Tiesitkö, että vaikka jäähdytystorni onkin usein jäähdytysjärjestelmän sydän, tulee suunnittelussa huomioida monia muitakin seikkoja hyvin toimivan kokonaisjärjestelmän takaamiseksi. Tässä uutiskirjeiden sarjassa tulemme käymään seikkaperäisesti läpi kaikki järjestelmän merkittävät osa-alueet. Sarjan ensimmäisessä osassa käymme lyhyenä yleiskatsauksena läpi koko järjestelmän. Sarjan seuraavissa osissa pureudumme yksittäin jokaiseen tärkeään osa-alueeseen. Selkeyden vuoksi korostettakoon, että tämä suunnitteluopas keskittyy vain höyrystysperiaatteella toimiviin jäähdytystorneihin ja niiden piireihin.

Kolmiulotteinen havainnekuva tyypillisestä jäähdytystornipiiristä

Virtauskaavio positionumeroineen
Järjestelmän osa-alueet
POS 1: Jäähdytystorni. Jäähdytyspiirit jaetaan usein ensiö- ja toisiopiireihin. Ensiöpiiri kattaa itse alkuperäisen lämmönlähdeprosessin komponentteineen. Lämmönvaihdinta käytetään erottamaan piirit toisistaan. Toisiopiiri on jäähdytystornin piiri, joka kattaa jäähdytystornin sekä yllä näkyvät pääkomponentit. Kaikon valikoimasta löydät sekä pienet pakettimalliset jäähdytystornit että isot kentällä koottavat jäähdytystornit. Yksittäisillä jäähdytystorneillamme voidaan kattaa jäähdytystarpeet aina noin 200 kW:sta noin 20 MW:iin asti. Isommissa prosesseissa jäähdytystorneja voidaan luonnollisesti laittaa rinnakkain isompien jäähdytystehojen saavuttamiseksi. Lisäksi ei ole myöskään tavatonta jakaa pienempääkin jäähdytystehoa useammalle jäähdytystornille. Syynä tälle voi olla lisätty prosessivarmuus tai laajempi säädön tarve.
POS 2: Kylmävesiallas. Kylmävesialtaan tehtävänä on kerätä jäähdytystornin läpi tuleva jäähtynyt vesi, sekä toimia jäähdytysjärjestelmän vesivarastona. Kylmävesiallas on joko jäähdytystornin runkoon valmiiksi integroitu pohja-allas, tai jäähdytystornin alle rakennettava, usein betoninen kylmävesiallas. Mikäli järjestelmään halutaan laajempi vesivarasto, muttei haluta kuitenkaan alkaa rakentamaan betonista kylmävesiallasta, on tyypillinen ratkaisu suunnitella järjestelmään laajempi varastovesisäiliö. Yllä oleva virtauskaavio on piirretty yksinkertaistuksen vuoksi pelkällä jäähdytystorniin integroidulla omalla kylmävesialtaalla.
POS 3: Lisävesi. Höyrystysperiaatteella toimivan jäähdytystornin piiristä katoaa aina vettä, joka pitää korvata piiriin syötettävällä lisävedellä. Vesi katoaa piiristä kolmesta syystä: 1) Jäähdytystornin tuottama höyrystyshäviö 2) Jäähdytyspiiristä aika ajoin ulos valutettava kokonaissuolakonsentroitunut vesi 3) Jäähdytystornin puhaltimen läpi kulkeutuva pisarahäviö. Kaiko-SPX Marleyn jäähdytystornien pisarahäviö on kuitenkin niin marginaalisen pieni, että sitä ei tarvitse suunnittelussa huomioida, mutta ilmiö on hyvä tiedostaa teoriatasolla. Jäähdytyspiirin merkittävin vesihäviö tapahtuu höyrystymisen mukana. Tyypillinen höyrystymähäviö on noin 1 – 3% jäähdytystornipiirin kokonaisvirtaamasta. Tarkempi höyrystymähäviö riippuu siitä, kuinka suuri jäähtyvä lämpötilaero jäähdytystornin yli mitoitetaan (delta T). Veden höyrystyminen on juuri se ilmiö minkä vuoksi jäähdytystornin läpi kulkeva prosessivesi jäähtyy nopeasti merkittävän määrän. Konsentroituneen veden ulos puhallettava määrä jäähdytyspiiristä on usein luokkaa 0,2 – 1 % piirin kokonaisvirtaamasta. Tämän häviön määrä riippuu siitä, kuinka laadukasta lisävettä jäähdytystornipiiriin voidaan syöttää. Itse lisävesi syötetään suoraan jäähdytystornin kylmävesialtaaseen tai jäähdytystornipiirissä olevaan varastovesisäiliöön. Molemmissa tapauksissa lisäveden syöttö ohjataan joko mekaanisen tai elektronisen pinnanvalvonnan perusteella. Tämän artikkelin virtauskaaviossa lisäveden syöttö on suunniteltu suoraan jäähdytystornin kylmävesialtaaseen.
POS 4: Kiertovesipumppu. Jäähdytystornien kiertovesipumppu on tarkoituksenmukaisemmillaan silloin, kun se on suunniteltu laakealla ominaiskäyrällä. Jäähdytystornipiirin pumpulta ei siis vaadita kovinkaan suurta paineentuottokykyä, mutta usein hyvin suurta virtaamantuottokykyä. Useat jäähdytystornimallimme hyväksyvät melko laajasti vaihtelevan virtaaman, tämän vuoksi on järkevintä valita taajuusmuuttajalla toimiva pumppu energian säästämiseksi.
POS 5: Ulospuhallusvesi. Ulospuhallusveden tarkoituksena on estää lisäveden suolojen kumuloituminen jäähdytystornipiirin veteen. Höyrystysperiaatteella toimiva jäähdytystorni on ikään kuin tislausprosessi, se haihduttaa ”puhdasta” vesihöyryä jättäen veden sisältämät pienet suolamäärät kiertoveteen. Tarpeeksi pitkän ajan jälkeen kiertoveden kokonaissuolapitoisuus alkaa hiipiä ylöspäin aiheuttaen ongelmia aina korroosiosta erilaisiin saostumiin. Tyypillinen moderni ulospuhallusveden hallintajärjestelmä mittaa veden sähkönjohtavuutta poistaen vettä piiristä aina havaitun tarpeen mukaan.
POS 6: Kemikaalisyöttö. Jäähdytystornijärjestelmät vaativat usein optimaaliseen toimintaansa useamman eri kemikaalin syöttöä. Tyypillisesti annosteltavat kemikaalit liittyvät bakteerien kontrolloimiseen, saostumisen estämiseen sekä pH -tason säätelyyn. Oikeat ja kulloiseenkin järjestelmään soveltuvat kemikaalit määritellään kemikaalivalmistajan toimesta. Kaikon valikoimista löydät kemikaalien annosteluun soveltuvat annostelujärjestelmät.
POS 7: Sivuvirtasuodatin. Jäähdytystornit ovat toimintaperiaatteensa vuoksi tietynlaisia ympäröivän ilman vesipesureita. Tämä on helppo ymmärtää, kun pohtii, että koostaan riippuen yhden jäähdytystornin läpi kulkee jopa 10 m3/s – 300 m3/s ilmaa. Tyypillisesti jäähdytystornikiertoon päätyy hiekkaa, puiden lehtiä sekä muuta vastaavaa. Pitkällä aikavälillä jäähdytystornikiertoon tulleet kiintoaineet pyrkivät tukkimaan jäähdytystornin jäähdytyskennosta, sekä muita piirissä olevia teknisiä laitteita. Yksi tehokas keino estää tätä edellä kuvattua ilmiötä on suunnitella jäähdytystornipiiriin sivuvirtasuodatin. Normaalisti sivuvirran määräksi suunnitellaan noin 5 – 10 % jäähdytystornipiirin päävirtamaasta. Yleisimmät sivuvirtasuodattimina käytettävät suodattimet ovat Kaikon valikoimasta löytyvät keskipakovoimalla toimivat separaattorit, kori- ja pussisuodattimet sekä monikerroshiekkasuodattimet.
POS 8: Lämmönvaihdin. Lämmönvaihtimen tarkoituksena on erottaa ensiö- ja toisiojäähdytyspiirit toisistaan. Yleisesti lämmönvaihtimia käytetään siksi, että ensiöpiirissä oleva neste ei välttämättä ole kemiallisilta tai lämpötilallisilta ominaisuuksiltaan jäähdytystorneille soveltuvaa. Muita syitä voi olla, että prosessin kannalta on suotuisampaa pitää erilaisia virtaamia ja lämpötilaeroja eri piireissä. Jäähdytystornien tyypillinen maksimi tulevan veden lämpötila on +50…+60 C välimaastossa, joskin tästä voidaan tietyin materiaalimuutoksin joissain tapauksissa poiketa ylöspäin.
POS 9: Magneettinen virtausmittari. Magneettinen virtausmittari on hyvä lisä jäähdytystornipiirissä kiertävän veden virtaaman mittaamiseksi. Mekaanisia mittareita ei suositella käytettäväksi piirissä virtaavien mahdollisten epäpuhtauksien ja kiintoaineiden vuoksi. Virtausmittarin mittaustieto voidaan yhdistää jäähdytystornipiirin lämpömittarien mittaamaan lämpötilaan, jolloin saadaan tuotettua reaaliaikaista tietoa jäähdytystornipiirin jäähdytystehosta. Jäähdytystornien jäähdytysteho ei ole staattinen kuten kompressoritoimisissa kylmäjärjestelmissä, vaan se on suoraan sidoksissa jäähdytystorniin ajettavaan virtamaan ja jäähdytystornin tuottamaan lämpötilaeroon tälle virtaamalle. Jäähdytystornilta lähtevän veden lämpömittari voidaan kytkeä myös säätämään jäähdytystornin puhaltimen taajuusmuuttajaa, jolloin saadaan energiasäästöjä mitoitettua maksimia viileämmissä märkälämpötiloissa.
Artikkelin kirjoittaja ja lisätietoja
Karri Kalvas
Myyntipäällikkö / Teollisuuden tuotteet
Gsm. 040 720 9919 | karri.kalvas@kaiko.fi
Osoitelähde: Kaiko Oy:n asiakasrekisteri ja uutiskirjeen tilaajat.
Tietosuojalauseke: https://www.kaiko.fi/kaiko360