Kühlturmdesign

Kühltürme sind Wärmeabfuhrgeräte für industrielle Prozesse. Sie sind definiert als alle offenen Wasserumwälzgeräte, die Ventilatoren oder natürlichen Luftzug nutzen, um Luft anzusaugen oder zu zwingen, mit Wasser in Kontakt zu kommen und es durch Verdunstung zu kühlen. Kühltürme minimieren die thermische Belastung natürlicher Wasserwärmesenken und ermöglichen die Wiederverwendung von zirkulierendem Wasser.

Kühltürme können durch die Art und Weise der Luftbewegung charakterisiert werden. Beispielsweise verwenden mechanische Zugtürme mechanische Ventilatoren, um Luft durch das System zu bewegen. Diese Türme verfügen entweder über einen Zwangs- oder Saugzugmechanismus.

Kühltürme mit Naturzug nutzen einen natürlichen konvektiven Luftstrom, der sich im Schornstein nach oben bewegt, um Wasser zu kühlen. Diese Systeme sind sehr groß (+400 Fuß hoch) und können Durchflussmengen von mehr als 500.000 gpm (Gallonen pro Minute) erreichen. Aufgrund ihrer Größe werden sie vor allem von Energieversorgungsunternehmen genutzt. Schleifentyp

Neben der Entwurfs- und Strömungskonstruktion können Kühltürme auch entweder einen geschlossenen oder einen offenen Kreislauf haben. Systeme mit offenem Kreislauf sind geschlossene Strukturen, die warmes Wasser über eine „Füllung“ mit Füllmaterial verteilen. Die Füllung stellt eine erheblich erweiterte Luft-Wasser-Grenzfläche dar, damit die Luft erwärmt und verdunstet werden kann. Das Wasser wird durch den direkten Kontakt mit der darüber strömenden Luft gekühlt.

Das abgekühlte Wasser wird in einem Kaltwasserbecken unterhalb der Füllanlage gesammelt und von dort zurück durch das System gepumpt. Die erhitzte und mit Feuchtigkeit beladene Luft, die die Füllung verlässt, wird an einer Stelle in die Atmosphäre abgegeben, die weit genug von den Lufteinlässen entfernt ist, um zu verhindern, dass sie zurück in den Turm gesaugt wird. Geschlossene Kreislaufsysteme funktionieren ähnlich wie Kühlsysteme.

Die Kühlflüssigkeit (normalerweise Wasser oder eine Glykolmischung) befindet sich in einem geschlossenen Rohrsystem und die Verdunstungskühlung erfolgt durch das Fließen von Wasser über das Rohr, das das erhitzte Wasser enthält.

Luft wird durch das zirkulierende Wasser angesaugt, das über die Außenseite der heißen Rohre strömt, und sorgt so für Verdunstungskühlung, ähnlich wie bei einem offenen Kühlturm.

Der Betrieb der indirekten Kühltürme ist daher dem offenen Kühlturm sehr ähnlich, mit einer Ausnahme: Die zu kühlende Prozessflüssigkeit befindet sich in einem „geschlossenen“ Kreislauf und ist nicht direkt der Atmosphäre oder dem rückgeführten externen Wasser ausgesetzt. Baumaterialien

Je nach Design und Anwendung gibt es eine Reihe von Materialien, die für den Bau jeder Komponente eines Kühlturms verwendet werden können.

Zu den in Türmen verwendeten Metallen gehören Kupfer für die Wärmeübertragung und Rohrleitungen, Aluminium für Lüfterflügel und verzinkter Stahl oder beschichteter Kohlenstoffstahl für Strukturkomponenten. Bestimmte im Wasser gelöste Bestandteile neigen dazu, Metalle zu korrodieren, und eine zusätzliche Korrosionsbeständigkeit erfordert die Verwendung von Edelstahl oder nichtmetallischen Materialien, um die Lebensdauer der Komponente zu verlängern.

Glasfaserverstärktes Polyester (FRP) ist ein hartes, leichtes Material, das korrosionsbeständig ist und hohen Belastungen standhält. Es kann für den Bau großer Turmkörperteile und kleinerer Systemkomponenten verwendet werden. Dieses Material wird in Systemen verwendet, in denen Chemikalien im Kühlwasser stark korrosiv auf Metalle wirken würden.

Polymere wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen und Polypropylen werden als nichtstrukturelle Komponenten in Türmen bevorzugt, wo das Korrosionspotenzial des Wassers die Verwendung von Metallen verhindert. Holz ist ein gängiger Baustoff für den Bau großer Kühltürme.

Am kosteneffizientesten ist es bei Konstruktionen, die viel Material erfordern und bei denen die Feldarbeit für den Bau weniger ins Gewicht fällt. Holz leidet unter Auswaschung (Verlust von Holzschutzmitteln durch fließendes Wasser), was im Laufe der Zeit zu einer Verschlechterung des Materials führen kann. Beton wird als Hauptmaterial in Kühltürmen mit natürlicher Strömung verwendet.

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