برج خنک کننده یا کولینگ تاور دستگاهی است که گرمای بوجود آمده در فرآیند ها، ماشین ها و دستگاه های صنعتی را از آب در حال جریان دریافت و از طریق تبخیر آن را به اتمسفر انتقال می دهد و مجددا آب خنک را به سیستم برمیگرداند. در برج خنک کن بخشی از آب با دریافت گرما از فاز مایع به فاز بخار تبدیل می شود و به اتمسفر وارد می شود.
هنگامی که این تبخیر انجام شود با توجه به انرژی که از آب گرفته شده است میزان دمای مابقی آب که به صورت سیال است کاهش می یابد. به این پدیده سرمایش تبخیری ( Evaporative Cooling ) می گویند و این همان چیزی است که در کولینگ تاور مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از مهم ترین قطعات برج های خنک کننده که تاثیر بسزایی در بالا رفتن راندمان آنها دارند پکینگ ها می باشند. برای دریافت قیمت پکینگ برج خنک کننده با کارشناسان ما تماس بگیرید.
برج خنک کننده در کجا استفاده می شود؟
برج خنک کن به صورت گسترده در انواع صنایع به کار می رود از جمله در صنایع نفت ، پالایشگاه ، پتروشیمی ، نیروگاه حرارتی ، نیروگاه اتمی ، کارخانجات شیمیایی ، غذایی ، دارویی ، صنایع ذوب فلزات ، ریخته گری ، کوره های القایی ، صنایع تولید لاستیک و پلاستیک ، صنایع تولید شیشه ، صنایع تولید سرامیک و کاشی ، صنایع تولید خودرو ، صنایع رنگ ، کارخانجات تولید لبنیات و مواد غذایی ، صنایع تولید کاغذ و تقریبا هر جایی که در پروسه تولید و ساخت نیاز به آب خنک باشد.
از قرن 19 آغاز می شود که برج خنک کن اولین بار برای استفاده در موتور بخار و خنک کردن کندانسور مورد استفاده قرار گرفت ، این کندانسور ها برای به مایع در آوردن بخار حاصل از موتور بخار مورد استفاده قرار گرفتند تا فشار پشت موتور را کاهش دهند و در نتیجه مصرف سوخت کاهش یابد و همچنین آب تقطیر شده مجددا مورد استفاده قرار گیرد. در ادامه توضیحات دلتا کولینگ به بازرسی و بررسی عملکرد برج خنک کننده و قطعات کولینگ تاور مانند پکینگ، قطره گیر، فن، لوور و سایر تجهیزات برج خنک کن خواهیم پرداخت.
چرا کولینگ تاور در بالای ساختمان های مسکونی، تجاری و اداری نصب می شود؟
برای خنک کردن هوای درون ساختمان از تجهیزات سرمایش استفاده می شود. تجهیزات اصلی یک سیستم سرمایش عبارتند از : چیلر ، برج خنک کن ، فن کوئل ، هواساز و پمپ .
چیلر ها آب بسیار سرد با دمای 5 تا 10 درجه سانتیگراد تامین می کنند، این آب سرد وارد فن کوئل و هواساز می شود و هوای داخل ساختمان را خنک میکند. چیلر در هنگام کار گرم می شود و برای فعالیت مداوم و موثر نیاز به خنک کردن آن می باشد، کولینگ تاور برای خنک کردن چیلر به کار می رود. برج خنک کن گرمای چیلر را گرفته و به هوا می فرستد. انتخاب چیلر و برج خنک کن برای ساختمان وابسته به شرایط آب و هوایی منطقه می باشد، شرایط انتخاب در شهر تهران در جدول زیر نشان داده شده است.
انواع برج خنک کن کدام است؟
برج خنک کن دارای انواع مختلفی می باشد که از لحاظ مسیر جریان آب و هوا، نحوه ساخت و روش انتقال حرارت تقسیم بندی می شوند. انتخاب نوع برج خنک کن بر اساس نوع و نیاز واحد بهره بردار انتخاب می گردد. تقسیم بندی انواع کولینگ تاور به شرح زیر است
تجهیزات و قطعات برج خنک کن
عبارتند از: الکتروموتور ، کاهنده دور/ گریبکس ، فن استک ، نازل ها / آب پخش کن ، لوله های توزیع آب ، پکینگ / سطوح انتقال حرارت ، قطره گیر ، بدنه / تشت / سازه اصلی ، ساپورت های فلزی با کامپوزیت جهت نگه داشتن تجهیزات ، فلنج های ورود و خروج ، دریچه های هوا، اتصالات دستگاه. هر کدام از این قطعات و تجهیزات دارای انواع مختلف هستند که متناسب طراحی و عملکرد برج خنک کن مورد استفاده قرار می گیرند.
- : به گردش درآوردن پروانه الکتروموتور برج خنک کن باید در مقابل رطوبت ، حرارت و هوای آلوده عایق باشد و در شرایط آب و هوایی مختلف عملکرد آن دچار اخلال نشود .
- : به جریان انداختن هوا در کولینگ تاور فن یکی از مهمترین و اصلی ترین اجزاء برج خنک کن می باشد که عملکرد دستگاه به شدت به آن وابسته می باشد. فن باید سبک باشد تا نیروی گشتاور محرکه کمتری برای به دوران درآوردن آن لازم باشد و همچنین مقاومت کافی در برابر تنش و خستگی داشته باشد به صورت متداول از استیل ، آلومینیوم ، فایبرگلاس و یا انواع پلاستک می سازند. فن ها معمولا در دو نوع محوری و سانتریفیوژ مورد استفاده قرار می گیرند که نوع سانتریفیوژ فشار استاتیکی بالاتر و نوع محوری دبی بالاتری تأمین می کنند .
- : دودکش بالای برج خنک کن ( فن استک به جریان هوای خروجی نظم بخشیده و از عملکرد فن محافظت می کند. فن استک برج خنک کن با نام های تنوره فن و یا فن رینگ نیز نامیده می شود. طراحی فن استک باید به نحوی باشد که اصطحکاک و اتلاف انرژی را به حداقل برساند و سرعت و فشار هوا را کنترل نماید. معمولا فن استک یا فن رینگ از جنس فایبرگلاس ساخته می شود که با ابعاد دقیق قابل ساخت است و بسیار سبک می باشد، فن استک ها جهت بیشینه کردن راندمان فن، جلوگیری از چرخش برعکس فن و کمینه کردن چرخش مجدد هوای خروجی مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی فن استک از سه ناحیه ناحیه تشکیل شده است: ناحیه ورودی، ناحیه صاف و ناحیه بازیابی سرعت. )
- : ایجاد سطح تماس گسترده میان آب و هوا ( نقش پکینگ ایجاد حداکثر سطح تماس میان آب و هوا در طولانی ترین بازه زمانی ممکن می باشد تا بتواند تبخیر را به حداکثر رسانده و آب را بیشتر خنک کند. پکینگ یا سطوح انتقال حرارت به عنوان قلب کولینگ تاور شناخته می شود و در دو مدل اساسی اسپلش ( قطره ای ) و فیلمی طراحی و ساخته می شود. هر دو نوع پکینگ فیلمی و اسپلش برای استفاده در کولینگ تاور به کار برده می شوند ، اما پکینگ فیلمی دارای راندمان بیشتری نسبت به پکینگ اسپلش می باشد و سطح تماس گسترده تری میان آب و هوا ایجاد می نماید ولی پکینگ فیلمی نسبت به پکینگ اسپلش در مقابل رسوب و آب بی کیفیت مقاومت کمتری دارد و ضمن اینکه تحمل دمایی کمتری دارد زودتر دچار گرفتگی و فرسایش می شود. )
- : پاشش و توزیع آب
- : جلوگیری از پرتاب آب به بیرون
- : دریچه های ورود هوا
- یا تشت: محل جمع شدن آب سرد
- : لوله ها ورود و خروج آب
- فلنج: اتصالات ورودی و خروجی
- و سازه : بدنه و استخوانبندی برج خنک کن
- : در برج های گرد جهت توزیع آب ( آبگردان یا آب پخش کن برج خنک کننده بروی لوله اصلی ورودی در مرکز برج سوار می شود ، آب از قسمت زیرین کلگی توزیع آب وارد شده و از خروجی ها به صورت دورانی بوسیله لوله های آرم توزیع می گردد )
- : چوب اشباع شده جهت ایجاد سطح تماس آب و هوا ( فرآیند اشباع سازی جهت افزایش عمر چوب به وسیله اسید کرومات مس و به میزان مشخص تحت فشار صورت می گیرد و معمولا از چوب درختان کاج نزدیک به قطب شمال ( چوب روسی ) با رعابت استاندارد های حد ترک و گره در چوب استفاده می شود )
- : پولی جهت کاهش سرعت دورانی پروانه ( جنس کاهنده دور موتور و کاهنده دور فن از چدن می باشد که دارای شفت بلند از فولاد گالوانیزه می باشد، می توان این قطعه را از برنج یا استنلس استیل نیز تهیه نمود، برای چرخش دو قسمت بروی هم از بلبرینگ استفاده می شود این بلبرینگ باید مقاومت و کیفیت کافی داشته باشد تا طی عملکرد دستگاه به مشکل نخورد )
- : انتقال حرکت دورانی الکتروموتور به گیربکس
- : جعبه دنده جهت کاهش سرعت دورانی پروانه
در تمام مشخصات شامل شرح کارکرد، جدول مشخصات فنی، شرح قطعات و اجزاء، نمودار تعیین ظرفیت و رزومه پروژه های برج خنک کن آورده شده است.
لوازم جانبی برج خنک کن:
به تجهیزات تکمیلی برای کولینگ تاور جهت اقدامات کنترل ، محافظت ، نظارت و نگهداری می گویند. این تجهیزات معمولا شامل سوئیچ های کنترل ارتعاش ، هیتر تشت، سیستم کنترل هوشمند یا ترموستات برج خنک کن ، ترتیب سنج برج های خنک کن ، کنترل سطح آب و شیر های برقی و سنسور های دما و … می باشند. هر کدام از این لوازم جانبی برج خنک کن برای هدف و کاربردی مشخص طراحی شده است که بنا به نیاز کاربر برج خنک کن طراحی و مورد استفاده قرار می گیرند. ( مطالعه بیشتر )
- : کنترل دور پروانه با اینورتر و بر اساس دما ( این سیستم از اجزاء اصلی اینورتر ، پی آی دی کنترلر و سنسور تشکیل شده است. نحوه کار این سیستم به این شکل است که سنسور دمای آب خروجی از برج خنک کننده را اندازه گرفته و به صورت میلی ولت به پی آی دی کنترلر ارسال می کند سپس پی آی دی کنترلر آن را پردازش می کند و به صورت میلی آمپر به اینورتر فرمان می دهد تا سرعت دوران پروانه را به وسیله فرکانس بین صفر تا پنجاه هرتز تنظیم و به الکتروموتور فرمان دهد )
- هیتر : هیتر جهت جلوگیری از یخ زدن کولینگ تاور در زمستان ( هیتر تشت برج خنک کننده عبارتست از هیتر های برقی که در تشت آب سرد برج خنک کننده تعبیه می شوند تا از یخ زدن و شکستن تشت در فصول سرد سال محافظت کنند. همچنین این هیتر ها با گرم کردن آب تشت فضای داخل برج خنک کن را نیز گرم نموده و از یخ بستن قسمت های فوقانی از جمله فن و الکتروموتور جلوگیری می کنند. این هیتر ها باید به صورت مناسب و فلنجی نصب شود تا خطر برق گرفتگی ایجاد نکند و همچنین از قطعات ضد زنگ و بسیار مقاوم باشد تا به مرور زمان دچار مشکل نشود )
- : پیمایش گرمایی الکتریکی در برج خنک کن ( Electrical heat trace ) عبارتست از کابل های گرما دهنده ای که دور تشت برج خنک کن و در طول مسیر لوله کشی خوابانده شده و با تولید گرما از جریان الکتریکی از یخ زدن تشت و لوله ها و تجهیزات دیگر محافظت می کند.
- سوِئیچ ارتعاش : کنترل ارتعاش در کولینگ تاور ( سوئیچ کنترل ارتعاش برج خنک کن جهت جلوگیری از تخریب مکانیکی دستگاه به هنگام بار یا ارتعاش بیش از حد مورد استفاده قرار می گیرد. در صورتی که یکی از قطعات متحرک برج خنک کن مانند فن دچار مشکل شود قبل از تخریب شروع به ارتعاشات غیر عادی می کند که در صورت قرار دادن سوئیچ کنترل بلافاصله کولینگ تاور را خاموش می کند و از تخریب بیشتر برج خنک کن جلوگیری می شود و قبل از آسیب این فرصت را به کاربر می دهد که در زمان مناسب نسبت به تعمیرات با هزینه های به مراتب کمتر اقدام شود )
- کنترل سطح آب : تنظیم سطح آب درون برج
- : تنظیم دما آب خروجی کولینگ تاور
- ترتیب سنج : روشن کردن متناوب سلول های کولینگ تاور
- شیر برقی: جهت کنترل ورود آب جبرانی
بررسی عملکرد دمایی و توان سرمایش برج خنک کننده
دمای آب خروجی از کولینگ تاور
یکی از مهمترین بخش ها در بررسی کارایی کولینگ تاور و صحت عملکرد قطعات آن، عملکرد دمایی برج خنک کن است. به عنوان مثال اگر در هنگام ، دمای ورودی آن 37 درجه سانتیگراد و دمای خروجی آب از برج خنک کن 32 درجه در نظر گرفته شده باشد، در زمان بازرسی و سرویس باید ابتدا مطمئن شد که سیستم کولینگ، در مرحله اول آب را در دمای مورد نظر دریافت کرده و سپس آب را به دمای مورد نظر در شرایط طراحی برساند.
بررسی دمای آب ورودی به برج خنک کننده
اگر دمای آب ورودی به Cooling tower بالاتر از دمای طراحی باشد، به عنوان مثال در شرایطی که ذکر شد، آب با دمای 39 درجه سانتیگراد به برج خنک کننده برسد، پیش از هر اقدامی لازم است شرایط خط تولید، تجهیزات و مدار پیش از برج خنک کننده مورد بررسی قرار بگیرد.
این توصیه به خاطر این است که اگر ایرادی در آن وجود دارد رفع شود، که آب به برج خنک کننده با دمای مورد نظر در شرایط طراحی وارد شود. در غیر این صورت برج خنک کننده ممکن است نتواند دمای آب را به دمای مورد نظر در شرایط طراحی برساند و کل خط تولید آسیب ببیند یا متوقف شود. پس اگر آب ورودی به Cooling tower دمایش بیشتر از شرایط طراحی است، احتمالا مشکل در تجهیزات پیش از برج باشد.
در شرایطی که دمای ورودی برج خنک کننده بسیار کمتر از دمای طراحی باشد(یعنی آب خنک تری به کولینگ تاور برسد)، اگرچه شرایط بهتری برای رساندن دمای آب به دمای خروجی سیستم Cooling tower مهیا است، اما برج خنک کن با حداکثر ظرفیت خود کار نمی کند.
بررسی دبی و میزان آب در گردش برج خنک کن
همانند شرایط دمایی برج خنک کن، دبی و میزان آب در گردش کولینگ تاور نیز باید در محدوده طراحی باشد. به عنوان مثال اگر میزان آب در گردش برج خنک کننده ای در زمان طراحی برابر 200 متر مکعب در ساعت بوده و در زمان بهره برداری، دبی کولینگ تاور به 300 متر مکعب در ساعت افزایش پیدا کند، این امر موجب کاهش دمای رنج (اختلاف دمای ورودی و خروجی کولینگ تاور) شده و موجب می شود دمای خروجی مورد نظر به دست نیاید. به همین ترتیب اگر دبی آب برج خنک کن از میزان طراحی کمتر باشد، کولینگ تاور با ظرفیت کمتری در حال کار خواهد بود.
مفهوم دیگری که در حوزه میزان آب برج خنک کننده باید مورد توجه قرار گیرد است. عدد واترلود بر اساس مشخص می شود. از آنجا که در اکثر برج های خنک کننده فایبر گلاس، از پکینگ فیلم با جنس پی وی سی و یا پلی پروپیلن استفاده می شود، میزان واتر لود نباید از 25-27 متر مکعب در ساعت بر متر مربع تجاوز نماید. با افزایش واتر لود از این حد، عملا آب پاشیده شده بر روی پکینگ برج خنک کن نمی تواند به خوبی از منافذ لانه زنبوری پکینگ عبور کند و دستگاه کارایی خود را از دست می دهد.