به پایان بردن این منابع می گردد. افزون بر اینها باید توجه داشت که این منابع محدود به آیندگان نیز تعلق دارد و کاربرد بی رویه آنها مجاز نیست. بنابر این با توجه به مصرف انرژي الکتریکی توسط موتورهاي ایرکولر، لازم است بهینه سازي انرژي مصرفی توسط طراح در نظر گرفته شود.
طراحی و بهینه سازي کولرهاي هوایی
طراحی و بهینه سازي کولرهاي هوایی داراي حساسیت ها و پیچیدگی هاي خاصی می باشد. پارامترهاي مختلفی در طراحی کولرهاي هوایی از لحاظ فرایندي تاثیر گذار می باشند. ایرکولر طراحی شده مانند هر مبدل دیگري باید سطح حراتی مورد نیاز جهت تبادل حراتی را فراهم سازد.
رعایت افت فشار مجاز در لوله ها، محدودیت هاي فضاي طراحی، محدود بودن توان مصرفی هر موتور - حد اکثر 45 کیلو وات ساعت - ، وجود فن هایی که هوادهی و غلبه بر مقاومت در سمت هوا را تامیین کنند و کمینه سازي قیمت از جمله موارد مهم در طراحی کولرهاي هوایی می باشند.
در ایرکولر از هوا به عنوان سیال خنک کننده استفاده می شود. در حالیکه در انواع مبدل هاي دیگر سیال خنک کننده عموما مایع می باشد.
لذا افت فشار کوچکی جهت سیرکولاسیون هوا بر روي لوله ها - عموما فین دار - مجاز می باشد زیرا در غیر این صورت هزینه جریان دادن هوا بر روي سطح لوله ها غیر قابل قبول خواهد بود. به دلیل بالا بودن مقاومت حرارتی هوا، نرخ انتقال حرارت در مبدلهاي هوایی پایین است. طبیعتاً افزایش جریان هوا در اطراف لولهها این مقاومت حرارتی را کاهش میدهد. مقدار این کاهش به شرایط جریان آرام - لایهاي - یا مغشوش هوا بستگی دارد. استفاده از فن در خنک کنندههاي هوائی موجب افزایش نرخ انتقال حرارت میگردد.
جهت طراحی کولرهاي هوایی و بهینه سازي آن دو پارامتر نقش اساسی بر عهده دارند و باید با بهینه سازي آنها بهترین طراحی را ارائه نمود.
اول میزان سطح حرارتی است که براي افزایش آن می توان از افزودن لوله، تغییر تعداد پاسهاي لوله - با احتساب میزان افت فشار مجاز سیال در لوله - ، تغییر نوع، ضخامت و تعداد فین ها و ... استفاده نمود. دوم افزایش میزان هواي عبوري از روي لوله ها است که براي رسیدن به این هدف می توان از طرق افزایش توان موتور با احتساب حداکثر توان مجاز، تغیییر نوع, تعداد و ابعاد فن، کم کردن مقاومت لوله ها در برابر عبور هوا از طریق افزایش گام لوله ها و کم کردن تراکم فین ها و کم کردن تعداد ردیف لوله ها و ... استفاده نمود.
مهندس طراح ایرکولر، بر اساس اطلاعات ورودي فرایندي، مکانیکی و متریالی، طراحی هاي گوناگونی را ارائه می نماید ولی این طراحی ها می بایست بهینه شوند. با توجه به شیوه موجود در خرید تجهیزات که بر اساس کمترین قیمت تمام شده می باشد، مهندس طراح، بهینه سازي را بر اساس قیمت نهایی انجام می دهد و عملا آنچه مغفول می ماند هزینه انرژي برق مصرفی در دوره کاري ایرکولر می باشد.
طراحی ایرکولر علاوه بر دانش مهندسی، نیازمند تجربه و دید صحیح نسبت به روابط متغییرهاي ذکر شده می باشد. آنچه که در این مقاله به آن می پردازیم لزوم در نظر گرفتن پارامتر هزینه برق مصرفی - توان مصرفی موتورها - در طراحی می باشد و بنابراین از توضیح بیشتر در رابطه با اثرات متقابل پارامترهاي فوق الذکر بر روي هم و همچنین ارائه فرمول هاي طراحی ایرکولر که در کتاب هاي مرجع طراحی مبدل موجود است صرف نظر می شود. اکنون با بیان مثالی واقعی، به بررسی میزان انرژي مصرفی و هزینه آن در طراحی هاي مختلف براي یک ایرکولر می پردازیم.
ارائه یک مثال واقعی و بررسی طراحی هاي مختلف براي یک ایرکولر پالایشگاهی
آیتم مورد بررسی یک ایرکولر است که بر اساس API‐661 و جهت استفاده در یکی از پالایشگاه هاي کشور استعلام قیمت شده است. این آیتم هنوز به مرحله تایید طراحی نرسیده است.
