کاربرد برج خنک کننده

در پاسخ ساده به سوال اول باید بگوییم کار برج خنک کننده خنک کردن آب و فراهم کردن آن برای حذف گرمای زاید ماشین آلات دیگر می‌باشد. ماشین آلاتی همچون چیلرهای جذبی و تراکمی، دیگ بخار، دستگاه تزریق پلاستیک، کوره های القایی، دیگ تقطیر، توربین های گازی از مهمترین تجهیزاتی قلمداده شده که از برج خنک کننده در کنار خود بهره می جویند.

در واقعیت برج خنک کننده یک منبع فراهم کننده آب سرد برای حذف گرمای اضافی تولید شده توسط تجهیزات فوق به شمار می آید. امروزه برجهای خنک کننده کاربرد وسیعی در صنایع فولاد، پتروشیمی ها، پالایشگاه ها، نیروگاه های توزیع برق و سایر صنایع کوچک پیدا نموده اند. اهمیت بکارگیری برج خنک کننده به اندازه کارکرد خود تجهیز بوده چرا که نبود کولینگ تاور باعث از کار افتادن کل سیستم خواهد شد. اگر میخواهید بدانید کار برج خنک کننده چیست با ما همراه باشید.

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 ان خواهیم پرداخت.

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 (فایبرگلاس) 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.

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 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.

توان حرارتی در جذب گرمای ماشین آلات صنعتی در بخش کندانسور توسط کولینگ تاور را ظرفیت برودتی نامگذاری می کنند. ظرفیت یک برج خنک کننده 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.

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.

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 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 برج خنک کن بدلیل تبخیر دائمی همواره با افزایش میزان املاح مواجه خواهد بود. افزایش میزان 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.

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

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.