برج خنک کننده

برج خنک کننده

برج خنک کننده چیست؟

نوعی مبدل حرارتی است که در آن در اثر برقراری تماس بین آب گرم و هوای خنک باعث پایین آمدن دمای آب گرم می شود. اگر به یکی از پالایشگاه های موجود در ایران رفته باشید و یا تصاویر آن ها را دیده باشید، مطمئنا اولین چیزی که از دوردست ها هم کاملا مشخص و واضح است، این تجهیز می باشد. دلیل این موضوع هم بزرگ سایز بودن این تجهیز می باشد.
برج های خنک کن در اندازه های مختلف برای دفع حرارت از یک تا چند هزار تن تبرید ساخته می شوند. برج های بزرگ برای کاربردهای معین ساخته می شوند و معمولا از چندین سلول تشکیل می گردند که هر یک اجزاء خاص خود را دارند. برجهای خنک کن معمولا به سه دسته تقسیم میشوند:
• برج های آتمسفریک
• برج های با جریان هوای فشاری
• برج های با جریان هوای کششی

  1. برج های خنک کن اتمسفریک فاقد بادبزن بوده و معمولا فقط در اندازه های کوچک ساخته می شوند.
  2. برج خنک کن با جریان هوای فشاری دارای بادزنی است که هوا را با فشار از میان ذرات آب پودر شده و در حال ریزش، عبور میدهد .
  3. برج خنک کن با جریان هوای کششی دارای بادزنی است که هوا را از میان ذرات آب در حال ریزش به سمت بادزن می کشد .
    بازده برج خنک کن به تأثیر تماس آب و هوا بستگی دارد و هر چه سطح تماس گسترده تر باشد، بازده برج بیشتر خواهد بود.
    در انتخاب محل نصب برج خنک کن باید در نظر داشت که حجم بزرگی از هوا در برج جریان مییابد. سروصدای دستگاه زیاد بوده و وزن آن هنگام کار قابل توجه است. همچنین باید برای جابه جایی حجم بزرگ هوای خارج، فضای لازم در اطراف برج خنک کننده منظور شود. برجهای خنک کن با جریان هوای فشاری و کششی مجموعه ای هستند از اجزاء متعدد شامل بادزن، افشاننده ها (Sprays)، موتور بادزن، محرّک و راه انداز (Starter).
    این سیستم به 2 دلیل مهم بسیار پر استفاده است:
    • کم هزینه ترین سیستم خنک کننده با آب است.
    • میزان هدر رفت آب گرم در آن بسیار کم است.
    محل نصب
    برج خنک کن را اگر در فضای باز با جریان هوای آزاد قرار داد در حصول یک بازده مناسب از برج مشکلی وجود نخواهد داشت. اما چنانچه قرار باشد برج در داخل ساختمان و محصور بین دیوارها نصب شود، موارد زیر باید مورد توجه قرار گیرند:
  4. فضای کافی و بدون مانع مزاحم در اطراف برج وجود داشته باشد تا هوای لازم به برج برسد.
  5. هوای گرم و مرطوب خروجی از برج باید به گونه ای تخلیه شود که امکان بازگشت و گردش مجدد آن به برج وجود نداشته باشد. گردش مجدد چنین هوایی در برج دمای مرطوب هوای ورودی به برج را مداوماً افزایش داده سبب فزونی دمای آب گرم ورودی و آب سرد خروجی از برج می شود و چنانچه برج در فصل سرد نیز کار کند. می تواند باعث یخ زدن مدخل هوا به برج گردد. امکان گردش مجدد هوا در برج بویژه زمانی باید مورد توجه واقع شود که قرار باشد چندین برج در مجاورت هم قرار گیرند. تعیین محل نصب برج خنک کن به عوامل دیگری نیز بستگی دارد، از قبیل : استحکام محل نصب و تجهیزات اضافی برای تقویت آن، مقررات و کدهای محلی، هزینه فراهم کردن تجهیزات جانبی برای برج و مسائل مربوط به معماری ساختمان. ملاحظاتی مثل سطح صدای تولیدی توسط برج، رطوبت هوا و میزان رانش ذرات آب به بیرون توسط هوای جریانی نیز در انتخاب صحیح محل نصب برج در مرحله طراحی پروژه دخيل می باشند.
    اجزاء مهم برج خنک کن‌ها عبارتند از:
    لوله کشی
    سیستم لوله کشی برج خنک کن باید به گونه ای طرح شود که امکان انبساط و انقباض و انعطاف لوله های رابط بین اجزاء سیستم تا حد معینی فراهم باشد. چنانچه برج بیش از یک اتصال ورودی داشته باشد، باید جهت متعادل کردن جریان آب به هر یک از سلولهای برج، شیرهای متعادل کننده نصب شوند. چنانچه لازم آید که یکی از سلولهای برج برای تعمیر از مدار خارج شود باید از شیرهای مسدود کننده استفاده نمود. اگر دو یا چند برج خنک کن با هم موازی شوند، جهت کنترل عدم تعادل احتمالی سیستم لوله کشی (به و از) برج خنک کن ها و کنترل تغییرات شدت جریان ناشی از گرفتگی صافیها و اریفیسها، باید یک خط لوله متعادل کننده بین تشت برج ها نصب گردد. به منظور ممانعت از سر ریز کردن آب از برج هنگام توقف کار و اطمینان از کار رضایتبخش پمپ در زمان شروع فعالیت سیستم، تمامی مبدلهای حرارتی (و سیستم لوله کشی برج تا حد امکان) باید پایین تر ازسطح آب برج (در هنگام کار) قرار گیرند. اندازه تشت برج طوری تعیین می شود که حجم درستی از آب را در حین فعالیت سیستم در خود جای دهد چندان که مانع از مکیده شدن هوا توسط خود مکش پمپ گردد. برای تشت برج یک حجم اضافی بین سطح عملیاتی برج و سطح سرریز منظور می گردد تا موقع راه اندازی سیستم، رایزر و شبکه لوله کشی برج را از آب پر نموده و کاستی های آب برج را تامین نماید.

کنترل ظرفیت

بیشتر برج های خنک کن در معرض تغییرات قابل توجه دمای مرطوب هوا و بار در طول فصل گرم می باشند. بدین لحاظ ممکن است جهت ابقاء شرایط تجویز شده برای کارکرد مطلوب برج، بعضی روش های کنترل ظرفیت به کار گرفته شوند.
ساده ترین روش کنترل ظرفیت برج های خنک کن، تغییر سرعت بادزن است که اغلب در مورد برجهای چند سلولی یا تأسیساتی با چندین برج خنک کن به کار می رود. در آب و هوای غیر سرد که کنترل دقیق دمای آب خروجی از برج ضروری نیست، تغییر سرعت بادزن روش اقتصادی برای کنترل ظرفیت برج است. اما برای اجتناب از سوختن موتور در اثر تغییر مداوم و بیش از حد سرعت باید دقت خاصی مبذول گردد. با موتورهای دو سرعته می توان کنترل ظرفیت برج را در دو مرحله صورت داد که این بویژه در مورد برج های با یک موتور بادزن کاربرد دارد. با استفاده از موتورهای دو سرعته در مصرف انرژی نیز صرفه جویی خواهد شد. استفاده از دمپرهای تنظیم کننده در دهانه ی خروجی بادزن های سانتریفوژ سابقه ای طولانی دارد. در بسیاری از موارد این دمپر همراه با موتورهای دو سرعته به کار می رود. وسایل پیشرفته کنترل فرکانس امکان تغییرات چند گانه سرعت موتور را فراهم آورده است، کنترل محدود ظرفیت و انرژی مصرفی را تضمین می کنند، همان کاری که در بادزن های جدید با تغییر خودکار فواصل پره ها صورت می گیرد. تغییر ترتیب پمپاژ آب به برج با استفاده از یک سری پمپ با موتور معمولی یا دو سرعته یکی دیگر از راه های کنترل ظرفیت و صرفه جویی در مصرف انرژی است.
بای پاس یا میان بر کردن آب نیز از دیگر راه های کنترل ظرفیت برج است که تنها با مشورت کارخانه سازنده برج قابل اجراست. این امر بویژه بدان جهت اهمیت دارد که تحت شرایط محیطی پایین، کاهش جریان آب می تواند باعث یخ زدگی در داخل برج شود.

فن برج خنک‌کننده

فن‌ها نقش مهمی در خنکسازی دارند و از نوع فن محوری یا سانتریفیوژ می‌باشند.
فن‌های مورد استفاده در برج‌های خنک‌کننده، از لحاظ فرم هندسی و نحوه تولید به صورت کلی به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند.

  1. فن ضربی برج خنک‌کننده:
    این فن‌ها با قطر بین ۰٫۵ تا ۱٫۲ متر در حالت کلی از ورقه فولادی ساخته شده و توسط قالب پرس تولید می‌گردند. این نوع فن برج خنک کن در صورتی که از تولیدکنندگان معتبر خریداری شود از لحاظ قیمت و کیفیت در بازه مناسبی قرار دارد. باید در نظر داشت با توجه به جنس فن و روش تولید، این نوع فن در قطر بیش از ۱ متر دچار لرزش خواهد شد و به همین دلیل دارای محدودیت ابعاد است.
  2. فن پروفیل ایر فویل کولینگ تاور:
    همانگونه که از نامشان پیداست این فن‌ها دارای پروفیل ایرفویل می‌باشند و در طول فن، فرم پروفیل و ابعاد هندسی آن ثابت است (به جز بخش انتهایی که در آن قسمتی از یال، بریده شده‌است). جنس این نوع فن برج خنک کن عمدتاً از پروفیل آلومینیوم است که با روش اکسترود و پولترود تولید می‌شود. دلیل استفاده از آلومینیوم در پره فن برج خنک کن، استحکام مناسب نسبت به وزن کم، دمپ کردن ارتعاش و مقاومت بالا در مقابل خوردگی است. بازه ابعادی معمول فن آلومینیوم برج خنک کن از قطر ۰٫۸ متر تا ۳ متر می‌باشد. این فن‌ها دارای قیمت کمتری نسبت به فن‌های کامپوزیتی (نوع سوم فن محوری) هستند لیکن معایب خاص خود را نیز دارند.
    3.فن پروفیل ایر فویل با فرم پروفیل متغیر (فن کامپوزیت برج خنک کن):
    فن کامپوزیت فایبر گلاس برج خنک کن که سابقه تولید آن از دو نوع قبلی کمتر است علاوه بر دارا بودن پروفیل ایرفویل، به دلیل چرخش پروفیل در شعاع فن و تغییر زاویه حمله، دبی یکنواخت تری نسبت به دو نوع قبلی دارد، و به همین دلیل سرعت خطی لبه این نوع فن تا ۶۰ متر بر ثانیه قابل قبول می‌باشد.
    از مهم‌ترین مزایای فن فایبر گلاس پروفیل ایرفویل برج خنک‌کننده، می‌توان به مصرف انرژی و وزن کمتر آن نسبت به نمونه‌های دیگر، صدای تولیدی کمتر و میزان هوادهی بیشتر اشاره کرد.
    پکینگ یا مدیا
    برای افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کن از پکینگ‌ها استفاده می‌گردد که با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب، در خنکسازی جریان آب نقش مؤثری دارند. پکینگ‌ها به صورت شبکه‌ای بوده و در دو نوع غشایی(Film Packing) و اسپلش (Splash Packing)در برج خنک کن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
    حوضچه یا باسین
    در قسمت زیرین برج خنک کن قرار دارد و آب خنک شده در آن جمع‌آوری شده و به سمت سیستم‌های سردسازی هدایت می‌شود.
    قطره گیرها
    تیغه‌های قطره گیر برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آن‌ها به محیط بیرون از برج خنک کن بکار می‌روند.
    جنس ساختاری
    برج خنک کن‌ها معمولاً به سه صورت فلزی، فایبر گلاسی و بتنی ساخته می‌شوند.
    سیستم گردش باز آب در برج خنک کن
    برج خنک کن هایی را که قرار است در دمای زیر صفر کار کنند می توان با استفاده از یک روش مناسب کنترل ظرفیت، با شرایط زمستانی تطبیق داد. این کنترل ظرفیت، دمای آب خروجی از برج را بالاتر از نقطه انجماد نگه می دارد. مضافا در طی فصل سرد باید منظما بازرسی عینی از برج خنک کن صورت گیرد تا از کارکرد صحیح کنترل ها اطمینان حاصل شود.
    در برج خنک کن هایی که دارای بادزن های با پره های القایی مکشی هستند ممکن است جهت چرخش بادزن متناوبا معکوس شود تا سطوح مدخل هوا به برج، یخ زدایی شوند. برای به حداقل رساندن امکان یخ زدگی در برج های با بادزن مکشی سانتریفوژ، باید از دمپرهای کنترل ظرفیت استفاده شود.
    گردش بسته آب
    در این سیستم باید به حفاظت از مایع داخل مبدل حرارتی توجه خاصی مبذول گردد. چنانچه اشکالی از نظر طراحی سیستم وجود نداشته باشد، استفاده از مایع ضد یخ بهترین نوع حفاظت است. در صورتی که این ممکن نباشد، باید سیستم را طوری طرح کرد که مبدل حرارتی به نحوی گرم شود. در مورد مقدار این گرمای ورودی به سیستم باید با کارخانه سازنده مشورت شود. تمام سیستم لوله کشی (به و از) دستگاه خنک کننده باید کاملا عایق کاری شود. ضمنا باید یک سیستم تخلیه اضطراری برای مواقعی که در سرمای زیر صفر به هر دلیل برق دستگاه قطع می شود منظور نمود.
    محاسبات و طراحی برج خنک کننده
    پارامتر مهم در طراحی برج خنک کننده :
    دمای حباب مرطوب (Wet Bulb Temperature)
    پایین ترین دمایی است که با تبخیر آب در هوا می توان آن را خنک کرد، این حالت زمانی اتفاق می افتد که هوا به حالت 10درصد اشباع از رطوبت 0 برسد. در برج های خنک کننده، این پارامتر بیانگر یک حالت تعادلی است. در واقع دانستن این دما در یک محیط جغرافیایی به ما می گوید که با استفاده از این مکانیزم خنک سازی، در نهایت به این مقدار دما می توان رسید.
    دبی آب
    طبیعی است که هرچه مقدار آبی که می خواهیم خنک کنیم بیشتر باشد، باید از برج بزرگتری برای این کار استفاده کنیم.
    دمای Approach
    عبارت است از اختلاف دمای هوای خروجی و دمای حباب مرطوب که هرچه کمتر باشد، ظرفیت بالاتری از برج های خنک کننده نیاز است. چون کم بودن این پارامتر بیانگر نزدیکتر شدن به دمای حباب مرطوب است.
    دمای Range
    به اختلاف دمای هوای ورودی و خروجی می گویند. هرچه میزان Range این پارامتر بیشتر باشد طبیعی است که به برج بزرگتری نیاز داریم.
    آب جبرانی در برج خنک کننده (Make Up)
    در برج خنک کننده فرآیند از طریق تبخیر مقداری آب صورت می گیرد. هم چنین مقداری آب نیز توسط هوا به بیرون می رود که به این پدیده همراه بری آب می گویند. از این رو مقدار مواد معدنی در آب به تدریج و با گذشت زمان افزایش می یابد، که این موضوع پدیده نامطلوبی است. برای حل این مشکل همواره مقداری آب تحت عنوان آب جبرانی به برج وارد می شود. که دبی این جریان از نوشتن موازنه جرم Make Up برای آب موجود در برج به سادگی به دست می آید.

شما می توانید تمامی تجهیزات ذکر شده در این مقاله را از طریق وبسایت شرکت تهویه و تبرید کاسپین خریداری کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *