نحوه کار برج خنک کننده چگونه است؟
کاهش دما و دفع حرارت از سیستمهای متصل به برج وظیفه برج خنک کننده است. با بیانی ساده میتوان گفت که آب داغ خروجی از سیستم ها وارد کولینگ تاور شده و دوباره وارد سیستم می شود. در مرحله خنک شدن در مجاورت هوا قرار می گیرد. در نتیجه این تماس، مقداری از آب بخار شده و مقداری دیگر خنک شده و داخل دستگاه بازمی گردد.
با توجه به مطلب گفته شده می توان نتیجه گرفت که کارآمدی آن ارتباط مستقیمی با میزان رطوبت هوای ورودی به داخل برج دارد. بنابراین هرچقدر هوا خنک و خشک تر باشد راندمان مناسب و بالعکس در صورت رطوبت در هوا کارایی پایین خواهد بود. به همین دلیل برج ها در مناطق شرجی و با درصد رطوبت بالا آنچنان قوی پاسخگوی نیازها نیستند و توصیه نمی شوند. شناخت اجزا سازنده که قسمت مهم و حیاتی برج را شامل می شود برای انتخاب درست و راه اندازی صحیح آن بسیار مهم است.
کاربرد برج های خنک کن
جهت دانستن مهمترین کاربردهای کولینگ تاور باید بدانیم که به دلیل گستردگی کاربردها قادر به بیان تمام آنها نخواهیم بود. با این حال به چند مورد از مهم ترین آنها اشاره کرده و به تشریح آنها خواهیم پرداخت. صنایع مختلف و سیستم های صنعتی متفاوتی از این برجها استفاده می کنند و نمیتوان مصرف آن را به حوزه ای خاص محدود کرد و آنها را از هم تفکیک کرد. به عبارتی هر صنعتی که دستگاه‌های آن نیاز به خنک شدن دارند از این برجها استفاده میکنند.
از جمله این صنعت‌ها پتروشیمی، نفت و گاز، فولاد و ذوب آهن، صنایع پلاستیک، صنایع غذایی، صنعت تولید رنگ، صنایع تولید چسب و رزین است که عموما به انواع برج‌های خنک کننده نیاز دارند. موارد دیگر استفاده از برجها در پاساژها و مجتمع‌های اداری است. در همین راستا ساختمان‌ها نیز از سیستم سرمایشی گرمایشی مرکزی یا همان موتورخانه‌ها استفاده میکنند. این سیستم‌ها برای تنظیم دمای آب موجود در چیلرها نیز مفید هستند. علاوه بر ساختمانهای تجاری، در بعضی از مجتمع‌های مسکونی که سیستم گرمایشی متمرکز ی دارند نیز، کاربرد دارد.
سوال اصلی: برج خنک کننده چیست؟؟؟
برج های خنک کن در اصل وسایل خنک کردن آب می باشند و وسیله ای می باشد که گرمای تولید شده توسط کندانسور را به محیط آزاد منتقل میکند. آبگرم خروجی از کندانسور به بالای خنک کن وارد میشود و از آنجا به تشتک برج میریزد. آب گرم شده برای خنک شدن به برج خنک کن بازمیگردد. آب در برج به گردش در میآید و از بالای برج بطرف پایین ریخته میشود. این آب در حین سقوط از درون پوشش های داخلی برج با هوا برخورد کرده و گرمای خود را به هوا می دهد. بنابراین برج های خنک کننده سیستم توزیع و پخش آب گرم دارند که آب را به صورت یکنواخت روی شبکه مشبک نزدیک به هم می‌پاشد. این شبکه ها آکنه یا پرکننده نامیده می شود. آکنه ها آب سرازیر شده از بالای برج را با هوایی که از میان آن حرکت میکنند کاملا مخلوط کرده به طوری که آب به صورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر توسط نیروی ثقل خود می ریزد. هرچند در این برج ها مقداری انتقال حرارت محسوس از آب به هوا وجود دارد ولی تقریباً اثر خنک کنندگی تماماً از تبخیر قسمتی از آب اسپری شونده در برج حاصل میشود. بخار حاصل از فرایند تبخیر در برج توسط جریان هوایی که یک دمنده ایجاد می کند از برج خنک کن خارج میشود.با توجه به اینکه دما رطوبت هوای ازبرج افزایش می یابد بدیهی است که میزان تأثیر برج خنک کن تا حد زیادی به درجه حرارت مربوط به هوای ورودی بستگی دارد با کاهش آن افزایش می‌یابد. اکنون زمان آن رسیده، عواملی که عملکرد برج خنک کن را تحت تاثیر قرار می دهند برایتان توضیح دهیم:
- سطح و زمان تماس آب و هوا
- سرعت هوای عبوری از برج
- جهت جریان هوا نسبت به سطح تماس آب(همسو و غیر همسو)
- سطح تماس آب با هوا شامل:
- سطح آب در تشتک برج
- کلیه سطوح خیس شده در برج
- سطح کل قطرات آب پاشیده شده در برج
از نظر تئوری پایین ترین دمای قابل حصول برای آب در کولینگ تاور دمای مربوط به هوای ورودی می باشد که در آن شرایط هوای خروجی از بخار آب اشباع خواهد بود ولی اغلب دمای آب خروجی از برج 4تا5.5 درجه سانتی گراد بیشتر از دمای مرطوب هوای ورودی میباشد. بنابراین هوای خروجی از برج انبار مقداری از حالت اشباع پایین تر خواهد بود.
نکته: دمای مطلوب هوای ورودی برج هر چه کمتر باشد و راندمان برج افزایش می یابد بنابراین در مناطق مرطوب کندانسور آبی مقرون به صرفه نیست و از کندانسور هوایی استفاده میشود.
اکنون مهمترین بخش های این دستگاه را نیز معرفی می کنیم:
- فن یا پنکه
تنها کار مهم خنک سازی را انجام میدهند و در دو نوع فن محوری و سانتریفیوژ هستند.
- پکینگ ها
جهت ایجاد افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کننده از پکینگ ها استفاده می شود.المان های انتقال حرارت یا پکینگ جایی است که آب دوزی شده توسط 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 مساوی میشود. این المان‌ها سبب میشوند که آب در یک لایه نازک با حداکثر سطح جریان داشته باشد که این امر به افزایش میزان انتقال حرارت کمک میکند. در صورتی که جریان آب به صورت مناسب عمل کند استفاده از آب نرم درmakeup waterاین المان ها برای مدت ۱۰ تا ۱۵ سال ماندگاری دارند.
همه پیچ و مهره ها و واشر های استفاده در برج از جنس گالوانیزه گرم و یا از استنلس استیل و سایر تکیه گاه های فلزی دستگاه ها از جنس آهن گالوانیزه گرم و یا از استنلس استیل با ضخامت ۸۳ میکرون ساخته میشود.پارکینگ ها به صورت شبکه‌ای بوده و در دو نوع غشایی واسپلاش در برج خنک کن ها استفاده می شوند.
- حوضچه مخزن برج خنک کننده
در قسمت زیرین برج خنک کن قرار دارد که آب عبوری از المان‌های انتقال حرارت در آنجا جمع میشود و به وسیله فلنج ها و لوله های ارتباطی که به لوله کشی خارجی متصل است آب خنک شده را به سیستم انتقال می‌دهد.
- قطره گیر ها
تیغه های قطره ای برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آنها به محیط بیرون از برج خنک کن به کار میروند. آب گرم ورودی به وسیله 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 یا آلیاژهای آلومینیوم برج و یا برنز ساخته شده ، تقسیم می شود و از طریق بازوها که از جنس پی وی سی هستند ، با زاویه مناسب بر روی سطح المان‌های انتقال حرارت می ریزد بعداز گذشتن از آنها به انجام فرایند خنک کاری در حوضچه جمع‌آوری میشوند.
المان های قطره گیر وظیفه مهار کردن قطرات آب مکش شده توسط نیروی محرکه و بازگشت آن به چرخه خنک کاری را دارند.
- جنس ساختاری بدنه
برج خنک کننده بیشتر مواقع از سه جنس فلز ، بتن ، فایبرگلاس ساخته می شود.
مشکلات کولینگ تاور چیست؟
خوردگی قطعات داخلی برج، رشد جلبک‌ها و باکتری‌های بیولوژیکی و همچنین تشکیل رسوب در قسمت‌های مختلف برج عمده‌ترین مشکلات به وجود آمده برای یک برج خنک کن هستند که در دسته بندی های مختلف، عملکردهای متفاوت دیده شده است. در ادامه به توضیح مختصر دسته بندی نیز پرداخته ایم.
دسته‌بندی برج های خنک‌کننده به چند صورت انجام می‌گیرد.
بر اساس سیکل گردش آب، برج خنک کن را به دو دسته مدار باز و مدار بسته تقسیم میکنند.
در برج خنک‌کننده مدار باز، آب از طریق نازل‌ها بر روی سطوح خنک‌کننده توزیع میشود و در مجاورت با هوا خنک میشود.
در برج خنک‌کننده مدار بسته، آب از داخل کویل جریان پیدا میکند و هوا بر روی کویل دمیده میشود.
جهت افزایش راندمان در بعضی مواقع نیاز به پاشش آب بر روی سطح کویل نیز میباشد.
بزرگترین مزیت برج‌های مدار بسته کم بودن مصرف آب میباشد.
در مناطق خشک و کم‌آب، استفاده از برج خنک‌کننده مدار بسته، علی‌رغم سرمایه‌گذاری اولیه بیشتر، نسبت به برج خنک‌کننده مدار بسته ارجحیت دارد.
بر اساس شکل ظاهری، برج خنک‌کننده به دو شکل مخروطی یا گرد و مکعبی تقسیم میشوند.
در کولینگ تاورهای مخروطی توزیع آب توسط آب پخش کن یا اسپرینکلر صورت می‌گیرد.
در کولینگ تاور مکعبی، توزیع آب توسط نازل‌های ثابت انجام میشود.
با توجه به توزیع مناسب آب در برج‌های خنک‌کننده مکعبی، راندمان این نوع برج‌های خنک‌کننده بیشتر از برج‌های خنک‌کننده مخروطی میباشد. مشکل عمده برج‌های خنک‌کننده مخروطی، رسوب گرفتگی اسپرینکر میباشد که نیاز به تعمیرات و نگهداری بیشتری دارد.
جمع بندی نهایی:
برج خنک کننده یا برج خنک کن وسیله‌ای برای دفع حرارت زاید آب مورد استفاده در چگالنده به جو از طریق تبادل حرارتی با هوا است. برج خنک کن معمولاً با تبخیر آب، حرارت ایجاد شده در یک واحد شیمیایی را دفع کرده و سیال سرویس را تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می‌آورند؛ البته باید در نظر داشت در برخی از برج های خنک کن با چرخه بسته که به برج خنک کن خشک مشهور هستند، کاهش دمای سیال سرویس صرفاً تا دمایی نزدیک به دمای حباب خشک هوا امکان‌پذیر است. به عبارت ساده‌تر، برج خنک کننده سیستمی است که از آن به جهت خنک‌سازی آبی در فرایندهای سردسازی سیستمهای تهویه مطبوع، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و غیره استفاده می‌گردد.
عملکرد برج خنک کننده
گرمای جذب شده توسط مبرد در حال جوش در اواپراتور (مثلا چیلر) از طریق کمپرسور به عنوان گاز داغ به کندانسور پمپ می شود. سپس گاز مبرد داغ به طور غیر مستقیم و از طریق لوله های کندانسور ، با آب خنک پمپ شده از برج خنک کن تماس یافته و گرمای خود را به آن انتقال داده و تبدیل به مبرد مایع می شود. آب کندانسور اکنون حاوی گرمای جذب شده از ساختمان و مقداری گرمای فشرده سازی حاصل از چرخه فشرده سازی در کمپرسور است. سپس آب به برج خنک کن منتقل می شود. جایی که هوا از میان آب عبور می کند تا گرمای آن را جذب نماید تا عمل خنک کاری صورت گیرد.
- ۰۲/۰۳/۳۰