Vad är en naturligt utdraget kylnings­torn?

En naturlig uttagningssvalningskula är en typ av växelvarmare som kylar vatten genom direkt kontakt med luft. Den används i kraftverk, oljeraffinerier, petrokemiska anläggningar och naturgasanläggningar för att ta bort överflödsvärme från det cirkulerande vattensystemet. En naturlig uttagningssvalningskula bygger på principen om konvektionsflöde för att ge luftcirkulation utan behov av fläktar eller andra mekaniska enheter. Luftflödet drivs av densitetsskillnaden mellan det varma och fuktiga luften inuti tornet och den svalare och torrare yttre luften.

Hur fungerar en naturlig uttagningssvalningskula?

Den grundläggande arbetsprincipen för en naturlig uttagningssvalningskula illustreras i följande diagram:

De huvudsakliga komponenterna i en naturlig uttagningssvalningskula är:

• Inlopp för varmt vatten: Detta är där det varma vattnet från systemet eller kondensatorn kommer in i tornet högst upp. Inloppet för varmt vatten är anslutet till en serie sprutörer som sprutar vatten över fyllningsmaterialet.

• Fyllningsmaterial: Detta är ett poröst material som ger en stor ytarea för växelvärme mellan vatten och luft. Fyllningsmaterialet kan vara gjort av trä, plast, metall eller keramik. Fyllningsmaterialet kan arrangeras på olika sätt, såsom sprutspar, rutor eller filmkasseter.

• Svalt vattenbassäng: Detta är där det kylda vattnet samlas längst ner i tornet. Svala vattenbassängen har en avloppsventil och en pump som cirkulerar vattnet tillbaka till systemet eller kondensatorn.

• Luftinlopp: Detta är där friska luften kommer in i tornet nederst. Luftinloppet kan öppnas eller stängas beroende på designen av tornet.

• Luftutlopp: Detta är där det varma och fuktiga luften lämnar tornet högst upp. Luftutloppet kan ha en diffusor eller en stack för att förbättra luftflödet.

Processen att kyla vatten i en naturlig uttagningssvalningskula innefattar två huvudmekanismer: märkbar växelvärme och latent växelvärme.

• Märkbar växelvärme: Detta inträffar när värme överförs från det varma vattnet till det kalla luften genom direkt kontakt. Som ett resultat ändras temperaturen hos båda fluider, men inte deras fas. Märkbar växelvärme beror på faktorer som temperatur skillnad, flödes hastighet och kontaktytans area.

• Latent växelvärme: Detta inträffar när värme överförs från det varma vattnet till det kalla luften genom fordunstning. Som ett resultat ändrar någon del av vattnet sin fas från flytande till gas, samtidigt som den absorberar värme från sin omgivning. Latent växelvärme beror på faktorer som fuktkvot, ångtryck och massöverföringskoefficient.

Kombinationen av märkbar och latent växelvärme kylner ned vattnet och värmer upp luften. Det kylda vattnet faller ned till svala vattenbassängen, medan den uppvärmade luften stiger upp till luftutloppet på grund av opphöjdhet. Opphöjdhetseffekten skapar en naturlig uttagning som drar in mer frisk luft vid luftinloppet, vilket skapar en kontinuerlig cykel av kylning.

Vilka typer av naturliga uttagningssvalningskular finns det?

Naturliga uttagningssvalningskular kan indelas i två typer baserat på deras konfiguration:

• Motströms naturliga uttagningssvalningskular: I dessa torn rör sig vattnet nedåt, och luften rör sig uppåt i motsatta riktningar. Detta möjliggör en högre temperatur skillnad och högre kyl effektivitet. Men dessa torn kräver mer höjd och fler sprutörer än korsströms torn.

• Korsströms naturliga uttagningssvalningskular: I dessa torn rör sig vattnet nedåt, och luften rör sig horisontellt i vinkelräta riktningar. Detta möjliggör en lägre höjd och färre sprutörer än motströms torn. Men dessa torn har en lägre temperatur skillnad och lägre kyl effektivitet än motströms torn.

Följande tabell summerar några av fördelarna och nackdelarna med varje typ:

| Korsströms | Lägre höjd Lägre kostnad Färre sprutörer Mindre benägen för skalning | Lägre temperatur skillnad Lägre kyl effektivitet Dåligare distribution av vatten Mer benägen för frysningsproblem |

Följande figur visar skillnaden mellan motströms och korsströms naturliga uttagningssvalningskular:

Vilka är tillämpningarna för naturliga uttagningssvalningskular?

Naturliga uttagningssvalningskular föredras generellt för tillämpningar som kräver:

• Stor och konstant kyl kapacitet under många år

• Låga drift- och underhållskostnader

• Låg buller nivå och energiförbrukning

• Hög resistans mot vindbelastningar och korrosion

Några exempel på tillämpningar som använder naturliga uttagningssvalningskular är:

• Termiska kraftverk som använder kol, olja, gas eller kärnbränsle för att generera el

• Oljeraffinerier som bearbetar råolja till olika produkter som bensin, diesel, flygbränsle, etc.

• Petrokemiska anläggningar som producerar kemikalier från petroleum eller naturgas råvaror

• Naturgasanläggningar som bearbetar naturgas till flytande naturgas (LNG), komprimerad naturgas (CNG) eller andra produkter

Vilka är fördelarna och nackdelarna med naturliga uttagningssvalningskular?

Några av fördelarna med naturliga uttagningssvalningskular är:

• De kräver ingen fläkt eller andra mekaniska enheter för att inducera luftflöde, vilket sparar energi och minskar buller

• De har låga drift- och underhållskostnader eftersom de har färre rörliga delar och mindre slitage

• De har låga systemförluster eftersom de förlorar mindre än 1% av det totala vattenflödet till fordunstning

• De har stor kyl kapacitet eftersom de kan hantera enorma mängder vattenflöde

• De har ingen luftrecirkulation eftersom de har en hög utloppsstake som förhindrar att det varma luften återinträder i tornet

Några av nackdelarna med naturliga uttagningssvalningskular är:

• De kräver en stor initial kapitalinvestering eftersom de är dyra att konstruera och installera

• De kräver ett st