برج خنک کننده ( کولینگ تاور) چیست؟
در برج هاي خنک کننده آب در تماس با هوا قرار گرفته و در اثر از دست دادن گرمای نهان و طی فرآیند تبخیر دمای آن کاهش می یابد. به عبارت دیگر آبی که در فرآیندهاي متعدد دمای آن افزایش یافته خنک شده و مجددا به واحدها باز می گردد. اساس کار تمام برج های خنک کننده بر مبنای ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و هوای سرد و در نتیجه تبادل حرارتی بین این دو می باشد.
عموماً در برج خنک کننده آب گرم توسط لوله هایی به بالای برج منتقل شده و در آنجا یا به صورت طبیعی یا با آبفشان هایی به سمت پایین برج جریان می یابد که در طول این مسیر با توجه به نوع برج به شیوه های مختلف با جریان هوای سرد برخورد می کند. کولینگ تاورهای شرکت آب سازه داراي طبقه بندي و انواع مختلفی بوده که بر حسب کاربردشان در صنعت انتخاب می شوند اما شیوه عملکرد در همه آنها تقریبا مشابه هم می باشد.
چرا از برج خنک کننده استفاده می کنیم؟؟
برج خنک کننده صنعتی جز حیاتی بسیاری از سیستم های صنعتی است. که میتوان آن را در بسیاری از صنایع مانند فولاد، نیروگاه ها، مواد شیمیایی، پتروشیمی و بسیاری از شرکت های دیگر که خنک سازی فرایندی ضروری در آن است یافت. همچنین، پکینگ برج خنک کننده نیمه صنعتی یا تجاری، برای خنک کردن ساختمان های تجاری بزرگ مانند مدارس، بیمارستان، هتل و یا فرودگاه مورد استفاده قرار بگیرد.
پکینگ نت اسپلش صنعتی بزرگتر از یک سیستم HAVC است. و برای حذف گرما، از یک سیستم آب در گردش استفاده می کند. کولینگ تاور ها مورد استفاده نیروگاه ها، پالایشگاه نفت، کارخانه پتروشیمی، کارخانه فراوری گاز طبیعی، کارخانه های مواد غذایی و سایر تاسیسات صنعتی استفاده شود.
با توجه به افزایش جمعیت و پیشرفت صنایع گرمای بیشتری برای تولید محصولات بیشتر تولید می شود. پس ماشین آلات و تاسیسات باید به طور مداوم خنک شوند تا بتوانند بازده خود را در بالاترین حد ممکن نگه دارند. موثرترین، کم هزینه ترین، راه حل برای از بین بردن این گرمای اضافی نصب برج خنک کننده است.
طراحی و ساخت برج خنک کننده در آب سازه
از نظر ابعاد و اندازه، برج های خنک کننده در مدل های کوچک پشت بامی برای ساختمان های مسکونی تا سازه هایی غول پیکر و هذلولی شکل مانند برج خنک‌کن نیروگاه ها که ارتفاعشان در حدود دویست متر و قطرشان در حدود یک صد متر می باشد، وجود دارند. جهت ساخت کولینگ تاور از مواد مختلفی استفاده می شود که هر کدام دارای مزیت های خاصی هستند. انواع برج ها از نظر جنس بدنه به برج کولینگ تاور بتنی (سایز بزرگ)، برج کولینگ تاور فلزی و یا گالوانیزه و تقسیم بندی می شوند.
انواع کولینگ تاور (فایبرگلاس – فلزی)
کولینگ تاور فایبرگلاس (برج خنک کننده فایبرگلاس)
یکی از انواع برج های خنک کننده، برج خنک کننده فایبرگلاس می باشد. در این برج جنس بدنه، مخزن و تجهیزات از فایبرگلاس یا کامپوزیت می باشد. در صنایع متوسط تا کوچک استفاده از برج خنک کننده فایبرگلاس بسیار رواج یافته است. مقاومت بالای آن بدنه آن در برابر رطوبت و نور خورشید باعث شده که محبوبیت زیادی در بین صنایع پیدا کند.
مزایای برج خنک کننده فایبرگلاس
- مقاومت در برابر نفوذ گرمای نور خورشید
- مقاومت در برابر پوسیدگی و آفتاب سوختگی
- رسوب زایی بسیار پایین
- سبک و قابل حمل بودن برج خنک کننده فایبرگلاس نسبت به سایر برج های خنک کننده
- قیمت اقتصادی و مقرون به صرفه
- طول عمر بالاتر نسبت به برج خنک کننده فلزی
- بالا بودن سرعت ساخت
- مقاومت بالا در برابر رشد باکتری ها و جلبک ها
- قابلیت طراحی به صورت موازی برای ظرفیت های بالا
کولینگ تاور فلزی، گالوانیزه یا استیل
برج خنک کننده استیل نوع دیگر از برج های خنک کننده می باشد که در آ« جنس بدنه و متریال به کار رفته استیل می باشد. این برج ها برای صنایع کوچک تر از نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند. این کولینگ تاور هم قابلیت طراحی به صورت جریان متقاطع و هم به صورت جریان مخالف را دارد. بنابراین از لحاظ نوع طراحی دارای تنوع است.
در ساخت برج خنک کننده فلزی هم از استیل گالوانیزه و هم از استیل ضد زنگ می توان استفاده کرد. مقاومت استیل ضد زنگ در برابر رطوبت، خوردگی و زنگ زدگی بسیار بیشتر است اما هزینه های ساخت آن نیز بالاتر است. به همین دلیل تولید کنندگان برج خنک کننده فلزی در ساخت آن ها از ترکیبی از استیل ضد زنگ برای نقاطی که بیشتر با آب سر و کار دارند(حوضچه برج) و استیل گالوانیزه برای محل هایی که کم تر با آب در تماس است (اسکلت برج) استفاده می شود.
دلایل رد سیستم کولینگ تاور فلزی یا گالوانیزه در صنعت
برج خنک کننده فلزی طول عمر کمتری نسبت به فایبرگلاس و بتنی دارد. و میانگین طول عمر آن 20 سال است. از بزرگترین معایب آن زنگ زدگی و خوردگی است که به دلیل در تماس بودن طولانی بودن مدت با آب در سازه های فلزی رخ می دهد.
برج خنک کننده چگونه کار می کند؟
برج های خنک کننده براساس مسیر جریان هوا، نحوه ساخت و روش انتقال حرارت تقسیم بندی می شوند. برج های خنک کننده به لحاظ نوع تماس آب و هوا به سه گروه برج خنک کننده مدار باز (تر) و برج خنک کننده مدار بسته (خشک) و برج خنک کننده تر-خشک تقسیم میشوند. همچنین برج ها براساس حرکت جریان هوا به انواع مکش طبیعی و مکش مکانیکی دسته بندی میشوند.
دسته بندی برج خنک کننده
برج خنک کننده جریان مخالف یا کانتر فلو
در برج خنک کننده با جریان مخالف، هوا به سمت بالا و در جهت مخالف آب گرم به سمت پایین حرکت می کند. این جهت جریان حداکثر بازدهی را تولید می کند. همچنین پمپ ها کم ترین هد لازم را تولید می کنند. برج خنک کن با جریان مخالف مقاومت بییشتری در برابر یخ زدگی دارد و در دراز مدت مصرف انرژی کم تری دارد.
برج خنک کننده جریان متقاطع یا کراس فلو
در برج خنک کننده با جریان متقاطع یا کراس فلو هوا به صورت افقی از میان سازه برج به یک منطقه باز جریان می یابد. آب گرم نیز در همین حال به سمت پایین جریان می یابد. با این وجود باید فن ها و الکتروموتور ها کاملا ضد آب باشند تا منجر به یخ زدگی آن ها نشود.
برج خنک کننده جریان طبیعی
برج خنک کننده با جریان طبیعی معمولا در نیروگاه ها و صنایع بزرگ که از آب بدون محدودیت استفاده می کنند نصب می شود. حرکت رو به بالای هوای گرم که در نهایت وارد جو می شود یاعث می شود تا گرمای اضافی از سیستم حذف شود.
برج خنک کننده جریان مکانیکی
در برج خنک کننده با جریان هوای مکانیکی، یک فن که هوا را در داخل برج به گردش در می آورد نقش اصلی خنک کنندگی را بر عهده دارد. در این برج ها می توان از فن های پروانه ای و یا گریز از مرکز (سانتریفیوژ) استفاده کرد. برج های جریان مکانیکی بازده بیشتری نسبت به برج خنک کننده با جریان طبیعی دارند اما انرژی بیشتری مصرف می کنند و بنابراین هزینه عملیاتی آن ها بالاتر است.
برج خنک کننده مدار باز (مرطوب و تر)
تقریباً بیش از 90 % برج های خنک کننده از نوع برج های تر (wet cooling tower) می باشند، که خود به دو گروه جریان متقابل و جریان متقاطع تقسیم می گردند. در سال های اخیر، بعلت حجم کمتر و راندمان بهتر برج های خنک کننده از نوع جریان متقابل، مقبولیت بیشتری پیدا کرده است.
کولینگ تاور مرطوب حرارت تلف شده به وسیله دستگاه را به وسیله مکانیزم های زیر به محیط می دهند:
- افزایش حرارت هوای اطراف
- تبخیر بخشی ازآب در حال گردش در سیستم
- افزایش دمای مخزن طبیعی آب جمع آوری سرد شده
مکانیزم عملکرد کولینگ تاور مدارباز (عملکرد برج خنک کننده مدارباز)
در برج های خنک کن مدار باز آب توسط یک پمپ به بالای برج خنک کن انتقال می یابد و سپس توسط نازل ها بر روی سطوح خنک کننده به صورت قطره پاشیده می شود. هوای بیرونی از طریق آکنه هایی که بصورت میله های افقی در اطراف برج قرار دارند وارد می شوند. آب در حین جریان به پایین، در تماس با هوای بالای آن که به سمت بالای برج مکیده می شود، گرمایش را از دست می دهد و آب حدود10 تا 20 درجه خنک می شود. بخشی از آب تبخیر می شود وگاهی اوقات بخار آب روی برج های خنک کننده مشاهده می شود.
برای ایجاد جریان رو به بالا، برخی از برج های خنک کننده حاوی تیغه هایی مشابه پره های تهویه است. این تیغه ها باعث ایجاد جریان هوا به سمت بالای برج خنک کننده می شوند. آب به یک حوض می ریزد و از آنجا به فرآیند تولید باز می گردد. کولینگ تاور مرطوب بصورت برج های خنک کننده با کشش طبیعی و برج های خنک کننده با کشش مکانیکی دسته بندی می شوند.
برج خنک کن مدار بسته (خشک)
در مواقع عدم وجود آب کافی برای برج خنک کن و جلوگیری از اتلاف آب بر اثر فرآیند تبخیر، می توان از برج های خنک کننده مدار بسته (خشک) بهره برد. در کولینگ تاور مدار بسته، آب با هوای بیرون در تماس نیست. آب درون یک کویل حرکت می کند و در اثر تماس هوا با سطح خارجی کویل، گرما از کویل و در نتیجه از آب جذب می شود و از طریق هوا به محیط اطراف منتقل می شود.
در این نوع سیستم به دلیل عدم تماس مستقیم آب و هوا، آلودگی ناشی از آلاینده های هوا و میکروارگانیسم ها در آب کولینگ تاور ناچیز است. همچنین، میکروارگانیسم های موجود در آب برج خنک کننده نمی توانند وارد هوای خارج شوند. هنگامی که کولینگ تاور به صورت مدار باز است، آب در مجاورت با هوا قرار می گیرد که ممکن است در اثر این تماس آلودگی رخ دهد.
مزایای کولینگ تاور مدار بسته
به دلیل در تماس نبودن آب با هوا آلاینده های موجود در هوا وارد آب نمی شوند. به این ترتیب نیازی به انجام فرایند های فیلتراسیون و تصفیه آب در کولینگ تاور مدار بسته نمی باشد.
به دلیل بسته بودن مدار جریان آب و عدم تبخیر آب درون لوله ها حجم آب در طی فرایند خنک سازی کم نشده و نیازی به تزریق آب اضافی نیست.
در تماس نبودن آب با هوا و پکینگ مدیا باعث می شود تا مشکل رسوب گرفتگی که از مشکلات اساسی برج خنک کن مدار باز است در برج مدار بسته دیده نشود.
از بارزترین مزایای برج خنک کننده مداربسته کارکرد پایدار آن است. به دلیل عدم رسوب گرفتگی، کولینگ تاور می تواند در مدت زمان طولانی با راندمان بالا کار کند. بنابراین در سیستم هایی که نیازمند فعالیت طولانی مدت هستند استفاده از برج خنک کننده مدار بسته کاربردی تر است.
ویژگیهای کولینگ تاور خشک
- هزینه سرمایه گذاری اولیه به دلیل استفاده از کویل های حرارتی و پمپ های بیشتر در برج خنک کننده مدار بسته بالا است.
- به دلیل عدم تشکیل رسوب هزینه های نگهداری و بهره بردای آن کم تر است.
- طول عمر بسیار بیشتر از برج خنک کن مدار باز می باشد.
- برج خنک کننده مدار بسته بر خلاف مدار باز می تواند در رطوبت های بالا نیز به خوبی فعالیت کند. هم چنین در محل هایی که با محدودیت مکانی مواجهند قابل نصب می باشند.
نحوه عملکرد برج خنک کننده مدار بسته (مکانیزم برج خنک کننده مداربسته)
در برج خنک کننده مدار بسته آب وارد کویل های حرارتی می شود و طی یک مسیر مارپیچ از بالا به پایین حرکت کرده و در طی مسیر خود خنک می شود. هوا نیز همانند برج خنک کن مدار باز از پایین وارد شده و با کویل در تماس است و آن را خنک می کند. همچنین آب بر روی لوله های گرم ریخته شده و موجب تبخیر آب و خنک شدن لوله ها می شود. به این ترتیب آب گرم خنک می شود