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.
girl Author |
پنجشنبه, ۲ مرداد ۱۳۹۹، ۰۸:۳۰ ق.ظ |۰ نظر
در دستگاه تقطیر خورشیدی برای تقطیر و تصفیه آب از انرژی خورشیدی استفاده می شود. انواع عمده این نوع دستگاه مخروطی شکل و مانند جعبه یا چاله است. نوع جعبه ای این دستگاه پیچیده و انواع چاله ای آن نسبتا ساده است. در دستگاه های تقطیر خورشیدی، آب ناخالص وارد ظرف مخصوصی شده در آنجا نور خورشید از پلاستیک شفاف عبور می کند و آب را تبخیر می کند. بخار آب در بالای دستگاه متراکم شده و آب حاصل از اطراف به پائین می چکد و در آنجا جمع آوری و خارج می شود. سیستم پاستوریزه خورشیدی برای ضد عفونی کردن آب با قراردادن آب در دمای بالای ۶۰ درجه سانتیگراد برای مدت معینی از تابش و انرژی خورشیدی استفاده می شود. توسط انرژی خورشیدی، ضد عفونی آب روش دیگری برای گند زدائی کردن آب با استفاده از نور خورشید است. برای وضوح مسأله، ظرف شفاف پرشده سه چهارم آب به مدت بیست ثانیه به شدت تکان داده شود. درب آن بسته و در مقابل نور خورشید قرار می گیرد. با تکان دادن ظرف هوارسانی به آب صورت می گیرد و ضد عفونی می شود. با تابش انرژی خورشید به داخل ظرف اشعه یو وی - آ UV - A ) باعث می شود اکسیژن محلول به شدت از خود واکنش نشان دهد. این نوع واکنش اکسیژن از
تولید مثل میکروارگانیزم ها جلوگیری می نماید. ضمن گرم شدن ظرف حاوی آب، موجودات زنده مضر نیز به کمک حرارت نابود می شوند. در بهره گیری از انرژی زمین گرمایی، آب موجود در بسترهای زیرسطحی که به عنوان آب سردکننده در چگالنده تأسیساتی قابل استفاده است، در نواحی آب و هوایی خشک و نیمه خشک، به مقدار قابل توجهی داغ است و حتی می تواند به ۷۰ درجه سانتیگراد برسد. بنابراین افزودن برج های خنک کن در سیستم های نمک زدا می تواند برای مشکل میعان در سردسازی چگالنده ها یک راه حل اساسی باشد. به عبارت دیگر، برج های خنک کن با مواد فیلم فشرده کاربرد گسترده ای در گرفتن و محو بارهای حرارتی بزرگ و انتقال این حرارت به اتمسفر دارند و در فرایندهای متعدد صنعتی همچون واحدهای مولد نیرو، پالایشگاه ها و صنایع پتروشیمی و سیستم های تهویه مطبوع ظهور می یابند. در حقیقت، نوع خاصی از فیلم فشرده به کار رفته در برج خنک کن به آن دلیل که فرایندهای انتقال حرارت و جرم را بین آب و هوا کنترل می کند، نقش مهمی در عملیات واحد صنعتی ایفا می نماید. عملکرد برج خنک کن، عموما توسط نسبت ( KaV / L ) بیان می گردد که در هندبوک اشری[۱] گزارش شده است. این کسر را نسبت مشخصه برج یا تعداد واحدهای انتقال (NTU) می نامیم. در اینجا V acK وL، به ترتیب ضریب انتقال جرم، مساحت سطح بر واحد حجم برج، حجم و نرخ شارش جرمی آب می باشند.
پژوهشگران متعددی روی این موضوع از طریق تحلیل نظری و تجربی فرآیندهای انتقال حرارت و جرم تحقیق کرده اند. بدکرا و همکاران [۲] به صورت تجربی بر روی عملکرد یک برج خنک کن مکانیکی جریان ناهمسو با بستر آکنه مطالعه کردند که در آن بستر از مواد فیلمی فشرده استفاده می شد. نتایج تحقیق آنان به صورت مشخصات برج، دمای آب خروجی و بهره سیستم به عنوان توابعی از کمیت نسبی جریان آب به هوا، LG ارائه گردید. آنها اگرچه هیچگونه رابطه ای را در کارشان پیشنهاد ندادند، نتیجه گرفتند که عملکرد برج همزمان با افزایش نسبت LG کاهش می یابد. میلوسلاولویک و هیکیلا [۳] یک اندازه گیری تجربی را بر روی دو برج خنک کن پایلوت - مقیاس به منظور تحلیل عملکرد مواد پرکننده متفاوت برج خنک کننده صورت دادند. آنها هفت نوع پرکننده فیلمی جریان ناهمسو را آزمایش کردند و داده های افت فشار را به داده هایی همچون ضریب انتقال حرارت حجمی با نرخهای جریان آب و هوا نسبت دادند. محققان مزبور مدلی تئوریک را برای یک برج خنک کن بر اساس معادلات انتقال حرارت و جرم و با استفاده از ضرائب انتقال حرارت اندازه گیری شده، استخراج کردند. همچنین، آنها با استفاده
از دینامیک سیالات محاسباتی، چندین پدیده ی فیزیکی مانند توزیع جریان مابین مواد پرکننده و جریان هوای خارجی اطراف برج خنک کن را مورد تحلیل قرار دادند.
گوشاشی و میسندنه [۴] به صورت تجربی مشخصات افت فشار و انتقال جرم را در انواع متعددی از فیلم های فشرده راه راه شامل فیلم فشرده موجدار نرم و سخت در برج های خنک کن اتمسفری تحلیل نمودند. آزمایش ها در یک ناحیه آزمون مقطعی با جریان ناهمسو به ابعادm 15 /0mx15 / 0 و فیلم فشرده ای به ارتفاع6/1 متر انجام شده بود.از داده های تجربی آنها، رابطه ای مابین ضریب انتقال جرم فیلم فشرده و افت فشار پیشنهاد شد.
از طرف دیگر، تحلیل ارائه شده توسط جابر و وب [۵] نشان می دهد که چگونه می توان تئوری طراحی مبدل حرارتی را در برج های خنک کن به کاربرد. این نویسندگان بیان داشته اند که تعاریف تأثیر پذیری ع و NTU در توافق خوبی با دستهای می باشند که برای طراحی مبدل حرارتی استفاده شدند و در تمام شرایط عملیاتی برج خنک کن قابل اعمال هستند.
چندین مدل ریاضی دیگر برای نسبت دادن فرآیندهای انتقال حرارت و جرم که در برجهای خنک کن مرطوب رخ می دهند وجود دارد؛ نظیر مواردی که توسط خان و همکارانش [۶] و کلوپرز و کرو گر[7] بحث و پیشنهاد شدند.
هدف اصلی این مقاله تحقیق در باب عملکرد حرارتی یک برج خنک کن مرطوب با جریان مخالف می باشد که با دو نوع از مواد فیلم فشرده پر شده است.
ضرائب انتقال
در یک برج خنک کن جریان مخالف، فرآیند شامل یک تماس مستقیم مابین یک فاز گاز (هوا) است که در حال حرکت به سمت بالا و یک فاز مایع (فیلم آب) می باشد که به سمت پایین جریان دارد.
انتقال حرارت و جرم به مکانیزم همرفتی بین هوا و فیلم آب رخ میدهد. جهت استخراج معادلات اولیه انتقال حرارت و جرم، رعایت فرضیاتی در دیدگاه کلان ضروری است [۳]. شایان ذکر است که تعیین ضرائب انتقال حرارت و جرم به کار رفته در این معادلات ساده شده، پیچیدگی های فراوانی در پی دارد. همچنین قابل توجه است که دانستن مقدار دقیق سطح موجود برای انتقالات حرارت و جرم دشوار است. چرا که این سطح از فیلم آب در حال سقوط تشکیل شده و به نوبه خود شامل سطح قطرات آب جدا از هم می باشد. مقدار انتقال حرارت و جرم شدیدا وابسته به نوع فیلم فشرده به کار رفته در برج خنک کن و نرخهای جریان آب و هوا می باشد. ضریب انتقال جرم غالبا به شکل زیر نمایش داده می شود [۱]: که C و n ثابتهای تجربی هستند و مختص طراحی یک برج ویژه می باشند. بهره برج به صورت زیر محاسبه می شود [۲] که و دماهای ورودی و آب هستند. دمای حباب مرطوب هوای ورودی است.
نتایج تجربی
مقیاس پایلوت یک واحد خنک کن آب با سطح مقطع 9/0 *9/0 متر مربع و ارتفاع4/1 متر در نظر گرفته شود.
یک تصویر از برج خنک کن در شکل ۱ نشان داده شده است. برج به یک فن در پایین برج مجهز است تا بدینوسیله هوا را در میان بستر بدمد. نرخ جریان هوا در ترازهای مختلف با کمک یک مقطع هوای ورودی قابل تنظیم ثابت نگه داشته می شود. چندین نرخ جریان برابر با ۵۰۰، ۲۵۰،1500، ۱۰۰۰ و۲۰۰۰ متر مکعب بر ساعت نسبت داده شده است.
یک توزیع کننده آب قطره ای در بالای فیلم فشرده به کار می رود تاآب را با فرمت یکنواختی توزیع کند. شکل ۲، مشخصات چینش فیلم فشرده را نشان میدهد. ارتفاع این فیلم، که توسط ورق با ده صفحه می افتد، ۱۰ سانتیمتر می باشد. برج خنک کن مزبورشامل ۱۲ طبقه فیلم فشره به ترتیب مشروح ساخنه شده است.درآب به صورت پیوسته از طریق سطح این فیلم ها جریان یافته و در یک حوضچه آب جمع آوری می شود. سپس امکان گردش در برج خنک کن عملی می گردد.
علاوه بر این، برج خنک کن شامل یک مخزن حوضچه ای به ابعاد9/0*5/0*9/0 متر مکعب است که آن به خروجی به درون آن وارد شده و سپس به سمت چگالنده می رود. بعد از آن به شبکه توزیع آب نزدیک شده تا توسط نازل ها به قطرات کوچک تبدیل شود.
دمای هوای واب ورودی وخروجی و نرخ های جریان آب توسط هایگرومتر یک تجهیزه سنجش رطوبت هوا ( رطوبت سنج) جن کاه در بخشهای مختلف تقطیر کننده خورشید اندازه گرفته می شود. این متغییر های اندازه گیری شده امکان ارزیابی ضرائب انتقال حرارت و جرم در برج خنک کن را فراهم می آورند.
در یک مطالعه تجربی عملکرد حرارتی یک برج خنک کن تحت فشار مورد استفاده در یک سیستم نمکزدایی خورشیدی مورد بررسی قرار گرفته است. این سامانه تقطیری بر اساس عملیات واحد صنعتی رطوبت دهی رطوبت گیری هوا کار می کند. برج خنک کن مزبور از نوع جریان مرطوب ناهمسو می باشد که با مواد فیلمی فشرده پر شده است. در کار حاضر، متغیرهای اندازه گیری به کمک نسبت دادن محدوده گسترده ای از نرخ شارش جرمی هوا و آب تعیین گردیدند. مضافا، برای چندین دمای آب ورودی، مشخصات و بهره برج ارزیابی شده و نتیجه به یاری معرفی کمیت نسبی نرخ شارش جرمی آب به هوا بیان می گردد.
در نواحی آب و هوایی خشک، عملکرد تقطیرکننده های خورشیدی با تمرکز بر اصل رطوبت دهی رطوبت گیری به پارامترهای بزرگی در فرآیند میعان حساس اند. به طور کلی، این پارامتر به صورت یک فاکتور مهمی از دمای آب سردکننده توصیف می شود. ابتدائی ترین عنصری را که می توان با کمک انرژی خورشیدی بهبودی بخشید؛ آب است که در بسیاری از نواحی دنیا یا به صورت شورمزه و یا به صورت آب دریا در دسترس است. برای اجتماعات بزرگ که منبع انرژی معمولی در اختیار دارند؛ آب شیرین کن هائی که با تبخیر حرارتی عمل می کنند؛ دارای تکنولوژی جا افتاده ای هستند. از متمرکز کننده سهم وی خطی نیز برای کاهش تقاضا برای انرژی معمولی نیز استفاده می نمایند. برای جوامع دور افتاده و منزوی ، دستگاه تقطیر خورشیدی مدت مدیدی است که به عنوان تنها منبع تأمین آب تازه مورد استفاده بوده است. یک پوشش شفاف شیب دار بر روی یک برکه کم عمق اثر گلخانه ای شدیدی را القاء می کند. بدین طریق آب تبخیر شده و در برخورد با پوشش شفاف چگالش یافته، تحت نیروی ثقل خود سقوط و جریان می یابد. سپس آب شیرین بدست آمده جمع آوری شده و به مصرف می رسد. اما آب شیرین کن های خورشیدی دارای کارآئی بسیار پایین و هزینه نگهداری زیادی هستند و با کاهش هزینه های PV، نمک زدایی الکترود پالیزی یا اسمزی معکوس با انرژی PV، اغلب همراه با تابش ماوراء بنفش برای باکتری زدائی، برای این کاربردها بتدریج جذاب تر می شوند.
کاربردهای حرارت انرژی خورشیدی گروه بسیار گسترده و متنوع فناوری انرژی خورشیدی را تشکیل می دهند. این فناوری ها از حرارت خورشید برای گرم کردن آب، فضا، تهویه، حرارت لازم در فرایندهای صنعتی، پخت و پز غذا، تقطیر آب و ضد عفونی و سایر کاربردها استفاده می کنند. توسعه صنعت فوتوولتایی PV، برای کاربردهای زمینی در زمان اولین بحران نفت در دو جهت کاملا متفاوت آغاز گردید. یکی در جهت فناوری های متمرکزی است که در آن کاهش هزینه ها بوسیله جایگزین سطح فتوولتایی به کمک سطح عدسی صورت می گیرد و دیگری در جهت کاهش هزینه مدول های فتوولتایی با استفاده از ساخت صنعتی با حجم زیاد است. در تکنولوژی های تمرکزی، هدف اصلی تحقیق و توسعه بدست آوردن راندمان بالاتر است. با روی هم قرار دادن مواد بمنظور تشکیل سلول های چند پیوندی که هر یک از لایه های آنها جزء متفاوتی ازطیف فرکانسی خورشیدی را جمع آوری می نماید، قادر است به ارقام بالاتری برای کارآئی نیز رسید. رکوردی که تاکنون با این روش بدست آمده است ۴۰ درصد می باشد. این سلول ها در مدول های با تمرکز بالا حدود ۱۰۰ و یا خیلی بالاتر در حدود ۱۰۰۰ قرار داده می شوند. کارآیی سلولی همراه با افزایش دمای سلول کاهش می یابد و تمرکز کننده خیلی قوی به سیستم خنک کننده فعال نیاز دارند که این خود به عنوان یک منبع انرژی گرمائی کم دما قابل بهره برداری است. به ردگیرهای دو محوری بسیار دقیق نیاز است تا کانون را بر روی سلول ها نگهدارد و همچنین پیشنهاد شده است که این سال ها را بر روی برج گیرنده تابش مستقیمی که توسط مجموعه هلیوستات ها منعکس شده است، نصب گردد.
این موضوع خیلی به سیستم حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی شبیه است. سیستم های PV با تمرکز بالا در واقع به دو طریق به این سیستم شبیه هستند. پیچیدگی مکانیکی، این سیستمها را تنها برای نیروگاه های مرکزی مناسب می سازد و عدم توانایی آنها در استفاده از تابش افقی پراکنده این نیروگاه ها را بالقوه محدود به نواحی می کند که دریافت تابش خورشیدی بسیار زیاد است وگرنه از درجه کارآئی بالائی برخوردار نخواهند بود. هم اکنون تکنولوژیهای تمرکزی سیستم های فتوولتایی با تمرکز کم که بر مبنای تمرکز دهنده های هونوگرافی یا درخشنده غیر مجازی استوار هستند؛ تحت بررسی بوده و توسعه آنها دنبال می شود، در حالی که شاخه اصلی صنعت PV متوجه تکنولوژی های غیر متمرکزی است تا بازار سیستم های مستقل را که حاضر به تقبل هزینه های بالاتری برای الکتریسیته هستند، تغذیه کند.
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, ۱۰ تیر ۱۳۹۹، ۰۸:۲۸ ق.ظ |۰ نظر
برج خنک کننده (Cooling Tower)در اصطلاح عموم کولینگ تاور در صنعت جهانی و در طول تاریخ کاربردهای فراوانی داشته است . اولین آثار طراحی برج خنک کننده یا کولینگ تاور در زمان مصر باستان و به منظور خنک کردن آب مورد استفاده جهت استحمام و با پاشش جریان آزاد نهر آب بر روی صخره های ساخته شده دستی دیده می شود . بعد از گذشت سالیان دراز انسان ها بدون دانستن دانش فنی و طراحی برج خنک کننده و حتی بدون دانستن نام و دانش طراحی برج خنک کننده ، در موارد متعدد از این دستگاه استفاده می نمودند.
بعد از گذشت انقلاب صنعتی اروپا و افزایش رشد صنعت در دنیا استفاده مستقیم از آب رودخانه ها ، رودها ، دریاچه ها و چاه ها به منظور خنک کردن دستگاه های صنعتی گسترش افزونی پیدا کرد . سالها روش استفاده مستقیم از آب های منابع طبیعی جهت خنک کردن وسایل صنعتی در گزینه اول کارخانجات بزرگ صنعتی قرار داشت . بعد از گذشت چنددهه و کاهش روزافزون منابع طبیعی بسیاری از کارخانه جات به دلیل کمبود منابع آبی و یا اثرات زیست محیطی حاصل از مصرف بی رویه آب و همچنین افزایش آلودگی منابع آبی نسبت به پیداکردن راهکاری مناسب جهت بازگشت آب مصرفی از منابع طبیعی و مبارزه با مشکلات بالا (برج خنک کننده) ، اقدام نمودند.
اولین برج خنک کننده با نام Cooling Water Builder در سر راه آب رودخانه ها قرار گرفت و در این سیکل کاری به منظور بازگشت آب گرم مصرفی رودخانه ها در کارخانه جات صنعتی در مدار قرار گرفت . برج خنک کننده اولیه اغلب دارای سازه های بتنی بسیار عظیم بودند . برج خنک کننده بتنی از انقلاب صنعتی اروپا تاکنون مورد استفاده قرار می گیرد . امروزه از برج خنک کننده با سازه بتنی عموما با شکل های هذلولی و مکعبی در صنعت های نیروگاهی و پتروشیمی در کشور مورد استفاده قرار می گیرد . به این مدل برج خنک کننده ، برج خنک کننده نیروگاه نیز گفته می شود .
نسل بعدی از انواع برج خنک کننده در مرور زمان ، برج خنک کننده چوبی می باشد . برج خنک کننده چوبی عموما به دلیل ساخت سریع تر و وزن کمتر جایگزین مناسبی برای برج خنک کننده بتنی در اسکیل های کوچک تر محسوب می شد . در برج خنک کننده چوبی اولین نوع از پکینگ برج خنک کننده با استراکچر چوبی مورد استفاده قرار گرفت .
پس از مدتی برج خنک کننده چوبی به دلیل عدم مقاومت کافی در برابر پوسیدگی و آفتاب سوختگی و همچنین به دلیل جذب آب و تغییر شکل های در مرور زمان در ساختار خود ، از مدار کاربرد در صنعت به طور کامل خارج شدند و کولینگ تاور گالوانیزه یا برج خنک کننده گالوانیزه با سیستم هوادهی سانتریفوژ جایگزین برج خنک کننده چوبی شد.
برج خنک کننده گالوانیزه به دلیل داشتن مقاومت بیشتر در برابر پوسیدگی ، عدم تغییر شکل و سازه پایدارتر ، جایگزین خوبی برای برج خنک کننده چوبی محسوب می شد . ولی در نهایت برج خنک کننده گالوانیزه نیز در برابر آب واکنش پذیر بودند و به سرعت آثار زنگ زدگی ، پوسیدگی و رشد میکروارگانیسم ها (لجن ها) در آن ها دیده می شد . تعمیرات برج خنک کننده گالوانیزه یا اصطلاحا برج خنک کننده فلزی به دلیل زنگ زدن اتصالات و عدم دسترسی آسان به اجزای داخلی برج خنک کننده به شدت سخت بود.
به دلایل فوق الذکر آخرین نسل از برج خنک کننده تحت عنوان برج خنک کننده فایبرگلاس جایگزین کامل کولینگ تاور بتنی ، چوبی و گالوانیزه شدند . برج خنک کننده فایبرگلاس یک نوع از کولینگ تاور با سازه کامپوزیتی یا فایبرگلاس از مزایای بیشماری نسبت به مدل های پیشین خود برخوردارند که مختصرا به ذکر چند مورد اکتفا می کنیم .
1-سبک بودن و قابلیت جابجایی داشتن برج خنک کننده فایبرگلاس
2-تعمیر و نگهداری آسان برج خنک کننده فایبرگلاس نسبت به انواع برج خنک کننده گالوانیزه و کولینگ تاور بتنی
3-عدم نفوذ نور خورشید (عدم جذب انرژی تابشی خورشید به دلیل رنگ سفید ظاهری بدنه) به داخل برج خنک کننده فایبرگلاس
4-عدم واکنش با آب و یا به عبارتی عدم پوسیدگی و زنگ زدگی بدنه فایبرگلاس برج خنک کننده در برابر آب
5-عدم رشد باکتری ها ، میکروارگانیسم ها و لجن ها در تشتک برج خنک کننده فایبرگلاس
برج خنک کننده فایبرگلاس (Fiberglass Cooling Tower) از یک بدنه تمام کامپوزیتی تولید شده از الیاف و رزین مناسب می باشد. برج خنک کننده فایبرگلاس امروزه در انواع برج خنک کننده مدارباز و برج خنک کننده مداربسته تولید و طراحی می گردد . نسل جدید برج خنک کننده با هدف کاهش مصرف آب جبرانی برج خنک کننده ، کاهش میزان رسوب در برج خنک کننده و در مجموع با هدف بهینه کردن مصرف انرژی برج خنک کننده ، تحت عنوان برج خنک کننده هیبریدی و برج خنک کننده تبخیری یا کندانسورهای تبخیری(evaporative Conndenser) جایگزین انواع برج خنک کننده مدارباز گشته است .
در یک بیان کلی می توان گفت تمامی تجهیزات صنعتی و غیرصنعتی موردکاربرد بشر با مرور زمان دچار تحولات زیادی شده است که برج خنک کننده نیز همانند خیلی از تجهیزات صنعتی دیگر نیز دچار تغییر و تحولات بسیاری شده است . برج خنک کننده از یک جهت به لحاظ کیفیت متریال کاربردی در تولید این دستگاه و از جهتی دیگر در کلیت نوع طراحی برج خنک کن نیز تغییراتی کلی را مشاهده می توان نمود.
شرکت دماگستر نیز در راستای بهبود کیفیت هر چه بیشتر تولیدات خود مخصوصا برج خنک کننده ، درصدد می باشد تا با دانش روز فنی دنیا و با استفاده از تلاش بی وقفه مهندسین خود گام بردارد . برج خنک کننده تولیدات شرکت دماگستر در انواع مختلف و در جهات کاربردی مختلف متناسب با دانش به روز جهان تولید و در خدمت صنعت کشور قرار می گیرد .
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
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 پکینگ ها 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)