ออกแบบและติดตั้งหอระบายความร้อนแบบปิด

หอระบายความร้อนแบบวงจรปิด (หรือที่เรียกว่าหอระบายความร้อนแบบวงปิด) มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในระบบระบายความร้อนในภาคอุตสาหกรรม แตกต่างจากหอระบายความร้อนแบบวงจรเปิด หอระบายความร้อนแบบนี้มีระบบวงจรปิดสำหรับของเหลวในกระบวนการ ซึ่งช่วยป้องกันการปนเปื้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพและรับประกันการทำงานที่เสถียรของอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้อง

หลักการออกแบบที่สำคัญของหอระบายความร้อนแบบวงจรปิดคือการทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพระหว่างของเหลวในกระบวนการ (ที่ไหลเวียนอยู่ในขดลวดปิด) กับอากาศโดยรอบ ความร้อนจากของเหลวในกระบวนการจะถูกถ่ายเทไปยังพื้นผิวของขดลวด จากนั้นจะถูกระบายออกสู่บรรยากาศผ่านการทำงานร่วมกันของกระแสลมเป่าและการระเหยของน้ำบนพื้นผิวของขดลวด ในระหว่างกระบวนการออกแบบ จำเป็นต้องสร้างความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อน การใช้พลังงาน และความเสถียรในการดำเนินงาน โดยคำนึงถึงลักษณะเฉพาะของสถานการณ์การใช้งานและข้อกำหนดของของเหลวในกระบวนการอย่างครบถ้วน

ข้อควรพิจารณาหลักในการออกแบบ

2.1 การหาค่าความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนความสามารถในการแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นตัวบ่งชี้หลักของหอระบายความร้อนแบบวงจรปิด ซึ่งกำหนดโดยพิจารณาจากภาระความร้อนของระบบ อุณหภูมิขาเข้าและขาออกของของเหลวในกระบวนการ และสภาวะอุณหภูมิแวดล้อม สูตรสำหรับการคำนวณภาระความร้อนมีดังนี้: Q = c × m × ΔT โดยที่ Q คือภาระความร้อน (กิโลวัตต์), c คือความจุความร้อนจำเพาะของของเหลวในกระบวนการ (กิโลจูล/(กก.·℃)), m คืออัตราการไหลของมวลของของเหลวในกระบวนการ (กก./s) และ ΔT คือความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างทางเข้าและทางออกของของเหลวในกระบวนการ (℃) ในการออกแบบเชิงปฏิบัติ ควรเผื่อระยะไว้พอสมควร (โดยปกติ 10% - 20%) เพื่อรับมือกับความผันผวนของภาระความร้อนและการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม

2.2 การเลือกวัสดุและโครงสร้างของขดลวดคอยล์เป็นส่วนประกอบหลักในการแลกเปลี่ยนความร้อน และวัสดุและโครงสร้างของคอยล์ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนและอายุการใช้งาน วัสดุที่ใช้ทำขดลวดทั่วไป ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าไร้สนิม (304, 316L) และทองแดง เหล็กกล้าคาร์บอนเหมาะสำหรับของเหลวในกระบวนการที่ไม่กัดกร่อนและโครงการต้นทุนต่ำ เหล็กกล้าไร้สนิมมีคุณสมบัติทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อุตสาหกรรมเคมีและเภสัชกรรม ทองแดงมีค่าการนำความร้อนสูงและเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนสูง ในแง่ของโครงสร้าง คอยล์แบบมีครีบมักถูกนำมาใช้เพื่อเพิ่มพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน ควรเลือกชนิดของครีบ (เช่น ครีบสี่เหลี่ยม ครีบหยัก) และความหนาแน่นของครีบให้เหมาะสมกับอัตราการไหลของอากาศและความเสี่ยงต่อการเกิดคราบสกปรก ตัวอย่างเช่น ในสภาพแวดล้อมที่มีฝุ่นละอองสูง ควรเลือกครีบระบายความร้อนที่มีความหนาแน่นต่ำ เพื่อหลีกเลี่ยงการอุดตัน

2.3 การออกแบบระบบกระจายอากาศระบบกระจายอากาศประกอบด้วยพัดลม ช่องรับอากาศ และท่อส่งอากาศ ซึ่งมีหน้าที่ในการจัดหาปริมาณอากาศไหลเวียนที่เพียงพอเพื่อส่งเสริมการระเหยและการระบายความร้อน ควรเลือกประเภทของพัดลม (แบบไหลตามแกนหรือแบบแรงเหวี่ยง) โดยพิจารณาจากข้อกำหนดด้านแรงดันและข้อจำกัดด้านเสียงของระบบ พัดลมแบบไหลตามแนวแกนนิยมใช้ในหอระบายความร้อนแบบวงจรปิด เนื่องจากมีปริมาณลมสูงและใช้พลังงานต่ำ สามารถออกแบบความเร็วพัดลมให้ปรับความถี่ได้ เพื่อปรับปริมาณอากาศให้เหมาะสมกับภาระความร้อนจริง ทำให้ประหยัดพลังงานได้ ควรจัดวางช่องอากาศเข้าอย่างเหมาะสมเพื่อให้มั่นใจได้ว่าอากาศจะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นผิวคอยล์ หลีกเลี่ยงบริเวณที่อากาศไม่ถ่ายเทซึ่งอาจลดประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนได้ นอกจากนี้ ยังสามารถติดตั้งตัวกรองอากาศที่ช่องรับอากาศเพื่อป้องกันฝุ่นละอองและเศษสิ่งสกปรกไม่ให้เข้าไปในตัวหอคอยได้

2.4 การออกแบบระบบฉีดพ่นน้ำระบบพ่นน้ำใช้สำหรับพ่นน้ำหมุนเวียนลงบนพื้นผิวของขดลวด ทำให้เกิดฟิล์มน้ำบาง ๆ ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนผ่านการระเหย พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ ได้แก่ ความหนาแน่นของการพ่นน้ำ ประเภทของหัวฉีด และความสม่ำเสมอของการกระจายน้ำ โดยทั่วไป ความหนาแน่นของการพ่นน้ำจะถูกควบคุมไว้ที่ 0.8 - 1.2 m³/(m²·h) หัวฉีดควรมีประสิทธิภาพในการพ่นละอองน้ำที่ดี เพื่อให้แน่ใจว่าน้ำกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วพื้นผิวของขดลวด หัวฉีดแบบทั่วไป ได้แก่ หัวฉีดแรงดันและหัวฉีดแบบแรงเหวี่ยง หัวฉีดแรงดันเหมาะสำหรับระบบจ่ายน้ำแรงดันสูง ในขณะที่หัวฉีดแบบแรงเหวี่ยงมีประสิทธิภาพในการป้องกันการอุดตันได้ดีกว่า นอกจากนี้ ระบบยังต้องมีถังเก็บน้ำและปั๊มหมุนเวียนน้ำด้วย ความจุของถังเก็บน้ำควรเพียงพอต่อความต้องการในการกักเก็บและหมุนเวียนน้ำ และควรเลือกปั๊มหมุนเวียนน้ำโดยพิจารณาจากอัตราการไหลของน้ำและแรงดันที่ต้องการ

2.5 ข้อควรพิจารณาในการป้องกันการกัดกร่อนและการเกิดตะกรัน เนื่องจากการระเหยของน้ำและความเป็นไปได้ที่ของเหลวในกระบวนการจะกัดกร่อน การกัดกร่อนและการเกิดตะกรันจึงเป็นปัญหาที่พบได้ทั่วไปในหอระบายความร้อนแบบวงจรปิด ในการออกแบบควรมีการนำมาตรการป้องกันที่เหมาะสมมาใช้ ตัวอย่างเช่น สามารถเคลือบสารป้องกันการกัดกร่อนที่พื้นผิวด้านในของตัวหอและคอยล์ สำหรับน้ำหมุนเวียน สามารถติดตั้งอุปกรณ์บำบัดน้ำ (เช่น เครื่องปรับสภาพน้ำ เครื่องฆ่าเชื้อ) เพื่อควบคุมความกระด้างและปริมาณจุลินทรีย์ในน้ำ ลดการเกิดตะกรันและการเกาะติดของจุลินทรีย์ นอกจากนี้ การออกแบบควรมีช่องทางสำหรับการบำรุงรักษาเพื่ออำนวยความสะดวกในการทำความสะอาดและบำรุงรักษาคอยล์และส่วนประกอบอื่นๆ อย่างสม่ำเสมอ