I
برج خنک کننده
برج خنک کننده چیست و 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.
DeltaT بزرگترین مرکز تخصصی انواع برجهای خنک کننده و قطعات جانبی در ایران وخاورمیانه
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.
DeltaT بزرگترین مرکز تخصصی انواع برجهای خنک کننده و قطعات جانبی در ایران وخاورمیانه
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:
برجهای خنک کننده مرطوب
برجهای خنک کننده مرطوب- خشک
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.
DeltaT بزرگترین مرکز تخصصی انواع برجهای خنک کننده و قطعات جانبی در ایران وخاورمیانه
از یرجهای خنک کننده خشک بیشتر در مکانهای که آب کافی برای خنک کردن برج خنک کننده 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.
برج خنک کننده : COOLING TOWER
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 (Conduction) و جابجائی (Convection) 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 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 .
DeltaT بزرگترین مرکز تخصصی انواع برجهای خنک کننده و قطعات جانبی در ایران وخاورمیانه
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.
DeltaT بزرگترین مرکز تخصصی انواع برجهای خنک کننده و قطعات جانبی در ایران وخاورمیانه
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 :
.1میزان 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 .
DeltaT بزرگترین مرکز تخصصی انواع برجهای خنک کننده و قطعات جانبی در ایران وخاورمیانه
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 .
DeltaT بزرگترین مرکز تخصصی انواع برجهای خنک کننده و قطعات جانبی در ایران وخاورمیانه
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 تاورکمبود 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)حوضچه یا 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 .
DeltaT بزرگترین مرکز تخصصی انواع برجهای خنک کننده و قطعات جانبی در ایران وخاورمیانه
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 : 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.
DeltaT بزرگترین مرکز تخصصی انواع برجهای خنک کننده و قطعات جانبی در ایران وخاورمیانه
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.
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.
