چرا از برج خنک کننده ( کولینگ تاور ) استفاده می کنیم ؟
در فرآیند های بزرگ صنعتی بخاطر دفع گرمای تولید شده ی بیش از حد دستگاه های بزرگ تهویه مطبوع ، نیروگاه ها ، پالایشگاه های بزرگ و همچنین واحد های صنعتی دیگر به دستگاهی احتیاج است تا بتواند آبی را که جهت خنک سازی دستگاه ها در سیستم استفاده می شود و گرما را دریافت می کند ، دوباره خنک کند و به سیستم برگرداند . برای انجام این منظور از برج خنک کننده استفاده می شود . وجود این دستگاه تقریبا در تمامی واحدهای صنعتی جهت استمرار و ادامه دادن فرآیند تولید الزامی است .
تهویه مطبوع انجام عملیاتی است روی هوا تا بتوان شرایط هوای محل مورد نظر را برای زیستن ، کار کردن یا عملیات صنعتی معین ، راحت و بهداشتی کرد و به حد مطلوب برسانیم . تهویه مطبوع باعث می‌شود شرایط هوا طبق روش خاصی به صورت اتوماتیک ثابت بماند یا تغییر کند .
در فرآیند خنک سازی ، برج خنک کننده ، حرارت اضافی آب در گردش را از دستگاه ها به محیط انتقال می دهد . کیفیت و قیمت برج خنک کننده به دقت و میزان انتقال حرارت آن بستگی دارد . در سیستم های سرمایشی و گرمایشی نیز وجود این دستگاه به چیلر ها کمک می کند تا حرارت نامطلوب خود را دفع نمایند .
کولینگ تاورها به انواع زیر تقسیم می‌شوند :
- برج خنک کننده مکا نیکی
- برج خنک کننده اتمسفریک
- برج خنک کننده هیبریدی
- برج خنک کننده برای تأمین جریان هوا
- برج خنک کننده از نظر نوع ساخت
- برج خنک کننده از نظر شکل ( مخروطی ، مکعبی )
- برج خنک کننده براساس روش انتقال حرارت
هر یک از این برج‌ها می توانند خود به چندین نوع مختلف تقسیم شوند . مثلا طبقه بندی برجهای خنک کننده از نظر روش انتقال حرارت به سه گزینه ذیل تقسیم بندی می شوند :
- برجهای خنک کننده خشک
- برجهای خنک کننده مدار باز
- برجهای خنک کننده مدار بسته
اجزای اصلی برج خنک کننده به صورت کلی شامل موارد زیر است :
۱- بدنه (Casing or Body)
۲- حوضچه آب سرد (Basin)
۳- سیستم توزیع آب (Water Distribution System)
۴- سیستم انتقال هوا (Air Moving System)
۵- المانهای انتقال حرارت (Fill Media)
بدنه (Casing or Body)
بدنه برج از فایبر گلاس و یا مواد کامپوزیتی FRP (Fiberglass Reinforced Polyester) ساخته شده که مواد اولیه آن شامل رزین و الیاف می باشد . این مواد در مقابل خوردگی و اشعه ماوراء بنفش خورشید (UV) مقاوم هستند . رنگ بدنه نیز در ابتدای ساخت بدنه و هنگامی که رزین ها به صورت مایع هستند به مخلوط فایبر و رزین افزوده شده و مجموعه به صورت خود رنگ تولید می گردد و تا ۳۰ سال ماندگاری دارد .
حوضچه آب سرد (Basin)
قسمت تحتانی بدنه برج خنک کننده است که آب عبوری از المانهای انتقال حرارت در آنجا جمع می شود و توسط فلانج ها و لوله های ارتباطی که به لوله کشی خارجی متصل است، آب خنک شده را به سیستم انتقال می دهد .
سیستم توزیع آب سرد (Water Distribution System)
این سیستم وظیفه انتقال و توزیع آب گرم ورودی به برج را بر روی المانهای انتقال حرارت ، جهت انجام فرآیند خنک کاری دارد . این سیستم شامل اجزای زیر است :
– مجموعه لوله کشی داخلی
– قطعه آبگردان
– نازل ها
– المانهای قطره گیر
آب گرم ورودی توسط لوله هایی که از جنس PVC مرغوب و فشار قوی هستند به مرکز برج انتقال یافته و به وسیله قطعه آبگردان که از جنس ABS و با آلیاژهای آلومینیوم برنج و یا برتر ساخته شده ، تقسیم می شود و از طریق بازوها که از جنس PVC هستند ، با زاویه مناسب بر روی سطح المانهای انتقال حرارت می ریزد و پس از گذشتن از آنها و انجام فرآیند خنک کاری در حوضچه جمع آوری می شوند . المانهای قطره گیر وظیفه مهار کردن قطرات آب مکش شده توسط نیروی محرکه و بازگشت آن به چرخه خنک کاری را دارند .
سیستم انتقال هوا یا سیستم محرکه (Air Moving System)
این سیستم شامل یک الکتروموتور و پروانه است . الکتروموتور تهیه شده از شرکتهای معتبر پروانه به حرکت در می آورد . پروانه هوا را از طریق هواکش هایی که بر روی بدنه قرار دارد از میان المانهای انتقال حرارت به سمت بالا می کشد . تیغه های این پروانه ها از جنس FRP مخصوص هستند و وزن کمی دارند ، مقطع Air Foil شکل تیغه ها ، به آنها کمک می کند تا جریان هوای بیشتری را در سرعت پایین ایجاد کنند که سبب افزایش بازده و کاهش صدا می شود .
المانهای انتقال حرارت
المانهای انتقال حرارت یا پکینگ جایی است که آب توزیع شده توسط کلگی و بازوهای توزیع آب و هوای مکیده شده از هواکش ها که در تقاطع با یکدیگر موجب انتقال حرارت شده و مقداری از آب تبخیر می شود . افزایش میزان تبخیر باعث افزایش ظرفیت برج خنک کننده می شوند . این المانها باعث می شوند که آب در یک لایه نازک با حداکثر سطح جریان داشته باشد که این امر به افزایش میزان انتقال حرارت کمک می کند . در صورتی که جریان آب به صورت مناسب عمل کند استفاده از آب نرم در این المانها برای مدت ۱۰ تا ۱۵ سال ماندگاری دارند .
تمام پیچ و مهره ها و واشرهای استفاده در برج از جنس گالوانیزه گرم و یا از استنلس استیل و سایر تکیه گاههای فلزی دستگاهها از جنس آهن گالوانیزه گرم و یا از استنلس استیل با ضخامت ۸۳ میکرون ساخته می شود .
این برج ها همچنین این امکان را دارند که در صورت سفارش مشتری از قطعات کنترل کننده ویژه الکتریکی و الکترونیکی برای بهبود عملکرد سیستم و هماهنگی بین برج و سایر قطعات موجود در خط بهره برداری استفاده کنند که شامل کنترل کننده فرکانسی دور موتور یا اینوتور(Inverter) و سنسور دما و نمایشگر و …… هستند .
برج خنک کننده MX
برج های خنک کننده سری ام ایکس برج های چهارگوش جریان متقاطع هستند که در آن ها هوا به وسیله پروانه محوری که در قسمت مرکزی و بالای برج قرار دارد از دریچه های ورود در دو طرف برج به داخل مکیده می شود و همزمان آب از روزنه های تشت های آب گرم که در دو طرف بالای برج قرار دارند به روی سطوح انتقال حرارت ریزش میکند، صفحات انتقال حرارت با ایجاد سطح تماس گسترده میان آب و هوا باعث تبخیر و خنک شدن آب می شوند .
برج خنک کننده CS
برج های خنک کننده سری سی اس برج های چهارگوش جریان مخالف هستند که در آن ها آب به وسیله نازل ها بروی سطوح انتقال حرارت پاشیده می شود و همزمان هوا به وسیله پروانه محوری که در بالای برج قرار دارد از قسمت زیرین سطوح انتقال حرارت به سمت بالا مکیده می شود . جریان آب و هوا در خلاف جهت با یکدیگر تماس پیدا کرده و بین آن ها تبادل جرم و گرما صورت می پذیرد ، بنابراین به این برج ها جریان مخالف گفته می شود .
برج خنک کننده RF
در برج های خنک کننده سری آر اف آب به وسیله کلگی توزیع آب در حال دوران و از طربق لوله های توزیع آب که زیر آن ها پر از روزنه می باشد بروی سطوح انتقال حرارت پاشیده می شود . همزمان هوا توسط فن و ازناحیه دریچه وارد و از زیر سطوح انتقال حرارت به سمت بالا خارج می شود . آب و هوا در جهت خلاف یکدیگر تماس پیدا کرد و بدلیل تبادل گرما و جرم آب خنک می شود .
کولینگ تاور خشک مدار بسته
در مکانهای که آب کافی برای برج خنک کننده مرطوب وجود ندارد ، می بایست از اتلاف بر اثر تبخیر حداکثر جلوگیری بعمل آورد ، از این نوع برج استفاده می شود . در برجهای خنک کننده خشک ، آب در حال گردش از میان لوله های پره دار عبور کرده بطوریکه هوای سرد از روی آنها عبور می کند . بنابراین حرارت آب در حال گردش از طریق لوله ها خارج شده و جذب هوای سرد می گردد . برجهای خنک کننده خشک می توانند با کشش طبیعی و یا با کشش مکانیکی عمل نمایند . یک افشانک هوا که با بخار کار می کند با خارج کردن هوا و سایر گازهای غیر قابل تراکم به برقراری خلا کمک می کند .
برای جلوگیری از نشت هوا به داخل دستگاه پمپ گرادیان اصلی فشار در داخل برج را مثبت نگه می دارد . ممکن است قسمتی ازکار پمپ توسط توربین هیدرولیک بازیابی گردد . این عمل پس از خروج آب از برج در مسیر آب فشانه های جتی انجام می گیرد . فشار متراکم و درجه حرارتهایی که یک برج خنک کننده خشک بکار می برد بطور قابل ملاحظه ای بیشتر از برج مرطوب است . برای دستیابی به فشار بیشتر ، مساحت کوچکتری برای فضای بین دو تیغه آخرین مرحله در بوربین با فشار کم ضروری است .
در یک برج خنک کننده خشک با کشش طبیعی ، شناوری هوای گرم شده باعث جریان یافتن هوا در سرتاسر سطوح مولد حرارتی می گردد که برای انتقال حرارت آب داغ به جریان هوا ضروری است . همچنین می توان جریان هوا را با ایجاد کشش القائی یک بادبزن افزایش داد . کشش مکانیکی استفاده شده از یک بادبزن ابعاد برج را تقلیل داده ولی باعث اتلاف انرژی بیشتری در دستگاه می گردد .
کولینگ تاور خشک فقط باعث اضافه شدن انتالپی به هوا می گردد . در نتیجه مشکلاتی از قبیل یخ زدگی که در برج خنک کننده مرطوب در شرایط خاص جوی با آن مواجه است ، ایجاد نمی شود .