تولید کننده انواع برج خنک کننده مدار باز و مدار بسته
شرکت فنی و مهندسی دما گستر کار خود را در زمینه گسترش تولید انواع برج خنک کننده فایبرگلاس، از جمله مکعبی،مخروطی و هیبریدی و تأمین قطعات جانبی از جمله پکینگ مدیا، قطره گیر، نازل و آب پخش کن برج خنک کننده شروع کرده است. نام دما گستر برگرفته از گسترش دهنده تجهیزاتی است که رابطه مستقیمی با تعیین دمای یک سیال دارند می باشد. این نام درواقع دربرگیرنده معانی و اهداف این شرکت می باشد که هیئت مدیره با هدف ارتقاء بهبود کیفی تجهیزات برودتی همچون برج خنک کن ، ایرکولر و اگزاست فن انتخاب نموده است.
کولینگ تاور (cooling tower) یا با ترجمه فارسی برج خنک کننده، دستگاه خنک کننده آب بوده که به آن کولینگ تاور آب نیز گفته می‌شود. کولینگ در زبان انگلیسی به معنای خنک کننده بوده و تاور نیز به معنای برج یا سازه می باشد. ترکیب این دو کلمه معادل کولینگ تاور تلقی می شود که یکی از رایج ترین منابع آب سرد کن صنعتی به شمار می‌آید. کولینگ تاورها از سالیان دراز در کاربری خنک کننده چیلر و کاربری های صنعتی بکار برده می شود. کولینگ تاورها انواع مختلفی دارند و با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی مهندسی تغییرات زیادی کرده اند. کولینگ تاور ممکن است با سازه بتنی ، گالوانیزه یا فایبرگلاس تولید گردد که امروزه بیشتر تولیدات این محصول برودتی با بدنه کامپوزیت (فایبرگلاس) عرضه می شود. استفاده از فایبرگلس در ساختار بدنه کولینگ تاور سبب افزایش طول عمر بدنه و مقاومت بدنه در برابر خوردگی با آب شده است.
کولینگ تاورهای خنک کننده چیلرها عمدتاً در سیستمهای سرمایش مرکزی با چیلر آبی کاربرد دارند. این نوع کولینگ تاورها با دو سازه فلزی و گالوانیزه تولید می‌شوند که از گذشته تا بحال نیز کاربرد دارند. کولینگ تاور گالوانیزه به لحاظ کاربری به دلیل رسوب و گرفتگی زیاد امروزه دیگر توسط تولیدکنندگان تولید نمی‌شود. بیشتر سیستمهای سرمایشی امروزه در خنک‌کاری چیلر از برج خنک کننده فایبرگلاس استفاده می‌نمایند. کولینگ تاور علاوه بر کاربری در سیستمهای تهویه مطبوع ساختمان، در بیشتر سیستمهای صنعتی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در صنایع مختلف کشور از جمله فولاد، نفت و پتروشیمی امروزه این سردکن‌ها کاربرد زیادی پیدا کرده‌اند. بیشتر تولیدات صنایع کشور به منظور خنک کردن دستگاه‌های خود نیازمند منبع سرمایشی مثل کولینگ تاور یا چیلر می‌باشند. طراحی صحیح سیستم سرمایشی دستگاه‌های صنعتی از حساسیت بالایی برخوردار است زیرا عدم کارایی مناسب این بخش سبب کاهش تولید می‌شود. کولینگ تاور در این زمینه همواره کمک بسزایی در افزایش راندمان تولید در صنایع مختلف نموده است.
نحوه خنک کاری آب در کولینگ تاور
هنگامی که در چای با هوای دهان خود می‌دمیم جریان هوا با برخورد با سیال سبب خنک شدن آن می‌شود. عملکرد کولینگ تاور هم مشابه همین فعالیت با هدف کاهش دمای آب در نظر گرفته می شود. ایجاد یک جریان هوا و تماس آن با آب داغ سبب تبادل حرارت و جرمی می شود که اساس و پایه کار کولینگ تاور می باشد. گرمایی که از آب داغ به هوای بیرون انتقال می یابد با دو روش کلی تعریف و تحلیل می شود. در روش اول هوای سرد بیرون در تماس با آب به دلیل داشتن دمای پایین تر نسبت به آب، گرمای این سیال را جذب می کند. روش دوم نیز هوای خشک با اختلاط با درصدی بخار آب اشباع شده و گرمای مورد نیاز جهت تبخیر در واقع از خود جریان آب گرفته می شود. در روش دوم به نرخ تبادل انرژی صورت پذیرفته گرمای محسوس نیز گفته می‌شود.
در واقع اگر بخواهیم با شرح یک مثال ساده عملکرد کولینگ تاور را توصیف نماییم باید بگوییم این تجهیز عمکلردی عکس کولر تبخیری دارد. در کولرهای تبخیر آب در تماس با هوا قرار می‌گیرد و با رطوبت زنی هوا ، دمای هوا کاهش می‌یابد و محیط را خنک می‌کند. در حالت دیگر کولینگ تاور برعکس کولر سلولزی با تماس هوا سبب سرد تر شدن آب را دارد و اینجا آب سرد خروجی نیز در مصارف مختلفی قرار می‌گیرد. در بسیاری از صنایع جهت ثابت کردن فرآیند تولید باید دستگاه های خود را با آب خنک کنند که این آب سرد را کولینگ تاور فراهم می کند. به عبارتی دیگر یک دستگاه برج خنک کننده یا "کولینگ تاور" منبع تولید آب سرد در صنعت به شمار می‌رود. میزان برودت و دریافت گرما در کولینگ تاور تحت عنوان ظرفیت برودتی مطرح می شود که روش محاسبه آن به صورت مفصل در بخش محاسبات کولینگ تاور شرح داده شده است.
پیشرفت صنعت تولید کولینگ تاور در دهه های اخیر
با توجه به اهمیت بالای کولینگ تاور در صنعت و حتی در سیستم های سرمایشی مرکزی ، افزایش کیفی این محصول همواره دغدغه اصلی سازندگان این تجهیز بوده است. سازندگان کولینگ تاور در دهه های اخیر پیشرفتهای چشمگیری را در زمینه ارتقاء کیفیت این محصول رقم زده اند. کاهش مصرف آب ، کاهش مصرف برق (افزایش راندمان) ، کاهش میزان رسوب گرفتگی و افزایش طول عمر مفید دستگاه از مهمترین عواملی است که در طی چند سال گذشته پیشرفت زیادی داشته است. بکارگیری سیستم های مداربسته در کولینگ تاور کمک بسزایی به راهبرد این اهداف داشته است. بکارگیری سیکل خنک کاری مداربسته علاوه بر کاهش میزان رسوب سبب کاهش میزان مصرف آب و افزایش راندمان نیز گردیده است. علوم انتقال حرارت در این زمینه کمک شایانی به دانش مهندسی تجهیزات برودتی داشته است. امروزه بیشتر تولیدکنندگان با اقتباس گیری از طرحهای ترکیبی بیشتر محصولات خود را تولید میکنند تا عملکرد دستگاه نیز قابل کنترل باشد.
کولینگ تاورهای قدیمی قالباً با سازه های بتنی و فلزی با کمترین میزان دانش مهندسی طراحی می شدند. این سیستم های برودتی بیشتر به دلیل ضعف های بسیاری که داشتند از مدار کاربرد و تولید به طور کامل خارج شدند. نسل های پیشین برج خنک کننده (کولینگ تاور) با سازه های فلزی یا گالوانیزه سر و صدای زیادی را تولید می کردند. دلیل اصلی این موضوع هم استفاده از فن های حلزونی (سانتریفوژ) در سیستم هوادهی بود. سیستم های هوادهی فن حلزونی لرزش زیادی ایجاد میکرد و بدنه فلزی نیز این لرزش را تشدید می نمود. علاوه بر این کولینگ تاورهای گالوانیزه ظرف مدت کوتاهی با یک زنگ زدگی و رسوب گرفتگی شدید مواجه می شدند. دلیل این امر هم از بین رفتن تدریجی پوشش خارجی فلز و واکنش فلز با آب بود. امروزه استفاده از پروانه های فوق کم صدای پلیمری با بدنه فایبرگلاس سبب رفع اینگونه معایب در سیستم خنک کاری آب گشته است.
انواع کولینگ تاور
کولینگ تاور مدارباز:
تبادل حرارت در این نوع خنک کن با تماس کاملاً مستقیم بین آب و هوا برقرار می شود. برج خنک کن مدارباز یا مرطوب در دو تیپ ابارایی و مکش القایی تولید و عرضه می شود. سیستم های ابارا یا کراس فلو با ایجاد یک جریان مکش هوای عمود از دو جناح عملیات کولینگ را انجام می دهد. دستگاه خنک کن کانترفلو نیز با ایجاد جریان تماسی با جهت خلاف بین آب و هوا ، سیال را خنک می نماید. راندمان کولینگ تاورهای کانترفلو به مراتب بیشتر از انواع برج خنک کن مدارباز کراس فلو می باشد. برج خنک کاری جریان متقاطع یا کراس فلو بیشتر به دلیل عملکرد خوب آن در محیط های شرجی معروف گردیده است. بزرگترین شرکت تولید این مدل سرد کن نیز شرکت ابارا میباشد.
کولینگ تاور مداربسته:
انتقال انرژی حرارتی از آب داغ به واسطه سطح تماس با کویل برقرار می گردد و به دلیل نداشتن تبخیر مصرف آب بسیار کمی دارد. کولینگ تاور مداربسته یا خشک سازوکاری شبیه کندانسور هوا خنک دارد و در اغلب فصول هوا به تنهایی آب را خنک می کند. در ماه های گرم تابستان و یا در مناطق گرم و خشک این مدل برج خنک کن کاربرد زیادی ندارد چرا که با افزایش دمای محیط راندمانش به شدت افت می کند. کولینگ تاور خشک قالباً دارای دو بخش اصلی سیستم هوادهی و کویل فیندار می باشد که هر بخش سیال مرتبط با خود را هدایت می نماید. سیستم هوادهی قریب به 90 درصد این مدل سرد کن ها نوع آکسیال یا محوری می باشد. طراحی کویلهای این مدل برج خنک کننده با نرم افزارهای محاسبات انتقال حرارت پیشرفته صورت می پذیرد.
کولینگ تاور هیبریدی:
سیستم هیبریدی (hybrid cooling tower) در اصل دستگاهی است با قابلیت چندگانه خنک کاری آب. در فصول گرم برج خنک کننده هیبریدی با ایجاد یک حجم هوادهی مشخص و پاشش آب سبب خنک شدن آب داخل کویل می‌شود. در فصلهای زمستان و پاییز و بهار نیز که دمای هوا معتدل و سرد میباشد تنها با ایجاد هوادهی آب درون کویل خنک می‌شود. کویلهای سیستمهای هیبریدی همانند کندانسورهای تبخیری بدون فین میباشد. دلیل اصلی این موضوع هم رسوب و گرفتگی سریع فین‌ها در تماس با آب پاششی میباشد. از طرفی کویلهای کولینگ تاور هیبریدی به دلیل تماس دائم با سیال آب پاششی انتقال حرارت بهتری را رقم می‌زنند.
روش های کاهش مصرف انرژی در کولینگ تاور
مصرف اصلی کولینگ تاور از طریق دو فاکتور اصلی انرژی برق و آب برآورد می‌شود. بیشترین مصرف انرژی در انواع برج خنک کننده امروزه مربوط به آب مصرفی این دستگاه میباشد. روش‌های بسیار زیادی در کنترل میزان مصرف انرژی کولینگ تاور مرسوم شده است که مهمترین آن ها عبارتند از:
استفاده از سیستم هیبریدی یا ترکیبی در خنک کاری آب و کاهش شدید مصرف آب در فصول سرد
بکارگیری سیستم هوادهی آکسیال با هوادهی بالا و مصرف انرژی پایین
بهره وری از سیستم هوشمند کنترل مصرف انرژی (استفاده از سنسور مستغرق در تشتک جهت کنترل میزان کارکرد موتور فن)
طراحی کولینگ تاور با بدنه فایبرگلاس و نصب آن در محیط مناسب ( به دور از تابش مستقیم نور خورشید و ...)
طراحی برج خنک کننده به صورت مولتی سل (چند سلولی) و خاموش کردن یک یا چند سلول در شرایط مناسب
نصب درایو اینورتر و اتصال آن به سنسور دما و تنظیم هوشمند دور موتور با دمای آب خروجی از کولینگ تاور در شرایط مختلف دمایی
بکارگیری دسته موتور ، هرزگرد ، لرزه گیر و کلیه تجهیزاتی که سبب کاهش آمپر مصرفی موتور می گردد.
در این بخش از سایت تمامی مقالات برج خنک کننده و سایر تجهیزات برودتی آپلود می شود که در صفحات مختلف قابل دسته بندی می باشد . مقالات برج خنک کننده شامل دسته بندی زیر می باشد. به منظور ارتقا بخش رضایتمندی و ارتقا بخش علمی دانش مهندسی ایران در زمینه مقالات برج خنک کننده از شما همکاران و کارفرمایان گرامی دعوت می شود عنوان مقاله را براساس نوع نیاز علمی خود به مدیریت سایت دماگستر اعلام بفرمایید .
مشخصات مقاله برج خنک کننده :
یک مقاله جامع در خصوص برج خنک کننده باید شامل محتویات علمی ، آموزشی ، محاسباتی ، ترسیمی و طراحی باشد . به منظور اطلاع رسانی بهتر و با کیفیت تر در زمینه مقالات رسمی برج خنک کننده شرکت دماگستر ، بعد از ادیت نهایی مقاله ، مقالات جهت بازبینی سردبیر ارسال می گردد . در این مرحله پس از بررسی دقیق محتوایی و فنی مقاله و تایید فنی مقاله در سایت معتبر و مرجع شرکت دماگستر بارگزاری می گردد .
انواع مقالات برج خنک کننده :
1-مقالات علمی برج خنک کننده : این بخش از مقالات شرکت دماگستر در زمینه روشن شدن علوم حاکم بر برج خنک کننده و کلیه اجزای جانبی برج خنک کننده می باشد . به عنوان مثال بررسی موازنه جرمی سیال آب در برج خنک کننده طبق دو قانون پایستگی جرم و پایستگی انرژی قابل بررسی خواهد بود . مقالات علمی برج خنک کننده بیشتر بر مباحث حاکم و معادلات و روابط علمی و مهندسی برج خنک کننده و کلیه تجهیزات داخلی کولینگ تاور از جمله : نازل برج خنک کننده ، قطره گیر ، پکینگ ، اسپرینکلر ، سیستم هوادهی و غیره می باشد .
2-مقالات آموزشی برج خنک کننده : این بخش از مقالات شرکت دماگستر در زمینه رشد و ارتقا دانش فنی در خصوص برج خنک کننده و اجزای برج خنک کننده در سایت این شرکت بارگزاری می شود . مقالات آموزشی برج خنک کننده گاه می تواند توضیح در خصوص نحوه نصب برج خنک کننده ، نصب قطعات برج خنک کننده ، نوع تعمیر و نگهداری برج خنک کننده ، بهترین مکان نصب برای جانمایی برج خنک کننده و مطالب این چنین باشد .
به منظور اطلاع رسانی بیشتر در خصوص مقالات برج خنک کننده به زیرمجموعه مرتبط با هر دسته از مقالات برج خنک کننده مراجعه نمایید . به زودی کلیه مقالات رسمی بارگزاری شده در زمینه برج خنک کننده و اجزای برج خنک کننده در مرجع معتبر پیام رسان های مجازی آپلود و قابل دانلود برای عموم مشتریان خواهد بود .
برج خنک کننده (cooling tower) دستگاه برودتی خنک کننده آب میباشد و به آن "برج خنک‌کن آب" نیز اطلاق می‌شود. برج خنک‌کننده ماشین خنک کننده‌ای است که قالباً در کاهش دادن دمای آب تا محدوده خاص بکار می‌رود. کاهش دمای آب در کولینگ تاور تابع شرایط دمایی محیط میباشد. این ماشین سرمایشی (برج خنک کننده) توسط آب حرارت ماشین‌آلات را جذب و آن را به محیط خارج هدایت می‌کند. گرمای جذب شده از تجهیزات صنعتی در برج‌خنک‌کننده توسط هوا به بیرون انتقال می‌یابد. به بیانی دیگر برج خنک کننده نوعی مولد برودتی یا مبدل حرارتی بین آب و هوا محسوب می‌شود. این منبع برودتی با ایجاد تماس و برخورد بین آب گرم و هوای محیط سبب تبادل شدن انرژی گرمایی می‌شود. تبادل حرارتی از آب گرم به هوای خنک انجام می‌پذیرد و این موضوع سبب کاهش یافتن دمای آب میگردد.
آب سرد تولید شده در برج خنک کننده مجدداً انرژی اضافی تجهیزات را جذب و آن را مکرراً به هوا انتقال می‌دهد. این فرآیند یک سیکل تکراری است که دمای کاری ماشین‌آلات صنعتی را دائماً ثابت نگه می‌دارد. برج سردکن آب یا کولینگ‌تاور با تولید دائمی آب سرد می تواند گرمای چیلر ، دیگ بخار یا کوره القایی را بگیرد. کاهش دائمی دمای ماشین آلات و جذب گرمای این تجهیزات جهت ثبات سیستم نیاز است. فقدان گردش آب سرد موجب افزایش یافتن دمای این تجهیزات و عدم کارایی مناسب آنها خواهدشد. پس لزوم استفاده از برج خنک کننده سبب ثبات "سیستم" با بالاترین راندمان خواهدشد. این "سیستم" ممکن است چرخه تهویه مطبوع یک ساختمان یا فرآیند تولید یک محصول بکار گرفته شود.
روش برج خنک کننده در تبادل انرژی گرمایی
برج خنک‌کننده یا برج تبرید در علوم انتقال حرارت نوعی منتقل کننده انرژی حرارتی به شمار می‌آید. این تجهیز سرمایشی عمل انتقال گرمای اضافی یک چرخه ترمودینامیکی به محیط اطراف را انجام می‌دهد. انرژی منتقل شده از آب به هوا امکان دارد گاهاً در یک سامانه باز صورت پذیرد. در این صورت آب در خروجی از افشانکها بر روی پکینگ‌مدیا پاشش می‌کند و در تماس با هوای القایی فن قرار می‌گیرد. در این جریان تماسی با برخورد آب و هوا گرمای آب از دو طریق به هوا انتقال می‌یابد. در حالت اول گرما به دلیل اختلاف دمای دو سیال در قسمت پکینگها یا پدهای سلولزی از آب به هوا جابجا می‌شود. در حالت دوم انرژی به صورت گرمای محسوس سبب بخار شدن درصد کمی آب و سردشدن این سیال می‌شود. بهره گیری از دو روش تبادل انرژی سبب شده تا این سیستم بیشترین راندمان برودتی را در انواع کولینگ تاور داشته باشد.
در برخی از انواع برج خنک کننده سطوح تبادل گرما به صورت کویل(Coil) یا شبکه‌ای از لوله‌های باریک میباشد. جریان سیال با گذر از شبکه لوله های باریک در تماس با هوای خشک محیط باز خنک می شود. گرمای محسوس در این فرآیند صفر می باشد و تبخیری در جریان اصلی سیال صورت نمی پذیرد. میزان افت دما در این روش کمتر خواهد بود ولی مزیت بزرگ این روش عدم تبخیر جریان آب می باشد. فقدان تبخیر در سیکل بسته در برجهای خنک کننده سبب کاهش رسوب و خوردگی در مبدل و تجهیزات دیگر می‌شود. بکارگیری سیکل بسته در جریان خنک کاری سیالات مختلف دیگر نیز مورد کاربرد قرار می‌گیرد. علاوه بر دو مزیت فوق عدم تبخیر در سیکل بسته سبب می شود که مصرف آب این تجهیزات بسیار پایین باشد. مصرف آب برجهای خنک کننده ترکیبی نیز حتی 25 درصد مصرف آب در سیستمهای باز میباشد.
قانون پایستگی انرژی و جرم در سامانه برج خنک کننده
موازنه انرژی در برج خنک کننده (Energy Balance)
برج خنک کننده دستگاهی جهت انتقال حرارت QC (گرمای کندانسور یک ماشین صنعتی) به محیط اطراف میباشد. در چرخه هر فرآیند ترمودینامیکی قانون پایستگی انرژی برقرار است. عملیات انتقال انرژی در برج خنک کننده نیز یک فرآیند ترمودینامیکی محسوب می‌شود. انرژی مصرفی دستگاه برودتی بیانگر توان مصرفی (قالباً انرژی برق) در بخشهای مصرف کننده برج میباشد. مصرف کننده‌های اصلی انرژی برق در برج خنک‌کننده الکتروموتور بخش هوادهی و پمپ سیرکولاتور آب می‌باشند. گرمای تولیدی نیز نشانه‌ی میزان انرژی است که در بخش کندانسور به آب انتقال می‌یابد. در نهایت مکمل این دو مورد دفع گرمای جذب شده از آب در برج خنک کننده است. بازنویسی قانون پایستگی انرژی در چرخه کاری کولینگ تاور به شرح ذیل صورت می‌پذیرد.
گرمای مازاد تولیدی از منبع گرم = انرژی مصرفی (برق موتور و پمپ) + گرمای دفع شده در کولینگ تاور
موازنه جرم در برج خنک کننده (Mass Balance)
فرآیند تبادل انرژی در قالب انواع برج خنک‌کننده یک فرآیند ترکیبی از انتقال جرم و حرارت به صورت همزمان میباشد. کولینگ‌تاور با ایجاد یک سطح تبادل حرارت بسیار بزرگ سبب تبخیر درصدی از آب میگردد. تبخیر صورت گرفته در برج خنک کننده خود مقدمه جذب گرمای موجود در جریان اصلی آب می‌شود. گرمای لازم جهت بخار شدن آب و از هم گسسته شدن پیوندهای ملکولی آب از مابقی جریان آب جذب می‌شود. جریان اصلی سیال آب با از دست دادن گرما دچار کاهش دما شده و اصطلاحاً سرد خواهد شد. علاوه بر تبخیر دو عامل دیگر در برج خنک کننده موجب هدر رفتن آب می شود. بلودان یا تخلیه و پرتاب قطره‌های آب از فن یا پروانه به بیرون از دیگر عوامل مصرف آب میباشد.
به منظور برقرار شدن قانون پایستگی جرم باید میزان مشخصی آب را به طور دائم وارد دستگاه بنماییم. به این جریان آب که به صورت دائمی وارد برجخنککن می‌شود، جریان جبرانی (make up) نیز می‌گویند. فرمول زیر به منظور پایسته شدن جریان سیال در سامانه فوق برقرار است.
جریان جبرانی = آب تبخیر شده + تخلیه جریان مواد غلیظ (blow down) + پرتاب قطره‌ها از قسمت فن (drift)
محاسبه ظرفیت یا بار سرمایشی برج خنک کننده
به نرخ انرژی گرمایی دفع شده از سیال در واحد زمانی معین ظرفیت برودتی یک منبع سرمایشی اطلاق می‌شود. میزان انتقال حرارت در واحد زمان، تحت عنوان توان (Power) در علوم فیزیک مطرح میباشد. در صورتی که انرژی جابجا شده از نوع جذب باشد این کمیت فیزیکی تحت عنوان توان برودتی نیز شناخته می‌شود. به منظور محاسبه توان برج خنک‌کننده باید تعریف کنیم که این تجهیز وظیفه خنک کردن چه سیالی را برعهده دارد. جهت تخمین توانایی برودتی یک منبع برودتی، ظرفیت گرمایشی ویژه سیال خنک کاری (CP) باید تعیین گردد.
به منظور محاسبه دقیق توان برودتی در مرحله دوم باید تعیین نمود چه میزان جریان آب در گردش است. به نرخ حجمی آب گردشی ، دبی آب سیرکوله (water flow rate) نیز گفته می‌شود. البته فاکتور دمای محیط ، دمای آب گرم و سرد نیز عوامل دیگر دخیل در شرایط طراحی می باشد. اختلاف دمای ورودی و خروجی سیال را دلتاتی یا رنج (range) می‌گویند. اختلاف دمای آب داغ و سرد وابسته به ظرفیت سرمایشی یا توان سرمایی کولینگ تاور می باشد. دمای خشک و مرطوب محیط نیز از دیگر عوامل محیطی در محاسبه ظرفیت برودتی میباشد.
فاکتورهای اصلی محاسبه ظرفیت برج خنک کننده
دبی جرمی سیال در گردش (گذر اسمی سیال)
نوع سیال خنک‌شونده و تعیین ظرفیت گرمایشی ویژه
دمای ورود و خروج سیال (دمای خروجی وابسته به محیط طراحی)
ضریب تأثیر طراحی در محاسبه ظرفیت نامی و تفکیک آن از توان واقعی
روش‌های محاسبه ظرفیت سرمایشی برج خنک کننده
معادلات ترمودینامیکی حاکم بر شرایط طراحی
محاسبه براساس ظرفیت و نوع چیلر فقط در کاربری خنک کننده چیلر
استفاده از نرم افزارهای محاسباتی ظرفیت سرمایشی کولینگ تاور
حتماً بارها شنیده‌اید که ظرفیت برج معادل 100 تن یا ظرفیت چیلر 200 تن میباشد. منظور از کلمه "تن" در برج خنک کننده و چیلر همان ظرفیت سرمایشی این ماشین‌های برودتی میباشد. کلمه تن در این اصطلاح مهندسی، خلاصه شده کلمه "تن تبرید" یا "تن سرمایی" میباشد. تن سرمایی یکی از واحدهای انتقال حرارت و معیار سنجش قدرت دستگاه‌های برودتی به شمار می‌آید. توانایی ایجاد برودت در دستگاه‌های برودتی عمدتاً با واحد تن تبرید بیان می‌شود. این ظرفیت سرمایشی مختصراً نمایانگر قدرت بالقوه برج یا چیلر خنک‌کننده در کاهش دمای یک سیال میباشد. یکای تن تبرید یا RT به معنای میزان حرارتی است که برای ذوب کردن یک تن یخ مورد نیاز میباشد. واحد ترمودینامیکی تن تبرید هم ارز یکاهایی همچون KW و BTU/H میباشد. هر تن برودتی برابر با 3.51 کیلووات و برابر با 12 هزار بی تی یو بر ساعت میباشد.
انواع کاربری برج خنک کننده
کاربرد برج خنک کننده در خنک کردن دستگاه‌های صنعتی
اکثر ماشین‌آلات صنعتی همانند کوره‌ها، بویلرها و توربین‌ها در چرخه‌کاری خود مقداری حرارت اضافی تولید میکنند. وظیفه برج خنک کننده صنعتی در چرخه این ماشین‌آلات و تجهیزات، جذب و دفع گرمای اضافی ایجادشده میباشد. توربین‌های گازی در پالایشگاه‌ها، کمپرسورهای هوا در نیروگاه‌ها و دیگ‌های بخار در صنایع از مهمترین تجهیزات سرد شده با کولینگ‌تاور به شمار می‌آید. وظیفه استخراج این انرژی حرارتی به عهده سیال هوا است. کاربری ماشین‌های برودتی دیگر همچون چیلر نیز در صنایع کوچک و بزرگ رایج میباشد. هزینه‌های بالا در مصرف انرژی، تعمیر و نگهداری دشوار چیلرها، موجب استقبال صنعت از برج خنک کننده گردیده است.
کاربرد برج خنک کننده در خنک کردن چیلرها
اکثر ساختمان‌ها و برجهای بزرگ، ادارات، بانک‌ها و مراکز خرید دارای سیستم تهویه مطبوع مرکزی (HVAC) می‌باشند. در سیستمهای سرمایش مرکزی از چیلرهای تراکمی یا جذبی جهت خنک کردن هوای داخلی محیط استفاده میکنند. گرمای جذب شده از یک منطقه ساختمان توسط چیلر سبب افزایش دمای این ماشین برودتی می‌شود. کولینگ تاور با هدف تعدیل دمای چیلر در این کاربری تحت عنوان برج خنک کننده چیلر مورد استفاده قرار می‌گیرد. برج خنک کننده با تولید آب سرد و هدایت آن به کندانسور، موجب تعادل دمایی این تجهیز می‌شود. لازم به ذکر است که فقط چیلرهایی که دارای کندانسور آبی می‌باشند از برج خنک‌کننده در مدار کندانسور خود استفاده می‌نمایند. امروزه بیشتر چیلرهای تراکمی و تمامی چیلرهای جذبی دارای کندانسور آبی می‌باشند.
اجزای داخلی و مهم برج خنک کننده
الکتروموتور (motor): فراهم کننده گشتاور لازم جهت چرخش فن یا مولد انرژی مکانیکی
فن یا پروانه (fan): به وجود آورنده فشار نسبی در هوا و جابجا کردن حجم مشخصی از سیال هوا
سیستم انتقال قدرت(speed reducer): کاهش دهنده سرعت زاویه‌ای موتور (دور موتور) به سرعت چرخشی استاندارد فن
گیربکس انتقال قدرت و کاهنده دور: جایگزین سیستم تسمه پولی در انتقال قدرت از دینام به پروانه
سطوح خنک‌کن (fill): فیلینگ یا پوشال جهت ایجاد سطح انتقال حرارت مستقیم بین آب و هوا (در کولینگ تاورهای مدار باز)
کویل (coil): فراهم کننده سطح برای تبادل انرژی بین آب و هوا (در برجهای خنک‌کننده مدار بسته)
نازل (nozzle): تقسیم کننده جریان آب داغ ورودی در برجهای مکعبی
آب پخش کن (Sprinkler): توزیع کننده سیال گرم در کولینگ تاورهای مخروطی
لوله و انشعابات داخلی (pipe and fittings): منتقل کننده جریان آب در بخشهای داخلی برج
بست کمربندی (belt Fastener): متصل کننده انشعابات داخلی به نازلها یا افشانکها
قطره‌گیر (drift eliminator): بازدارنده پرتاب قطرات آب به سمت فن مکنده القایی
تشتک (basin): محل جمع آوری آب سرد یا مخزن تجمیع آب با دمای پایین
کرکره‌ها (louvre): دریچه داخل شدن هوای خشک و سرد محیط
ساپورتهای حائل یا نگهدارنده (supports): قوطی‌های نگهدارنده پکینگها ، قطره گیرو سایر تجهیزات درونی
محافظ پروانه (fan Guard): محافظ فن در مقابل ضربات احتمالی یا ورود اشیاء خارجی
شاسی موتور(motor Chassis): فریم نگهدارنده دینام یا الکتروموتور
فلنچ ورودی(inlet Flange): اتصال ورودی آب داغ
فلنچ خروجی(outlet Flange): محل خروجی آب سرد
فلوتر (floater): شناور تنظیم کننده جریان آب جبرانی
شیر تخلیه(drain valve): محل خروجی جریان بلودان(blow down)
فلنچ سرریز (overflow): خروجی تخلیه جریان مازاد آب
اجزای کنترلی و جانبی برج خنک کننده
سیستم کنترل دور متغیر (VFD control):
این بخش در قسمت تابلو کنترل وظیفه تنظیم دستی یا اتوماتیک دور خروجی موتور توسط تغییر فرکانس را عهده‌پذیر است.
آنتی فریز در تشتک تجمیع آب سرد (anti-freez):
دارای دو بخش هیتر و ترموستات میباشد که با قرارگرفتن در تشتک در زمستان از یخ زدن آب ممانعت می‌نماید.
دک کاهش صدای فن (lower fan deck):
این قطعه در زیر قسمت کاهش دور بین فن و فولی نصب می‌شود و لرزش‌های موجود پروانه را کاهش می‌دهد.
لرزه گیر مکانیکی (spring shock absorber):
سبب دمپ لرزشها و کاهش سطح ارتعاشات کولینگ‌تاور گشته و در انواع چیلرهای تراکمی نیز کاربرد زیادی دارد.
سیستم تخلیه اتوماتیک آب بلودان (auto-drain):
بلودان هوشمندمجهز به یک TDS متر و شیر برقی میباشد که عامل کاهش میزان املاح سنگین در تشتک میباشد.
سیستم فیلتراسیون هوا (air filter):
توری‌های هوای فلزی(آلومینیوم) در پشت کرکره‌ها نصب می‌شود و از ورود ذرات معلق به داخل جلوگیری می‌نماید.
ساید گلس یا پنل بازدید(side glass):
پنل شیشه‌ای یا تلقی که موجب سهولت بازدید اپراتور از شرایط کارکرد برج خنک کننده در شرایط مختلف می‌شود.
پمپ شاور (pump):
این بخش فقط در سیستم برجهای خنک‌کننده هیبریدی به کار می‌رود و آب را دائماً بر روی کویل پاشش می‌کند.
توری آشغال گیر (trash trap):
این تجهیز در جلوی فلنچ خروجی آب سرد نصب شده و باعث ممانعت از عبور آشغال‌های موجود در تشتک میگردد.
فیلتر میکرونی مدار آب جبرانی(bag filter):
فیلتر کیسه‌ای سبب افزایش کیفیت آب جبرانی و کاهش میزان رسوب گرفتگی قطعات داخلی کولینگ تاور خواهد شد.
انواع برج خنک کننده
برج خنک کننده مدار باز (مرطوب)
برج خنک کننده مدارباز با ایجاد یک سطح تبادل تماس مستقیم بین هوا و آب سبب کاهش دمای آب می‌شود. در این مدل کولینگ تاور درصدی از آب دچار تبخیر شده و وارد هوای ورودی می‌شود. این موضوع سبب مرطوب شدن هوای اطراف یا اشباع شدن آن میگردد. بخاطر همین موضوع به این مدل سیستم سردکننده برج خنک کننده مرطوب نیز گفته می‌شود. آب خروجی از نازل یا اسپرینکلر شروع به ریزش بر روی پکینگها در تماس با هوا دچار کاهش دما می‌شود. به سیستمهای مرطوب، مدارباز نیز گفته می‌شود زیرا که چرخه گردش آب در یک سیکل باز صورت می‌پذیرد.
برج خنک کننده مدار بسته خشک
در این مدل کولینگ تاور ، آب در یک چرخه تماماً بسته (Close) در تماس با هوای خشک محیط خنک میگردد. از این رو این نوع سیستم برودتی برج خنک کننده خشک نیز نامیده می‌شود. این نوع کولینگ‌تاور به دلیل تماس مستقیم با هوای خشک محیط تابع دمای محسوس محل نصب (دمای جوی محیط) می‌باشند. برج خنک کننده خشک یا مداربسته دارای سطوح انتقال حرارت از نوع شبکه‌های لوله و فین میباشد. آب در گذر از این شبکه‌ها در تماس با هوای ایجاد شده توسط فن یا پروانه، سرد میگردد.
برج خنک کننده هیبریدی (ترکیبی)
نسل جدید تجهیزات برودتی تبخیری که ترکیبی از برج خنک کننده مدار باز و مداربسته میباشد برج خنک کن هیبریدی نام دارد. جریان اصلی سیال آب در گذر از سطوح نفوذ حرارتی کویل توسط یک جریان ثانویه پاششی قرار می‌گیرد. در این تماس، گرما توسط نفوذ و هدایت از آب گرم کویل به آب سرد مدار پاشش انتقال می‌یابد. مزیت بزرگ این مدل برج خنک کننده کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای مرطوب محیط است. این سیستم برودتی در عین حال هیچگونه رسوب گرفتگی و تبخیری ندارد.
انواع برج خنک کننده بر اساس نوع جریان هوای ورودی
برج خنک کننده جریان مخالف یا کانتر فلو
کولینگ تاور کانترفلو دارای ورودی هوا از تمامی جوانب دستگاه در قسمت بالایی تشتک و بخش زیرین پکینگها میباشد. جهت جریان هوای ورودی به برج خنک کننده جریان مخالف در جهت مخالف با جریان آب پاششی از نازل میباشد. هوا در این مدل از قسمت لوورهای پایین وارد می‌شود و از بخش بالای تنوره فن خارج می‌شود. کارایی این مدل کولینگ‌تاور بسیار مناسب برای محیط‌های گرم و خشک میباشد. در شهرهایی همانند یزد، شیراز، مشهد، تهران، اراک و اصفهان که رطوبت نسبی هوا پایین میباشد، بسیار کاربرد دارند. سیستم های کانترفلو راندمان بالاتری نسبت به سیستم کراس یا متقاطع دارند. البته کاربری این سیستم‌ها در مناطق مرطوب و شرجی کارایی کمی دارد.
برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو
کولینگ تاور کراس فلو یا جریان عمود دارای دو ورودی اصلی هوا در دو طرف میباشد. هوا در ورود به این بخش به صورت عمود بر جریان ریزشی آب سبب سرد شدن این سیال می‌شود. برج خنک‌کننده جریان متقاطع به دلیل تماس هوای تازه در سراسر قسمت پکینگ دارای عملکرد خوبی در مناطق شرجی میباشد. در مناطق شمالی و جنوبی کشور عزیزمان که به دلیل نزدیکی به دریا، رطوبت محیط محل نصب کولینگ تاور بالا میباشد. در این گونه مناطق اقلیمی از کولینگ تاورهای جریان متقاطع یا ابارا استفاده می‌شود. شهرهایی همانند اهواز، ماهشهر، بوشهر، رشت، گرگان و ... بسیار مناسب جهت کاربری این دستگاه میباشد. این مدل اولین بار توسط شرکت ابارا ژاپن ایده پردازی شده است. به همین دلیل به این چنین سیستم های برودتی برج خنک کننده ابارا نیز گفته می‌شود.
انواع برج خنک کننده براساس شکل ظاهری
برج خنک کننده با استراکچر مکعبی
این مدل از سیستمهای برودتی دارای ظاهر مکعب مستطیل بوده و بسیار فضای کمی را اشغال می‌نماید. برج خنک کننده مکعبی میتواند به صورت مدارباز، مداربسته و یا هیبریدی تولید و طراحی گردد. کولینگ تاور مکعبی دارای سیستم پاشش آب ثابت و بسیار کم رسوب میباشد. برج خنک کننده مکعبی به دلیل داشتن ارتفاع زیاد و سیستم پاشش آب منظم دارای راندمان بالایی میباشد. سیستمهای برودتی مکعبی امروزه در بیشتر صنایع بزرگ و همچنین در تهویه مطبوع کاربرد فراوانی دارد.
مزایای برج خنک کننده مکعبی
رسوب گرفتگی کمتر در تجهیزات داخلی همچون نازل و پکینگ مدیا
اشغال فضای کمتر به دلیل نداشتن فضای پرت و اضافی
راندمان بالاتر و کاهش دمای بیشتر آب
تعمیر و نگهداری آسان‌تر
ارسال و حمل بسیار سریع، کم هزینه و آسوده
دارای مخزن آب سرد بزرگتر نسبت به مدلهای مخروطی
برج خنک کننده با استراکچر استوانه‌ای (مخروطی)
کولینگ تاور مدور یا گرد یکی از قدیمی ترین طرحهای تولیدی بسیاری از شرکتهای سازنده برج خنک کننده به شمار می‌آید. یکی از مشخصه‌های اصلی آن سیستم پاشش آب دوار دارای اسپرینکلر یا آب پخش کن میباشد. ابعاد بزرگ استوانه‌ای شکل و ارتفاع کم نسبت به مدل مکعبی از دیگر مشخصات این مدل میباشد. بیشترین کاربرد این نوع برج خنک کننده در انواع ساختمان‌ها و برجهای مرتفع به منظور خنک کاری کندانسور چیلر در موتورخانه میباشد. سیستم های مدور امروزه به دلیلهای متعدد کاربرد کمی در خط تولید سازندگان برج خنک کننده دارد.
مزایای برج خنک کننده استوانه‌ای یا مدور
نصب آسان در محل پروژه
صدای کمتر فن یا پروانه و گردش آسان تر و بهینه هوا
قیمت پایین تر و اقتصادی تر بودن نسبت به تیپ مکعبی
مکش هوای بهتر به دلیل داشتن لوورهای بزرگتر
انواع برج خنک کننده بر اساس جنس بدنه
برج خنک کننده فایبرگلاس
فایبرگلاس امروزه بیشتر تولیدات صنعتی را معطوف خود کرده است و برج خنک کننده نیز از این قائده مستثنی نبوده است. استفاده از صنعت کامپوزیت در تولید قطعات فایبرگلاس از نوع FRP (Fiber reinforce polymer) میباشد. فایبرگلاس به معنی الیاف شیشه مقاوم شده با پلاستیک میباشد که از دو عنصر الیاف و رزین تشکیل می‌شود. به بیانی ساده‌تر ساختار کامپوزیت بدنه برج خنک کن الیاف تقویت شده با رزینهای پلی‌استر میباشد. قطعات فایبرگلاس بدنه ابتدا در قالب مورد نظر تحت پوشش الیاف، رزین، اروزیل و تیتان قرار می‌گیرد. بعد از مدت ژل تایم و پخت از قالب اولیه جداسازی می‌شود. به منظور پخت و فرآوری نهایی قطعات بدنه را در تماس با تابش نورخورشید قرار می‌دهند.
دقت کنید !! نوع الیاف و رزین بکار رفته در ساخت قطعات فایبرگلاس بیشترین تاثیر را در کیفیت نهایی بدنه می‌گذارد.
الیاف فشرده فایبرگلاس در برج خنک کننده در دو تیپ کلی حصیری و سوزنی در قطعات بدنه به کار برده می‌شود. ترکیب این دو الیاف در تولید قطعات بدنه سبب افزایش مقاومت نهایی سازه کامپوزیتی در کولینگ تاور می‌شود. البته الیاف‌های پودری نیز تحت عنوان پرکن در لایه‌های آخر سبب ضد نفوذ شدن بدنه در مقابل آب می‌شود. تولید بدنه فایبرگلاس برج خنک کننده باید مطابق با استانداردهای لازم صورت پذیرد تا کیفیت مورد انتظار را داشته باشد. برج خنک کننده فایبرگلاس در دو تیپ مکعبی و مخروطی تولید و عرضه میگردد. برج خنک کننده فایبرگلاس جایگزین بسیار عالی برای انواع کولینگ‌تاور بتنی و فلزی در صنعت به شمار می‌رود. قسمت‌های مختلف بدنه برج خنک کن فایبرگلاس شامل فن استک، پنل، لوور، ستونی و تشتک میباشد.
مزایای برج خنک کننده فایبرگلاس
لرزش کم و فرکانس ارتعاش پایین به دلیل دمپ عالی ارتعاشات توسط الیاف شیشه
دسترسی آسان به بخشهای داخلی همانند پکینگ، قطره گیر، نازل و آب پخش کن
عدم پوسیدگی در مقابل جریان آب در داخل و گرد و غبار در بیرون
عدم نفوذ پذیری گرمایشی و جذب حرارت توسط نیروی تابشی خورشید
عدم رسوب پذیری در مقابل تبخیر آب و افزایش مواد محلول
قابلیت اسیدشویی بدنه و رسوب زدایی تجهیزات داخلی
سبک و دارای قابلیت حمل و جابجایی آسوده و راحت
برج خنک کننده بتنی و فلزی
برج خنک کننده بتنی (concert cooling tower) دارای یک سازه تمام بتنی به شکل مکعبی یا به شکل هذلولی میباشد. سیستم هوادهی این نوع برج خنک کننده عموماً سیستم دمش یا مکش القایی از نوع axial flow میباشد. سیستم هوادهی این سیستمهای برودتی شامل یک فن محوری دمنده بزرگ یا چند فن محوری مکنده کوچک میباشد. این مدل برج خنک کن بیشتر در نیروگاه‌ها و پالایشگاه‌های بزرگ دیده می‌شود. به همین دلیل به این مدل، برج خنک کننده نیروگاهی نیز گفته می‌شود. برج خنک کن بتنی عمدتاً برای صنایعی که دارای دبی آب در گردش بالایی می‌باشند کاربرد فراوان دارد.
بدنه فلزی برج خنک کننده در واقع گزینه مناسبی جهت جلوگیری از اتلاف وقت در تولید کولینگ‌تاور با بدنه بتنی محسوب می‌شود. بدنه فلزی به کار رفته با ایجاد پوشش‌های مناسب میتواند مقاومت کافی در برابر رسوب و خوردگی را داشته باشد. برج خنک کن با بدنه فلزی قالباً از متریال فولاد گالوانیزه تولید و عرضه می شود. به همین دلیل به این سردکن‌های صنعتی "برج خنک کننده گالوانیزه" گفته می‌شود. کولینگ‌تاور فلزی عموماً دارای یک چارچوب و اسکلت فلزی به صورت چند پارچه میباشد . استراکچر و فریم اصلی دستگاه توسط پیچ و مهره اسمبل (مونتاژ) میگردد. برجهای خنک کننده فلزی بیشتر توسط شرکت شرکت بالتیمور و سارآفرین تولید و عرضه می شدند. امروزه به دلیل معایب زیاد طراحی از این مدل سیستم های برودتی استفاده چندانی نمی‌شود.
معایب برج خنک کننده بتنی
وزن بسیار زیاد و سنگینی بیش از حد بدنه و استراکچر اصلی
عدم قابلیت حمل و جابجایی و تغییر مکانی محل نصب
هزینه بسیار زیاد سازه عمرانی بتنی
سرعت ساخت پایین سازه سیمانی
مصرف آب بسیار زیاد به دلیل عملکرد ضعیف تبادل حرارت
رشد جلبک و میکرو ارگانیسم‌ها و باکتری‌های داخل تشتک بتنی
معایب برج خنک کننده فلزی یا گالوانیزه
رسوب و خوردگی بدنه فلزی در مقابل جریان آب
وزن بسیار بالا و سنگین بودن بیش از حد
عدم حمل و جابجایی آسان به دلیل سنگینی بیش از حد قطعات فلزی
عدم دسترسی آسان به اجزای داخلی به دلیل زنگ زدگی اتصالات
رشد جلبک ، لجن و میکروارگانیسم ها و کاهش کیفیت آب سرد خروجی
جذب و نفوذ آسان انرژی گرمایی تابشی حاصل از تابش نورخورشید
ایجاد سر و صدای زیاد به دلیل ارتعاش بدنه و نوع سیستمهای هوادهی نامرغوب
کاتالوگ مشخصات فنی برج خنک کننده
برج خنک کننده شرکت دماگستر با بدنه فایبرگلاس در انواع مدار باز و مدار بسته قابل عرضه و تولید میباشد. کاتالوگ کولینگ تاور در سه دسته مختلف توسط کارشناسان فنی شرکت دماگستر جمع آوری گردیده است. کاتالوگ برج خنک کن حاوی اطلاعات مفیدی در زمینه ابعاد و سایر مشخصات فنی انواع میباشد. کاتالوگ برج خنک‌کننده در واقع دربرگیرنده انواع اطلاعات و مشخصات فنی متریال و تجهیزات بکار رفته در این تجهیز میباشد. این مشخصات با توجه به نوع و مدل خنک‌کن، نوع و جنس متریال بکار رفته نیز قابل تغییر خواهد بود. ضخامت بدنه فایبرگلاس با توجه به وزن آب و ظرفیت دستگاه متغیر می باشد. همچنین پارامتر سیستم هوادهی در هر مدل معین دارای فن یا پروانه با قطر مشخص می باشد. توان الکتروموتور با توجه به گشتاور مورد نیاز چرخش پروانه و صرفاً جهت هوادهی معین در کاتالوگ قید شده است.
اطلاعات اصلی و اساسی موجود در کاتالوگ مشخصات فنی
ظرفیت و توان سرمایشی یا قدرت برج خنک کننده در کاهش دمای آب
حداکثر دمای ورودی به کولینگ تاور و حداقل دمای خروجی از کولینگ تاور
میزان حجم دبی مجاز سیال آب در گردش در ورودی به دستگاه
میزان مصرف آب در فصول گرم و سرد با توجه به شرایط کاری استاندارد
ابعاد و دایمنشن نهایی هر یک از ظرفیت‌های مختلف تولیدی
وزن درحال کار - وزن خشک سازه اصلی
اتصالات ورودی و خروجی - اتصالات جانبی
توان مصرفی الکتروموتور و میزان آمپر مصرفی یا نوع برق مصرفی (سه فاز یا تک فاز)
قطر پروانه یا فن به عنوان مرکز مکش هوا
میزان حجم هوای تولیدی بر اساس واحد CFM
تعداد پره های فن یا پروانه با توجه به میزان هوادهی لازم
نحوه صحیح انتخاب برج خنک کننده
طراحی و انتخاب سیستمهای برودتی نباید توسط افراد عادی صورت پذیرد بلکه این موضوع باید توسط کارشناس مربوطه صورت پذیرد. مشاور فنی پروژه با داشتن دانش مهندسی موجب انتخاب صحیح و اصولی این تجهیز می‌شود. کارشناس با در نظر گرفتن اصول و اساس طراحی، برج خنک کننده مورد نظر را پیشنهاد نماید. در مرحله انتخاب کولینگ تاور باید جوانب مختلف کمی و کیفی را در نظر گرفت. اصول اصلی در فرآیند انتخاب و طراحی برج خنک کننده انجام محاسبات ظرفیت و تعیین میزان آب مصرفی میباشد. محاسبه پارامترهای طراحی همچون راندمان، توان برودتی و برآورد فراهم کردن آب مصرفی از مهمترین بخشهای انتخاب محسوب می‌شود.
در انتخاب برج خنک کننده از روی کاتالوگ محصولات دقت کنید!!
در مرحله خرید برج خنک کننده صرفاً استفاده از کاتالوگ مشخصات فنی به هیچ عنوان توصیه نمی‌شود. انتخاب هر ماشین صنعتی از کاتالوگ نباید صرفاً با توجه به ظرفیت آن صورت پذیرد. علاوه بر ظرفیت سرمایشی کولینگ تاور عوامل دیگری نیز بر پارامتر انتخاب و طراحی این تجهیز تأثیرگذار میباشد. عوامل جانبی همچون اقلیم محل نصب و شرایط کیفی استاندارد آب تأثیر بسزایی بر خرید و انتخاب صحیح خواهد داشت. بنابراین بهتر است از انتخاب کولینگ تاور به صورت غیرکارشناسی از کاتالوگ مشخصات فنی خودداری نمایید. بهترین گزینه در انتخاب تأسیسات صنعتی استفاده همزمان از کلیه پارامترهای در دسترس طراحی است. مهمترین ابزار طراحی استفاده از نرم افزارهای آنلاین در محاسبات مهندسی و استفاده از کاتالوگ سازندگان سیستمهای برودتی میباشد.
ابعاد و مشخصات برج خنک کننده
انرژی حرارتی دفع شده در برج خنک‌کننده به محیط اطراف سبب سرد شدن سیال خنک کاری می‌شود و از این جهت برج خنک‌کن را نوعی سردکن صنعتی نیز قلمداد میکنند. انتقال انرژی در برج خنک کننده از طریق گرمای نهان تبخیر سیال خنک کاری صورت می‌پذیرد و از این رو درصد کمی از حجم در گردش سیال تبخیر شده وارد هوای محیط بیرون می‌شود. سیال خنک‌کاری باید درگردش خود در یک سیکل گرمازا و در عبور از برج‌خنک‌کننده توانایی دریافت میزان قابل توجهی از انرژی را دارا باشد. در واقع توانایی دریافت انرژی در سیال خنک‌کاری تحت عنوان ظرفیت‌گرمایشی‌ویژه مطرح میباشد که بهترین سیال در خنک‌کنندگی یک چرخه‌صنعتی آب میباشد. انتقال جرمی بخارات حاصل از تبخیر در برج‌خنک‌کننده در صورتی که سیال در گردش از نوع آب باشد سبب افزایش رطوبت نسبی محیط اطراف و تشکیل مه می‌شود.در نتیجه توصیه میگردد برج‌خنک‌کننده در محیط بیرون(outdoor) نصب گردد تا هوای داخل محیط قرارگیری به مرور زمان اشباع نشود و راندمان نهایی (Efficiently) افت نداشته باشد. ابعاد برج خنک کننده در واقع فاکتور اصلی ایجاد سطح مبادله انرژی به شمار می آید . به هر میزان برج خنک کن ابعاد بزرگتری داشته باشد سطح مقطع بزرگتری خواهد داشت و این به معنای انتقال حرارت بیشتر می باشد. ابعاد و اندازه یک کولینگ تاور رابطه مستقیمی با ظرفیت سرمایی یا توان برودتی دارد. برجهای بزرگتر طبیعتاً ظرفیت بیشتری خواهند داشت. امروزه نمونه های از اسکیل بزرگ کاربرد برج خنک کننده را در صنعت در نیروگاه و پالایشگاه ها می توان به راحتی جستجو نمود. در اکثر نیروگاه ها قالباً از برجهای غول پیکر بتنی با سازه هذلولی جهت خنک نمودن حجم بسیار زیادی از آب در ساعت استفاده می شود. در اسکیل کوچک و در ابعاد تقریبی 100 در 100 می توان مشاهده نمود که برجهای خنک کننده کوچک در صنایع کوچک همانند تزریق پلاستیک ، گلاب گیری و عرق گیری استفاده میگردد. مشخصات ابعادی دستگاه های برودتی و ماشین آلات فاکتوری است که همواره در کاتالوگ محصولات شرکت های سازنده می توان آن را مشاهده نمود.
رسوب گرفتگی در برج خنک کننده
رسوب و گرفتگی تجهیزات و قطعات داخلی برج خنک کننده یکی از عمده مسائل اجتناب ناپذیر در کولینگ تاور محسوب می شود که در طی عمر کاری این دستگاه ممکن است به صورت متوالی ایجاد مشکل نماید. در بیشتر انواع برج های خنک کننده اعم از مدار باز - جریان مخالف و همچنین جریان متقاطع بیشتر رسوب گرفتگی به دلیل تبخیر آب و تغلیظ نمک های محلول در آب می باشد. رسوبات تشکیل شده در مدار برج خنک کننده عموماً از جنس آهک بوده و به رنگ سفید و قهوه ای روشن در میان شیارهای پکینگ و قطعات جانبی دیگر تشکیل می شوند. رسوبات آهکی تشکیل شده در بخش های داخلی برج خنک کننده بیشتر به دلیل املاح سنگین آب همچون کلسیم، منیزیم و کاتیون های فلزی و نمکی تشکیل می شود.
راهکارهای اصلی و اساسی در کاهش میزان رسوب پذیری برج خنک کننده
استفاده از پکینگ مدیا یا پوشال خنک کننده آنتی باکتریال و ضد رسوب همانند پکینگ نت اسپلش
استفاده از الیاف نانو پودری و نانو فایبر در بافت اصلی قطعات بدنه
تزریق آب Make up با کیفیت بالا یا به صورت سختی گیری شده
تنظیم دقیق بلودان یا تخلیه آب غلیظ از قسمت تشت یا بیسین
انتخاب برج خنک کننده با سیستم خنک کاری هیبریدی و کاهش میزان تبخیر آب
عدم کاربری تجهیزات فلزی و کاهش میزان زنگ زدگی و عدم تلفیق مواد رسوبات سنگین ناشی از لوله ها یا اتصالات فلزی
استفاده از فلیترهای فلزی یا غیر فلزی در بخش ورودی هوای کولینگ تاور که سبب ممانعت از ورود گرد و غبار موجود در هوا می شود.
نگهداری و محافظت از برج خنک کننده
مرحله نگهداری کولینگ تاور (برج خنک کننده) مهمترین اقدام پس از نصب و راه اندازی می باشد که اگر به صورت صحیح صورت پذیرد اثرات بسیار مفیدی خواهد داشت. نگهداری و محافظت از برج سبب افزایش طول عمر قطعات داخلی و جانبی می گردد. اگر اصول نگهداری برج خنک کننده رعایت نگردد سبب بروز مشکلات فراوانی شود.
رایح ترین مشکلات به وجود آمده در صورت عدم رعایت اصول نگهداری برج خنک کننده
رسوب گرفتگی شدید و انسداد مجراهای توزیع آب همانند لوله ها و انشعابات داخلی ، آب پخش کن و افشانک ها به دلیل استاندارد نبودن آب در چرخش کولینگ
مسدود شدن شیارهای بین ورق های پکینگ مدیا و کاهش سطح موثر انتقال حرارت به خاطر مطلوب نبودن آب جبرانی
آفتاب سوختگی قطره گیرها یا المیناتورها به دلیل عدم نصب صحیح و مطلوب نبودن مکان و موقعیت نصب کولینگ
تخریب قطعات داخلی و کاهش عمر تجهیزات همانند پکینگ ، فن ، نازل و قطره گیر
سرویس و چکاپ برج خنک کننده
سرویس کردن و چکاپ کردن(Check Up) یک تفاوت اساسی با تعمیر اساسی یا آورهال دارد و آن هم این است که در سرویس لزوماً نیازی به تعویض قطعه نمی باشد. سرویس یک دستگاه می تواند شامل عملیات مختلف شستشو و تنظیم مجدد قطعات داخلی می باشد. رعایت کردن سرویس دوره ای در برج خنک کننده سبب کاهش میزان خرابی در بخش های مختلف شده و از بروز خرابی های غیرقابل جبران نیز جلوگیری می نماید.
بخشهای مختلف و مهم در هر نوبت سرویس برج خنک کننده
شستشو با جت آب و کارواش در بخشهای قطره گیر، آب پخش کن و سیستم توزیع آب ، لوور و دیگر اجزایی که تماس مستقیم با آب یا هوای آلوده دارند
شستشو با اسیدهای مناسب در بخشهایی که تماس دائمی با آب دارند و رسوب گرفتگی های بیشتری می گیرند همانند افشانک ها و پکینگ ها
تنظیم لوله های خروجی اسپرینکلر و چرخش صحیح آب پخش کن و رسوب زدایی سوراخهای خروجی از لولهای جانبی
تنظیم زاویه پره های فن یا پروانه و بالانس کردن آن که سبب افزایش طول عمر بلبرینگ ها و گیربکس و همچنین موجب کاهش آمپر مصرفی موتور و خنک کار کردن آن می شود.
تعمیر اساسی یا آورهال برج خنک کننده
تعمیر یا overhaul در برج خنک کننده با توجه به تماس دائم و مکرر با آب و قرارگرفتن در محیط بیرون یک امری اجتناب ناپذیر است. تعمیر اساسی کولینگ تاور یا برج خنک کن شامل فرآیندهایی از جمله تعویض پکینگ ها یا پوشالها ، تعویض و تعمیر فن یا پروانه به لحاظ کاهش لرزش و بالانس کردن تیغه ها ، تعویض قطره برگردان یا چکه گیرهای داخلی ، تعویض نازلها یا آب پخش کن(اسپرینکلرهد) می باشد. مدت زمان تعمیر برج خنک کننده با توجه به کیفیت متریال مورد استفاده شده در داخل برج خنک کن ممکن است بین 2 تا 10 سال باشد. به هر میزان گرید و کیفیت تجهیزات فرعی و اصلی کولینگ تاور بالاتر باشد طول عمر دستگاه بالاتر رفته و تعمیر برج خنک کننده نیز با تاخیر بیشتری نیز همراه خواهد بود.
راهکارهای اساسی در افزایش دوره تعمیر برج خنک کننده
استفاده از متریال مرغوب پلیمری همانند PP یا PVC درجه یک (سفید رنگ) در تولید پکینگ های داخلی
انتخاب صحیح برج خنک کننده و طراحی سیستم خنک کاری آب بر اساس بهترین نوع کولینگ تاور
ترکیب مواد آنتی یووی anti-UV در بدنه و قطعاتی که در تماس با تابش اشعه خورشید قرار دارند.
بکارگیری نسل جدید پروانه با تیغه های سوپر بلید(super blade) در ساختار تیغه های فن و کاهش میزان لرزش فن
بهره بری از فن یا پروانه با متریال مناسب محیط طراحی (محیط های مرطوب و اسیدی = فن فایبرگلاس و محیط هایی با تابش شدید نور خورشید: پروانه آلومینیوم)
استفاده از تجهیزات محافظتی همانند سیستم هیتریز هوشمند آنتی فریز ، سیستم فیلتراسیون آب جبرانی، فیلترهای هوا و ...
انجام منظم سرویس و شستشو قطعات داخلی
قیمت و بهای تمام شده برج خنک کننده
قیمت یا فی در هر موضوعی طبیعتاً حرف آخر را می زند و در مورد کولینگ تاور یا برج خنک کاری نیز این موضوع صادق می باشد. قیمت هر دستگاهی که تولید می شود از عوامل مختلفی می تواند تأثیرپذیر باشد. قیمت برج خنک کننده نیز با توجه به جامع بودن قطعات داخلی و سروکار داشتن با بخشهای مختلف تهیه مواد اولیه دائماً دستخوش تغییرات فراوان می شود. با توجه به همت تولیدکنندگان و سازندگان برج خنک کننده هم اکنون سعی تمامی شرکتهای سازنده بر این بوده است تا قیمت های خود را با کمترین ضریب تغییرات اعلام نمایند.
عوامل اصلی موثر در قیمت برج خنک کننده یا کولینگ تاور
نوع برج خنک کننده (مکعبی یا مخروطی ، مدارباز یا مداربسته)
ظرفیت برج خنک کننده (از 10 تن تبرید تا 4500 تن تبرید)
قیمت مواد اولیه فایبرگلاس همانند الیاف و رزین
نوع الیاف و رزین بکاربرده شده در تولید و ساخت برج خنک کن
تعداد لایه های الیاف و رزین و ضخامت نهایی بدنه
نوع پکینگ مدیا بکار رفته و گرید مواد بکار رفته در پکینگها
گرید عایق حرارتی و کلاس محافظتی موتور و نوع برند موتور
نوع پروانه با فن ، نوع تیغه های بکار رفته و تعداد پره های فن مکنده
girl Author |
سه شنبه, ۱۷ تیر ۱۳۹۹، ۰۸:۳۰ ق.ظ |۰ نظر
طراحی، انتخاب، نصب و راه اندازی برج خنک کننده مراحل اصلی فرآیند خرید این تجهیز به شمار می‌رود. تضمین عملکرد صحیح چیلر و سایر ماشین آلات صنعتی وابسته به کارایی درست >برج خنک کننده< میباشد. سازندگان برج خنک کننده عملکرد موفق و مطلوب کولینگ تاور را تحت شرایط معین تضمین میکنند. منظور از شرایط معین نصب، راه‌اندازی و نگهداری اصولی کولینگ تاور میباشد. مالک برج خنک کن باید طبق شرایط مد نظر سازندگان از این تجهیز برودتی استفاده کند. انتخاب صحیح و موفقیت بهره برداری از آن بر عهده مالک یا نمایندگان فنی وی میباشد که در اینجا به نکات کلی آنها میپردازیم. مهم تر از مرحله طراحی و انتخاب تجهیزات برودتی نگهداری اصولی آن ها می باشد. راندمان و کارایی یک منبع برودتی همانند برج خنک کننده و چیلر وابستگی زیادی به نحوه کارکرد آن دارد.
کارکرد درست یک تجهیز صنعتی زمانی تضمین خواهد شد که عملیات نگهداری به صورت منظم و اصولی صورت پذیرد. عملیات نگهداری برج خنک‌کننده شامل مراحل متعددی میباشد که رعایت این موارد میتواند تاثیر بسزایی در ثبات راندمان سیستم داشته باشد. عدم رعایت نکات اصولی در حفظ و نگهداری کولینگ تاور سبب افول و نزول کارایی مناسب آن می شود. نزول راندمان در برج خنک کننده موجب افزایش دمای آب سرد و اختلال در کندانسور دستگاه های دیگر می شود. اگر کولینگ تاور در صنعت بکار برده شده باشد راندمان تولید کاهش خواهد یافت. حتی اگر برج در جهت خنک کاری چیلر مورد کاربرد باشد با کاهش راندمان وی ، چیلر نیز عملکرد درستی نخواهد داشت. عملکرد یک سیستم همانند یک ساعت می باشد و چنانچه هر یک از اجزا کارایی مفید نداشته باشد عملکرد کلی نیز مختلف می‌شود.
راه اندازی یا بهره برداری برج خنک کننده آخرین مرحله در بهره گیری از کولینگ تاور در طراحی سیستم برج خنک کاری به حساب می‌آید. بهره برداری مرحله نهایی در انتخاب برج خنک کننده محسوب می‌شود که از حساسیت‌های بالایی برخوردار است. عملیات راه اندازی صحیح کولینگ تاور در واقع نتیجه انتخاب و نصب صحیح کولینگ تاور میباشد. پس از تکمیل نصب کولینگ تاور، راه اندازی برج خنک کننده و در سرویس قرار دادن آن ضروری است. به کار افتادن سیستم آب کندانسور یک دستگاه گرمازا همانند چیلر یا بویلر شامل چند بخش اساسی و الزامی است. در مهمترین بخش طراحی و راه اندازی سیستم کندانسور برج خنک کن قرار دارد. نحوه قرارگیری و نصب تجهیزات جانبی سیکل آب سرد کندانسور تاثیر بسزایی در خروجی کار دارد. در واقع راه اندازی صحیح برج خنک کننده تابعی از نصب صحیح کولینگ تاور و تجهیزات جانبی میباشد.
رعایت نکات ایمنی و بررسی تجهیزات جانبی در ارتباط با برج خنک کننده از مهمترین اصول بهره گیری کولینگ تاور به شمار می‌آید. در واقع قبل از روشن کردن برج خنک کن و راه اندازی سیستم کندانسور باید از عملکرد صحیح هر یک از تجهیزات مطمئن شویم. راه اندازی صحیح سیستم سرد کاری صنعتی و تهویه مطبوع فواید بسیاری دارد. عدم توجه به اصول در عملیات راه اندازی ممکن است سبب آسیب به بخش های اصلی دستگاه ها گردد. رعایت نکات اصولی در استارت اولیه و چک کردن موارد مهم میتواند تأثیر بسیاری در بهره‌برداری اصولی برج خنک کننده داشته باشد. راه اندازی یک تجهیز صنعتی یا برودتی زمانی درست انجام می پذیرد که کمترین میزان خطا در آن صورت بپذیرد. کاهش بروز خطا در فرآیند راه اندازی توسط کارشناس باید مطابق با اصول بهره برداری برج خنک کننده صورت پذیرد.
نصب برج خنک کننده مجموعه عملیات هایی است در جهت بهره گیری از کولینگ تاور که شامل چهار بخش مونتاژ، کابل‌کشی ، لوله‌کشی و اجرای فنداسیون میباشد. عملیات نصب برج خنک کننده قالباً با بخشهای متنوعی از تأسیسات مهندسی سر و کار دارد. نصب برج خنک کن یا کولینگ تاور باید در چند مرحله و با رعایت اصول استاندارد مرتبط صورت پذیرد. رعایت اصول نصب سبب بکارگیری صحیح کولینگ تاور با بالاترین سطح راندمان خواهد گردید. اصول اساسی و مهم نصب هر تجهیز توسط تولیدکننده ارائه می شود. مراجع زیادی در بابت الزامات مرتبط با نصب استانداردهای مربوطه را برای مهندسین جوامع مختلف تدوین نموده اند. استانداردهای ASHRAE – ASME – CTI- DNI از مهمترین مراجع استانداردهای مربوط به نصب برج خنک کننده میباشد. شرکتهای متخصص در نصب برج خنک کننده و سایر تجهیزات برودتی باید با بهره وری از دانش مهندسی سیالات ، برق ، عمران و مکانیک عملیات راه اندازی را انجام دهند.
تأثیر یک نصب موفق در سامانه خنک کاری تجهیزات صنعتی یا چیلر می تواند تا سالیان درازی سبب کارکرد بهینه سیستم گردد. در واقع رعایت اصول استاندارد در بهره گیری و راه اندازی هر تجهیز صنعتی یا برودتی سبب کارکرد بهتر تجهیزات خواهد شد. عدم رعایت اصول مهندسی در استارت و بهره گیری از برج خنک کن می تواند سبب کاهش عمر مفید ، کاهش راندمان و افزایش مصرف انرژی این دستگاه گردد. در بسیاری از موارد خریدار پس ار فرآیند خرید و انتخاب برج خنک کننده بدون در نظر گرفتن شرایط اصولی این تجهیز را نصب می نماید. این موضوع در بیشتر موارد ضررهای جبران ناپذیری را در آینده نزدیک به سیستم خنک کاری آب وارد می نماید. در واقع نبود دانش فنی در بخش نصب می تواند عملکرد کلی سیستم را مختل نماید. در این مقاله به تذکر مختصری از اصول اساسی نصب کولینگ تاور می پردازیم.
مهمترین اصول در عملیات نصب برج خنک کننده
الف)تعیین بهترین موقعیت مکانی جهت قرار گیری برج خنک کننده (جانمایی کولینگ تاور)
ب) رعایت اصول مربوط به نحوه چیدمان و قرارگیری صحیح کولینگ تاور با تجهیزات جانبی
ج) نصب تجهیزات کنترلی و محافظی لازم در تابلو کنترل الکتروموتور فن و پمپ سیرکلاتور
د)اجرای صحیح لوله کشی مطابق با استانداردهای ASME و DNI
ه)نصب و تجهیزات جانبی در مدار لوله کشی از جمله فلنچ ها، کلکتور، لرزه گیر و ساپورت لوله های شیرهای جانبی
تعیین محل قرارگیری و نصب برج خنک کننده
محل قرارگیری برج خنک کننده باید دارای دو شرط اساسی باشد. شرط اول محل جانمایی این دستگاه داشتن فضای آزاد کافی در اطراف برج برای ایجادجریان هوای مناسب میباشد. شرط دوم رعایت فاصله برج خنک‌کننده با سایر موانع به جهت جلوگیری از بایپس هوای خروجی به قسمت ورودی میباشد. بهترین مکان برای نصب هرگونه برج خنک کننده چیلر، بام ساختمان است که دو وضعیت بسیار مهم را برای عملکرد صحیح برج فراهم می کند. پشت بام ساختمان به دلیل داشتن ارتفاع از موتورخانه و داشتن فضای آزاد برای کارکرد کولینگ تاور بهترین گزینه می باشد. در کاربری صنعتی برج خنک کننده نیز بهترین محل جهت نصب این دستگاه پشت بام سوله یا پشت بام بچه سوله می باشد. مهمترین نکته در تعیین محل قرارگیری برج خنک کننده قرار داشتن این تجهیز در فضای آزاد می باشد.
علاوه بر محل قرارگیری رعایت حد فاصله محل نصب کولینگ تاور با سایر تجهیزات و ساختمان ها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. برج ها باید فاصله آزاد کافی از دیوارها و دیگر موانع پیرامونی داشته باشند. رعایت فاصله برج خنک‌کننده در مجاورت با سایر موانع از بازچرخانی هوای تخلیه شده به بخش هوای ورودی جلوگیری می‌کند. در صورت وجود چند دستگاه برج خنک کننده، فاصله و نزدیکی دستگاه ها باید طوری طراحی شود تا از ورود هوای تخلیه یک برج به داخل برج مجاور آن جلوگیری شود. یقینا بام ساختمانی که فاقد هرگونه مانع است نمی تواند منجر به بازچرخانی شود به شرطی که حتی حفاظ زیبابی هم نداشته باشد. شکل ذیل مکان پمپ کندانسور و لوله کشی ها را نشان می دهد. مکان و نصب برج باید به گونه‌ای باشد که از بازچرخانی جریان هوای برج جلوگیری کند.
فواصل استاندارد محل نصب برج خنک کننده با سایر تجهیزات و موانع
دیوارهای ساختمان، دیوار مشبک یا ستونی، درختان و غیره در صورتی که برج به آنها نزدیک باشد میتوانند موانعی را برای گردش صحیح هوا بوجود آورند. فواصل ارائه شده محل نصب کولینگ تاور از سایر موانع و تجهیزات قالباً به صورت پیشنهادی می باشد. تضمین رعایت تمامی فواصل در تعیین جانمایی برج خنک کننده گاهاً بسیار دشوار می باشد. بنابراین توصیه می شود که فواصل قید شده و پیشنهادی را تا حد امکان در تعیین محل نصب در نظر بگیرید. کلیه موارد ذکر شده در بند فواصل استاندارد محل نصب برج خنک کننده در تصویر زیر قابل مشاهده می باشد.
فاصله پیشنهادی برج خنک کننده تا دیوارهای بلند = نصف ارتفاع دیوار
فاصله پیشنهادی محل نصب کولینگ تاور تا درختان یا دیوار مشبک = عرض برج خنک کننده
ارتفاع برج خنک کننده با در نظرگیری ارتفاع فندانسیون = ارتفاع موانع نزدیک همانند دیوار مشبک
برج خنک کننده باید حداقل در فاصله 30 فوتی (9 متری) دیوارهای ساختمان مجاور باشد. هر چقدر ساختمان بلندتر باشد، موانع بیشتر می شوند. بنابراین باید عقب نشینی برج حداقل تا نصف ارتفاع ساختمان افزایش یابد تا از گردش یا ورود مجدد جریان هوای تخلیه شده جلوگیری شود. برجهای خنک کننده زیبایی چندانی ندارند، از این رو مهندسین معمار از دیوارهای مشبک (چوبی، بنایی با فلزی) در اطراف برج استفاده میکنند. دیوار مشبک علاوه بر جدا سازی برج خنک کننده از محیط پشت بام سبب جلوگیری از ورود قطرات پرتاب شده آب به محیط اطراف می‌شود.
مهمترین موارد در طراحی سازه نگهبان در اطراف محل نصب برج خنک کننده
دیوارهای مشبک حداقل فضای آزاد 50 درصد را در ورودی لوور برج خنک کننده باید فراهم کنند.
سرعت عبور هوای مجاز از داخل دیوارهای مشبک یا دیواره محافظ باید کمتر از 600 فوت بر دقیقه طراحی شود.
ارتفاع دیوار مشبک یا موانع نزدیک کولینگ تاور نباید از ارتفاع نهایی فن استک یا محل خروج هوای اشباع بیشتر باشد.
اصول اساسی در اجرای فنداسیون محل نصب برج خنک کننده
فنداسیون محل قرارگیری و نصب برج خنک کننده باید مطابق شرایط استاندارد نصب طراحی گردد. مهمترین اصول اساسی در طراحی فنداسیون محل نصب کولینگ تاور به شرح ذیل می باشد:
فنداسیون محل نصب باید کاملاً به صورت تراز و افقی اجرا شود.
فنداسیون قرارگیری دستگاه میتواند سازه ای تماماً آهنی یا یک سطح تراز کاملاً بتنی با شاسی آهن کشی باشد.
بارهای اصلی سازه باید توسط چهار پلیت به داخل بتن مسلح مهار گردد.
فاصله پلیت های نصب شده در سازه فلزی یا بتنی باید مطابق نقشه دستگاه تولیدی طراحی گردد.
به منظور مهار لرزش دستگاه توصیه می شود از لرزه گیرهای مکانیکی (فنری یا پلاستیکی) در نقاط مختلف بهره گیری شود.
در صورت اجرای سازه فلزی برای فنداسیون محل قرارگیری حتماً از مهاربندهای لازم جهت توزیع وزن برج خنک کننده استفاده نمایید.
حداقل ارتفاع سازه فلزی یا بتنی فنداسیون محل قرارگیری کولینگ تاور باید 50 سانتی متر بالاتر از سطح زمین طراحی شود.
اصول اساسی در عملیات لوله کشی برج خنک کننده با سایر تجهیزات
قرارگیری پمپ سیرکولاتور آب خنک پس از تشتک یا مخزن ذخیره آب سرد با فاصله اندک
تراز محل قرارگیری پمپ سیرکولاتور باید همواره پایین تر از سطح فلنچ خروجی تشتک باشد (این موضوع از ایجاد پدیده کاویتاسیون یا خوردگی پره‌های فن پمپ جلوگیری می‌نماید.)
نصب شیر یکطرفه در نقطه ساکشن یا مکش پمپ
نصب شیر تنظیم کننده جریان آب در گردش پس از نقطه تخیله یا دمش پمپ
استفاده از اتصالات تمام فلنچی به جای لوله کشی جوشی
بکارگیری اتصالات لرزه گیر دار در نقاط فلنچی لوله کشی به منظور دمپ ضربات ناشی از گردش آب توسط پمپ
بهره گیری از عایق های الاستومری یا عایق های پشم شیشه مناسب جهت جلوگیری از یخ زدگی لوله ها در زمستان
استفاده از ساپورتهای نگهدارنده جهت تنظیم خطوط انتقال آب در سیکل کندانسور
طراحی پمپ سیرکولاتور با هد مناسب جهت چرخش میزان آب استاندارد
لوله کشی خروجی برج خنک کننده باید با ترازی رو پایین به سمت پمپ سیرکولاتور هدایت گردد
اندازه سایز لوله کشی باید مطابق با فلنچ خروجی تشتک برج خنک کننده طراحی گردد
در صورت نصب دو دستگاه برج خنک کننده به صورت همزمان با یک پمپ باید هر دو دستگاه در یک تراز قرار گیرند.
برج خنک کننده جریان متقاطع یا برجخنککن کراس‌فلو (Cross Flow Cooling Tower) نوعی سیستم مدارباز جهت خنک نمودن آب محسوب می‌شود. برج خنک‌کن جریان متقاطع برای اولین بار توسط شرکت ابارا در ژاپن برای خنک‌کردن آب در مناطق شرجی ارائه گردید و به همین دلیل در صنایع برودتی تحت عنوان برج خنک کننده ابارا نیز شناخته می‌شود. در برج خنک کننده جریان متقاطع جریان آب از بالای برج به سمت پایین پاشیده شده و هوا از قسمت پایین توسط یک فن یا پروانه در جهت عمود بر جریان آب دهش یا مکش‌شده و در این ارتباط جریان آب در سطح عرضی کولینگ تاور خنک میگردد. نوع ساختار برج خنک کننده کراس فلو به شکل هندسی مستطیل میباشد و جریان هوا از دو طرف توسط لوور یا دریچه های ورودی سرتاسری به داخل کشیده می‌شود.
چرا برج خنک کننده جریان متقاطع؟
برج خنک کننده وظیفه دفع گرمای حاصل از تجهیزات‌صنعتی گرمازا را به عهده دارد و از آنجا که خود نوعی مولد سرمایش تبخیری محسوب می‌شود سبب افزایش رطوبت محیط میگردد و درنتیجه با افزایش رطوبت هوا ظرفیت‌برودتی کولینگ تاور نیز کاهش می‌یابد. باتوجه به مطالب ذکرشده، برج‌خنک‌کننده مخالف دستگاه مناسبی برای خنک‌کاری آب در مناطق مرطوب به حساب نمی‌آید. در این طور مناطق از چیلرها جهت خنک‌سازی آب در یک سیکل تراکمی یا جذبی استفاده می‌شد. به دلیل مشکلات متعدد از جمله هزینه‌بالای خرید چیلر و تعمیر و نگهداری سخت این تجهیز شرکت ابارا تصمیم به طراحی برج‌خنک‌کننده ابارا یا کراس فلو با سیستم گردش‌هوا به صورت متقاطع شد.
پس از تکمیل این طراحی در واقع هوای محیط‌های مرطوب که دارای رطوبت زیادی بودند در تمامی لایه‌ها به صورت یکنواخت در تماس با آب قرار می‌گرفت و راندمان برجهای خنک‌کن با تغییر نوع گردش هوای ورودی بسیار افزایش پیدا کرد. به بیانی علمی‌تر و واضح‌تر برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع سبب تماس هوای‌تازه در تمامی سطوح و لایه‌های پکینگ با جریان‌آب می‌شود و دیگر همانند برج‌خنک‌کننده جریان‌مخالف هوا خاصیت رطوبت‌گیری خود را در لایه‌های بالاتر از دست نخواهد داد.
نحوه کارکرد برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس‌فلو
برج‌خنک‌کننده کراس‌فلو همانطور که از نام آن مشخص است با ورود جریان هوا به صورت عرضی در سراسر سطوح خنک‌کننده(پکینگ ها) سبب برخورد هوا و آب به صورت عمودی و درنتیجه کاهش دمای آب می‌شود. به دلیل ورود هوا به صورت عرضی در تمامی لایه‌های پکینگ‌مدیا هوای‌تازه در ارتباط با آب قرار خواهدگرفت و از این رو اگر هوای‌تازه ورودی به برجخنککن دارای رطوبت بالایی باشد قابلیت خوبی است که برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع از هوای تازه بهترین استفاده را می‌نماید. درواقع به دلیل همین عملکرد ورودی جریان هوا از برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع بیشتر در مناطق با اقلیم رطوبتی و مرطوب (شرجی) استفاده می‌شود. ورودی هوا در برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع از دو طرف این دستگاه طراحی‌شده و به دلیل نحوه چگونگی ورود هوا این لوورهای مکش هوا به صورت سرتاسری در دو طرف برج‌خنک‌کاری تعبیه میگردد.
مقایسه بین برج خنک کننده جریان متقاطع و جریان مخالف
دارای ارتفاع کمتری در مقایسه با انواع کولینگ‌تاور جریان‌مخالف میباشد.
نیازمند مساحت بیشتری جهت خنک‌سازی میباشد و آب در برجخنککن جریان‌متقاطع در یک جریان سطحی خنک می‌شود تا در ریزش در لایه‌های مختلف(ارتفاع).
نوع پکینگ یا سطوح خنک‌کن در برج خنک‌کننده جریان‌متقاطع از نوع شانه تخم‌مرغی میباشد ولی نوع پکینگ‌مدیا در برج خنک کننده جریان‌مخالف از نوع فیلمی یا آبشاری میباشد.
افت فشار کمتری دارد(به دلیل ارتفاع کمتر) و این موضوع سبب کاهش توان مصرفی پمپ سیرکولاتور نسبت به انواع برجخنککن جریان‌مخالف می‌شود.
امکان ارسال در ظرفیت‌های بالا به صورت غیرترافیکی و مونتاژ درب کارخانه (به دلیل تولید به صورت مستطیلی)
نوع نازلهای بکاررفته در برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع از نوع پروانه‌ای میباشد و درحالی که در کولینگ‌تاور کانترفلو از انواع نازلهای دایره‌پاش و نازل مربع‌پاش جهت پاشش آب استفاده می‌شود.
ورودی آب از قسمت‌های بالا در دو طرف و تشتک‌های سوراخ داری صورت می‌پذیرد و همانند برجهای مدور و مکعبی دارای فلنچ ورودی و خروجی آب نمی‌باشد.
دارای درب منهول(یا دریچه ورودی) در بخش پنل مرکزی به منظور عبور و مرور اپراتور در زمان‌های انجام امور بازدید، تعمیر و نگهداری میباشد.
ارتفاع چیدمان سطوح خنک‌کننده یا پکینگ‌مدیا در کولینگ‌تاور جریان‌متقاطع خیلی بیشتر از جریان‌مخالف میباشد چرا که در طراحی این مدل برج‌خنک‌کاری حتی تا 5 لایه پکینگ با ارتفاع هر لایه 50 سانتی‌متر نیز استفاده می‌شود.
برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع بیشتر در مناطقی با نسبت رطوبت بالا (هوای نزدیک به حالت اشباع) یا خیلی مرطوب مورد استفاده قرار می‌گیرد و برجخنککن جریان‌مخالف بیشتر در مناطق خشک مورد کاربری واقع می‌شود.
چیدمان پکینگها در برجخنککن جریان‌متقاطع در نزدیکی دهانه‌ی لوورها یا دریچه‌های ورود هوا میباشد در صورتی که در برجهای خنک‌کننده جریان‌مخالف این سطوح تبادل حرارت در مرکز برج قرار می‌گیرد.
جریان ورودی هوا در برج‌خنک‌کننده جریان‌متقاطع از دو طرف وارد دستگاه می‌شود در صورتی که در کولینگ‌تاورهای مکعبی و مخروطی با جریان ناهمسو هوا از چهارطرف به داخل مکش میگردد.
برج خنک کننده صنعتی تولید کننده آب خنک در صنعت و منبع سرمایشی تجهیزات صنعتی به شمار می‌آید. به این مدل کولینگ تاور به صورت مختصر برج خنک کن با کاربری صنعتی نیز گفته می‌شود. در این نوع کاربری از منبع سرمایشی آب هدف خنک نمودن دستگاه های بزرگ را برعهده دارد. در صنعت اکثر تجهیزات به منظور کارکرد دائمی نیازمند تهویه و سرد شدن پیوسته می باشند. به منظور پایا شدن و ثابت شدن دمای این ماشین آلات از برج خنک کننده استفاده می‌شود. برجخنککنندهدر دستگاه‌های صنعتی مخصوصاً در تجهیزات گرمازا کاربرد بیشتری تا زمینه خنک‌کاری سیستمهای تهویه مطبوع (برج‌خنک‌کننده چیلر) دارد.
کاربرد اصلی کولینگ تاور تعدیل دمای منابع حرارتی و ماشین آلات سنگین همانند بویلر ، دستگاه تزریق و کوره های القایی می باشد. یک کوره القایی پس از طی یک فرآیند ذوب گیری نیازمند تبادل حرارت اضافی تولید شده به محیط بیرون است. هوای اطراف کوره طبیعتاً نمی تواند حجم وسیع این انرژی گرمایی را به محیط بیرون دفع نماید. سیال آب با داشتن ظرفیت گرمایی ویژه بسیار بالا این هدف را صورت می دهد و پس از دریافت گرما جهت ریکاوری به برج خنک کننده بازگشت می‌شود. در سیستم های تزریق پلاستیک نیز طی یک فرآیند تزریق مواد پلاستیکی بخش قالب باید تحت زمان معین خنک شود. سرد شدن قالب توسط کولینگ تاور صنعتی یا چیلر خنک کننده آب انجام می‌شود.
شرح یک مثال تصویری ساده و مفهومی از کاربرد برج خنک کننده در صنعت:
برج خنک کننده = سطل زباله حرارتی صنعت
ویژگی منحصر به فرد آب در خنک کردن تجهیزات صنعتی چیست؟
آب یک سیال منحصر به فرد در علوم انتقال حرارت و سیالات محسوب می‌شود. دلیل اصلی خاص بودن سیال آب در سیستمهای خنک‌کاری و برودتی بالا بودن ظرفیت گرمایشی ویژه این سیال در جذب گرما میباشد. ظرفیت گرمایشی ویژه یک سیال در واقع پتانسیل بالقوه آن در جذب و دفع انرژی گرمایشی میباشد. آب به دلیل داشتن بالاترین میزان ظرفیت گرمایشی در سیالات بهترین گزینه ممکن جهت خنک کاری تجهیزات صنعتی محسوب می‌شود. آب با جذب میزان زیاد گرمای ماشین آلات صنعتی نیازمند احیای مجدد می باشد. تنظیم مجدد دمای آب و کاهش آن تا میزان استاندارد در برج خنک کننده انجام می‌شود.
نکته مهم : با وجود ظرفیت گرمایشی ویژه بالای آب در برخی موارد از روغن جهت جذب حرارت استفاده می شود!!
سیالات دیگری نیز همچون روغن ، کاربرد بسیار زیادی در صنعت برودت و گرمازدایی برخی تجهیزات دارند. دلیل استفاده از روغن در سیستم گردش سیال جهت دفع حرارت موتورهای صنعتی فقط به دلیل این موضوع نمی باشد. سیال روغن علاوه برجذب گرما در موتورهای صنعتی وظیفه کاهش میزان اصطکاک بین قطعات و بلبرینگها را برعهده دارد.
عموما در سیستم هایی که از گردش روغن جهت روانکاری موتور یا غیره استفاده می شود از آب نیز جهت دفع حرارت روغن به محیط استفاده می شود. که در این صورت آب با گردش در یک مبدل حرارتی گرمای روغن را توسط برج خنک کننده به محیط بیرون انتقال می دهد.
تعدیل دائمی دمای چیلرهای آبی یا جذبی (در تمامی کارخانجات بزرگ با تهویه مرکزی)
تنظیم دمای روغن هیدرولیک در گیربکسهای صنعتی ( در کلیه صنایع سنگین و ماشین سازی)
خنک کاری روغن هیدرولیک در مبدلهای پوسته و لوله توسط آب سرد (همانند دستگاه پرس هیدرولیک)
کاهش دمای روغنهای حرارتی همانند روغن ترانس( بخشهای مختلف صنایع احیاء فلزات رنگین)
کاهش دمای هوای داغ تولید شده در کمپرسورهای هوا (نیروگاه های مولد برق)
تنظیم دمای اسید سولفوریک در مبدلهای استنلس استیل(ضد اسید) بعد از فرآیند رقیق سازی (کارخانه باطری سازی)
استفاده از برج خنک کننده صنعتی در تزریق پلاستیک
این صنعت در واقع یکی از مهمترین صنایع تولید قطعات پلاستیکی و پلیمری در کشور و حتی دنیا محسوب می شود. دستگاه تزریق پلاستیک در دو نوع بادی و روغنی فرآیند تزریق مواد گرانول را داخل قالب های مخصوص انجام می دهند. وظیفه اصلی برج خنک کننده در صنعت تزریق پلاستیک خنک کاری قالب تزریق مواد توسط آب می باشد.
چرا صنعت تزریق پلاستیک نیازمند برج خنک کن می باشد؟
در پاسخ به این سوال باید اینطور بیان نمود که هنگامی که مواد گرانول در قسمت قیف وارد این تجهیز می شود پس از داغ شدن تا دمای بسیار بالا وارد بخش قالب جهت قالب گیری می شود. خب طبیعتا سردشدن موادگرانول مذاب در قالب نیازمند دفع گرما به محیط بیرون می باشد که این کار برعهده برج خنک کننده دستگاه تزریق می باشد.
تمامی دستگاه های تزریق پلاستیک دارای یک ورودی و خروجی با سایز مشخص جهت گردش آب در مدار برج خنک کن می باشد. البته در برخی موارد ، دستگاه ترزیق دارای دو ورودی و خروجی آب (یکی برای خنک کردن بخش قالب و دیگری برای خنک کاری روغن) استفاده می شود که به این نوع دستگاه ، تزریق پلاستیک روغنی گفته می شود.
چگونه می توان ظرفیت برج خنک کننده موردنیاز در سیستم های گردش ترزیق پلاستیک را تخمین زد؟
ظرفیت برودتی کولینگ تاور در صنعت تزریق پلاستیک وابسته به سایز اتصالات ورودی و خروجی و نوع دستگاه تزریق پلاستیک برآورد می شود. براساس سایز اتصالات خنک کاری سیکل قالب و روغن در دستگاه تزریق می توان به راحتی میزان گردش آب مورد نیاز جهت خنک کردن این دستگاه را محاسبه نمودو پس از محاسبه دبی آب در گردش در برج خنک کن با درنظر گرفتن استانداردهای خاص می توان ظرفیت برج خنک کننده دستگاه تزریق را به راحتی محاسبه نمود.
برج خنک کننده در صنعت نفت و پتروشیمی (پالایشگاه ها)
در یک پالایشگاه نفت خام و یا نفت کوره هدف خنک کردن نفت در برج تقطیر به دماهای پایین تر به صورت پلکانی (مرحله به مرحله) می باشد. دمای نفت خام گاها حتی به بالاتر از 400 درجه سانتی گراد نیز افزایش پیدا می کند که در این صورت از آب جهت خنک کردن نفت در برج تقطیر استفاده می شود. آب خنک مورد نیاز در برج تقطیر توسط برج خنک کن یا کولینگ تاور تامین می شود.
دلیل افزایش میزان کاربرد برج خنک کننده در صنعت پتروشیمی چیست؟
با توجه به افزایش روزافزون تولید نفت و گاز در کشور ، امروزه صنعت نفت و پتروشیمی نیاز بیشتری به سیستم های آب خنک دارد. از سوی دیگر مصرف آب کولینگ تاور و رسوب و گرفتگی شدید در این صنایع یک مشکل اساسی محسوب می شد. با توجه به پیشرفت علم و تکنولوژی امروزه شرکت دماگستر مفتخر است که با ارائه نسل جدید کولینگ تاور تحت عنوان برج خنک کننده هیبریدی کم مصرف توانسته است کمک بزرگی به صنعت نفت و پتروشیمی در جریان سیکل خنک کاری برج های تقطیر بنماید.
برج خنک کننده در صنایع ذوب فلزات
کشور ایران یکی از بزرگترین تولیدکننده های صنایع فلزی و ذوب فلزات در دنیا محسوب می شود. افزایش میزان مصرف تجهیزات آهنی سبب افزایش میزان فروش و درنتیجه افزایش درصد ذوب گیری در کوره های صنایع ذوب فلزات می باشد.صنعت ذوب فلزات در بخش کوره های القایی خود نیازمند به سیستم های خنک کاری آب می باشد. وظیفه خنک کردن و کاهش دمای کوره القایی در هنگام ذوب برعهده برج خنک کننده می باشد.
به بیانی ساده تر برج خنک کننده آب خنک مورد نیاز در سیکل گردش آب اصلی کوره القایی (بوته) و بانک خازن ، DC link و تابلوکنترل را تامین می نماید. عموما به دلیل کاهش هزینه های مصرف آب و همچنین جلوگیری از رسوب و گرفتگی از برج خنک کن مداربسته در این سیکل برودتی استفاده می شود.
آیا دلیل اصلی کاهش میزان ذوب گیری کوره القایی برج خنک کننده می باشد؟
در پاسخ به این سوال باید گفت بله. عدم رعایت کردن اصول طراحی در سیستم گردش آب در کوره القایی دلیل اصلی این امر می باشد. محاسبه ظرفیت سرمایشی برج خنک کننده در مدارچرخش آب خنک در یک کوره القایی باید براساس 100 درصد میزان ذوب گیری صورت پذیرد. امروزه متاسفانه به دلایل عدم دانش فنی بیشتر شرکت های ذوب و نورد فلزات از ماکزیمم 60 درصد توان کوره جهت ذوب گیری استفاده می نمایند.
دلیل اصلی ایجاد آلارم در کوره القایی چیست ؟ ارتباط این آلارم با برج خنک کننده چیست؟
ظرفیت پایین سیستم خنک کاری در چرخه خنک سازی کوره القایی سبب افزایش دمای کوره می گردد. سیستم هشدار دمای کوره القایی در صنعت عموما بین 35 الی 45 درجه سانتی گراد تنظیم می گردد. حال اگر برج خنک کننده توان دفع حرارت از این تجهیز(کوره) را نداشته باشد یا به عبارت توان برودتی کولینگ تاور از توان حرارت زایی کوره کمتر باشد به مرور زمان دمای کوره افزایش یافته و سبب ایجاد آلارم در سیستم می شود.
ضرب المثل رایج بین تولیدکنندگان برج خنک کننده در خصوص شرکت های ذوب فلزات: هرچقدر برج بخری ذوب می گیری.
"افتخار ماست در برج خنک کننده"
همکاری با شرکتهای ذوب و روی قشم، کاوشگران روی زنجان، فولاد کبکان، فولاد تبادکان، ماشین سازی فولاد اتحاد(قزوین)
ذوب بریس،فولاد نطنز، ذوب آهن اصفهان
کاربرد برج خنک کننده در صنعت چوپ (نئوپان سازی)
استفاده از کولینگ تاور در خنک‌کاری صنعت تولید نئوپان شاید کمی غیرقابل باور باشد. چسب یکی از مهمترین متریال به کار رفته در تولیدنئوپان محسوب می گردد. این چسب طی یک فرآوری شیمیایی با افزایش شدید دما روبرو می شود که خنک کاری کوره چسب در صنایع نئوپان سازی مهم ترین وظیفه برج خنک کننده در این صنعت محسوب می شود. عموما تخمین ظرفیت برج خنک کن در این صنعت وابسته به میزان تولید چسب و سایز اتصالات کویل اطراف کوره محاسبه می شود.
صنعت فرم دهی فلزات و موادپلیمری شامل دستگاه اکسترودر و دایکست می باشد. این تجهیز در اصل دارای تعداد معینی ورودی و خروجی گردش آب در قسمت کندانسور خود می باشد. وابسته به ظرفیت تولید قطعات مختلف از جمله لوله های خرطومی، رشته های مسی و سایر تولیدات خروجی این دستگاه ها ظرفیت گردش آب و در نتیجه توان سرمایی کولینگ تاور محاسبه می شود.
کاربرد برج خنک کننده صنعتی در نیروگاه ها
برج خنک کن در این کاربرد خود در ظرفیت های بسیار زیاد در صنعت نیروگاه های تولید برق ، نیروگاه های خورشیدی ، نیروگاه های اتمی و نیروگاه سیکل ترکیبی مورد استفاده قرار می گیرد. هدف برج خنک کننده در نیروگاه های بخار خنک‌سازی بخار خروجی توربین‌های گازی می باشد. به دلیل کاربرد وسیع نیروگاه‌های بخار و استفاده مکرر از توربین های گازی و بخار در سیکل تجهیزات این صنعت، سیستم های خنک کننده آب از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. اکثر نیروگاه‌های کشور از کولینگ تاور سیمانی استوانه شکل جهت خنک کاری سیستم گردش خود بهره می جویند. مصرف آب زیاد این نوع خنک‌کن صنعتی در واقع یکی از بزرگترین معضلات این تجهیز می باشد که امروز برج خنک کننده خشک و ترکیبی جایگزین این مدل از منابع برودتی گردیده است.
کاربرد برج خنک کننده صنعتی در صنایع سیمان
صنعت تولید سیمان با توجه به نیاز روز سازه های عمرانی به این ماده امروزه با پیشرفت های چشمگیری روبرو بوده است. استفاده از برج خنک کننده در صنعت سیمان از جهت خنک کردن آب قبل از فرآیند اختلاط با بتن حائز اهمیت می باشد. درگذشته از اختلاط یخ در تولید سیمان و فرآوری بتن آماده استفاده می گردید. عدم توجیه اقتصادی در این بخش به دلیل هزینه های زیاد خرید یخ سبب کاربرد وسیع کولینگ تاور در این صنعت گردید.
علاوه بر کاربرد فوق از برج خنک کننده صنعتی جهت خنک‌کاری سیکل آب گردشی در میکسر (مخلوط کننده) در صنعت سیمان نیز استفاده می شود. امروزه در بیشتر کارخانجات تولید سیمان همچون سیمان لامرد، سیمان اهواز، سیمان پرتلند و سایر صنایع سیمان از برج خنک کننده تولیدی شرکت دماگستر استفاده می نمایند.
صرفه اقتصادی مناسب در مقایسه با انواع کولینگ تاور مداربسته و هیبریدی
عدم اسیب رسانی به محیط زیست به لحاظ ایجاد آلاینده های زیست تخریب پذیر
راندمان بسیار بالا به دلیل ایجاد سطح تبادل حرارت مستقیم بین آب و هوا
سبک تر بودن و قابلیت جابجایی در انواع برج خنک کننده فایبرگلاس
کاهش دمای آب سرد خروجی تا نزدیکی دمای مرطوب محیط
مدت زمان تولید بسیار کم تر برج خنک کننده مرطوب نسبت به انواع هیبریدی و خشک
هزینه پایین تعمیر و نگهداری به دلیل پایین بودن قیمت تجهیزات جانبی نسبت به برج خنک کننده خشک و هیبریدی
قابلیت تعمیر و نگهداری آسان
قابلیت مونتاژ در محل و در ابعاد بسیار بزرگ
ایجاد قابلیت مونتاژ و تولید به صورت چندسلولی و در نتیجه کنترل مصرف انرژی
روند سیر تکاملی در برج خنک کننده مرطوب
در ابتدا نگاهی به سیر روندی برج خنک کننده مرطوب می اندازیم .
استفاده از برج خنک کننده با جریان طبیعی در اروپا و در کشور آلمان شروع شد. احداث این برج خنک کننده مرطوب در ابتدا با چوب بود و در طی گذر زمان با چوب و فلز به ساخت آن مبادرت گردید. در نوع جدید برج خنک کننده مرطوب با بتن مسلح درست می شود . شکل فیزیکی این نوع برج خنک کننده نیز تغییراتی را پشت سر گذاشت . نخست به صورت استوانه احداث می گردید و بعدها به حالت دو مخطروط قطع خورده روی هم بنا می شد. شکل جدید آن هیپربولیک است که به برج خنک کننده مرطوب استحکام خوبی می دهد و با جریان طبیعی هوا در عبور از پوسته برج سازگاری بهتری دارد. طرح نو این برج مصالح کمتری نیاز دارد چون به حجم کمتری نیاز دارد.
چنانچه در برج خنک کننده مرطوب پاشش آب تحت یک جریان مخالف (غیرهمسو) با جریان هوا صورت پذیرد ، خنک کن از نوع کانترفلو یا جریان مخالف(Counter Flow Cooling tower) می باشد. برج خنک کننده جریان مخالف عموماً از قسمت پایین و از هر چهار طرف دارای ورودی جریان هوای خشک به داخل می باشد. برج خنک کننده مرطوب جریان مخالف به دلیل مکش هوا و تماس هوا با آب در لایه های مختلف پکینگ مدیا بسیار راندمان بالایی دارد. عملا این مدل از خنک کننده های صنعتی برای محیط هایی با رطوبت نسبی پایین و متوسط پیشنهاد می شود .
برج خنک کننده جریان مخالف قالباً در مناطق خشک و با رطوبت نسبی پایین مورد کاربرد قرار می گیرد. این تجهیز در مناطق خشک راندمان بسیار بالاتری نسبت به انواع دیگر کولینگ تاور خواهد داشت. در مناطق خشک و گرمسیری به دلیل اختلاف زیاد بین دمای خشک و دمای مرطوب محیط ، جریان آب در مراحل مختلف (لایه های پکینگ) با کاهش دما روبرو می شود و در هر لایه از پکینگ یا سطوح خنک کن میزان معینی کاهش دما خواهد داشت. به عبارتی دیگر در یک برج خنک کن مرطوب جریان مخالف جریان آب در فاکتور ارتفاع (HTU) و تعداد لایه های زیاد سطوح خنک کننده در تماس با جریان هوا قرار می گیرد و به صورت پلکانی دچار کاهش دما می شود.
1-2) برج خنک کننده مرطوب جریان متقاطع
اگر در برج خنک کننده مکش هوا از دو طرف صورت پذیرد و جریان هوای خشک و خنک ورودی کراس(عمود) بر جریان ریزشی آب باشد این تجهیز از نوع کراس فلو یا جریان متقاطع (Cross Flow Cooling Tower) قلمداد می شود. کولینگ تاور جریان متقاطع عمدتاً از دو طرف دارای ورودی هوا (لوور)می باشد. این نوع از خنک کننده مدارباز عموما در تمامی لایه های پکینگ یا سطوح تبادل حرارت به صورت یکنواخت در تماس با هوای خشک ورودی قرار می گیرد.
به دلیل تماس سطحی هوا به صورت یکنواخت با آب برج خنک کننده مرطوب جریان متقاطع بیشتر در مناطقی با رطوبت نسبی بالا (مناطق شرجی) همانند شمال و جنوب کشور مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع از خنک کننده در واقع با ایجاد واحدهای سطحی کاهش دما یا NTU در زمینه کاهش دمای آب طراحی می شود. با عبور جریان هوا به صورت یکپارچه از قسمت پکینگ مدیا ، هوای تازه (Fresh Air) با کمترین رطوبت نسبی در تماس با جریان آب قرار می گیرد و در طی این تماس آب با کاهش دما روبرو خواهد شد . پس می توان اینطور استنباط کرد که برج خنک کننده جریان متقاطع دارای ابعاد بزرگتری نسبت به برج خنک کن جریان مخالف می باشد.
واحدهای اصلی در طراحی برج خنک کننده مرطوب از نوع جریان متقاطع در طراحی واحدهای NTU (تعداد واحد های سطحی انتقال حرارت در کولینک تاور )می باشد. این مدل خنک کننده مدارباز همچنین توانایی تولید به صورت مستطیل شکل را دارا می باشد که این موضوع بیانگر جانمایی بهتر برج خنک کن کراس فلو در مقایسه با انواع کانترفلو می باشد. به دلیل کاهش واحد های HTU در طراحی کولینگ تاور مدارباز با سیستم گردش هوای کراس فلو، ارتفاع نهایی این تجهیز کوچکتر از ارتفاع انواع دیگر برج خنک کن مرطوب می باشد.
1-3) برج خنک کننده مکعبی
برج خنک کننده مکعبی (Cubic Cooling Tower) یکی از انواع خنک کن مدارباز با سیستم پاشش آب ثابت می باشد که دلیل نامگذاری این مدل برج خنک کننده به دلیل شکل ظاهری آن(مکعبی شکل) می باشد. سیستم توزیع و پاشش آب در کولینگ‌تاور مکعبی در واقع شامل یک سری نازل ثابت اسپری پاش(Nozzle) یا در اصطلاح افشانک پاشش آب( همانند سردوش حمام) می باشد. آب در خروجی این نازلها به صورت اسپری درآمده و بر روی پکینگ یا سطوح خنک کننده پاشش می کند. سیستم هوادهی برج خنک کننده مکعبی می تواند از نوع فن یا پروانه مکنده و دمنده محوری یا فن سانتریفوژ طراحی گردد. برج خنک کن مرطوب مکعبی عموماً با بدنه فایبرگلاس FRP و گالوانیزه HDGS تولید و عرضه می گردد.
برج خنک کننده تر با استراکچر مکعبی به دلیل ثابت بودن سیستم پاشش آب کاربرد بسیار زیادی نسبت به انواع دیگر کولینگ تاور دارد. کولینگ تاور مدارباز مکعبی به دلیل کاهش بیشتر دمای آب خروجی دارای راندمان بیشتری نسبت به انواع خنک کن مدور دارد. برج خنک کننده با این مشخصات عموما به دلیل عدم استفاده از سیستم دوار پاشش آب تعمیر و نگهداری آسان تری دارد.
این تجهیز به لحاظ پوشش سطح پکینگ توسط آب دارای Void Space یا فضای خالی کمتری می باشد و دلیل اصلی این امر در کولینگ تاور مکعبی وجود نازل مربع پاش در تولید این تجهیز می باشد. نازل مربع پاش یا دک اسپری با همپوشانی لازم در طراحی این تجهیز از ایجاد هرگونه سطح خالی بدون پاشش آب بر روی پوشالهای برج خنک کن جلوگیری می نماید. در واقع برج خنک کننده مرطوب مکعبی به لحاظ طراحی سیستم پاشش آب دارای مزیت های بی شماری نسبت به کولینگ تاور مدور می باشد.
1-4) برج خنک کننده مدور
برج خنک کننده مرطوب مخروطی یا مدور(Round Cooling Tower) نیز دارای یک سیستم پاشش آب چرخشی یا دوار (Rotary Water Distrobtion) و دلیل اصلی این نامگذاری نیز به دلیل شکل ظاهری دوار و مخروطی این مدل می باشد. سیستم پاشش این تجهیز قالباً دارای یک آب پخش کن یا اسپرینکلرهد مرکزی (Sprinkler Head) می باشد. آب پخش برج خنک کننده مدور وظیفه توزیع جریان آب بر روی سطوح پکینگ مدیا به صورت دوار و چرخشی را برعهده دارد. سیستم گردش هوای این مدل خنک کننده صنعتی مدور عموماً ازنوع فن محوری (Axial) و بیشتر در نوع مکنده القایی می باشد.
برج خنک کننده مرطوب مخروطی عمدتاً دارای ابعاد سطحی بزرگ تری نسبت به خنک کننده مکعبی می باشد. دلیل ابعاد بزرگتر این تجهیز ایجاد فضاهای خالی زیادی است که توسط خروجی های انشعابات لوله از آب پخش کن حاصل می‌شود. از طرفی به دلیل ایجاد سطح زیاد در کولینگ تاور مدور این نوع برج خنک کننده بیشتر در فضاهایی با محدودیت ارتفاع مورد کاربرد قرار می گیرد. ظرفیت های بالاتر از 150 تن تبرید اکثراً به صورت مونتاژ در محل تولید و طراحی می گردد. بخش المیناتور یا قطره گیر نیز عملکرد ضعیف تری نسبت به قطره‌گیر لانه زنبوری برج خنک کننده مکعبی دارد. دلیل عملکرد ضعیف المیناتور مدور عدم پوشش سطح بالایی خروجی آب پخش کن در برج خنک کن استوانه ای می باشد.
همانطور که مستحضر هستید اساس و پایه کارکرد بیشتر انواع برج خنک کننده برپایه انتقال گرمای نهان تبخیر از آب به هوا و در نتیجه ایجاد رطوبت در هوا می باشد. به این مدل از انواع خنک کن صنعتی برج خنک کننده مرطوب (برج خنک کننده مدارباز) گفته می شود.
چرا برج خنک کننده مدارباز را مرطوب نیز می نامیم؟؟
دلیل اصلی نام گذاری این تجهیز با نام برج خنک کننده تر یا مرطوب ایجاد نمودن رطوبت زیاد در هوا (رطوبت 100 درصد) و به عبارتی تبدیل نمودن هوای خشک ورودی به هوای اشباع در خروجی کولینگ تاور می باشد.
برج خنک کننده مرطوب چگونه سبب کاهش دمای آب می شود؟
کولینگ تاور مدارباز یا مرطوب در اصل با ایجاد یک تماس مستقیم (در سطوح خنک کننده) بین آب و هوا سبب تبخیر مقدار اندکی از جریان آب (تقریبا 1 درصد) می گردد و گرمای مورد نیاز جهت تبخیر این میزان آب توسط جریان اصلی آب تامین شده و سبب خنک تر شدن دمای آب جریان اصلی (99 درصد باقی مانده) می گردد.
همانطور که انتظار می رود ، در این مدل برج خنک کن تر انتقال گرما و جرم به صورت همزمان اتفاق می افتد. انتقال حرارت و انرژی گرمایی از طرف جریان آب به جریان هوا صورت می پذیرد و در این انتقال انرژی به واسطه ورود بخارات آب به هوا نوعی انتقال جرم هم صورت می پذیرد. در واقع در یک جمله خلاصه برج خنک کننده مرطوب با انتقال همزمان حرارت و جرم سبب خنک تر شدن آب در طی یک فرآیند باز می گردد. به همین دلیل این مدل خنک کننده را برج خنک کننده مدارباز نیز می نامیم.
رعایت یک نکته مهم: در برج خنک کننده مرطوب به واسطه تبخیر بخشی از جریان آب و هدر رفتن آن ، لازم است به منظور جبران این تبخیر و هدررفت مقدار معینی آب جبرانی به جریان آب در گردش اضافه شود. به همین دلیل این مدل برج های خنک کن بیشتر برای مناطقی مورد کاربرد قرار می گیرد که در تامین این میزان آب جبرانی مشکلی نداشته باشد.
هدف برج خنک کننده مرطوب در واقع خنک کردن آب می باشد.
در بسیاری از محیط های صنعتی از آب برای خنک کردن دستگاه ها و تجهیزاتی که با تولید گرما مواجه هستند (مانند چگالنده ها ، مبدل های گرمایی ، توربین در نیروگاه ها و چیلر در تهویه مطبوع) استفاده می شود .این سیال پس از خنک نمودن ، بازیابی و به محیط صنعتی برای استفاده مجدد برگشت داده می شود. انجام این عمل با سرد کردن آب گرم در برج خنک کننده مرطوب از طریق تماس با جریانی از هوای اشباع نشده حاصل می شود که منجر به تبخیر درصدی از آب و انتقال گرمای محسوس و همچنین گرمای نهان تبخیر از آب به هوا و در نتیجه خنک شدن آب (در شرایط ادیاباتیک) می شود.
روند خنک سازی در برج خنک کننده مرطوب به این شکل صورت می گیرد که جریان آب با درجه حرارتی بالا (آب گرم) پس از ورود و عبور از قسمت پکینگها یا سطوح خنک کننده در تماس با جریان هوای تازه محیط بیرون قرار گرفته و خنک شده و در قسمت تشتک یا مخزن ذخیره آب خنک انباشته می شود( جریان هوای ورودی به برج خنک کن می تواند هوای طبیعی وارد شده از طریق لوورها باشد یا جریان هوای القایی ایجاد شده توسط فن یا پروانه باشد)
در چرخه گردش سیالات در برج خنک کننده مرطوب آب حاوی گرما در معرض تماس مستقیم جریان هوا قرار می گیرد و در تماس قرار گرفتن آب و هوا ، به دو دلیل دمای آب شروع به کاهش می نماید.
1) انتقال گرمای مستقیم از آب به هوای بیرون به دلیل اختلاف دمای آب گرم ورودی و هوای خشک محیط بیرون (گرمای محسوس)
2) انتقال گرمای غیر مستقیم به دلیل تبخیر بخشی از جریان آب و در نتیجه صرف شدن گرمای آب برای تامین انرژی لازم جهت تبخیر (گرمای نهان تبخیر)
پارامترهای تاثیرگذار بر عملکرد بهتر برج خنک کننده مرطوب
پاشش اسپری و پودری جریان آب در خروجی افشانک ها یا نازل (آب پخش کن)
سطوح وسیع خنک کننده (Cross Sectional Area)
میزان هوادهی یا فلوحجمی جریان هوای القایی ایجاد شده توسط فن مکنده یا دمنده (Air Flow)
عدم رسوب پذیری تجهیزات داخلی به مرور زمان در اثر تبخیر دائمی جریان آب در بخشهایی مثل نازل، پکینگ، آب پخش کن
چرخش روان پروانه برج خنک کننده و بالانس بودن همزمان استاتیکی و دینامیکی فن
کاربرد برج خنک کننده مرطوب
برج خنک کننده مرطوب که به عنوان یکی از پرکاربردترین منابع سرمایشی و خنک سازی آب محسوب می شود به عنوان یک مولفه مهم در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع در بیان کاربرد برج خنک کننده مرطوب می توان به دو مورد اساسی اشاره نمود.
برج خنک کننده چیلر: خنک کردن مدار کندانسور چیلر
برج خنک کننده صنعتی: خنک کردن آب در حال گردش در صنعت همانند پالایشگاه نفت ، پتروشیمی ، ذوب و نورد فلزات در کوره های القایی و نیروگاه های هسته ای
