برج خنک کننده
رپورتاژ
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، تجهیز برج خنک کن می باشد. دلیل این موضوع هم می تواند وابسته به بزرگ سایز بودن این تجهیز باشد.
طرز کار برج خنک کننده
هوایی که ترجیحا مقدار کمی رطوبت دارد در تماس با آب گرم قرار می گیرد. در چنین حالتی به دلیل وجود اختلاف انرژی و هم چنین گرادیان غلظت انتقال انرژی و جرم از آب به هوا صورت می گیرد. آب از فاز مایع تبخیر شده و به فاز بخار می رود و در اثر تبخیرش مقداری انرژی را نیز به فاز گاز می برد، مقدار این انرژی بسیار بالاست و آن هم به دلیل بالا بودن گرمای نهان آب است.
عملکرد برج خنک کننده
به این ترتیب در اثر تبخیر مقداری آب و خارج کردن گرما از فاز مایع دمای آب پایین می آید. لازمه انجام این فرایند این است که هوای مورد استفاده در برج دارای مقدار کمی رطوبت باشد، تا ظرفیت پذیرش آب تبخیر شده را داشته باشد. پس به صرفه نیست که از این روش در مناطق شمالی کشور استفاده شود، زیرا به دلیل رطوبت بالای هوا در این مناطق بازدهی این برج ها بسیار پایین می آید.
اجزای اصلی تشکیل دهنده کولینگ تاور
- فن: مکانیزمی جهت جابجایی اجباری هوا درون برج خنک کننده می باشد. یا از نوع محوری (مکنده) است که در بالای برج قرار می گیرد و یا از نوع سانتریفیوژ (دمنده) که در جلوی برج تعبیه می شود. استفاده از فن محوری و فن سانتریفیوژ در برج خنک کننده یا کولینگ تاور
- نازل های آب پاش: نازل هایی نصب شده در کلکتور آب ورودی به برج، که جریان آب داغ واردشده را بر روی پکینگ ها توزیع می کنند. اتمیزه شدن آب توسط نازل ها، علاوه بر پراکندگی بهتر آن روی سطوح پکینگ، منجر به کاهش فشار آب شده که دمای تبخیر آن را پایین می آورد. ضمن آنکه با تبدیل شدن آب به قطرات متعدد، سطح تماس میان آب و هوا نیز افزایش می یابد.
- پکینگ: عاملی است جهت افزایش سطح تماس میان آب و هوا که منجر به تشدید فرایند تبخیر می شود. به طوری که پس از پاشش آب توسط نازل ها، آب به صورت لایه های نازک در سطوح پکینگ، کاملاً پخش شده و این چنین در تماس با هوای بیشتری قرار می گیرد. علاوه بر این، بواسطه به تله افتادن آب درون پکینگ، زمان بیشتری برای تبخیر آن به وجود خواهد آمد.در واقع پکینگ در کولینگ تاور نوعی مبدل حرارتی به حساب می آید.
- پورت آب جبرانی: متصل به شناوری است که با پایین آمدن سطح آب درون تشتک برج (ناشی از تبخیر و تخلیه آب) آب جبرانی را تغذیه می کند. اساس کار شناور متصل به این پروت دقیقا مشابه شناور در کولرهای آبی است. زمانی که سطح آب داخل تشتک کاهش می یابد، شناور به سمت پایین حرکت می کند و آب بیشتری به داخل کولینگ تاور وارد می شود و بالعکس، زمانی که سطح آب داخل تشتک افزایش می یابد، شناور بر اساس قانون شناوری پاسکال، به سمت بالا حرکت می کند و مسیر آب ورودی به داخل تشتک را محدود تر می کند. در واقع وظیفه شناور و پورت آب جبرانی این است که سطح آب داخل تشتک برج خنک کننده را در سطح بهینه ای حفظ کند.
- پورت آب سر ریز: در صورت خرابی شناور و عمل نکردن آن هنگام پر شدن تشتک برج، از طریق این پورت، آب اضافی از تشتک سرریز می شود. چراکه در صورت تجمع بیش از حد برج و رسیدن سطح آب به پکینگ ها، عملکرد برج خنک کننده دچار اختلال می شود.
- پورت آب تخلیه: با توجه به ارتباط مستقیم آب با هوا و در نتیجه کثیف شدن آن، آب آلوده شده از طریق این پورت تخلیه شده و بوسیله پورت آب جبرانی، آب تمیز جایگزین می شود. پورت آب تخلیه همواره در پایین ترین قسمت از تشتک کولینگ تاور نصب می شود.
- پورت آب داغ ورودی: محل ورود آب داغ به برج خنک کننده می باشد. این آب داغ می تواند از خروجی کندانسور چیلر تراکمی آب خنک و یا خروجی کندانسور یک چیلر جذبی باشد که حامل گرمای جذب شده از داخل ساختمان هستند.
- پورت آب سرد خروجی: محل خروج آب سرد از برج خنک کننده می باشد، در واقع آب سرد شده مجددا در دستگاه یا سیستم مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرد.
انواع برج های خنک کننده در صنعت
برج های خنک کننده را بر اساس پارامتر های مختلفی می توان دسته بندی کرد.
3 پارامتر اصلی دسته بندی این نوع برج ها عبارتند از:
جهت حرکت آب و هوا
روش انتقال حرارت
نوع مکش هوا
انواع برج های خنک کننده بر اساس جهت حرکت آب و هوا
در این نوع دسته بندی یک برج خنک کننده به 2 دسته تقسیم می شود:
جریان متقاطع
جریان نا هم سو
هرکدام از این نوع برج ها در شرایط خاصی استفاده می شود.
1.برج خنک کننده متقاطع
همان طور که از نام آن می توان فهمید، در این تجهیز ورود آب از بالا به پایین و جریان هوا هم به صورت متقاطع وارد می شود و پس از تماس با آب از بالا خارج می شود. 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.از این نوع تجهیزات برای صنایع فشرده سازی هوا بیشتر استفاده می شود
از مزایای این نوع برج ها می توان به 3 مورد اشاره کرد:
هزینه پایین
تعمیر و نگهداری ساده
برج خنک کننده متقاطع
- برج خنک کننده نا هم سو
در این تجهیز آب از بالای برج و هوا در خلاف جهت آن از پایین برج وارد می شود. آب از بالای پرکن ها وارد برج شده و در قسمت پرشده برج با هوا تماس پیدا می کند. نا هم سو بودن فرایند، هم از نظر انتقال جرمی و هم انتقال حرارت بازدهی بالاتری نسبت به متقاطع دارد. به همین دلیل وقتی که بخواهیم برای حجم زیادی آب عملیات خنک سازی را انجام دهیم، از این برج ها استفاده می کنیم.از این برج ها بیشتر در پالایشگاه های نفت و گاز و پتروشیمی استفاده می شود.
از جمله مزایای این نوع برج ها عبارتند از:
بیشترین تماس بین فازها در این برج ها برقرار می شود
بیشترین نیروی محرکه برای انتقال جرم و حرارت
برج خنک کننده ناهمسو
انواع برج های خنک کننده بر اساس روش انتقال حرارت
- برج خنک کننده خشک
در این نوع خنک کننده ها آب نقشی ندارد، بلکه سیال فرایندی با عبور از یک مبدل توسط هوا خنک می شود.
- برج خنک کننده
خنک سازی در این برج ها با تبخیر آب انجام می شود. از مزایای این تجهیزات بازده بالای انرژی است،
اما مشکل اصلی این برج ها نیز هزینه بر بودن بهره برداری آن هاست.
اساس کار این تجهیز مثل برج های مدار باز است. با این تفاوت که سیال فرایندی با هوای خنک تماس پیدا نمی کند.
انواع برج های خنک کننده بر اساس نوع مکش هوا
- مکش طبیعی (Natural Draft)
در این تجهیز در اثر تبخیر آب دمای هوا بالا می رود،و همان طور که می دانیم، در گازها دما با چگالی رابطه ی عکس دارد.پس با افزایش دما چگالی کاهش می یابد و هوا به طور طبیعی به بالا صعود می کند.
از جمله مزایای این تجهیز عبارت است از:
ایمنی بالا
بازده بالای انرژی
البته در کنار این مزایا، موارد زیر
از معایب این نوع برج های خنک کننده است:
عدم تطابق با شرایط اتمسفری
فضای مورد نیاز نصب
هزینه اولیه بالا
از این نوع تجهیز در نیروگاه های تولید برق بیشتر استفاده می شود.
- مکش مکانیکی
این نوع برج ها خود به دو گروه تقسیم می شوند:
دمیدن اجباری (Forced Draft): در این دسته از برج ها یک فن در پایین برج وجود دارد که هوا را به طور نا هم سو با آب تماس می دهد. در صنایع شیمیایی از این روش استفاده می شود.
مکش اجباری (Induced Draft): دقیقا شبیه برج های قبلی است، اما فن در بالای برج نصب می شود و هوای ورودی را به بیرون پرتاب می کند. این را هم ببینید
محاسبات و طراحی کولینگ تاور
محاسبات برج های خنک کننده بر پایه معادلات موازنه جرم و انرژی انجام می شود. برای این کار باید به کتب مراجع که در این زمینه توضیحاتی ارائه کرده اند مراجعه کنید. از جمله این مراجع کتاب مک کیب است که در این زمینه اطلاعات تقریبا کاملی ارائه کرده است. هم چنین مقالات زیادی نیز در این زمینه وجود دارد، که برای محاسبات پارامترهای مهم در برج خنک کننده ارائه کرده اند، که یکی از بهترین این مقالات را برای راحتی دسترسی شما عزیزان قرار داده ایم:
پارامتر مهم در طراحی کولینگ تاور
- دمای حباب مرطوب
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 100 درصد اشباع از رطوبت 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 شده به دمای حباب مرطوب است.
- دمای ( Range)
به اختلاف دمای هوای ورودی و خروجی Range می گویند.هرچه میزان این پارامتر بیشتر باشد طبیعی است که به برج بزرگتری نیاز داریم.
- آب جبرانی در برج خنک کننده
در برج خنک کننده گرمای فرایند 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 یا Make Up به برج وارد می شود.که دبی این جریان از نوشتن موازنه جرم برای آب موجود در برج به سادگی به دست می آید.
اصول کار کولینگ تاور در چیلر تراکمی:
سیالی که در کمپرسور چیلر متراکم شده وارد کندانسور می شود ودر داخل کندانسور گرمای مبرد که از نوع R22 ، R134 ، R407 و … است را به آبی که وارد کندانسور شده می دهد و گرفتن این گرما سبب خنک شدن ماده مبرد و گردش سیکل چیلر می شود آب با گرمایی که از ماده مبرد گرفته به سمت برج خنک کننده حرکت می کند تا گرمای خود را از دست بدهد .
اصول کار کولینگ تاور در چیلر جذبی:
در چیلر های جذبی محلول رقیق شده در ژنراتور گرم می شود و این فرآیند باعث غلیظ شدن مایع مبرد میشود و سپس بخار مبردی که از ژنراتور خارج می شود وارد کندانسور می شود و حرارت خود را در کندانسور به آب ورودی می دهد سپس این آب که گرمای ماده مبرد را گرفته به برج خنک کننده انتقال داده میشود و سپس داخل برج خنک کننده گرما توسط هوا گرفته شده و به محیط انتقال پیدا می کند.
قیمت برج خنک کننده :
قیمت برج خنک کننده به پارامتر های مهمی از جمله زیر بستگی دارد :
1- الکترو موتور
2- نوع رزین مصرفی
3- تعدادلایه های مصرفی
4- جنس پروانه
5- نوع پکینگ
6- جنس قطره گیر
برای اطلاع از قیمت کولینگ تاور با کار شناسان مجرب شرکت ناب زیست تماس حاصل فرمایید