برج خنک کننده یا برج خنک کن (Cooling Tower) یکی از تاسیسات صنعتی است که برای خنک کردن آب در حال گردش طراحی شده است و از آن برای حذف گرمای تولیدی توسط تجهیزات و فرآیند ها در سیستم های خنک کاری مانند مبدلها و چیلرها استفاده می گردد. امروزه برج های خنک کننده که کولینگ تاور هم نامیده می شوند، کارآمد ترین دستگاه های خنک کننده در صنعت محسوب می شوند. این دستگاه ها در شرکت های صنعتی، نیروگاه های هسته ای و نیروگاه های حرارتی جهت حذف گرما از تجهیزات و فرآیند ها و همچنین افزایش راندمان و کیفیت تولیدات و محصولات صنعتی و کاهش انرژی برق مصرفی در سیستم هایی نظیر چیلر استفاده می شوند.
برای انتخاب یک کولینگ تاور مناسب، مهندسان عوامل زیادی را در نظر می گیرند که به عنوان داده های ورودی برای محاسبات هیدرولیکی و حرارتی عمل می کنند. عوامل مورد توجه هنگام طراحی و خرید برج خنک کننده عبارت است از:
- شرایط اقلیمی
- پارامتر های جوی
- میزان مصرف آب
- کیفیت سیال و وجود ناخالصی ها
طبقه بندی برج های خنک کننده بر اساس عملکرد
عملکرد هر برج خنک کننده بر مبنای خنک کردن حجم معینی از آب با استفاده از تماس مستقیم با جریان هوای محیط است. به دلیل عدم استفاده از ماده مبردی غیر از هوا و آب، این سیستم ها از سایر سیستم های تهویه مطبوع متمایز هستند. سه نوع اصلی این تجهیزات شامل موارد زیر می باشند:
- برج خنک کن مرطوب یا مدار باز
- برج خنک کن خشک یا مدار بسته
- برج خنک کننده هیبریدی
برج خنک کننده مرطوب از نوع مدار باز از طریق پاشش آب گرم و تماس مستقیم آن با هوا، کار می کند. در این حالت قسمتی از آب به بخار تبدیل می شود و همراه با هوای به اتمسفر منتقل می گردد و آب باقی مانده خنک می شود. به طور میانگین، برج های خنک کننده مدار باز حدود 2 درصد از آب ورودی را تبخیر می کنند.
برج های خنک کن از نوع مرطوب بر اساس روش تامین هوا دارای انواع مختلفی هستند که شامل:
- کولینگ تاور جریان متقاطع
- کولینگ تاور جریان مخالف
کولینگ تاور خشک یا همان مدار بسته مانند رادیاتور ماشین آب را خنک می کند. در این تجهیزات، آب تحت فشار در یک مبدل حرارتی جریان می یابد که توسط یک جریان هوای قوی دمیده می شود. در برج های خنک کننده مدار بسته، خنک سازی تنها از طریق انتقال حرارت محسوس صورت می گیرد.
برج های خنک کن هیبریدی، مکانیزمی شبیه نوع خشک دارند. سیال خنک شونده در داخل کویل به جریان در می آید. در ماههای سرد سال، فرآیند خنک کاری صرفاً از طریق وزش هوای برروی کویل های صورت می گیرد. در شرایط آب و هوایی گرم، آب از طریق نازل ها یا افشانه ها بر روی کویل ها پاشیده شده و مکانیزم انتقال حرارت نامحسوس (latent heat) یا گرمای نهان تبخیر نیز برقرار می شود. به همین دلیل به آنها برج خنک کننده هیبریدی (دوگانه) می گوییم.
نحوه کارکرد برج خنک کن
عملکرد کولینگ تاور بسیار ساده است. آب گرم از تجهیزات صنعتی یا سیستم تهویه مطبوع تجاری یا هر منبع گرمایی دیگر وارد برج می شود و به طور یکنواخت توسط نازل ها، در داخل برج خنک کن و بر روی پکینگ ها توزیع می شود. همان طور که آب به پایین برج جریان می یابد، نازل یا افشانک آن را بر روی پکینگ مدیا پخش می کند تا تماس آب و هوا را افزایش دهد. بنابراین انتقال حرارت از طریق تبخیر افزایش می یابد. حجم زیادی از هوا به طور مداوم در امتداد پکینگ ها توسط فن های برج به حرکت در می آید.
همان طور که فرآیند تبخیر انجام می شود، آب گرم به آب خنک تبدیل می شود. آب خنک شده در نهایت وارد حوضچه یا تشتک کولینگ تاور می شود. سپس آب سرد برای خنک کردن منبع گرمای اولیه، به فرآیند بر می گردد و چرخه تکرار می شود. جهت جلوگیری از غلیظ شدن آب در اثر تبخیر و جلوگیری از افزایش املاح، قسمتی از آب سیستم از طریق یک شیر تخلیه از برج خارج می شود. به این جریان اصطلاحاً زیر آب (drain) می گوییم.
به منظور تامین آب و ثابت نگهداشتن حجم آب در گردش، از یک شیر پر کن در بدنه تشتک برج خنک کننده استفاده می کنیم. این جریان ورودی به یک شناور قطع کن جریان متصل است. به محض کاهش سطح آب در داخل تشتک، شناور مسیر ورود آب را باز می کند و سطح آب داخل تشتک به جایگاه اولیه بر می گردد. به این جریان ورودی به اصطلاح آب جبرانی (make up) می گوییم. توصیه می شود به منظور جلوگیری از هدر رفت بیش از حد آب از طریق جریان زیر آب، از سختی گیر یا آب شیرین کن جهت تامین آب با املاح کمتر استفاده کنید.
عملکرد موثر کولینگ تاور صنعتی
برج های خنک کننده صنعتی ممکن است در مقایسه با سایر سیستم ها و دستگاه های خنک کننده، مقرون به صرفه تر باشند. نظارت بر کارایی بهتر این سیستم ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. دلایل این نظارت را می توان به شرح زیر عنوان کرد:
- کاهش مصرف آب
- صرفه جویی در مصرف انرژی
- عمر طولانی تجهیزات
- کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری
برای افزایش کارایی برج های خنک کن، سه اصل مهم وجود دارد، که عبارت است از:
درک نوع برج خنک کننده ای که استفاده می کنید، استفاده موثر از مواد شیمیایی و استفاده مجدد از آب سیستم.
تنوع در نوع برج خنک کن
برج های خنک کن را می توان بر اساس فاکتور های متنوعی به گروه های مختلفی تقسیم بندی نمود، که عبارتند از:
کولینگ تاور ها بر اساس جهت حرکت هوا و آب
- کولینگ تاور جریان متقاطع
- کولینگ تاور جریان ناهمسو
برج های خنک کن بر حسب نوع مکش هوا
- مکش طبیعی
- مکش مکانیکی
برج های خنک کن بر اساس روش انتقال حرارت
- برج خنک کننده مدار بسته
- برج خنک کننده مدار باز
کولینگ تاور ها با توجه جنس بدنه
- برج خنک کننده فایبرگلاس
- برج خنک کننده بتنی
- برج خنک کننده گالوانیزه
- برج خنک کننده چوبی
برج های خنک کن بر اساس شکل ظاهری
- برج مکعبی
- برج مخروطی یا گرد
کولینگ تاور صنعتی چیست؟
برج خنک کننده صنعتی یک مبدل حرارتی تخصصی است که در آن هوا و آب در تماس مستقیم با یکدیگر قرار می گیرند تا دمای آب را کاهش دهند. هوا از طرفین برج وارد می شود و از آب در حال سقوط عبور می کند. با تماس مستقیم هوا و آب، حرارت مبادله شده و مقداری از آب تبخیر می شود. این گرما و آب تبخیر شده به شکل یک غبار ریز ابر مانند از بالای برج خارج می شود. آب سرد شده در پایین برج خنک کننده صنعتی جمع آوری شده و برای استفاده مجدد به داخل کارخانه و یا ساختمان پمپاژ می شود.
انواع برج های خنک کننده صنعتی
با وجود پیشرفت ها و توسعه هایی که در صنعت صورت گرفته است، امروزه برج های خنک کننده صنعتی در انواع و اندازه های مختلف به بازار عرضه می شوند. هر یک از این تجهیزات برای کاربرد های خاصی مورد استفاده و بهره برداری قرار می گیرند. از این رو، مهم است در انتخاب نوع کولینگ تاور صنعتی به خوبی دقت داشته باشید. همچنین توجه داشته باشید که علیرغم طراحی های مختلف این دستگاه ها، عملکرد اصلی آن که حذف گرما از یک ساختمان و یا یک فرآیند می باشد، از طریق تبخیر آب صورت می گیرد.
در این بخش به بررسی انواع برج خنک کننده صنعتی می پردازیم:
-
برج خنک کننده صنعتی مکانیکی
برج های خنک کننده صنعتی مکانیکی بیشتر در ساختمان ها و اماکن صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می گیرند و برای مکیدن هوا به داخل برج به فن های محوری متکی هستند. آن ها معمولاً در خارج از ساختمان نصب و راه اندازی می شوند و فن توسط الکتروموتور به حرکت در می آید تا هوا را مجبور به عبور از برج کند. به دلیل برقراری جریان اجباری هوا و افزایش شدت انتقال حرارت از طریق مکانیزم جابجایی اجباری، برج های خنک کن صنعتی مکانیکی بسیار کوچک تر از برج های خنک کننده صنعتی طبیعی هستند.
-
کولینگ تاور صنعتی اتمسفریک
کولینگ تاور های صنعتی اتمسفریک از هیچ فن مکانیکی برای ایجاد جریان هوا در برج استفاده نمی کنند. در این برج ها هوا به صورت جریان طبیعی حرکت می کند و آب توسط نازل های اسپری کننده، به سمت پایین پاشیده می شود.
برج خنک کننده خانگی
این نوع تجهیزات به بزرگی برج های خنک کن صنعتی نیستند و معمولاً برای خنک کردن چیلر های آب خنک مورد استفاده و بهره برداری قرار می گیرند. برج های خانگی جزء سیستم های تهویه مطبوع محسوب می شوند و دارای انواع مختلفی هستند. این نوع کولینگ تاورها می توانند گرمای ساختمان را به خصوص در فصل تابستان، بر اساس فرآیند تبخیر کاهش دهند و محیطی با دمای کاملاً مطلوب برای شما به ارمغان آورند.
برای ساخت برج های خنک کننده خانگی می توان از متریال های گوناگونی همچون چوب، بتن، فایبرگلاس و گالوانیزه استفاده کرد. اما بهترین متریال برای ساخت این تجهیزات فایبرگلاس می باشد چرا که مزیت های فراوانی از جمله موارد زیر دارد:
- وزن سبک
- مقاومت بالا در برابر عوامل محیطی مخرب
- عمر مفید طولانی
- مقاوم در برابر نور خورشید
- تنوع رنگ و طرح بالا
- بسیار مقرون به صرفه
- حمل و نقل آسان
برج های خنک کن خانگی را می توان هم به صورت مکعبی و هم به صورت مخروطی یا گرد طراحی و تولید کرد. اما معمولاً برای مصارف خانگی از برج های مکعبی استفاده می کنند. زیرا هم قیمت آنها کمتر است و هم نیاز به تعمیرات و نگهداری کمتری دارند. از سوی دیگر، به دلیل استفاده از نازل های دک اسپری مربعی به جای اسپرینکلر، مشکلات رسوب گرفتگی به شدت کاهش می یابد.
مشکلات برج خنک کننده و راه حل های آن
برج های خنک کننده مبدل های حرارتی قدرتمندی هستند که امکان تنظیم دما را برای انواع فرآیند های صنعتی فراهم می کنند. متأسفانه در حالی که وجود برج های خنک کن برای بسیاری از برنامه ها حیاتی هستند، می توانند به راحتی در برابر تعدادی از مشکلاتی که مانع از عملکرد آن ها می شود، تسلیم شوند.
بدون تعمیر و نگهداری مناسب سیستم، کولینگ تاور ها آسیب می بینند و اثر تبادل حرارتی آنها کاهش می یابد که منجر به کاهش عملکرد و کارایی سیستم می شود. با این حال، با نگهداری مداوم و تصفیه آب برج خنک کننده می توانید فعالیت های خود را به طور مداوم انجام دهید و هزینه های تعمیر و نگهداری را کاهش دهید.
برج های خنک کن با مشکلات متعددی روبرو هستند که برخی از آن ها مربوط به نحوه عملکرد آن ها می باشد. با توجه به این که تجهیزات و قطعات کولینگ تاور بر روی یک دیگر بنا می شوند، اگر به درستی نصب نشوند می توانند مشکلات فراوانی را ایجاد کنند.
وجود بیوفیلم های باکتریایی و رسوب در برج خنک کننده
باکتری ها و ویروس ها تنها میکروب هایی نیستند که منبع آب شما را آلوده می کنند. با گذشت زمان، رسوبات میکروبیولوژیکی مانند قارچ ها و جلبک ها می توانند یک لایه لجن به نام بیوفیلم روی سطوح انتقال حرارت یا پکینگ ها تشکیل دهند.
همانطور که این بیوفیلم ها توسعه می یابند، اختلال در انتقال حرارت برج می تواند منجر به رسوب گیری و ناکارآمدی قابل توجهی در خنک سازی شود. اگر میزان رسوبات بسیار زیاد باشد، می تواند جریان آزاد آب و هوا را نیز مسدود کند و اعضای ساختاری برج را سنگین کرده و همچنین به طور بالقوه باعث شکستن آن ها شود.
بیوفیلم می تواند منجر به افزایش خوردگی شود، که به نوبه خود تجهیزات را تخریب می کند و باعث افزایش پوسیدگی و حتی کاهش راندمان انتقال حرارت می شود.
ورود گرد و خاک و ریز گرد ها به داخل برج
از آنجایی که برج های خنک کننده هر روزه مورد استفاده قرار می گیرند، خاک و سایر ذرات کوچک به آرامی در داخل برج جمع می شوند. در اصل، با هر بار عبور آب، ذرات ریزی که در آن وجود دارد به داخل برج نفوذ می کند. این ذرات می توانند سطوح انتقال حرارت برج را مسدود کرده و توانایی آن را در خنک کردن آب کاهش دهند. هر چه ذرات کوچک تر باشند، خلاص شدن از شر آنها سخت تر است. ذرات ریز، به خصوص آن هایی که قطرشان کمتر از 5 میکرون است، به دلیل سطح تماس زیاد و سختی جداسازی آن ها از سیستم، مشکلات قابل توجهی ایجاد می کنند.
ذرات ریز موجود در کولینگ تاور می توانند با عملکرد بیوسید ها و سایر مواد شیمیایی تصفیه آب تداخل داشته باشند و تصفیه آب را دشوار کنند. به همین دلیل است که فیلتر کردن ذرات ریز موجود در آب برج خنک کن، همراه با تصفیه شیمیایی، برای تمیز کردن عملیات برج یک امر کاملاً ضروری محسوب می شود.
جهت تصفیه آب کولینگ تاور می توان از فیلتر های شنی، سختی گیر های آب و همچنین دستگاه های تصفیه آب صنعتی استفاده کرد. این واحد های تصفیه می توانند راندمان برج را افزایش دهند و مزیت هایی دیگر را نیز ارائه دهند، که شامل:
- کاهش مصرف آب و انرژی
- کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری
- کنترل بهتر رشد بیولوژیکی
- افزایش بهره وری کارخانه و کاهش زمان توقف دستگاه های صنعتی و ماشین آلات
دلایل پوسیدگی برج خنک کن
زمانی که غلظت مواد جامد محلول شما بیشتر از حلالیت آن ها در آب می شوند، رسوب گرفتگی در برج خنک کننده مشاهده می گردد. سولفات کلسیم، فسفات کلسیم و سایر نمک های کلسیم معمولاً باعث ایجاد رسوب می شوند و همچنین مواد خاصی مانند سیلیس یا سیلیکات ها وقتی در غلظت های بالا یافت می شوند، می توانند باعث پوسیدگی برج شوند.
همچنین عواملی مانند تجمع بیولوژیکی و وجود رسوب بر روی سطوح انتقال حرارت در برج می تواند اثر خنک کنندگی برج را کاهش دهد. پوسیدگی می تواند یک مشکل خاص در برج های خنک کننده به کاهش حلالیت کمتر برخی از مواد محلول با افزایش دما باشد.
عوامل خوردگی در برج خنک کننده
اگر از یک سیستم انتقال آب استفاده می کنید، مطمئناً سیستم با مشکل خوردگی مواجه خواهد بود. به طور خاص، در هر جایی که آب با فلز تماس پیدا کند، دچار خوردگی می گردد. برج های خنک کن مدار باز بیشتر در معرض این مشکل قرار می گیرند. خوردگی در این برج ها ناشی از غلظت های بالای الکترولیت های آب بر اثر فرآیند تبخیر است. این مشکل با ناپایدار شدن سطح pH آب بیشتر می شود.
مراحل خرید برج خنک کننده
هنگام خرید این تجهیزات صنعتی باید به مراحل زیر توجه داشت:
- مشخص کردن شرایط کلی طراحی و تعیین دقیق پارامتر های طراحی (دمای ورودی، خروجی و . . .)
- تعیین ظرفیت برودتی با توجه به پارامتر های طراحی
- انتخاب نوع و مدل مناسب برج خنک کننده با توجه به شرایط محدود کننده (شرایط محیطی یا طراحی)
- مشاوره با طراحان و مهندسین مرتبط که دارای دانش مهندسی کافی باشند.
- بررسی مجدد داده ها و چک نهایی دیتا شیت ها و نمونه محاسبات
- تعیین هزینه های اولیه خرید و تخمین هزینه های جانبی نگهداری و سرویس های دوره ای
- امکان سنجی اقتصادی (سنجش توانایی اقتصادی) کلی با توجه به نمودار هزینه های تعیین شده
- جانمایی محل نصب کولینگ تاور مطابق با اصول نصب و راه اندازی
- توضیح مفصل شرح وظایف خریدار در نگهداری برج خنک کن
خرید برج خنک کننده با ظرفیت متناسب
به طور کلی انواع برج های خنک کننده وظیفه خنک کردن آب در سیستم های تهویه مطبوع، فرآیند های صنعتی، نیروگاه ها، پالایشگاه ها و صنایع مختلف را بر عهده دارند. در انتخاب ظرفیت انواع برج های خنک کن همواره در نظر داشته باشید که کولینگ تاور قادر است آب را تا دمای مرطوب هوای اطراف بعلاوه 3 درجه سانتیگراد سرد کند. در صورتیکه نیاز به سرمایش بیشتر آب دارید، حتماً از تجهیزات دیگر نظیر چیلر جهت خنک کاری استفاده کنید.
از سویی دیگر، در صورتیکه دمای آب داغ ورودی به کولینگ تاور خیلی زیاد باشد، استفاده از این دستگاه به تنهایی منجر به افزایش بیش از حد هدر رفت آب، ناشی از تبخیر می شود. در این موارد توصیه می شود قبل از برج خنک کن، از دستگاههایی نظیر ایرکولر و یا سایر مبدلهای حرارتی که از تماس غیر مستقیم آب و هوا جهت خنک کاری بهره می گیرند، استفاده کنید.
قیمت برج خنک کننده
قیمت برج خنک کننده به پارامترهای زیادی بستگی دارد. این عوامل عبارتند از:
- نوع و مدل دستگاه برج خنک کننده
- جنس آن
- ظرفیت خنک کنندگی برج
- نوع عایق حرارتی
- نوع فن و تعداد پره های آن
- نوع و کیفیت متریال و مواد استفاده شده
- نوع مونتاژ شدن کولینگ تاور
- نوع موتور و شرکت تولید کننده
به طور کلی قیمت برج خنک کن بالا است و این دستگاه ارزان قیمت نمی باشد، اما چون عمر مفید آن طولانی است و تا سال ها برای شما کار می کند و همچنین دارای بازدهی و راندمان بالایی می باشد، ارزش خریدن دارد.
شما برای اطلاع دقیق از قیمت برج خنک کننده و انتخاب دستگاه مناسب برای پروژه های خود، می توانید با کارشناسان و مشاوران ما در بخش فروش شرکت تهویه یکتا تماس بگیرید تا آن ها شما را راهنمایی کنند.
ارسال دیدگاه