وبلاگ یک مهندس...

در طراحی وعمل کرد برج خنک کن غیر مستقیم یا هلر عوامل گوناگونی تاثیر دارد که در این قسمت به بحث در مورد چگونگی تاثر برخی از این مهمترین عوامل طراحی وعمل کرد برج هلر پرداخته می شود. آگاهی از نحوه تاثیر پارامترهای کمک زیادی در طراحی برج خواهد کرد.

الف) رطوبت نسبی هوا:

رطوبت نسبی محیط بر سیستم های خنک کن خشک وتر اثرات متفاوتی می گذارد. از یک طرف با افزایش رطوبت نسبی محیط راندمان سیستم های خنک کن تر کم واز سوی دیگر همین افزایش رطوبت نسبی به دلیل افزایش چگالی هوا موجب بهبود عمل کرد سیستم های خشک می شود. کاهش راندمان سیستم های خنک کن تر با افزایش رطوبت نسبی به دلیل کم شدن ظرفیت حمل هوای عبوری از سیستم می باشد. بخش اصلی خنک کنندگی سیستم خنک کن تر ناشی از انتقال جرم به صورت تبخیر آب درحال ریزش از پکینگ ها برج به دلیل پایین بودن رطوبت هوای محیط از نقطه اشباع می باشد. لذا هر چه هوای محیط دارای رطوبت نسبی پایین تری باشد آب بیشتری تبخیر خواهد شد که این امر موجب کاهش بیشتر دمای آب خنک کن می گردد. بنابراین عمل کرد برج خنک کن تر در مناطق خشک وکم رطوبت بهتر از مناطقی مانند ساحل که هوا دارای رطوبت نسبی بیشتری است می باشد. در برج خنک کن غیر مستقیم چون انتقال حرارت ازطریق هوا وبه صورت جابجایی صورت می گیرد، هرچه چگالی هوا افزایش یابد امکان انتقال حرارت درواحد سطح افزایش خواهد یافت. بنابراین برج های خشک غیر مستقیم در مناطق مرطوب، عمل کرد بهتری خواهند داشت. در اثر افزایش رطوبت هوا دبی جرمی هوا نیز افزایش یافته ودرنتیجه میزان افت فشار هوا در برج خشک غیر مستقیم بیشتر خواهد شد که برای جبران این افت بایستی ارتفاع برج افزایش یابد.

ب)‌ دمای محیط:

دمای محیط نه تنها در طراحی برج خنک کن غیر مستقیم تاثیر دارد بلکه از نقطه نظر گزینش نوع سیستم خنک کن نیروگاهی دارای اهمیت است. در مقایسه سیستم خنک کن نیروگاهی، به خصوص نوع خشک آن (مستقیم یا غیر مستقیم) در رابطه با درجه حرارت محیط قابل ذکر است که سیستم خنک کن غیرمستقیم هلر داراست.

دلیل تغییر این عمل کرد، ویژگی دو سیستم در تامین هوای مورد نیاز (مکش طبیعی ومصنوعی) وتغییر چگالی هوا با درجه حرارت می باشد. بنابراین برای مناطق گرم سیری که مصرف شبکه حداکثر است استفاده از سیستم مستقیم مناسب تر خواهد بود ودرعوض برای مناطق گرم سیری غرب، استفاده از سیستم هلر مناسب تر است. اگر دمای محیط از حد خاص پایین تر برود یخ زدگی در سیستم هلر حتمی است. به کارگیری سیستم مستقیم خطر یخ زدگی را ازبین می برد.
اما از دیدگاه طراحی، افزایش دمای محیط باعث کاهش چگالی هوا وکم شدن دبی جرمی هوای عبوری ازدلتاها خواهد شد. در نتیجه میزان انتقال حرارت از دلتاها کم می گردد وبرای جبران این کاهش باید بر تعداد دلتاها افزود که این امر باعث افزایش قطر پایه برج می شود.
بررسی وتعیین درجه حرارت سیستم خنک کن با جمع آوری اطلاعات هوا شناسی خاستگاه نیروگاه شروع می گردد وبهتر است پس از بررسی اجمالی داده ها واگر امکان تفکیک ودوره تناوب تغییرات دمای محیط وجود داشته باشد تجزیه وتحلیل آماری درجه حرارت های درتناوب ها 5 و10 یا 15 ساله انجام گیرد اما امکان نتیجه گیری وجمع بندی در مورد پیدا نمودن دامنه تغییرات در یک دوره معین وجود نداشته باشد که بررسی وتجزیه تحلیل آماری به دوره بهره برداری از نیروگاه تعمیم داده شود. در نیروگاه های حرارتی این دوره در حدود 30 سال است.

ج) وزش باد:

سرعت وجهت وزش باد، باعث به هم خوردن  فشار استاتیکی اطراف پوسته برج می گردد. این تغییر توزیع فشار استاتیکی نیز باعث به هم خوردن عمل کرد حرارتی برج وافزایش دمای آب خروجی از برج می گردد وقدرت خروجی نیروگاه نهایتا کاهش می یابد.

 اثر وزش باد را از دو جهت می توان بررسی کرد:

ج.1) اثر وزش باد بر روی هوای ورودی به برج:

میزان انحراف جریان هوا و همچنین توزیع فشار استاتیک بر پوسته برج در اثر باد در برج های خنک کن به شکل هندسی برج وآرایش دلتاها بستگی دارد. به طور کلی از دو نوع آرایش دلتاها دربرج استفاده می شود. درنوع اول دلتاها به صورت افقی بر روی اسکلت فلزی داخل برج نصب می گردد در نوع دوم دلتاها به صورت عمودی درقسمت خارجی برج چیده می شوند. 
در هنگام وزش باد در بعضی از نقاط برج به خاطر جدایی لایه مرزی و تشکیل گردابه فشار استاتیکی بیرون برج از فشار درون کمتر خواهد شد و در این هنگام در نقاط فوق جریان هوای گرم از درون تنوره برج به بیرون جریان می یابد. وزش هوای گرم در جهت معکوس، راندمان دلتاها بر کل برج کاهش خواهد یافت ودرنتیجه دمای آب خروجی افزایش خواهد یافت.

ج.2) تاثیر باد برروی جریان هوای خروجی از برج:

 اگرچه وزش باد وافت فشار اضافی به مقدار جزئی حرکت متقارن هوای داخل برج را تحت تاثیر قرار می دهند. می توان حرکت هوا در داخل برج را کم و بیش متقارن فرض کرد. با افزایش سرعت باد توزیع یکنواخت جریان هوا وحرکت متقارن آن از بین رفته وجریان هوا درسمت وزش باد متمرکز می گردد که باعث کاهش سطح مقطع عبور هوا وافزایش فشار خواهد گردید. موضوع دیگر درارتباط با تاثیر باد در جریان هوای خروجی ایجاد شکست یا انحراف در هوای خروجی از برج می باشد. میزان این انحراف بستگی به سرعت باد وسرعت خروجی از دهانه بالایی برج دارد.
 تاثیر باد برعمل کرد برج در بارهای مختلف حرارتی پایین بیشتر ازبار نامی می باشد. البته باید توجه داشت که میزان تغییر باد در نیروگاه در اثر افزایش دمای آب خروجی از برج در بارهای کمتر، کمتر می باشد، لذا حاشیه اطمینان استفاده از برج خنک کن خشک غیر مستقیم هلر در بارهای کم، بیشتر است.
سرعت باد درطراحی ترمودینامیکی وسازه برج مورد نیاز می باشد. برای طراحی سازه از حداکثر مقدار وزش باد در خاستگاه نیروگاه در یک دوره استفاده می شود. برای طراحی ترمودینامیکی برج هلر، طبق استاندارد VDI2049   سرعت باد درارتفاع 10 متری از سطح زمین که میزان آن 3 متر بر ثانیه می باشد.

د) ارتفاع خاستگاه نیروگاه از سطح دریا:

چگالی هوا با افزایش ارتفاع از سطح دریا کاهش می یابد با کاهش چگاهی هوا از دبی جرمی هوا که از سطح دلتا عبور می کند، کاسته می شود. لذا میزان انتقال حرارت دلتاها کمتر می شود. برای جبران این کاهش دبی جرمی، ارتفاع برج باید افزایش یابد.

ه) زاویه دلتا:

تغییر زاویه دلتاها بر روی شرایط طرف آب هیچ گونه اثری نداشته وبر روی شرایط هوا هم تنها به علت تغییر دادن آرایش لوله ها دربرابر عبور جریان هوا، باعث تغییر درافت فشار هوا شده، که این امر خود می تواند تغییر دبی هوای عبوری را به دنبال داشته یاشد. تغییر در دبی هوای عبوری سبب تغییر درمقدار حرارت مبادله شده در این ستون حرارتی می گردد. تغییر دبی هوای عبوری را می توان با تغییر ارتفاع برج جبران نمود.
 در زاویه دلتاهای کم نزدیک صفر، افت فشار ایجاد شده در مسیر هوا بسیار زیاد بوده ودر نتیجه ارتفاع برج مورد نیاز جهت جبران این افت فشار بسیار زیاد می باشد. با افزایش زاویه دلتاها، ارتفاع برج کاهش می یابد اما شدت تغییرات ارتفاع برج بر حسب زاویه دلتا اثر بسیار زیادی بر روی ارتفاع برج دارد. درصورتی که درزاویه های بیشتر از 100 درجه اثر زاویه دلتاها بر روی ارتفاع برج بسیار اندک است.
با افزایش زاویه دلتاها، قطر پایه برج افزایش وارتفاع برج کاهش می یابد. لذا باید زاویه بهینه دلتاها، یعنی زاویه ای که برج خنک کن مورد نیاز کمترین قیمت تمام شده را داشته باشد تعیین گردد با توجه به تغییرات ارتفاع وقطر پایه برج برحسب زاویه دلتاها وهزینه های مواد، ساخت اجرای ساختمان برج خنک کن هلر می توان ارتباطی مابین زاویه دلتاها وقسمت تمام شده برج پیدا کرد. 
 هزینه های تمام شده برج در حدود زاویه 50 درجه کمترین مقدار بوده واین موضوع به علت متناسب بودن نسبت ارتفاع به قطر پایه برج می باشد لذا زاویه بهینه حدود 50 درجه می باشد.

ز) آرایش برج ها:

چگونگی آرایش برج ها در کنار هم باعث تغییر در جهت وسرعت باد می گردد وبا توجه به آزمایش هایی در مورد اثر وزش باد در برج خنک کن  هلر، برج باید به نحوه خاصی در کنار هم قرار گیرند تا عمل کردشان مختل نگردد. با توجه به آزمایش هایی که در تونل باد صورت گرفته میزان فاصله مجاز ونحوه آرایش برج ها، هنگامی که 3،2 یا 4 برج در کنارهم قرار گرفته اند، در شکل هاي مربوطه دیده می شود. هنگامی که 4 برج به صورت مربعی در کنار هم قرار می گیرند فاصله آنها از یکدیگر باید از 1.5 برابر قطر پایین یا دو برابر قطر خروجی برج ها بیشتر باشد ودرحالی که 2 یا 3 برج در کنار هم قرار می گیرند، بسته به زاویه وزش باد بایستی که برج ها درفاصله مجاز از هم در کناریکدیگر چیده شوند.
علاوه بر فاصله ساختمان هایی که دراطراف برج ها قرار گرفته اند زاویه ساختمان نسبت به برج هلرنیز باید طوری باشد که حداکثر آزادی لازم برای عبورهوا را فراهم آورد در این جا ارتفاع ساختمان های هم جوار نیز اهمیت دارد.