برج خنک کننده

 انواع برج خنک کننده

دراکثر کارخانجات کوچک و بزرگ  و در ساختمانهای مسکونی و تجاری بزرگ یکی از مهمترین و اساسی ترین دستگاه های موجود برج خنک کننده می باشد. برجهای خنک کننده علاوه بر آب به منظور خنک کردن سیالاتی دیگر در تهویه مطبوع و صنعت  مورد استفاده قرار می گیرند. برای ساخت برج تکنولوژی بالایی نیاز نیست همانطور که درکشور عزیزمان  در حال حاضر ساخت این برجها در حد وسیعی توسط بسیاری از کارخانجات و کارگاه های کوچکانجام می شود . برجهای خنک کننده با توجه به شرایط فیزیکی و شیمیایی خاص خود دچار مشکلاتی و معایبی می گردند ولی معمولاٌ مدت  زمانی که لازم است تا این مشکلات برج را از کار بیاندازد طولانی است.،اما پیشگیری  کامل از این مشکلات در سیستم های تبخیری مانند کولینگ تاور ها عملاٌ اجتناب ناپذیر است. برج خنک کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا ،تبخیر آب را شدت بخشیده و به دلیل گرماگیر بودن فرایند تبخیر ،باعث خنک شدن سریع آب  سیستم کولینگ می گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد، در حالی که مقدار کمی آب تبخیر می شود و باعث خنک شدن آب می شود. باید توجه داشت آب مقداری از گرمای خود را به طریق تشعشع ،هدایتی وجابجایی و بقیه حرارت را  از راه تبخیر از دست می‌دهد. بیشتر سیستم های کولینگ تاور از یک مدار بسته تشکیل شده اند که آب در این دستگاهها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد، یعنی گرمای  بوجود آمده توسط ماشین و یا هر فرایند مد نظر در صنعت مانند تزریق پلاستیک ،جذب و از دستگاه دور می سازد. این کار باعث ادامه کار یکنواخت و پایداری دستگاه می شود. در دستگاههایی که به دلایلی مجبوریم آب را بگردش در آوریم و یا به کار ببریم باید بنحوی گرمای آب را دفع کرد. با بکار بردن برجهای خنک کننده این کار انجام می گیرد. در تمام کارخانه ها تعداد زیادی دستگاههای تبدیل حرارتی (heat exchanger) وجود دارد که دراغلب آنها آب عامل سرد کنندگی است.

به دلایل زیر متداول ترین مبرد  در صنایع آب است

1. معمولا زیاد وارزان در دسترس می باشد.

2. به آسانی آب را می توان مورد استفاده قرار داد

3. قدرت سرد کنندگی آب نسبت به اکثر lمایعات در حجم برابر بیشتر است

4. به غیر از فرایند انجماد ،انبساط و انقباض کلی در آب با تفاوت دما اندک است

هر چند که آب برای انتقال گرما بسیار مناسب است ، اما استفاده از آن باعث بوجود آمدن مشکلاتی نیز می شود.

آب با سختی زیاد باعث رسوب سازی در دستگاهها شده و همچنین از آنجایی که بیشتر این دستگاهها از آلیاژ آهن  و یا سایر فلزات ارزان و متداول ساخته شده اند مشکل خوردگی فلزی  بوجود می اید. از طرف دیگر بیشتر برجهای خنک کننده در بر خورد مستقیم با هوا و نور خورشید و اشعه یو وی می باشند که طبیعتامحیط مناسبی برای رشد باکتریها و میکرو ارگانیسم ها ماندد انواع جلبک  نیز می باشد که آنها نیز مشکلاتی به همراه داشته و خوردگی و انسداد بیو لوژیک را موجب می گردند وارد شدن گرد و خاک  و غبار به داخل برج نیزایجاد اشکال مضاعف در روند کارکرد برج خنک کننده می نماید.ضمن آنکه در سیستم های تبخیری میزان گاز های محلول در آب به ویژه اکسیژن و گاز کربنیک افزایش قابل ملاحظه ای داشته که به نوبه خود خوردگی و انسداد بیولوژیک با جلبک و باکتری های هوازی را موجب می شود . در کل این مشکلات باعث می شود که بازدهی برج خنک کننده کاهش یافته و در نتیجه از نظر اقتصادی مخارج بالاتری را به کاربر تحمیل کند .

عموماً برجهای خنک کننده (cooling tower) به سه گروه تقسیم می شوند:

1. برجهای خنک کننده مرطوب

2. برجهای خنک کننده مرطوب- خشک

3. برجهای خنک کننده خشک

در برجهای خنک کننده مرطوب، آب نقش اصلی و اساسی را داشته و هدف نیز همان خنک کردن آب است. این نوع دستگاهها که خود به چند گروه و دسته تقسیم می شوند در صنعت دارای کاربرد فراوانی است.

از یرجهای خنک کننده خشک بیشتر در مکانهای که آب کافی برای خنک کردن برج وجود ندارد استفاده می شود. عمل خنک کردن آب را نیز میتوان از برجهای سینی دار بصورت مرحله ای انجام داد.ولی عملاً بعلت وجود هزینه های زیاد ساخت ،نگهداری و کنترل سیستم این روش ، معمول نمی باشد.

برای انجام عملیات خنک سازی آب می توان از برجهای آکنده و سینی دار استفاده نمود.با وجود این در مواردی که فازهای مورد نظر آب و هوا با شند بعلت فراوانی و ارزان بودن فازهای فوق بدلایلی که در بالا اشاره شد از دستگاههای دیگری استفاده می گردد که ساختن و نگهداری آنها مستلزم هزینه های زیادی نمی باشد. از این جهت بیشتر دستگاههایی که در مقیاس صنعتی بکار می رود ساختمان و خصوصیات بسیار عمده ای  را دارا است که اینک به انواع مختلف این دستگاهها اشاره می شود.

 

کولینگ تاور :

برج خنک کن، دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیعی در تماس آب با هوا ، عمل تبخیر را آسان نموده و در نتیجه باعث خنک شدن سریع آب می گردد.

عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد در حالی که مقدار کمی آب بخار می شود و سبب خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت که آب مقدار اندکی از گرمای خود را از طریق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدایت و جابجائی و بقیه را از راه تبخیر از دست می‌دهد.

اختلاف فشار بخار آب بین سطح آب و هوا باعث تبخیر می شود.این اختلاف بستگی به دمای آب و میزان اشباع هوا از آب دارد.

 

مقدار گرمای که بوسیله مایعی جذب یا دفع می شود از رابطه زیر بدست می اید :

E=W×S×ΔT

در رابطه بالا:

E :گرمای دفع یا جذب شده بر حسب BTU/hr یا CAL/hr

W :دبی مایع خنک شونده بر حسب lb/hr

S : گرمای ویژه مایع خنک کننده بر حسب lb.f/ Btu

ΔT :کاهش دمای مایع خنک شونده بر حسب f

 

در حالیکه عمل خنک شدن از طریق تبخیر انجام می گیرد گر مای نهان تبخیر از دست داده شده باید به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرمای نهان تبخیر در دبی .

مقدار تبخیر بستگی دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنین شدت جریان هوا دارد. برای اینکه حداکثر بهره برداری که در طرح آن بکار رفته است رعایت شود در برجهای خنک کننده که آکنده های آن از نوع splash packing می باشد آب به صورت قطره های در سطوح برج پخش می شود تا سطح وسیعی بوجود اید البته برای این منظور می توان از آکنه هایا پکینگ های نوع film packing نیز استفاده کرد. جریان هوا در برج به صورت کشش طبیعی با استفاده از دودکش های هذ لولی شکل یا کشش مکانیکی بوسیله بادبزنهای مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و یا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جریان می افتد .

سیستم برج خک کننده:

در سیستم برج خنک کننده آب گرم کندانسورو یا آب مورد نظرجهت خنک شدن، از برج خنک کننده عبور می کند و با هوا تماس می یابد. در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی ،پوسته خارجی برج از بتن مسلح ساخته شده ودر روی پایه ها تکیه دارد . هوا از قسمت پائین وارد برج خنک کننده می شود و به طرف بالا جریان می یابد و از دهانه بالای برج خارج می گردد. انواع دیگری از برجهای خنک کننده که از چوب و سایر مصالح ساخته می شود نیز وجود دارد.در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا شکل برج طوری طراحی می شود که جریان سریع هوا در داخل برج بوجود اید. آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سیستم پخش کننده آب وارد می شود . در برجهای قدیمی تر صفحه ای که آب خروجی از کندانسور به آن ریخته می شود دارای سوراخهای منظمی در قسمت پائین است که آب از داخل این سوراخها به فنجانهای زیرین می ریزد. این فنجانها باعث پاشش آب و تبدیل آنها به قطرات کوچک می شوند. یک سیستم خیلی جدید برای پخش آب در برج خنک کننده بکار بردن لوله هایی است که در سطح بالای آن شیپوره ها یا ارفیس هایی  برای پاشش آب تعبیه شده است.

تبادل حرارت بین هوای بالارونده از برج و آبی که از برج سرازیر است با تغییر حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بین آب و هوا انجام می شود. سهم این قسمت از تبادل حرارتی خیلی کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخیر مقدار کمی آب که پیوسته همراه هوا می باشد،انجام می شود. در اثر این عمل مقدار زیادی گرما از آب سرازیر شده در برج خنک کننده ( بستگی به مقدار آبی که تبخیر شده است) به هوا منتقل می گردد(Evaporating loss). ضمناً مقداری از قطرات آب بوسیله هوا به خارج از برج پراکنده می شود(Windage loss). برای جلوگیری از خروج قطرات آب یک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد که به آن قطره گیر یا الیمیناتور(Drift Eliminator) می گویند. کمبود آب تبخیر شده در سیستم برج خنک کننده باید از منبع خارجی جبران شود که به آن ،آب تکمیلی یا آب جبرانی (Makeup) گویند . برای این منظور در صورت امکان از نزدیکترین منبع آب شیرین در دسترس مانند آب رودخانه،چاه،آب شهر ویا آب سختی گیری شده استفاده می شودو یا فاضلابها را تا حد امکان صاف و تصفیه کرده و جایگزین منابع آب شیرین کرد هنگامیکه از نظر فضای ساختمان برج خنک کننده محدودیتی وجود داشته باشد ظرفیت برج خنک کننده راتا حد امکان با استفاده از بلوورهای  مخصوص و بزرگی اضافه می نمایند. این بادبزنها مقدار عبورهوای  خنک کننده در داخل برج را به شدت افزایش می دهند 

برج خنک کننده :

برج خنک کننده دستگاهی که با ایجاد شرایطی به منظور تماس آب و هوا و سهولت در تبخیر باعث خنک شدن آب در مدت زمان کوتاه می شود. در واقع فرآیند خنک سازی برج خنک کننده نوعی متفاوت از مبدل حرارتی می باشد.

فرآیند خنک سازی که در برج خنک کن ها رخ می دهد بر اساس اصول ترمودینامیکی است که انتقال حرارت از گرما به سرما در جریان است. در اصل عملکرد برج خنک کننده این است که از طریق فرآیند تبخیر، حرارت سیستم را کاهش می دهد و در نتیجه آب سرد دوباره به سیستم باز می گردد. به زبانی ساده تر اهمیت برج خنک کننده در سیستم سرمایش به اینگونه است، آبی که توسط تجهیزات و فرآیندهای صنعتی گرم می شود( آب ورودی به برج خنک کن) توسط عملیات انتقال حرارت و تبخیر خنک شده و به تجهیزات باز می گردد.

دسته بندی انواع کولینگ تاور:

برج خنک کن ها را می توان از چهار منظر مورد تحلیل و واکاوی قرار داد. در ابتدا از نظر نوع جریان هوای ورودی، از لحاظ ساختار و جنس بدنه بیرونی و همچنین شکل ظاهری برج خنک کننده، از نظر مدار باز یا بسته بودن و در نهایت از لحاظ قیمت برج خنک کننده به گونه های مختلفی دسته بندی می شوند.

1-تقسیم بندی انواع برج خنک کننده از لحاظ مسیر جریان هوا

الف) برج خنک کننده جریان متقاطع(cross flow): در این مدل از برج خنک کننده، هوا و آب به صورت عمود بر هم به یکدیگر برخورد می کنند. در واقع شرایط انتقال حرارت به شکلی به شکلی است که هوا از دیواره های بیرونی به صورت عمود و متقاطع با آبی که توسط نازل های تعبیه شده در بالای برج خنک کن ها در حال اسپری شدن است، ادغام می گردد و عملیات خنک سازی به صورت جریان متقاطع انجام می پذیرد. توجه داشته باشید که جریان هوا توسط مکش فن و جریان آب داغ در اثر نیروی جاذبه ایجاد می گردد. برج خنک کن های جریان متقاطع بیشتر در صنایع گرمابر پتروشیمی و همچنین صنایع فولاد سازی و فشرده سازی هوا مورد استفاده قرار می گیرد.

ب)برج خنک کننده جریان مخالف(counter flow): در این نمونه از برج خنک کننده، هوا و آب در خلاف جهت یکدیگر در جریان هستند. آبی که از بالای برج خنک کن بر روی تشتک پرکن اسپری می شود، با هوایی که از پایین برج خنک کن جریان دارد به صورت مخالف و غیر هم جهت در تماس و انتقال حرارت قرار می گیرند و در هایت توسط فن از بالای برج خنک کن به بیرون پرتاب می گردد. از طرفی باید به این نکته توجه داشت در برج خنک کننده جریان مخالف از نازل های تزریقی به منظور پرفشار بودن افشاننده استفاده می گردد. برج خنک کن های جریان غیر هم سو بیشتر در پالایشگاه های نفتی و گازی و صنایع پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد.

2-انواع برج خنک کننده از نظر جنس بدنه بیرونی

برج خنک کن های با ظرفیت های کمتر از 1200 تن تبرید از نوع فایبرگلاس و فلزی ساخته و مورد استفاده قرار میگیرند ولی در ظرفیت های بالای 1200 تن تبرید جنس برج خنک کن از نوع بتنی می باشد.\

3-انواع برج خنک کننده از نظر شکل ظاهری

برج خنک کن ها از لحاظ جنس ظاهری به دو مدل استوانه ای و مکعبی تقسیم می گردند که استفاده و انتخاب هر یک از دو مدل بستگی محل نصب و قرارگیری برج خنک کن و درخواست مشتری دارد.

4-تقسیم بندی انواع برج خنک کننده  از لحاظ مدار باز یا بسته بودن

الف) برج خنک کن مدار باز: برج خنک کن مدار باز به گونه ای عمل می کند که در فرآیند انتقال حرارت هوا و آب به صورت مستقیم و بدون واسطه صورت می پذیرد. در عمل خنک سازی مقداری از آب تبخیر می گردد، در واقع به منظور جبران سازی مقدار آبی که در برج خنک کن تبخیر شده باید دبی مشخصی آب به سیستم تزریق شود.

ب) برج خنک کن مدار بسته: کلیت کارکرد برج خنک کن مدار بسته مشابه نمونه مدار باز است ولی با این تفاوت که سیال و هوا به صورت مستقیم با هم تماس پیدا نمی کنند. در این مدل از برج خنک کننده گرمای سیال که از تجهیزات صنعتی به منظور خنک کاری وارد می شود بدون تماس با آب از سیال موردنظر گرفته می شود. مزیت این مدل از برج خنک کن عدم رسوب گیری می باشد.

 

نحوه عملکرد برج خنک کننده مدار بسته :

عملکرد این برج نیز همانند برج خنک کننده مدار باز میباشد اما با این تفاوت که در برج خنک کننده مدار باز آب با هوا ارتباط مستقیم دارد ولی در این نوع از برج خنک کننده ارتباط غیر مستقیم دارد به این صورت که ابتدا آبی که از سیستم می آید از طریق فلنچ ورودی به درون کویل ها وارد شده ودر داخل مسیر پر پیچ وخم کویل حرکت می کند و توسط آبی که از بالا بر روی سطح کویل پاشیده می شود  حرارت خود را از دست داده و به سیستم برای خنک کاری کندانسور باز می گردد ، و با توجه به این که در این نوع برج خنک کن به دلیل تبخیر نشدن آب درون کویل می توان یک بار از آب نرم استفاده کرد که رسوبی هم در سیستم ایجاد نشود اما در قسمت بعدی برج آب دائما در حال گردش و پاشیده شدن بر روی کویل ها می باشد ، به این صورت که آب از تشتک برج به وسیله پمپ مکش می شود و بر روی کویل ها پاشیده می شود و همزمان هوا به وسیله فن در جریان است و هنگام بر خورد به آب سبب تبخیر آب از روی کویل ها می شود ، جنس کویل های برج را میتوان از مس یا برای کاهش هزینه از گالوانیزه استفاده کرد. 

 موارد استفاده از برج خنک کننده مدار بسته در مناطق گرمسیر که در آنجا مشکل تا مین آب و کمبود آب هست و استفاده از  چیلر تراکمی هوا خنک به دلیل گرمی هوا و کاهش راندمان این نوع از  سیستم عملا مقدور نیست استفاده می شود 

 

اجزا تشکیل دهنده برج خنک کننده:

1.الکترو موتور: که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند که سبب ایجاد حرکت فن می شود ، الکترو موتور جزء مهمترین قطعات برج است که در موارد استفاده معمولی از کلاس F با درجه حفاظتی IP55 و در موارد خاص از IP66 استفاده میشود.

2.فن برج خنک کن: که با دوران و قدرتی که از الکترو موتور میگیرد سبب به جریان افتادن جریان هوا به داخل برج میشود  فن از اجزا اصلی برج خنک کننده است که باید سبک و مقاوم در برابر تنش وسختی گیر باشد و معمولا از استیل ، آلومینیوم ، پلاستیک ،فایبرگلاس است.

3.گیربکس برج خنک کن: به علت سرعت بالای دوران شفت استفاده میشودکه باعث کاهش سرعت بالای دور الکترو موتور می شود.

4.فن استک برج خنک کن : که نقش هدایت مسیر جریان هوا را دارد و مانند دودکش عمل میکند که در قسمت فوقانی قرار میگیرد و به هوای خروجی نظم می بخشد این فن باید طوری باشد اصطحکاک و اتلاف انرژی را به حد اقل برساند و معمولا از جنس فایبرگلاس است که بسیار دقیق و سبک است  .

5.نازل برج خنک کن : آب خنک موجود در حوضچه برج خنک کننده را بر روی کویل های که از جنس مس است برای گرفتن حرارت آنها و خنک کاری آب گرم ورودی به سیستم و تبدیل به آب سرد پاشش می کند.

6.کویل های برج خنک کن : آب از سیستم وارد این کویل ها میشود و گرمای خود را به داخل برج میدهند که توسط نازل آب بر روی آنها پاشیده میشود تا خنک کاری صورت پذیرد به دلیل اینکه مس رسانای بسیار قوی میباشد معمولا جنس کویل ها از جنس مس میباشد مگر به جهت کاهش قیمت از گالوانیره و استیل نیز استفاده میشود ولی استفاده از این متریال ها سبب کاهش راندمان برج خنک کننده میشود . و محاسبه ی متراژ سطح ویژه کویل های مدار بسته به محاسبه ظرفیت کلی انتقال حرارت (U) و با توجه به پارامتر های مختلف زیر بستگی دارد .

1.دمای محیط

2.نوع سیال در تماس با کویل

3.میزان هوا دهی 

4.دمای ورودی و خروجی سیالی که با کویل بر خورد میکند

7.قطره گیر برج خنک کن : قطعه ای از برج خنک کننده میباشد که از پرتاب قطرات آب به بیرون برج خنک کننده جلوگیری میکند چون که قطراتی به همراه جریان هوا خارج میشود که به انها دریفت می گویند .

8.حوضچه برج خنک کن : در قسمت تحتانی برج خنک کننده قرار دارد و آب خنک توسط پمپ به نازلها انتقال پیدا میکند و برای پاشش روی کویل ها استفاده میشود.

مزیت ها و معایب برج خنک کننده مدار بسته:

1.صرفه جویی در مصرف آب

2.خنک کاری بدون آلودگی

3.جلوگیری از رسوب گرفتگی برج خنک کن

4.کاهش هزینه تعمیر و نگهداری

5.هزینه ساخت بالا به همین دلیل استفاده در صنایع حساس و دستگاهای گران قیمت 

 

کولینگ تاور 

در سیستم برج خنک کننده آب گرم کندانسورو یا آب مورد نظرجهت خنک شدن، از برج خنک کننده عبور می کند و با هوا تماس می یابد. در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی ،پوسته خارجی برج از بتن مسلح ساخته شده ودر روی پایه ها تکیه دارد . هوا از قسمت پائین وارد برج خنک کننده می شود و به طرف بالا جریان می یابد و از دهانه بالای برج خارج می گردد.

انواع دیگری از برجهای خنک کننده که از چوب و سایر مصالح ساخته می شود نیز وجود دارد.در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا شکل برج طوری طراحی می شود که جریان سریع هوا در داخل برج بوجود اید.

آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سیستم پخش کننده آب وارد می شود . در برجهای قدیمی تر صفحه ای که آب خروجی از کندانسور به آن ریخته می شود دارای سوراخهای منظمی در قسمت پائین است که آب از داخل این سوراخها به فنجانهای زیرین می ریزد. این فنجانها باعث پاشش آب و تبدیل آنها به قطرات کوچک می شوند. یک سیستم خیلی جدید برای پخش آب در برج خنک کننده بکار بردن لوله هایی است که در سطح بالای آن شیپوره ها یا ارفیس هایی  برای پاشش آب تعبیه شده است.

تبادل حرارت بین هوای بالارونده از برج و آبی که از برج سرازیر است با تغییر حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بین آب و هوا انجام می شود. سهم این قسمت از تبادل حرارتی خیلی کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخیر مقدار کمی آب که پیوسته همراه هوا می باشد،انجام می شود. در اثر این عمل مقدار زیادی گرما از آب سرازیر شده در برج خنک کننده ( بستگی به مقدار آبی که تبخیر شده است) به هوا منتقل می گردد(Evaporating loss). ضمناً مقداری از قطرات آب بوسیله هوا به خارج از برج پراکنده می شود(Windage loss). برای جلوگیری از خروج قطرات آب یک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد که به آن قطره گیر یا الیمیناتور(Drift Eliminator) می گویند. کمبود آب تبخیر شده در سیستم برج خنک کننده باید از منبع خارجی جبران شود که به آن ،آب تکمیلی یا آب جبرانی (Makeup) گویند . برای این منظور در صورت امکان از نزدیکترین منبع آب شیرین در دسترس مانند آب رودخانه،چاه،آب شهر ویا آب سختی گیری شده استفاده می شودو یا فاضلابها را تا حد امکان صاف و تصفیه کرده و جایگزین منابع آب شیرین کرد

هنگامیکه از نظر فضای ساختمان برج خنک کننده محدودیتی وجود داشته باشد ظرفیت برج خنک کننده راتا حد امکان با استفاده از بلوورهای  مخصوص و بزرگی اضافه می نمایند. این بادبزنها مقدار عبورهوای  خنک کننده در داخل برج را به شدت افزایش می دهند .

 

عوامل مؤثر در طراحی برجهای خنک کننده :

عوامل مؤثر در طراحی برجهای خنک کننده را بطور خلاصه می توان بصورت زیر بیان کرد :

1.میزان افت درجه حرارت (اختلاف دمای ورودی وخروجی برج)دلتا t

2. اختلاف بین درجه حرارت آب سرد و درجه حرارت مرطوب هوا

3. دمای مرطوب محیط : اصولاً خنک کردن آب زیر این دما غیر ممکن است .

4. شدت جریان آب

5. شدت جریان هوا

6. نوع آکنه هاویا پکینگ هایبرجخنک کننده

7. روش پخش آب و آرایش افشانه ها

برای هر 10 درجه فارنهایت افت دما در برج خنک کننده میزان تبخیر در حدود یک درصد کل آب در حال گردش می باشد .

چون نمک های کلرور حلالیت زیادی دارند غلظت یون کلر در آب ورودی به برج وآب در حال گردش راهنمای بسیار خوبی برای تعیین غلظت بوده و بنابراین همیشه باید آنرا بازدید و بررسی نمود .و یا از پارامتر هایی مانند کل املاح محلول (tds)و یا ضریب هدایت الکتریکی آب استفاده نمود

افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در برج خنک کننده ایجاد اشکال  و انسداد و رسوب می کند که برای جلوگیری از افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداری از آب در حال گردش را تخلیه می کنند که این آب در صنعت به زیر آب (Blow down) معروف است .بلودان یا درین آب برج خنک کننده باید حد اقل به میزان ده درصد آب مصرفی یا میکاپ آب برج باشد.

مقدار آب برج همچنین ممکن است تصادفی یا بوسیله باد تقلیل یابد . اصولاً در برجهای خنک کننده مقداری آب بصورت گرد و قطرات مه درآمده و توسط باد یا کشش و یا جریان هوای بلوور ها از برج خارج می شود .

مقدار تخلیه لازم در یرج برای کنترل مواد محلول و معلق مجاز را می توان از رابطه زیر بدست آورد :

M=(B+W)*C

که در رابطه فوق

B : مقدار زیر آب بر حسب gal/hr یاm3/hr

E : مقدار آب تبخیر شده بر حسب gal/hr یا m3/hr

C : ضریب غلطت پیشنهاد شده برای برج

W : مقدار آبی که توسط باد خارج می شود بر حسب gal/hr یا m3/hr

مقدار آبی که باد همراه خود از برج خارج می سازد در رابطه بالا منفی است ،زیرا آب مواد محلول و معلق را نیز با خود می برد . بنابراین تاثیر در غلظت و بالا بردن املاح آب ندارد .

مقدار آب لازم جهت آب کسری برج از رابطه زیر بدست آورد :

MAKE UP = E +B + W

اطلاعاتی که از طرف خریداران در اختیار فروشندگان قرار می گیرد در طرح برج اهمیت فراوانی دارد . مانند اختلاف دما ، مقدار آب در حال گردش ،مقدار زیر آب یا بلودان یا درین مورد نیاز کولینگ تاور

کمبود آب در اثر تبخیر و باد را با استفاده از رابطه های بالا بررسی می کنند .

 

اجزای اصلی برج خنک کننده:

 الف) لوله ها و پکینگ ها

شامل قسمتهای هستند که درجریان انتقال حرارت دخالت داشته در ضمن باعث می شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج می شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگیری شود.همچنین نگهدار خوبی برای قسمتهای دیگر برج می باشد . در مورد مشخصات آکنه ها در همین فصل توضیح داده خواهد شد.

ب)حوضچهیا مخزن برج خنک کننده

حوضچه در پائین برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع می گردد.به حوضچه یک جریان بنام آب تکمیلی یا آب جبرانی (MAKE UP) وارد می شود و یک جریان برای استفاده در دستگاههای تبادل حرارت از آن خارج می گردد .علاوه بر جمع آوری آب در حوضچه ،آب قبل از اینکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نیز می گرددکه این کار به وسیله یک صافی فلزی انجام می گردد .

حوضچه های برجهای بزرگ و مفید از بتن ساخته شده اند .عموماً این حوضچه ها طوری طراحی می شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبرانی می تواند برای چندین ساعت کار کند .

از زهکش برای برطرف کردن لجن ته نشین شده و کنترل سطح آب در حالتی که جریان موج دار که در کف قرار دارد ترک می کند و به میان سرندی که از ورود اشغال تجمع یافته به ورودی پمپ جلوگیری می کند ،می ریزد .زهکش در واقع یک خروجی از قسمت پایین حوضچه با فیلتر مضاعف به سمت مکش پمپ های کولینگ تاور می باشد 

پ)فن برج خنک کننده

در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی باد بزنهای نصب می شوند تا جریان هوای لازم را جهت عبور از آکنه ها تولید نماید .بادبزنها در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی کاربرد دارند . توضیح در این مورد ضرورتی ندارد و به همین مقدار اکتفا می شود

ت) حذف کننده ها

این وسیله از خارج شدن قطرات آب بوسیله کشش هوا از برج جلوگیری بعمل می آورد . تیغه ها معمولاًطوری نصب می شوند که با سطح افق زاویه ای در حدود 45 درجه بسازد .جنس این تیغه ها از چوب ، فلز یا پلاستیک ممکن است ساخته شده باشند درباره کشش و حذف کننده های کشش بعداً مفصلاً توضیح داده خواهد شد . 

ث) پکینگ ها

دو نوع پکینگ  که در برجهای خنک کننده ممکن است مورد استفاده قرار گیرد عبارتند از :

1. SPLASH PACKING

2. FILM PACKING

البته در انواع قدیمی شبکه های فلزی در برج های خنک کننده به جای پکینگ های فعلی مورد استفاده قرار می گرفت که در حال حاضر تقریبا منسوخ شده

1. SPLASH PACKING :

در این نوع پکینگ ها، آب بر اثر برخورد با تیغه ها پخش و به صورت قطره قطره در آمده که در نتیجه ایجاد سطح وسیع می نماید .از آنجایکه قطرات آب همراه پیوسته بوده و وزن سنگین دارند این نوع دسته بندی ممکن است در اثر جریان دائمی از هم گسیخته گردد.

2. FILM PACKING :

در این نوع پکینگ ها سطح وسیع از آب در اثر جریان آن در روی تیغه ها بوجود می اید . به طرق گوناگون می توان چنین سطح وسیعی ایجاد کرد

a. GIRD PACKING

در این نوع پکینگ ها  از یک سری شبکه های که معمولاً از چوب بوده و روی یکدیگر قرار گرفته اند استفاده می شود .این شبکه ها طوری نصب گردیده که همراه هر شبکه با شبکه های اطراف خود زاویه 90 درجه می سازند وباین شکل در سطوح شبکه ها پخش می گردد .

b. RANDOM PACKING

این نوع پکینگ ها موادی  با سطح تماس زیاد درست شده که به طور نا منظم در داخل برج قرار دارند . یکی از دلایل نا مرغوب بودن این نوع آکنه ها ایجاد مقاومت زیاد در مقابل جریان هوا می باشد . این نوع آکنه ها دارای قسمتهای حلقوی است که قطر هر حلقه با طول آن برابر است . این حلقه ها از جنس های مختلفی یوده وسطح تماس آب با هوا را زیاد می کنند.

c. PLATE TYPE FILM PACKING

این نوع پکینگ ها از صفحات نازک پلاستیکی چین دار ساخنه شده اند که با زاویه کمی کمتر از 90 درجه با سطح افق نصب شده اند. چین های روی  صفحات باعث بوجود امدن سطح زیاد می گردند .

پکینگ ها باید طوری  انتخاب شوند تا هم سطح تماس آب و هوا برای نسبتهای بالای انتقال حرارت و انتفال جرم مناسب یاشند و هم مقاومت کمتری  در مقابل جریان هوا داشته باشند .پکینگ ها  باید محکم ، سبک و در برابر خوردگی و خراب شدن مقاوم باشد

برج خنک کننده:

برج خنک کننده فایبر گلاس مکعبی مدار بسته خشک یک مبدل حرارتی است که از تماس مستقیم سیال داخل سیستم با محیط اطراف جلوگیری می کند.

اساس عملکرد این نوع Cooling Tower به گونه ای است که سیال گرم شده از فرآیند کندانسورهای چیلرهای جذبی یا چیلرهای تراکمی آب خنک یا مبدل های صنعتی داخل یک سیستم به نام کوئل به گردش در می آید.

در قسمت تشت دستگاه الکتروپمپی طراحی شده که سیال داخل تشت را توسط نازل ها بر روی کوئل ها ریخته و سطح تبخیر و تبادل گرمایی را ایجاد می نماید. در قسمت بالایی دستگاه فن طراحی شده که وظیفه خروج بخار آب ایجاد شده را به هوای بیرون بر عهده دارد.

در صورتی که دمای مرطوب کاهش پیدا کند و دمای هوا نیز کاهش پیدا کند توسط یک سنسور، ابتدا فرمانی به الکتروپمپ داده شده و پمپ را خاموش می نماید و دور فن نیز به تناسب دمای ورودی سیال به Cooling Tower افزایش یا کاهش پیدا میکند.

این برج از نظر طراحی بصورت چهارگوش بوده و جنس بدنه از نوع فایبرگلاس می باشد.

کامپوزیت بکار رفته متشکل از الیاف شیشه، رزین ایزوفتالیک و مقاوم در برابر اشعه UV می باشد.

درب یکی از پنل های دستگاه جهت سرویس های دوره ای و دسترسی آسانتر به اجزای داخلی دستگاه تعبیه شده است.

ساپورت ها از جنس گالوانیزه گرم خم کاری شده در داخل دستگاه تعبیه شده جهت نشیمن کوئل، قطره گیرها و لوله های ورودی دستگاه جهت توزیع سیال ( Hot Water) از نازل های مربع پاش استفاده می شود.جهت حمل و نقل دستگاه در هر گوشه از دستگاه کرپی تعبیه شده که براحتی توسط جرثقیل قابلیت حمل داشته باشد.

این دستگاه به گونه ای طراحی شده که قابلیت مونتاژ در محل پروژه را دارا می باشد.

قطعات داخلی دستگاه شامل پکینگ، قطره گیر، لوور، فن، الکتروموتور و گیربکس و قطعات آپشن به علت بار مالی و قیمت بر اساس نوع پروژه و درخواست کارفرما قابلیت تغییر را دارد.

این نوع برج خنک کننده در مناطقی که با کمبود آب مواجه هستند بیشترین کاربرد را دارد.

نکته قابل توجه در برج های مداربسته ای که در طول زمستان فعال می باشند استفاده از مواد ضد انجماد و در برج هایی که در طول زمستان Off می باشند خالی کردن سیال داخل کوئل الزامی و ضروری می باشد.

نظر به اینکه تبخیر همیشه با رسوب و املاح همراه است به دلیل بسته بودن سیکل برج های مدار بسته اسیدشویی در کندانسورهای چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی آب خنک و مبدل های صنعتی به شدت کاهش می یابد.

 

مزیت های برج خنک کننده مدار بسته:

– کاهش مصرف انرژی

– کاهش اسیدشویی در کندانسورهای چیلرهای جذبی و چیلرهای تراکمی آب خنک

– مقاوم در برابر اشعه UV

– امکان خنک کاری روغن، آب مقطر و یا هر محلولی که نباید با هوا در تماس باشد.

– استفاده از کوئل ها با تحمل حرارت بالای 90 درجه سانتی گراد

– قابلیت استفاده از سیستم های کنترلی خودکار نظیر اینورتور، سنسور دما، هیتر گرم کن و …

کولینگ تاور جریان متقاطع:

در برج خنک کننده جریان متقاطع یا کولینگ تاور  سیال ورودی از طریق مبدل های صنعتی یا کندانسورها گرم شده است.

 

در این قسمت آب گرم، از بالای دستگاه داخل حوضچه هایی به نام تشت ریخته شده که این تشت‌ها دارای سوراخ‌هایی در کف می‌باشند، که توسط این سوراخ‌ها سیال بر روی سطوح تبخیر پاشیده می شوند.

جریان هوا تحت تاثیر الکتروموتوراز لوورهای کناری دستگاه بصورت افقی وارد برج خنک کننده شده و عامل تبخیر سطحی و خنک شدن قطرات آب حاصل می‌شود.

 

در برج خنک کننده  به دلیل آنکه آب و هوا بصورت صلیبی با یکدیگر برخورد می‌کنند به این نام معروف می‌باشند.

 

سطح تماس آب با هوا در این نوع پکینگ‌ها بسیار زیاد بوده و حتی در زمانی که تبخیر نیز نیاز نیست، پرت آب در این دستگاه‌ها بسیار مشهود است.