مقالات

به روزترین مقالات در زمینه برج های خنک کننده

برج های خنک کننده

آوریل 22, 2019

 

برج خنک کننده

پیش درآمدی بر برج های خنک کننده

برج خنک کننده (cooling tower) 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 (exchanger) 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 برج خنک کننده

برج خنک کننده 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(cooling tower) 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(cooling tower) 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(cooling tower) 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(cooling tower) 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.
البته با این نکته توجه داشت که قیمت برج خنک کننده هم می تواند بر انتخاب مشتری تاثیرگذار باشد.

اجزای تشکیل دهنده برج خنک کننده

بدنه اصلی برج خنک کننده(casing)

امروزه اکثر برج خنک کن ها از جنس فایبرگلاس هستند و این مدل از برج خنک کننده علاوه بر خنک کاری آب به منظور خنک سازی سیالات دیگر از جمله روغن مورد استفاده قرار می گیرد.دلیل اسفاده از برج خنک کن فایبرگلاس به جای برج خنک کن فلزی، عمر بیشتر و مقاوم در مقابل رطوبت و نور آفتاب است. از طرفی برج خنک کننده فایبرگلاس از زنگ زدگی و خوردگی نصب به برج خنک کن فلزی در امان است.جنس فایبرگلاس از الیاف شیشه و رزین با چگالیkg/m^3 2000 بسیار سبک تر از نونه فلزی خود است.رزین و الیاف به کار رفته در ساخت برج خنک کن فایبرگلاس از نوع مرغوب سوزنی و حصیری ایزوفتالیک(ISO) می باشد و در ابتدا که رزین در حالت مایع قرار دارد، دانه های رنگ به مخلوط رزین و فایبر اضافه شده که این امر باعث استحکام بدنه می گردد.از دیگر مزیت های برج خنک کن فایبرگلاس می توان به قابلیت ساخت به هر شکل و اندازه اشاره کرد.
اجزای اصلی بدنه شامل پنل بدنه (Shell)، فن دک (Fan deck) و فن استک (Fan stack) و دریچه هوا (Louver) تماما از جنس فایبرگلاس می باشد.این قطعات در برابر اشعه فرابنفش خورشید (UV) مقاوم بوده و طراحی قطعات بدنه برج خنک کننده فایبرگلاس به راحتی قابلیت مونتاژ است.
تمامی واشرها و پیچ و مهره های به کار رفته در بدنه از جنس گالوانیزه و زیرسازی و نگهدارنده بدنه برج خنک کن فایبرگلاس، آهن گالوانیزه با ضخامت 70µ ساخته شده است. به منظور سهولت و دسترسی به بالای برج خنک کن، بر روی بدنه اصلی نردبان تعبیه می گردد.

لوور برج خنک کننده (louver)

در برج خنک کننده لوور وظیفه هدایت هوای رفت و برگشتی توسط دریچه یا صفحات موازی که در بدنه اصلی تعبیه شده را دارد.از دیگر وظایف لوور می توان به جلوگیری از پرتاب آب به بیرون و مانع تشعشع مستقیم نور خورشید(UV) به داخل فضای برج خنک کن را دارد. همچنین از ورود اجسام خارجی به برج خنک کن جلوگیری می نماید از طرف دیگر با ایجاد افت فشار استاتیکی باعث کاهش مصرف انرژی الکترو موتور و پروانه می گردد. جنس لوور از نوع فایبرگلاس، پلیمر می باشد که در برابر رطوبت مصون است.
اجزای اصلی تشکیل دهنده لوور عبارتند از دستک لوور، نگهدارنده دسته لوور و صفحات لوور

فلنج خروجی و ورودی

فلنج ورودی در بدنه اصلی برج خنک کن تعبیه شده که با اتصال لوله برگشت به فلنج ورودی ، آب توسط پمپ وارد برج خنک کن می گرددد و پس از خنک کاری از پایین تشتک برج و فلنج خروجی به سیستم باز میگردد.

شیرتخلیه برج خنک کننده (Drain valve)

در مجتمع های مسکونی و تجاری بعد از تغییر فصل گرما به منظور جلوگیری از فریز شدن آب داخل لوله و برج خنک کن، آب باید تخلیه گردد که این امر توسط شیر تخلیه که در تشتک تعبیه شده صورت می پذیرد. همچنین به منظور بازرسی و تعمیرات برج خنک کننده نیز آب تخلیه می گردد. سایز لوله تخلیه از “4/3 تا “3 می باشد.

سرریز برج خنک کننده (Over flow)

زمانی که آب در تشتک زیرین بر خنک کننده از مقدار تعیین شده در طراحی بیشتر شود، اضافات آب از طریق سرریز خارج می شود. سایز لوله سرریز “1 تا 4” می باشد.

فلوتر برج خنک کننده (Flowter)

وظیفه فلوتر(شناور) کنترل ارتفاع سطح آب در حوضچه آب سرد برج خنک کننده می باشد.توپک پلاستیکی شناور بر روی آب با تغییر سطح آب و به دلیل سبکب حرکت کرده و باعث قطع و وصل شدن جریان آب جبرانی می گردد.جنس فلوتر از نوع پلاک مرغوب و ویژه دیافراگمی می باشد.

الکتروموتور برج خنک کننده (Electro Motor)

وظیفه الکترو موتور برج خنک کن چرخاندن پروانه است که در واقع با تغییر انرژی الکتریکی به انرژی چرخشی صورت می پذیرد.در سیم کشی الکتروموتور به جعبه تقسیم باید توجه شود که مسیر کاملا عایقکاری باشد تا از نفوذ آب به جعبه تقسیم الکتروموتور برج خنک کنده جلوگیری شود.به منظور هوشمند سازی می توان از اینورتر به منظور کنترل دور موتور استفاده نمود. سیستم کاری اینورتر به اینگونه است که به صورت لحظه ای دمای آب خروجی از برج خنک کن را به PID انتقال میدهد. زمانی که دمای آب خروجی از برج خنک کننده پایین باشد فرکانس دور الکتروموتور پایین می آید و زمانی که دمای خروجی از برج خنک کننده بالا میرود فرکانس دور الکتروموتور بالا خواهد رفت. در شرایطی ساده تر از ترموستات به منظور روشن یا خاموش کردن الکتروموتور استفاده می گردد.

فن برج خنک کننده (Fan)

یکی از مهمترین قسمت های برج خنک کن، فن هوای تازه است.محل قرارگیری فن در بالای برج خنک کننده می باشد.معمولا از نوع فن های سانتریفیوژ(گریز از مرکز) استفاده می گردد. جنس فن از فیبر(FRP) یا آلومینیوم است که بنا به شرایط کار از هرکدام استفاده می شود. از مزیت های فن فیبری(FRP) سبکی وزن و کاهش مصرف برق الکتروموتور فن می باشد.به منظور افزایش مکش فن و ورود بیشتر هوا به داخل برج خنک کن می توان زاویه تیغه های فن را افزایش داد.

فن گارد و پولی گارد برج خنک کننده (Fan guard & Pully guard)

فن گارد برای محافظت فن، از مقاطع و توری فولادی ساخته و در دهانه فن رینگ نصب می شود.پولی گارد نیز از موارد مشابه فن گارد ساخته و روی سازه نصب شده و از مجموعه پولی ها محافظت می کند.جهت محافظت خوردگی، کلیه قطعات پوشش گالوانیزه گرم می شود.

حوضچه آب برج خنک کننده (Water basin)

این حوضچه در پایین ترین نقطه برج خنک کن قرار دارد و وظیفه جمع آوری آب سرد ورودی به سمت دستگاه های مصرف کننده از جمله مبدل ها را دارد. جنس حوضچه آب سرد ممیتواند از جنس فایبرگلاس، بتنی یا فلزی باشد. از طرفی حوضچه آب سرد خود به عنوان فوندانسیون برج خنک کننده در محل نصب عمل می کند.

کاهش دور تسمه ای برج خنک کننده

به منظور کاهش دور الکتروموتور وتاثیرش بر فن برج خنک کننده سیستمی تعبیه شده که با قرار دادن چرخ دنده ای کوچک و بزرگ و یا پولی های کوچک و بزرگ از بلا رفتن سرعت شفت الکتروموتور جلوگیری می کند.

شفت برج خنک کننده (Shaft)

شفت در واقع محور گردانی است و وظیفه انتقال نیرو از موتور به جعبه دهنده کاهش دور برج خنک کننده را دارد.از جمله مواردی که در طراحی شفت که باید توجه شود خواص مکانیکی مناسب و همچنین مقاوم در برابر خوردگی و پوسیدگی است.عموما جنس شفت از کامپوزیت یا فولاد مقاوم است.

پرکننده یا واسطه های انتقال حرارت برج خنک کننده (Packing)

این قطعات با افزایش سطح انتقال حرارت باعث سهولت در جابه جایی گرما بین آب و هوا می گردند.در واقع مدت زمان انتقال حرارت بین آب و هوا را افزایش می یابد و باعث بیشتر خنک شدن آب میگردد.در گذشته از فیلرهای چوبی استفاده میشد ولی امروزه از فیلرهای با جنس پلی پروپیلن(PP) یا پی وی سی(PVC) به دلیل سبکی، مقاوم در برابر خوردگی و سهولت در تعمیر و بازرسی استفاده می گردد. باید توجه داشت که پکینگ ها در دو نوع ترشحی (Splash Packing) و فیلمی (Film Packing) و رندوم (Random Pcking) می باشد که بنا به شرایط کاری از هرکدام استفاده می گردد. پکینگ های اسپلش عموما از جنس پلی پروپیلن ولی پکینگ های فیلمی از نوع پلی پروپیلن یا پی وی سی می باشند همچنین جنس پکینگ رندوم هم از جنس پلی پروپیلن می باشند. ابعاد پکینگ های موجود در بازار عموما 30*30*100 سانتی متر است و با توجه به گام های مختلف عرضه می گردند. در واقع با تغییر گام ، دبی آب عبوری از پکینگ تغییر می نماید و به همان مقدار رسوبات در پکینگ برج خنک کننده به جای می ماند. امروزه گام پکینگ یا فیلر موجود در بازار بین 12 تا 27 میلیمتر می باشد که عموما از گام های 12، 14 و 19 استفاده می شود.

قطره گیر برج خنک کننده (Drift Eliminator)

وظیفه قطره گیر به دام انداختن قطرات آب حاصل از انتقال حرارت و جلوگیری از خارج شدن قطرات آب می باشد.در واقع دلیل فرار قطرات آب ، اختلاف فشار داخل و بیرون برج است که باعث مکش قطرات آب به بیرون از برج خنک کننده می گردد.زاویه تیغه های قطره گیر برج خنک کننده با افق “45 می باشد. جنس قطره گیر عموما از فایبرگلاس یا پی وی سی(PVC) می باشد.

نازل برج خنک کننده (Nozzle)

وظیفه نازل پخش متناسب و یکنواخت آب داغ ورودی به برج خنک کننده(خروجی از دستگاه های مصرفی) بر بروی پکینگ ها است. هر مقدار که توزیع آب توسط نازل یکنواخت تر یاشد سرعت کاهش دمای آب و راندمان برج خنک کننده افزایش می یابد. نازل ها میتوانند ثابت و یا در مدل های افشان مربعی یا دایره ای باشند. عموما جنس نازل ها از پی وی سی PVC یا پلی پروپلین PP و ABS می باشند.

جهت کسب اطلاعات بیشتر و استعلام قیمت سیستم های تهویه مطبوع و انتخاب مناسب ترین سیستم برای پروژه های خود با مهندسین ما تماس بگیرید.
همراه: 5188-149-0912
دفتر: 021-2290-2169 کارخانه: 7119-5658-021

نویسنده: