سیستم مدار بسته
1403-08-14 1403-08-14 4:45سیستم مدار بسته
سیستم مدار بسته گردش آب
امروزه در کارخانه‌های بزرگ و پیشرفته از دو نوع سیستم جهت لوله‌کشی آب بهره برده می‌شود؛ سیستم مدار بسته و سیستم مدار باز. در سیستم مرکزی کارخانه‌ها یک قسمت به نام برج خنک‌کننده و چیلر وجود دارد، سیستم مدار باز از چیلر شروع می‌شود و به برج خنک‌کننده ختم می‌شود.
آبی که به برج خنک‌کننده می‌رسد و عبور می‌کند با هوای بیرون تماس پیدا می‌کند و تبخیر می‌شود که آب ازدست‌رفته توسط آب شهری دوباره وارد مدار آب می‌شود، به همین علت نام این سیستم مدار باز نام دارد. سیستم مدار بسته آب نیز از قسمت چیلر آغاز می‌شود و تا قسمت‌های انتقال هوا ادامه‌دار خواهد بود. در این نوع سیستم تماس مستقیم با هوا وجود ندارد و دیگر نیازی به استفاده از آب شهری برای تأمین مجدد وجود ندارد.
مقدار آبی که به واحدهای انتقال هوا جابه‌جا شده‌اند دوباره به قسمت چیلر باز می‌شوند. البته تفاوت این دو سیستم لوله‌کشی آب فقط به این مورد ختم نمی‌شود و در نوع طراحی و اجرا نیز تمایزهایی با یکدیگر دارند. سیستم مدار بسته در فرایندهایی مختلفی استفاده می‌شود.
از صنایع صنعتی بسیار بزرگ تا رادیاتور خودروهای سبک‌وسنگین از این سیستم بهره برده می‌شود که فرایند تقریباً یکسانی دارند. سیستم‌های مداربسته با اینکه میزان هدررفت آب در آنها نسبت به سیستم مدار باز کم تر است اما مشکلاتی را نیز به همراه دارد که در ادامه به‌تمامی آنها خواهیم پرداخت.
نحوه عملکرد سیستم مدار بسته آب
در لوله‌کشی‌های بسته در کارخانه‌های صنعتی بزرگ نحوه خنک شدن آب به این صورت است که ابتدا آبگرم توسط پمپ و لوله‌های مسی که به شکل کویل طراحی شده‌اند به حرکت درمی‌آیند. برای اینکه دمای آب بهتر با هوای بیرون تبادل شود و سرعت انتقال دما افزایش یابد، اطراف لوله‌ها را ورقه‌های آلومینیومی پیچیده‌اند. هوای بیرون نیز توسط فن به جریان درمی‌آید و با برخورد کردن به ورقه‌های آلومینیومی و لوله‌ها سبب کاهش دمای آب داخل لوله می‌شوند و بدین شکل آب خروجی از دستگاه دمای پایین‌تری خواهد داشت.
هوای گرم منتقل شده از لوله‌ها نیز توسط قسمت فوقانی برج خنک‌کننده به بیرون هدایت می‌شوند. این نوع سیستم فقط در فصل تابستان توانایی همیشگی خود برای کاهش دما را نخواهد داشت چرا که هوای هدایت شده توسط فن ها نیز گرم هستند.
برای رفع این مشکل از پاشش آب بهره برده می‌شود که به‌خوبی پاسخگویی نیاز سیستم مدار بسته ما است. اگر دقت کرده باشید طبق فرایندی که توضیح داده شد، جریان آب جاری در لوله‌ها تماس مستقیم با هوای بیرون ندارند، پس تبخیر نیز در این روش صورت نمی‌گیرد و میزان مصرف آب صفر است.
کیفیت آب در سیستم مدار بسته
همان‌طور که می‌دانید مایعی که در سیستم مدار بسته جریان دارد، آب است. آبی که درون لوله جریان دارد هیچ تماس مستقیمی با هوا ندارد. این شیوه انتقال آب همان‌طور که سبب کاهش مصرف آب می‌شود اما مشکلاتی نیز در پی دارد.
اصلی‌ترین موضوع در این سیستم کیفیت آب است، چرا که پس از مدتی چرخش درون لوله‌ها و واحدهای انتقال‌دهنده گرما درون لوله‌ها بسته به درجه سختی آب شروع به رسوب بستن می‌کند. اگر برای رفع آن راه چاره‌ای پیش‌بینی نشود، پس از مدتی با مشکلات جدی روبرو خواهید بود.
سختی آب چیست؟
به میزان رسوب‌گذاری آب که متشکل از نمک‌های کربنات کلسیم و منیزیم است، گفته می‌شود. آب مناطق مختلف از نظر داشتن این نمک‌ها درون آب متفاوت است. واحد اندازه‌گیری سختی آب برحسب ppm است.
میزان سختی مناسب برای آب که مناسب برای مصرف باشد، بین 150-100ppm بوده که از نظر سختی جزو آب‌های نرم تا کمی سخت نام‌برده می‌شود. آب‌هایی که درجه سختی آنها بیشتر از 300ppm است، آب‌های خیلی سخت به شمار می‌روند که در صورت استفاده در سیستم مدار بسته مشکلاتی جدی از نظر رسوب‌گذاری را در پی خواهد داشت. در صورت استفاده از این نوع آب بایستی چاره‌ای برای کاهش رسوب‌گذاری آب پیش‌بینی شود.
مشکلات رسوب‌گذاری در سیستم مدار بسته
رسوب‌گذاری در سیستم مدار بسته آب، در پی افزایش دما و بالا بودن میزان سختی آب به وجود می‌آید و مشکلاتی را در پی خواهد داشت که به چند مورد آنها اشاره می‌شود.
آسیب‌دیدن جدی لوله‌ها
رسوب زدگی در اثر افزایش دمای آب که درجه سختی بالا نیز دارد به وجود می‌آید. لوله‌ها مهم‌ترین قسمت مدار هستند. رسوب گرفتن تجهیزات و لوله‌ها، کاهش کارایی و عمر مفید آنها را به دنبال خواهد داشت. صدمه دیدن سریع و هزینه تعمیرات بالا را نیز به این موارد اضافه کنید تا اهمیت جلوگیری از رسوب زدگی تجهیزات را بهتر درک کنید.
افزایش فشار روی پمپ
رسوب گرفتن تجهیزات سبب می‌شود تا سطح قابل انتقال برای آب کاهش پیدا کند و این کاهش سطح داخلی لوله‌ها نیز سبب تشدید فشار بر روی پمپ می‌شوند. تحت‌فشار دائمی قرار داشتن نیز عمر پمپ را کاهش می‌دهد باعث بالارفتن هزینه تعمیرات می‌شود.
افزایش مصرف انرژی
رسوباتی که در داخل لوله‌ها به وجود می‌آیند از انتقال حرارت از آب به سطح بیرونی لوله‌ها جلوگیری می‌کنند. این عمل سبب می‌شود تا آب دوباره فرایند اولیه را طی کند و به برج خنک‌کننده بازگردد تا دمای آن کاهش یابد. این تکرار اضافی فرایند خنک‌سازی آبگرم، افزایش انرژی مصرفی و افزایش هزینه را به دنبال خواهد داشت که بدون شک مطلوب رؤسای کارخانه‌ها نخواهد بود.
جلوگیری از رسوب‌گذاری در سیستم مداربسته
پس از بیان مضرات و مشکلات رسوب گرفتن تجهیزات و لوله‌ها در سیستم مداربسته، به راه‌حل‌های آن می‌پردازیم تا از بروز آنها جلوگیری کنیم.
- تصفیه آب به روش اسمز معکوس: اسمز معکوس روشی است که با بهره‌بردن از تکنولوژی غشایی (فیلتراسیون) باعث حذف املاح محلول در آب می‌شود.
در این روش یک فیلتر درون لوله‌های ورودی وجود دارد که آب هنگام ورود از آنها می‌گذرد. این فیلترها باعث جلوگیری از ورود املاح و یون‌های آب به داخل تجهیزات می‌شوند و از رسوب‌گذاری جلوگیری می‌کنند.
- استفاده از سختی گیر: شیوه عمل در این سختی گیرها بدین صورت است که کاتیون‌های کلسیم و منیزیم را با کاتیون‌های سدیم جایگزین می‌کند. به این شیوه یون‌هایی که باعث تشکیل نمک‌های کربنات کلسیم و منیزیم می‌شدند دیگر وجود ندارند و عمل رسوب‌گذاری انجام نمی‌شود.
جنس سختی گیرها از رزین است. رزین تمایل بیشتری به جذب کلسیم و منیزیم به‌جای سدیم دارد و ازاین‌رو هنگام عبور آب از غشای تعبیه شده در فیلتر هنگام برخورد با این یون‌ها به‌سرعت یون‌های کلسیم و منیزیم را با سدیم‌های خود جایگزین می‌کند.
این روش راه‌حل قطعی نیست اما تا حدی املاح مضر موجود در آب‌های سخت را کاهش می‌دهد. چرا که پس از مدتی تمام یون سدیم خود را از دست می‌دهد و به‌اصطلاح اشباع می‌شود و برای بهره‌وری مناسب باید آن را تعویض کنید.
لوله‌ها در سیستم مدار بسته
پس از بررسی دلایل رسوب‌گذاری به قسمت تجهیزات و لوله‌ها می‌رسید. قسمتی که بسیار حائز اهمیت است و باید نکاتی را پیش از نصب و راه‌اندازی در نظر داشته تا بهترین بهره‌وری را داشته باشیم. لوله‌هایی که در مداربسته مورداستفاده قرار میگیرد از جنس‌های متفاوت بوده که بسته به محلی که مورداستفاده قرار میگیرد نیز تفاوت دارد. اولین نوع لوله‌ها، پلیکا است. این نوع لوله بیشتر برای ساختمان‌ها و تأسیسات متفاوت در ساخت‌وسازها مورداستفاده قرار میگیرد.
کشاورزان نیز به دلیل قیمت مقرون‌به‌صرفه بودن و دوام بالای این نوع لوله‌ها از پلیکا یا همان pvc استفاده می‌کنند. نوع دوم لوله‌ها، پلی‌اتیلن هستند. این نوع لوله‌ها در پالایشگاه‌های نفت بیشتر کاربرد دارند. به دلیل نداشتن خوردگی و ترک این لوله‌ها در تأسیسات شهری مانند آب و فاضلاب نیز مورداستفاده قرار می‌گیرند.
کشاورزان نیز از این لوله‌ها استفاده می‌کنند چرا که همانند پلیکا مصرف آب را کاهش می‌دهد و سبب کشت محصولات باکیفیت‌تر نیز می‌شود. نوع سوم لوله‌های پلاستیکی هستند. این لوله‌ها کم تر در مراکز صنعتی موردنیاز هستند چرا که عمدتاً قطرهای زیادی ندارند و برای انتقال جریان مایعات و گازها مورداستفاده قرار می‌گیرند. در ساخت‌وساز ساختمان‌ها از این نوع لوله‌های پلاستیکی بهره برده می‌شود.
کاروگیت
کاروگیت نوع دیگری از لوله‌ها است که جزو خانواده لوله‌های پلی‌اتیلن به شمار می‌رود. یکی از مقاوم‌ترین نوع لوله‌ها کاروگیت است که در دو گرید پلیمری تولید می‌شوند؛ PE100،PE80.
این لوله‌ها دوجداره و با استحکام بالا هستند که برای انتقال مایعات و سیالات در صنایع مختلف کاربرد دارد. آخرین نوع لوله‌ها، استیل است. این لوله‌ها که آلیاژی از آهن و کربن هستند بسیار در صنایع و تأسیسات کاربرد دارند.
سیستم مداربسته که در کارخانه‌های صنعتی مورداستفاده است، از لوله‌های استیل بهره می‌برد. استیل به علت ویژگی‌های مناسبی که دارد بسیار در مداربسته کارآمد است و کمک‌حال خواهد بود. مقاومت بالا در برابر خورندگی و رسوب‌گذاری، درخشندگی، قابلیت بازیافت، تحمل دمای مناسب و طول عمر بالا از مهم‌ترین ویژگی‌های استیل است.
استیل‌ها به‌خوبی دمای آبی که وارد برج خنک‌کننده در مداربسته می‌شود را با محیط بیرون تبادل می‌کند و نیازی به فشار بیشتر به کویل برای خنک‌کردن دمای آب نبوده که بسیار ویژگی کلیدی است. این نوع لوله در برابر زنگ‌زدگی و رسوب‌گذاری نیز مقاوم هستند که هزینه تعمیرات را نیز کاهش می‌دهند و موردپسند مهندسان صنایع مختلف است.
برج خنک‌کننده
پس از بررسی انواع لوله‌ها در سیستم مداربسته، به قسمتی که وظیفه تهویه و خنک‌سازی آبگرم را در مدار به عهده دارد می‌پردازیم؛ برج خنک‌کننده. همان‌طوری که از نامش پیداست این قسمت از مدار وظیفه کاهش دمای آب درون لوله‌ها را بر عهده دارد. نحوه انجام این عمل به این صورت است که این بخش دارای کویل سرمایشی است و عبور لوله‌ها از این قسمت با تماس غیرمستقیم با هوا سبب خنک شدن و کاهش دمای آب می‌شود.
نحوه عبور لوله‌ها از برج خنک‌کننده نیز به‌صورت کویل است تا حجم بیشتری از آبگرم با هوای خنک بیرون تماس داشته باشد و در زمان کمتری دمای آب در مدار کاهش پیدا کند. طراحی کویل لوله‌ها همچنین میزان مصرف انرژی برای کاهش دما را در پی خواهد داشت و از نظر اقتصادی نیز بسیار مناسب است.
برج خنک‌کننده هوا را به‌صورت چرخشی در فضای برج به حرکت درمی‌آورد، یعنی هوای گرمی که از لوله‌ها خارج می‌شود. بعد از آن توسط فن پروانه‌ای که در بالای برج تعبیه شده مکیده شده و به بیرون منتقل می‌شود و به این صورت هوای داخل برج همواره خنک خواهد بود.
ایراد برج خنک کننده
تنها ایراد این برج خنک‌کننده، فصل گرما و تابستان خواهد بود زیرا هوای بیرون بسیار گرم است اما خوشبختانه برای این چالش نیز یک راه در نظر گرفته شده است. برج‌های خنک‌کننده با استفاده از سیستم پاشش آب به‌خوبی این مشکل را مرتفع کرده‌اند و دیگر جای نگرانی نخواهد بود.
استفاده از آب در صنایع مختلف کم‌وبیش وجود دارد و به‌خصوص در صنایعی که مصرف آب بالایی دارند تأمین آب بسیار حائز اهمیت است ازاین‌رو به اهمیت برج‌های خنک‌کننده در سیستم مداربسته پی خواهیم برد.
کویل های برج خنک کننده
استفاده از برج‌های خنک‌کننده دغدغه تأمین آب را به‌خوبی مرتفع می‌کنند و در کاهش هزینه‌های کارخانه‌ها و صنایع مؤثر واقع می‌شوند. کویل‌هایی که در برج‌های خنک‌کننده مورداستفاده قرار می‌گیرند چند نوع هستند؛ کویل مسی، کویل آلومینیوم، کویل گالوانیزه و کویل استیل. کویل مسی پرکاربردترین نوع است زیرا در انتقال حرارت و تهویه عملکردی بسیار مناسبی دارد و در ضخامت‌های متنوع نیز تولید شده است.
تقریباً در تمامی صنایع از کویل مسی استفاده می‌شود به جز صنایعی که با سیالات اسیدی سروکار دارند، مس در برابر اسیدها بسیار آسیب‌پذیر است و به‌سرعت دچار خوردگی می‌شود. کویل استیل در صنایع مربوط به سیالات اسیدی مورداستفاده قرار میگیرد. استیل به‌خوبی در برابر اسیدها مقاوم است و جای هیچ‌گونه نگرانی را از بابت خوردگی کویل‌ها باقی نمی‌گذارد، عمل خنک کاری نیز به‌خوبی در استیل صورت میگیرد.
البته استیل‌ها دو نوع هستند که در سیستم مدار بسته از نوع بدون درز آن بهره برده می‌شود. از کویل‌های گالوانیزه نیز به دلیل قیمت مقرون‌به‌صرفه آن در بعضی صنایع بهره برده می‌شود. از جمله معایب این کویل‌ها رسوب گرفتگی در مدار داخلی و عملکرد ضعیف در انتقال حرارت است. آلومینیوم نیز از نظر قیمت مقرون‌به‌صرفه است و برای تولید فن‌های برودتی از آن استفاده می‌شود.
مزیت‌های برج خنک‌کننده
در ادامه به مهم‌ترین ویژگی‌های مثبت این موضوع اشاره می‌کنیم.
- مصرف انرژی بسیار کم زیرا این نوع مدار هیچ‌گونه هدررفت در آب ندارد.
- بهبود بازدهی و راندمان سیستم
- کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری تجهیزات
- اشغال فضای کم
- عدم نیاز به تأمین مجدد آب و کاهش هزینه‌های ناشی از تأمین آن
- رسوب پذیری کم
- قابلیت کنترل دما از طریق سنسورهای دما و ترموستات تعبیه شده در برج خنک‌کننده
- عدم نیاز به‌سختی گیرهایی مانند رزین و بایوساید.
سخن پایانی
تمامی مطالبی که در این مطلب دررابطه‌با سیستم مداربسته گردش آب و تجهیزات آن گفته شده در جهت افزایش دانش شما و آشنایی بیشتر با سبک طراحی و اجرای آن و همچنین مشکلات پیشروی آن، بوده است. از اینکه تا انتهای این مطلب همراه ما بودید متشکریم.
