مشکلات رایج و اساسی در برج های خنک کننده

کاربرد برج خنک کننده در صنعت امروز به چه شکل است؟

هر کارخانه بزرگ و کوچک امروزه نیاز مبرم به استفاده از تجهیزی با نام کولینگ تاور می باشد چرا که بواسطه آن می تواند گرمای اضافی تجهیزات خود را به بیرون انتقال دهد. کارخانجات قند، کارخانه رب، کارگاه های تزریق پلاستیک، شرکتهای فولاد و نیروگاه از مهمترین مصرف کنندگان این دستگاه حساب می شوند. لازم به ذکر است که هم اکنون کمتر صنعتی را می توان نام برد که از وجود برج خنک کن در مجموعه خود بهره نجسته باشد.

رشد و نموی صنعت تولید برج خنک کننده هم به واسطه همین موضوع پیشرفت چشمگیری داشته است. برجهای خنک کننده امروزه در محیط بیرون و در هوای آزاد قرار می گیرند و دلیل اصلی این موضوع هم نحوه کارکرد کولینگ تاور قلمداد می شود. یک برج خنک کننده با جذب هوای آزاد و ایجاد درصدی تبخیر موجب خنک کاری آب می شود که در ادامه به توضیح مفصل نحوه کارکرد و قیمت برج خنک کننده خواهیم پرداخت.

برج خنک کننده چگونه آب را خنک می کند؟

بسیاری از ماشین آلات سرد کننده امروزه بر پایه علوم ترمودینامیک و انتقال حرارت عمل می نمایند. کولینگ تاور هم یکی از ماشینهای خنک کننده بوده که با بهره گیری از عمل تبخیر و ترکیب انتقال حرارت و انتقال جرم کار خود را به ثمر می رساند. حال وابسته به شرایط محیط اقلیم نصب می تواند دارای بدنه ای بتنی، فلزی و یا فایبرگلاس (فایبرگلس) باشد. در برخی موارد مشاهده می شود که به منظور کاهش میزان مصرف آب از نوع مداربسته این تجهیز بهره برده می شود.

 در واقع به بیان ساده فارغ از نوع برج خنک کننده و یا جنست بدنه، وظیفه اصلی کولینگ تاور خنک کردن آب با تماس دائمی با هوای آزاد و ایجاد درصد کمی تبخیر می باشد. البته باید دقت نمود که در مناطق مختلف کارایی برجهای خنک کننده نیز متفاوت خواهد بود. مثلاً در شهری مثل اصفهان که آب و هوای نسبتاً معتدل دارد کار کولینگ تاور آسوده تر خواهد بود تا شهری مثل بوشهر. بوشهر شهری است با اقلیم مرطوب و از این رو یک برج خنک کننده نمی تواند کار خود را به خوبی انجام بدهد. برای دریافت اطلاعات بیشتر می توانید با کارشناسان شرکت دلتا کولینگ تماس بگیرید.

دمای خروجی آب در برج خنک کننده به چه میزان است؟

آب سرد خارج شده از یک کولینگ تاور همواره دمایی بالاتر از دمای هوای شرجی در آن محیط را داراست. دمای هوای شرجی یا اصطلاحاً “دمای حباب تر” یک فاکتور تعیین کننده در پارامتر دمای آب سرد محسوب می شود. برای شهرهای مختلف دمای حباب تر یا وت بالب (wet bulb temperature) از 15 الی 35 درجه متفاوت است. برای محیطهای شرجی با رطوبت بالای 70 درصد میزان دمای وت بالب بالاتر بوده و کولینگ تاور محدودیت زیادی در خنک کردن آب در تابستان خواهد داشت.

البته میزان دمای حباب تر اعلام شده صرفاً در فصل تابستان و در بدترین شرایط اقلیمی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. نکته دیگری که باید عرض کنیم این است که یک برج خنک کننده قادر نخواهد بود که آب را دقیقاً تا دمای مرطوب محیط کاهش دهد. آب سرد خنک شده در این تجهیز همواره 3 الی 5 درجه بالاتر از دمای محیط بوده و افت دمای ایجاد شده در انواع کولینگ تاور با قانون بیان شده سنجیده می شود.

میزان ظرفیت برجهای خنک کننده چگونه محاسبه می شوند؟

توان حرارتی در جذب گرمای ماشین آلات صنعتی در بخش کندانسور توسط کولینگ تاور را ظرفیت برودتی نامگذاری می کنند. ظرفیت یک قالباً بر اساس تن تبرید (refrigeration ton) یا در اصطلاح RT بیان می کنند. مقدار ظرفیت برج خنک کننده گاهاً با واحدهایی همچون BTU/H و KW نیز عنوان می گردد. فارغ از واحد محاسباتی در بیان ظرفیت برودتی و مهمتر از آن نحوه محاسبه ظرفیت برج خنک کننده است که از اهمیت بالایی برخوردار است. برای محاسبه ظرفیت برودتی برج خنک کن از پارامترهایی همچون دبی آب در گردش، دمای ورودی و خروجی و حتی دمای وت بالب بهره جسته می شود.

به منظور محاسبه ظرفیت باید میزان گرمایی را که از آب باید توسط زمان معین به هوای بیرون انتقال پیدا کند را تشخیص دهیم. بهره جویی از یک شرکت مشاوره مهندسی در تعیین دقیق میزان ظرفیت کولینگ تاور بهترین گزینه پیشنهادی در دسترس می باشد. بسیاری از شرکتهای سازنده برج خنک کننده امروزه با بکارگیری کادر مهندسی در تشخیص مقدار این پارامتر مهم در اختیار کارفرمایان عزیز قرار گرفته اند. ظرفیت برجهای خنک کننده تولیدی در دسترس امروزه از بازه 20 تن تبرید تا 15 هزار تن تبرید متفاوت خواهد بود که وابسته میزان حجم آب گردشی و اختلاف دمای آب طراحی خواهد شد.

آشنایی با انواع برج خنک کننده به لحاظ نوع عملکرد

1–برج خنک کننده مدار باز: یکی از مرسوم ترین انواع پر کاربرد کولینگ تاور نوع مدارباز یا مرطوب( برج تر) قلمداد شده که در دو شکل مکعبی و مخروطی تعبیه می شود. این مدل با عملکردی یکنواخت در فصول مختلف تابستان و زمستان توسط ارتباط مستقیم آب داغ با هوای خشک سبب خنکتر شدن آب می گردد. آب توسط نازلهای اسپری کننده بر روی پوشالهای خنک کننده(پکینگها) پاشش شده و هوا نیز با گذر از میان پکینگها گرمای آب را جذب و به بیرون انتقال می دهد.

2–برج خنک کننده مداربسته: نوع دیگری از انواع برجهای خنک کننده نوع مداربسته (close cooling tower) به شمار می آید که وابسته به نوع کارایی به دو دسته خشک و هیبریدی تقسیم بندی می شود. برجهای خشک با تماس کاملاً غیر مستقیم هوا با جریان آب داغ در کویلهای فیندار موجب کاهش دمای این سیال می شوند. برجهای خنک کننده هیبریدی نیز با عملکردی مشابه و البته با پاشش یک سیکل ثانویه آب به خنک کاری این سیال گرم می پردازند و عملاً با عملکردی دوگانه وظیفه خود را انجام می دهند.

در چه جایی از برج خنک کننده مدار بسته یا مدار باز استفاده می شود؟

مسلماً پاسخ به سوال فوق کمک بسزایی به انتخاب صحیح یک کولینگ تاور در یک واحد صنعتی خواهد کرد. طبیعتاً برج خنک کننده به منظور کارکرد خود همواره درصدی از آب (3 تا 5 درصد) تبخیر می نماید. در بسیاری از مناطق کشور تامین این میزان آب مخصوصاً در ظرفیتهای بالای 100 تن تبرید دشوار و نشدنی است. بسیاری از کارخانجات صنعتی به منظور رفع این معذل از سیکل بسته در خنک کاری آب مورد نیاز دستگاه های خود استفاده می کنند. پس اولین جایی که از برج خنک کننده مداربسته باید استفاده کرد زمانی است که تامین آب جبرانی(make up) برای مصرف کولینگ تاور فراهم نباشد.

یکی دیگر از شرایطی که در کارایی برج خنک کننده حتماً با آن مواجه خواهید شد بحث رسوب گرفتگی این تجهیز در نوع مدار باز است. آب در گردش در یک منبع برودتی همچون بدلیل تبخیر دائمی همواره با افزایش میزان املاح مواجه خواهد بود. افزایش میزان TDS آب سبب ایجاد گرفتگی در کندانسورها، مسیر لوله ها و حتی خود برج خواهد شد.

بحث رسوب زدایی از کندانسور تجهیزات صنعتی و همچنین تعمیرات ناشی از آن که گاهاً موجب از کار افتادگی کل سیستم خواهد شد امری بس مهم است. بسیاری از واحدهای صنعتی به منظور جلوگیری از موضوع رسوب گرفتگی به اجبار با صرف هزینه بیشتر در خرید به سمت و سوی برج خنک کننده مداربسته هدایت می شوند. خب در پایان اگر واقعاً میزان تامین آب جبرانی یا رسوب گرفتگی برایمان اهمیت نداشته باشد بدون شک توصیه می شود که از نوع مدارباز استفاده کنیم.

مشکلات رایج و اساسی در برج های خنک کننده

1-رسوب گرفتگی پکینگها، نازلهای دوش، لوله های توزیع آب و بخش های مختلف داخلی کولینگ تاور در تماس با آب

2-یخ زدگی تشتک ذخیره آب سرد در زمستان بدلیل کاهش دمای محسوس محیط

3-دشواری تامین آب جبرانی در مناطق خشک و بیابانی که امروزه در کشور ایران بسیار زیاد می باشد.

4-خرابی قطعات هوادهی بدلیل تماس دائم با رطوبت و پاشش قطرات آب

امروزه چه راهکارهایی برای رفع مشکلات در برجهای خنک کننده پیشنهاد می شود؟

خب به اصل مطلب رسیدیم و باید عرض کنیم که با پیشرفت دانش مهندسی امروزه بیشتر نواقص بیان شده برطرف گردیده است. علوم مهندسی مکانیک ، شیمی و متالوژی بیشتر مشکلات بیان شده را رفع نموده و برای هر یک راهکارهایی را ارائه کرده است. به عنوان مثال برای جلوگیری از یخ زدگی آب در تشتک یا بیسین ذخیره آب از سیستم آنتی فریز هوشمند شامل هیتر و ترموستات استفاده میشود.

به منظور جلوگیری از رسوب و گرفتگی قطعات داخلی هم بسیاری از شرکتهای معتبر مهندسی با طراحی افشانک های آنتی کلاگ، بکارگیری پکینگهای پلی پروپلین (پلاستیکی) و حتی طراحی مداربسته برج خنک کننده این موارد را برطرف کرده اند. خرابی قطعات بخش هوادهی هم با استفاده از رطوبت گیرها و کاهش میزان رطوب اطراف این قطعات تا حد زیادی رفع شده است.

چرا از برج خنک کننده استفاده می کنیم؟

شاید این سوال پیش بیاید که چرا از برجهای خنک کننده استفاده می کنیم. همانطور که میدانیم اغلب تجهیزات صنعتی و غیر صنعتی در چرخه کاری خود پس از مدتی گرم می‌شوند. درصد کمی از این ماشین آلات یا تجهیزات گرمای تولید شده را توسط هوای محیط به اطراف دفع می‌کنند. دسته اعظمی از این تجهیزات نیز برای دفع گرمای مازاد تولیدی خود از آب گردشی استفاده می‌نمایند. آبی که گرمای این ماشینها را جذب کرده دچار افزایش دما شده و به سمت مبدل های حرارتی هدایت خواهد شد. از طرفی دیگر آب سرد تولیدی از برج خنک کننده در مبدل این انرژی گرمایی را به طور کامل دفع میکند.

برج خنک کن یا برج خنک کننده چیست؟

در یک جمله مختصر باید برج خنک کننده را منبع تولیدکننده آب خنک مورد نیاز در هر صنعتی دانست. آب سرد تولید شده توسط این منبع برودتی مجدداً انرژی اضافی تجهیزات را جذب و آن را به هوا انتقال می‌دهد. این فرآیند تبادلی یک سیکل تکراری است که دمای کاری ماشین‌آلات صنعتی را دائماً ثابت نگه می‌دارد. این دستگاه سرد کننده و تبریدی با فراهم کردن دائم آب سرد می‌تواند گرمای چیلرها، دیگها یا کوره‌های القایی را بگیرد. کاهش دائمی دمای ماشین آلات و جذب گرمای آنها یک دغدغه بزرگ در تضمین ثبات سیستم به شمار می‌آید.

فقدان گردش مکرر آب خنک موجب افزایش یافتن دمای ماشینهای صنعتی شده و باعث عدم کارایی مناسب آنها خواهد شد. بنابراین بکارگیری برج خنک کننده سبب ثابت شدن راندمان یک چرخه خواهد گردید. این سیستمها ممکن است گاهاً یک چرخه تهویه مطبوع ساختمان مسکونی، اداری و تجاری باشند. یا همچنین ممکن است این تجهیزات مهم فرآیند تولید یک یا چند محصول را بر عهده داشته باشند.

اجزای اصلی برج خنک کننده

• الکتروموتور (motor): فراهم کننده گشتاور لازم جهت چرخش فن یا مولد انرژی مکانیکی
• فن یا پروانه (fan): بوجود آورنده فشار نسبی در هوا و جابجا کردن حجم مشخصی از آن در طی زمان معین
• انتقال قدرت تسمه ای (speed reducer): کاهش دهنده سرعت زاویه‌ای موتور یا دور موتور به دور گردشی استاندارد فن
• انتقال قدرت گیربکسی: جایگزین سیستم تسمه پولی در سیستم کاهندگی دور از دینام به پروانه محوری یا حلزونی
• سطوح خنک‌کن (fill): برقراری ارتباط بین سیالات مختلف و ایجاد سطح مفید انتقال حرارت بین آب و هوا
• کویل (coil): فراهم کننده سطح موثر از جهت انتقال گرمایشی از آب به هوا
• نازل (nozzle): تقسیم کننده و توزیع دهنده جریان آب گرم
• آب پخش کن ( head sprinkler): توزیع کننده سیال داغ در نوع مدور یا چرخشی سیستم پاشش آب
• لوله و انشعابات داخلی (pipe and fittings): منتقل کننده جریان آب در بخش‌های داخلی
• بست کمربندی (belt fastener): متصل کننده انشعابات داخلی به نازلها یا افشانکها
• قطره‌گیر (drift eliminator): بازدارنده پرتاب قطرات آب به سمت فن مکنده القایی
• تشتک (basin): محل جمع آوری آب سرد یا مخزن تجمیع آب با دمای پایین
• کرکره‌ها (louvre): دریچه داخل شدن هوای خشک و سرد محیط
• تنوره خروج هوا (fan deck): دهانه خروجی هوای اشباع داغ
• پنل (panel): دیواره های اصلی استراکچر یا بدنه
• ساپورت‌های حائل یا نگهدارنده (supports): قوطی‌های نگهدارنده پکینگ‌ها ، و سایر تجهیزات درونی
• محافظ پروانه (fan Guard): محافظ فن در مقابل ضربات احتمالی یا ورود اشیاء خارجی
• شاسی موتور(motor Chassis): فریم نگهدارنده دینام یا الکتروموتور
• فلنچ ورودی(inlet Flange): اتصال ورودی آب برگشتی
• فلنچ خروجی(outlet Flange): محل خروجی آب رفت
• فلوتر (floater): شناور تنظیم کننده ورود جریان آب جبرانی
• شیر تخلیه(drain valve): محل خروجی جریان بلودان یا تخلیه زیرآب
• فلنچ سرریز (overflow): مقطع خروج یا تخلیه جریان مازاد آب

اجزای جانبی برج خنک کننده

• کنترل دور متغیر: این بخش در قسمت تابلو کنترل وظیفه تنظیم دستی یا اتوماتیک دور موتور توسط تغییر فرکانس را عهده‌پذیر است.
• آنتی فریز ضدیخ: دارای دو بخش هیتر و ترموستات می‌باشد که با قرارگرفتن در تشتک در زمستان از یخ زدن آب ممانعت به عمل می آورد.
• دک کاهش صدای فن: این قطعه در زیر قسمت کاهش دور بین فن و فولی نصب شده و لرزشهای موجود پروانه را کاهش می‌دهد.
•  لرزه گیر مکانیکی: سبب دمپ لرزشها و کاهش سطح ارتعاشات گشته که نمونه کاربری آن را می توان در هواسازها و چیلرها مشاهد کرد.
• تخلیه اتوماتیک:  بلودان هوشمند مجهز به یک TDS متر و شیر برقی بوده که عامل کاهش میزان املاح سنگین در تشتک است.
• فیلتراسیون هوا: توری‌های هوای فلزی(آلومینیوم) در پشت کرکره‌ها نصب می‌شود و از ورود ذرات معلق به داخل جلوگیری می‌نماید.
• سایت گلس یا پنل بازدید: پنل شیشه‌ای یا تلقی که موجب سهولت بازدید اپراتور از شرایط کارکرد دستگاه در شرایط مختلف عمل می آورد.
• پمپ شاور: این بخش فقط در کولینگ تاور هیبریدی به کار می‌رود و دائماً آب مدار باز را بر روی کویل پاشش می‌کند.
• توری آشغالگیر:  این تجهیز در جلوی فلنچ خروجی آب سرد نصب شده و باعث ممانعت از عبور آشغال‌های موجود در basin می‌گردد.
• فیلتر میکرونی: فیلتر کیسه‌ای سبب افزایش کیفیت آب جبرانی و کاهش میزان رسوب گرفتگی قطعات داخلی خواهد شد.