Soğutma Kulesi Temelleri: Borulama ve Kontroller

21 Haziran 2022 Dergi: Haziran-2022
Yazan: Christopher M. O’Boyle*
Çeviri: Hüseyin BULGURCU
* Christopher M. O'Boyle, endüstriyel proses, güç, soğutma ve HVAC uygulamaları için evaporatif soğutma ve endüstriyel soğutma sistemleri üreticisi olan Evapco Inc., Taneytown, Md.'de satış ve pazarlamadan sorumlu kıdemli başkan yardımcısıdır.


Gelecekteki yüklerin ve gelecekteki yapıların tasarıma dahil edildiği büyük hacimli sistemlerde, işletme şemaları, borularda beklenen akış hızları ve hava menfezi konumları ve boyutları dikkatle incelenmelidir. Soğutma kuleleri, yalnızca maksimum verimlilik için uygun şekilde borulandıklarında çalışır. Boru tasarımı ve montajı, optimum işlev için kritik öneme sahiptir.


Şekil 1. Yüzde 100 bağımsız sistemlere sahip çok hücreli soğutma kulesi
düzenlemeleri sınırlı yedekliliğe sahiptir.
Şekil 2. Modern çok hücreli soğutma kulesi düzenlemeleri hem besleme hem de dönüş
hatları için ortak başlıklar kullanır.

Uygun şekilde tasarlanmış kondenser, soğutucu ve soğutma kulesi boruları ve kontrolleri, ısı transferini iyileştirecek ve hava tıkanması ve pompaların çalışmasını kaybetmesi gibi sorunları önleyecektir. Çoğu endüstriyel üretim, elektrik enerjisi üretimi ve hatta iklimlendirme ihtiyaçları için soğutma kuleleri tasarımın kritik bir unsurudur. Soğutma kuleleri, ısı reddi prensibi ile çalışır: Evaporatif soğutma yoluyla atmosfere ısı çekerler. Kulelerin kendileri, hava ile doğrudan temas yoluyla buharlaşma yoluyla suyu soğutmak için kapalı, sabit akışlı cihazlardır. Soğutma kuleleri su soğutmalı soğutmada, endüstriyel proses sistemlerinde ve ticari HVAC iklimlendirmesinde kullanılır. Bir soğutma kulesinin nasıl çalıştığını anlamanın basit bir yolu, “plaj etkisi”ni düşünmektir. Yüzde 95 nem ile 95 ° F (35 ° C) bir günde, suya dalmak inanılmaz derecede canlandırıcıdır. Sudan çıktığınızda ve hala nemliyken, bir esinti estiğinde ne olur? Esinti cildinizdeki suyu buharlaştırırken kendinizi serin hissedersiniz. Buharlaşarak soğutulan ekipmanın arkasındaki temel dayanak budur. Bir soğutma kulesinin çalışması için temel unsur sudur ve suyun bir boru sistemi aracılığıyla iletilmesi gerekir. Basit görünüyor, ancak bir soğutma kulesi boru sisteminin ne kadar etkili bir şekilde tasarlanıp kurulduğu, sistem verimliliği, işlevselliği ve hatta güvenliği üzerinde kritik bir etkiye sahip olabilir.
Çoğu büyük soğutma kulesi sistemi, çok hücreli bir düzenleme kullanır. Bu düzenleme, proses veya tesis yükleri değişiklik gösterdiğinden ekipmanın doğru şekilde yerleştirilmesine izin verir. Ayrıca tesis yöneticilerine tesislerini en yüksek verimlilikte çalıştırma fırsatı verir. Ek olarak, bu çok katlı kondenser su sistemleri, kritik işlemlerin hiçbir zaman çalışmama tehlikesiyle karşı karşıya kalmaması için yeterli fazlalık içerir. Çok Hücreli Soğutma Kuleleri İçin Borulama Senaryoları Soğutma kulesi boru sistemleri yıllar içinde, karmaşıklığı olmayan basit, özel hidrolik döngülerden, en yüksek operasyonel verimlilikler sunan büyük hacimli, çok katlı sistemlere dönüşmüştür (Şekil 1.). Daha sofistike bir sistemin evrimi, kısmen gelişmiş kontrollerin ortaya çıkmasından ve modern soğutma gruplarının, soğutma kulelerinin ve diğer mekanik ekipmanların operasyonel esnekliğinden kaynaklanmaktadır. Kondenser boru sistemleri, enerji açısından en verimli çözümü sağlarken sermaye maliyetlerini düşük tutmak için modern hale getirilmek üzere tasarlanmıştır.
Kondenser borularının isimlendirilmesiyle ilgili bir not: Sezgisel değildir. Kondenser dönüş borusu (CR), soğutma kulesini besleyen ancak su soğutma grubundan dönen borulardır. Kondenser besleme boruları (CS), soğutma kulesinden çıkan ve soğutucuyu besleyen borulardır. Bu, beklenenden geriye doğru görünüyor, ancak soğutma grubunun sistem tasarımında merkezi bileşen olduğu gerçeğini yansıtıyor. Bugün, çok hücreli soğutma kulesi düzenlemeleri hem besleme hem de dönüş hatları için ortak başlıklara sahiptir (Şekil 2). Bu sistemlerde, her soğutma kulesinin girişinde (CR) ve çıkışında (CS) düzgün çalışması için otomatik kontrol vanalarının kullanılması zorunludur. Ek olarak, her kulenin dengeleme hattının çıkışında otomatik kontrol vanaları sağlamak daha iyi bir mühendislik uygulamasıdır (ve bu yazarın tavsiyesidir). Bu ek otomatik kontrol katmanı, daha yaygın olarak kullanılan manuel izolasyon vanasına kıyasla mühendislik topluluğu içinde en fazla diyalogu teşvik eder. Ancak, bu tasarım yaklaşımı kolayca haklı çıkar. Ek makineleri açarken ve kapatırken daha iyi hidrolik kontrol sağlar ve genellikle toplam proje maliyeti açısından önemsizdir.

Çok Hücreli Soğutma Kulelerinde Borulamadaki Endişeler ve Uyarılar 
İki veya daha fazla soğutma kulesi ortak bir kondenser su sistemine entegre edildiğinde, sistemin düzgün çalışması için tüm soğutma kulelerinin eşitlenmesi gerekir. Dengeleme — su havuzu seviyesinde düzeltmeye izin vermek için birden fazla soğutma kulesi havuzunun mekanik olarak bir boru sistemi aracılığıyla bağlandığı süreç — çalışma sırasında gerçekleşir.  Düzgün dengeleme boruları için, 2,5 cm basma yüksekliği farkı varsayarak, dengeleme hatları hücreler arasında yüzde 15'lik bir akış dengesizliği için boyutlandırılmıştır. Bu, Bernoulli denkleminden ve basınç ile akış ilişkisinden türetilmiştir. (İyi haber şu ki, Bernoulli'nin hesaplamalarını kendiniz yapmanıza gerek yok: Gerekli tüm bilgiler, tüm soğutma kulesi üreticilerinden kolayca edinilebilir.) 


 
Şekil 3. Soğutma kulesinin baypas edilmesi, soğutma grubunun kondenserine
büyük hacimlerde soğuk suyun girmesini önlemek veya ortadan kaldırmak için
soğuktan soğuğa iklimlerde kullanılan yaygın bir kontrol işlevidi
r.
Şekil 4. Aşağı çekme, esasen, pompalar çalışmaya başlatıldığında kondenser
döngüsünü doldurmak için gereken su hacmidir.


Soğutma kulesinin baypas edilmesi, soğutma grubunun kondenserine büyük hacimlerde soğuk suyun girmesini önlemek veya ortadan kaldırmak için soğuktan soğuğa iklimlerde kullanılan yaygın bir kontrol işlevidir (Şekil 3). Çok soğuk su kondensere girerse, soğutma çevrimini olumsuz etkileyebilir ve makineyi kapatabilir. Benzer şekilde, bypass çevrimi soğutma kulesinde uygun şekilde yönetilmezse, boru sistemi içindeki hidrolik problemler ve donma potansiyeli devam edebilir. Soğutma kulesini atlamak gerektiğinde, iki yol önerilir:

1.İlk seçenek, doğrudan soğutma kulesi haznesine atlamaktır. Baypas vanasının soğutma kulesi borusu ile aynı seviyede veya buna yakın olması gerekiyorsa, bu tercih edilen yöntemdir. Baypas hattını doğrudan soğutma kulesi haznesine koymak, kondenser hattında hava sıkışmasını önleyecektir.

2. İkinci seçenek, bir şartla mekanik oda içindeki pompa emişine bypass yapmaktır. Baypas valfini kule haznesinin en az 4,6 m veya daha altına yerleştirin. Bu, besleme borusundan hava çekmeden tam kule akışından tam baypasa geçmesine izin vermek için valfe yeterli yük yerleştirecektir.
 

Bir kritik not: kapasite kontrol aracı olarak baypas valfinizi asla modüle etmeyin. Baypas valfiniz, akışı iki konumdan birine kontrol etmek için tasarlanmıştır:

1. Kule haznesine (veya pompa emişine) tam akış.
2. Mekanik soğutmada kule dolgusu üzerinde tam akış.

Tipik olarak bir uç anahtarı aracılığıyla tam akış kanıtlandığında, optimum sıcaklık kontrolü için fan çalışmasını değişken frekanslı bir sürücü kullanımıyla entegre edin. “Aşağı çekme”, sektörde çoğu kişinin aşina olmadığı bir terminolojidir. Aşağı çekme, esasen, pompalar çalışmaya başlatıldığında kondenser döngüsünü doldurmak için gereken su hacmidir. Soğutma kulesinin yeri, proses-soğutma ve tesis yerleşiminin yanı sıra ilgili boru sistemi ile ilgili olarak dikkate alınmalıdır.
Her şeyden önce, ideal olarak, kondenser su sisteminin en yüksek noktasına açık bir soğutma kulesi yerleştirilmelidir. Bu, pompanın düzgün çalışması için yeterli net pozitif emme yüksekliğine (NPSH) izin verecek ve açık sistemlerle ilgili olası hidrolik sorunları en aza indirecek veya ortadan kaldıracaktır. İkinci olarak, açık sistemin en yüksek noktasına yerleştirildiğinde, soğutma kulesi, soğutma kulesinin havza seviyesinin üzerinde minimum kondenser borusuna sahip olacaktır. Bu çok önemlidir, çünkü soğutma kulesi havza seviyesinin üzerinde bulunan tüm kondenser boruları boşalır ve sonunda  havuza giden yolunu bulur. Ek olarak, süspansiyon halindeki su havzada yerleşecek ve toplam hacme eklenecektir. Sonuç olarak, havzanın üzerinde aşırı miktarda boru yükselirse, soğutma kuleniz taşacaktır. Bu senaryo nedeniyle çok sayıda sorun ortaya çıkıyor. İlk sorun açıktır: Kule taşar ve su arıtma kimyasalları boşa gidebilir. İkincisi, havzanın mevcut aşağı çekmesini saniyeler olmasa da dakikalar içinde tüketecek olmasıdır. Sorunun seviyesi, geri tahliyenin ciddiyetine bağlıdır. Unutmayın, kondenser pompaları başlatıldığı anda sistem su ile doldurulur. Boru sistemi tasarımıyla ilgili sorunlar, uygun olmayan astarlama ile sonuçlandığında, sorunun kaynağı hakkında ilk düşünülen şey genellikle takviye suyu sistemidir.
İster elektronik ister standart şamandıra olsun, mekanizmanın kondenser sistemini çalıştırması imkansızdır. Kaçınılmaz olarak, hazne kuru çekilir ve boru sistemine hava verilir. Daha detaylı bir değerlendirme yapılıncaya kadar, suçlunun makyaj sistemi olduğu varsayılır. Bu boru tasarımı tuzağına düşmeyin. Şekil 4, mühendislerin boru düzenini değerlendirmelerine ve sahaya kurmadan önce düzeltmeler yapmalarına olanak tanıyan hızlı bir hesaplamayı göstermektedir.
Mühendisin dikkate alması gereken bir diğer potansiyel senaryo, gelecekteki yapılara sahip kondenser su sistemlerinin tasarımıdır. Çok hücreli soğutma kulesi düzenleri, sistem yükleri hafif olduğunda ve soğutma kuleleri sahnelenmeyi beklerken boşta kaldığında bir fenomene eğilimlidir. Düşük akışta, yüksek hızda havalandırılmış su soğutma kulesinden çıkar ve büyük kondenser besleme hattına girerek hızı anında düşürür. Sistemin bu noktasında, boru daha çok bir gemi gibi davranır ve bu da sürüklenen tüm havanın süspansiyondan çıkmasına ve sisteme zarar vermesine izin verir. Bundan kaynaklanan yaygın bir sorun, suyun dikey borularda (tipik olarak boş kondenser besleme hatlarında) yer değiştirmesidir. Bu, kule hücresini başlatırken ve kontrol vanasını açarken bir "geğirme" yaratır. Büyük hava damlacıkları kulelerin eşitlenmesini bozacak ve taşma durumları yaratabilir. Hava pompalara yolunu bulursa, pompalar asal değerlerini kaybederler. Gelecekteki yüklerin ve gelecekteki yapıların tasarıma dahil edildiği büyük hacimli sistemlerde, işletme şemaları, borularda beklenen akış hızları ve hava menfezi konumları ve boyutları dikkatle incelenmelidir (Şekil 5). 
Soğutma kuleleri, yalnızca maksimum verimlilik için uygun şekilde borulandıklarında çalışır. Boru tasarımı ve montajı, optimum işlev için kritik öneme sahiptir. Belirli bir sistem veya benzersiz bir ihtiyaç hakkında bir sorunuz varsa, taktığınız boruların en verimli sistem olmasını sağlamak için bir soğutma kulesi uzmanına danışın.

Kaynak: https://www.process-cooling.com/articles/88448-cooling-tower-basicspiping-and-controls



Slider Altına
Söyleşi