Search
Generic filters
Exact matches only

برج خنک کننده

برج خنک کننده

برج خنک کننده چیست

کولینگ تاور ( cooling tower )  یا برج خنک کننده (در اصطلاح عامیانه برج خنک کن ) به یکی از دستگاه های خنک کننده آب گفته می شود . این سیستم یکی از مهمترین تجهیزات در مبحث تهویه مطبوع می باشد و در اولین تقسیم بندی به دو مدل مدار باز و مدار بسته تقسیم می شود .

به عبارت دقیق تر هدف از استفاده این دستگاه خنک کردن آب می باشد. عملکرد آن نیز در واقع مشابه عملکرد کولر آبی می باشد. کولر آب با پاشش آب سبب افزایش رطوبت هوا و کاهش دمای خشک هوا در تابستان می گردد و برج خنک کن با پاشش آب و تماس با هوا موجب تبخیر بخش کوچکی از آب ، در نتیجه سبب کاهش دمای آب می گردد . وظیفه برج خنک کننده و کاهش دمای آب یا هر سیالی است که ظرفیت گرمای ویژه بالایی دارد ، همچون روغن ، اسید و غیره .

ظرفیت برج خنک کن اصطلاحا با تن تبرید یا کیلووات نمایش داده می شود و بیانگر میزان گرمایی است که این تجهیز در واحد زمان از آب دریافت می کند . ظرفیت های تولیدی در انواع مختلف از 5 تن برودتی یا تن تبرید الی 5000 تن تبرید (به صورت چندسلولی) می باشد .

برج خنک کننده

نحوه عملکرد برج خنک کننده

عملکرد برج خنک کن یا کولینگ تاور بر اساس شرایط سایکرومتریک محیط در شرایط فصلی مختلف (زمستان یا تابستان) متفاوت است.

اگر نگاه مختصری به چرخه آب درون کولینگ تاور بیندازیم متوجه می شویم که آب در مرحله اول با فشار متناسب از یک سری انشعابات وارد بخش پاشش آب و نازل ها می شود . در بخش نازل در برج خنک کننده سرعت آب افزایش می یابد و بخشی از فشار جریان صرف گذر از نازل می گردد . آب که هم اکنون از سرعت بالا و فشار نسبی کمتری برخوردار است بر روی سطوحی به نام پکینگ مدیا پاشش می کند.

در این مرحله همزمان با گذر از سطح پکینگ مدیا در تماس با هوا قرار گرفته و بخشی از فلو اصلی آب تبخیر و وارد هوا می گردد. هوا با دریافت این بخارات متصاعد شده از آب رطوبت بیشتری پیدا می کند و این روند تا جایی ادامه پیدا می کند که هوای خروجی از برج در حدود هوای اشباع ( رطوبت نسبی 100 درصد ) قرار می گیرد.آب خروجی از پکینگ مدیا نیز در قسمتی تحت عنوان تشتک جمع آوری می شود و جهت ارسال به فرآیند مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرد.

فروش برج خنک کننده

تاریخچه کولینگ تاور

کولینگ تاور ها در گذر زمان در انواع مختلفی طراحی و تولید گردیده و سیستم نهایی این دستگاه دستخوش تغییرات بسیاری بوده است. نسل ابتدایی این دستگاه به صورت رسمی بعد از انقلاب کبیر فرانسه به صورت برج خنک کن اتمسفریک و یا برج دست ساز معرفی شد . این سیستمها با پاشش جریان طبیعی آب بر روی چوب عموما آب را خنک می کردند.

بعد از یک سری تغییرات کلی کولینگ تاور ها به حالت بتنی تغییر پیدا کردند و سازه های بزرگ هذلولی با یک سیستم هوادهی دمنده تحت عنوان برج خنک کننده بتنی مورد استفاده قرار گرفت.به دلیل هزینه های عمرانی بالای این مدل از نسل بعدی تحت عنوان برج های خنک کننده گالوانیزه معرفی گردید .

  • بدنه این دستگاه از ورق گالوانیزه گرم تشکیل می شد.
  • سیستم هوادهی این مدل از کولینگ تاور به صورت سانتریفوژ میباشد.
  • مصرف انرژی و میزان صدای تولیدی بالایی نیز داشتند .

به دلایل رسوب و خوردگی و تعمیر و نگهداری سخت کولینگ تاور گالوانیزه این مدل نیز همانند رقبای خود منسوخ گردید به طوری که هم اکنون تولیدکننده های بسیار کمی این مدل را تولید می کنند . آخرین نسل از این تجهیز ، برج های فایبرگلاس با سیستم فن محوری بسیار کم مصرف و کم صدا می باشد . این مدل از برج خنک کننده اگر با استانداردهای جهانی تولید و طراحی گردد دیگر هیچ یک از محدودیت های انواع برج های قبلی را نخواهد داشت .

قیمت کولینگ تاور

انواع برج خنک کننده

کولینگ تاور انواع مختلفی دارد که در یک دسته بندی کلی در دو دسته میتوان آنها را قرار داد.

  • برج خنک کننده مدارباز
  • برج خنک کننده مداربسته

برج خنک کننده مدارباز

برج خنک کننده مدارباز ، به دستگاهی گفته می شود که آب را توسط یک سیکل باز (به لحاظ انتقال جرم ) خنک می کند. آّب در این نوع از سیستمها توسط یک سری نازل بر روی سطوح خنک کننده یا پکینگ ها پاشش می کند و در اثر افت دما از خروجی تشتک آن خارج می گردد .

هوا نیز از قسمت لوور یا کرکره های ورودی هوا وارد می گردد. بعد از تماس با آب و رطوبت زنی به صورت اشباع از قسمت دیگر (فن استک) خارج می گردد .

مزایای برج خنک کننده مدارباز

  1. راندمان بالای حرارتی.
  2. کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای مرطوب محیط.
  3. بهای تمام شده پایین نسبت به برج های مداربسته.

معایب کولینگ تاور مدارباز

  1. رسوب و گرفتگی در قسمت های مختلف.
  2. رسوب و گرفتگی شدید در لوله های کندانسور دستگاه های خنک شونده.
  3. رسوب و گرفتگی در لوله های ارتباطی بین کولینگ واتر و کندانسور.
  4. قابلیت نصب فقط درمحیط بیرون.
  5. تعمیر و نگهداری سخت کولینگ تاور مدارباز به لحاظ تامین آب جبرانی ، رسوب زدایی و غیره.

کولینگ تاور

قسمت های تشکیل دهنده برج خنک کننده کاربرد کولینگ تاور هانحوه محاسبه ظرفیت برج خنک کن

  1. سیستم پاشش آب : این قسمت شامل لوله های ورودی برج ، فلنچ ها ، بست های کمربندی و نازل یا اسپرینکلر (آبگردان) می باشد .
  2. سیستم هوادهی: این بخش شامل یک فن هوادهی ، الکتروموتور و سیستم انتقال قدرت می باشد که وظیفه تامین هوای گردشی را دارد .
  3. پکینگ مدیا : این قسمت وظیفه ایجاد سطح تبادل حرارت بین آب و هوا را بر عهده دارد .
  4. قطره گیر: به منظور جلوگیری از هدایت قطرات آب به قسمت فن و بخش هوادهی قطره گیر در قسمت بالایی نازل ها یا اسپرینکلر نصب می گردد و از پرتاب قطرات آب به سمت بالا جلوگیری می کند.
  5. بدنه: بدنه برج خنک کننده شامل قسمت های مختلفی می باشد که هر بخش وظیفه مرتبط با خود را دارد . قسمت های مختلف بدنه شامل لوور یا کرکره های ورودی هوا ، فن استک یا فن دک (محل قرارگیری فن) , پنل یا دیواره های کولینگ تاور و تشتک ذخیره آب سرد می باشد.
  6. شناور: این قطعه وظیفه قطع و وصل جریان آب جبرانی در برج خنک کن را برعهده دارد.
  7. سیستم هیتریز هوشمند: در این بخش آب سرد ذخیره شده در تشتک در زمستان و فصول سرد از یخ زدگی محافظت می گردد.
برج های خنک کننده در صنایع بزرگ کشور کاربرد فراوانی دارد . به عنوان چند مثال: در صنعت تزریق پلاستیک از این تجهیز به عنوان سیستم خنک کاری سیکل روغن مورد استفاده قرار می گیرد . در سیستم های تهویه مطبوع نیز وظیفه خنک کردن چیلر را دارد و از این رو به این دستگاه برج خنک کن چیلر نیز گفته می شود . در صنایع سیمان و فولاد و ذوب فلزات نیز در راستای خنک کاری کوره و بویلر یکی از اساسی ترین دستگاه های سیستم تبرید محسوب می گردد .
به منظور محاسبه ظرفیت برج خنک کننده باید ابتدا ظرفیت برودتی سیستم را برآورد کرد . به منظور این موضوع نیاز داریم حجم دبی آب در گردش و دمای ورودی و خروجی دستگاه را تعریف کنیم . رعایت دو نکته اساسی در تخمین دمای خروجی برج ضروری می باشد . نکته اول دمای خروجی تابع دمای مرطوب محیط می باشد . نکته دوم این است که اختلاف دمای ورودی و خروجی از یک حد مشخص نمی تواند تخطی کند . با رعایت این دو نکته و طراحی ایده آل، ظرفیت برودتی براساس این سه فاکتور اساسی معین می گردد . البته عوامل دیگری در طراحی و تعیین ظرفیت دخیل می باشد که مفصلا به آن خواهیم پرداخت .

انواع برج خنک کن مدارباز به لحاظ شکل ظاهری

1-کولینگ تاور مدارباز مکعبی : برج مکعبی دارای سیستم پاشش آب ثابت و سیستم هوادهی مکش القایی می باشد .

2-کولینگ تاور مدارباز مخروطی : برج مخروطی دارای سیستم پاشش آب چرخشی و هوادهی مکش القایی می باشد .

برج خنک کننده مداربسته

برج خنک کننده مداربسته ، به دستگاهی گفته می شود که آب را توسط یک سیکل بسته خنک می کند .

همانطور که از تعریف فوق مشخص می باشد در کولینگ تاور مداربسته هیچ گونه انتقال جرمی بین آب و هوا صورت نمی پذیرد و خروجی کار نه مصرف آبی خواهد بود و نه افزایش رطوبت نسبی هوا . البته در این نوع سیستم مداربسته محدودیت هایی نیز وجود دارد .به عنوان مثال برج های مداربسته توانایی کاهش آب تا دمای مرطوب محیط را ندارد بلکه آب تا نزدیکی دمای خشک محیط کاهش دما پیدا می کند . بنابراین این سیستم در حالت مداربسته دارای راندمان حرارتی پایین تری نسبت به حالت مدارباز می باشد .

موضوع راندمان حرارتی برج سرد کن در تابستان بیشتر حائز اهمیت می باشد زیرا که در فصل تابستان با توجه به افزایش شدید دمای خشک محیط عملا کاهش دمای آب به زیر دمای 40 الی 45 درجه سانتی گراد امکان پذیر نمی باشد.

برج خنک کننده

مزایای کولینگ تاور مداربسته

  1. کاهش مصرف انرژی و بهینه بودن عملکرد مصرف آب.
  2. کاهش رسوب و خوردگی ناشی از تبخیر آب در نوع مدارباز و ایجاد گرفتگی در مسیر ناشی از افزایش املاح محلول آب بر اثر تبخیر.
  3. حذف تجهیزات مورد نیاز جهت تامین آب جبرانی کولینگ تاور از جمله منبع آب جبرانی یا استخر ، سختی گیر رزینی و …
  4. عملکرد قوی در فصول سرد همچون اواخر پاییز و زمستان و اوایل فصل بهار.
  5. قابلیت نصب در محیط بسته و باز (محیط بیرون).

معایب برج خنک کن مداربسته

  1. راندمان حرارتی پایین.
  2. قیمت اولیه بالاتر نسبت به انواع برج های مدارباز.
  3. کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای خشک محیط.
  4. عملکرد ضعیف در فصل تابستان.

انواع برج خنک کننده مدارباز به لحاظ جهت جریان هوا

برج خنک کننده جریان متقاطع (Cross Flow Cooling Tower)

این مدل از برج های خنک کننده مدارباز عموما در مکان هایی استفاده می شود که به دلیل شرایط محیطی دارای رطوبت نسبی بالایی در فصول گرم تابستان می باشد . در ایران از کولینگ تاور جریان متقاطع یا همان کراس فلو بیشتر در مناطق شمال و جنوب کشور مورد استفاده قرار می گیرد . دلیل استفاده از این مدل در این مناطق بیشتر به نحوه عملکرد این مدل از سیستمهای مدارباز وابسته می باشد .
نوع مدار باز جریان متقاطع به دلیل نوعیت عملکرد مخصوص آن ها با ساختار مکعبی قابل تولید می باشد . نوع کراس فلو یا جریان متقاطع اولین بار توسط یک شرکت ژاپنی به نام ابارا (EBARA) تولید و عرضه گردید . به همین دلیل به این دستگاه ساخته شده در داخل کشور  جریان متقاطع ابارایی نیز گفته می شود .

کولینگ تاور مدار باز جریان مخالف (Counter Flow Cooling Tower)

این مدل از برج های خنک کننده در کلیه مناطق مورد کاربرد می باشد . راندمان حرارتی این سیستمها جریان مخالف عموما در مکان هایی با رطوبت نسبی پایین ، بالاتر از مدل جریان متقاطع یا کراس فلو می باشد . کولینگ تاور جریان مخالف همانطور که از اسم این دستگاه مشخص می باشد در قیاس با همتای خود ، جریان بین آب و هوا در اختلاف فاز 180 درجه ای تماس پیدا می کند . برج جریان مخالف بر اساس شکل ظاهری انواع مختلفی دارد که در زیر به شرح مفصل آن ها می پردازیم .

انواع برج خنک کن جریان مخالف مدارباز به لحاظ شکل ظاهری

  • کولینگ تاور مدار باز مکعبی (Cubic Counter Flow Cooling Tower)

برج خنک کن مکعبی دارای سیستم پاشش آب ثابت و سیستم هوادهی مکش القایی می باشد . در برج های خنک کننده مکعبی آب یک تعداد معینی ورودی وارد نازل های پاشش آب (Nozzle) می گردد . پس از خروج از نازل جریان آب به صورت منظم بر روی سطوح پکینگ مدیا (Packing Media) همپوشانی می شود . جریان آب پس از گذر از لایه های پکینگ مدیا در مدل مکعبی  از قسمت های زیرین لایه آخر سطوح خنک کننده (پکینگ مدیا) در تشتک برج خنک کننده (Cooling Tower Basin ) جمع آوری می گردد .

از طرف دیگر ، هوا از بخش لوور یا کرکره های ورودی هوا (Louver ) به داخل کولینگ تاورمکعبی مکش می شود . در مرحله بعد ، هوا از ما بین منافذ پکینگ مدیا در برج خنک کن عبور کرده و در تماس مستقیم با جریان آب ریزشی در تمامی لایه های پکینگ قرار می گیرد . بعد از این مرحله هوا با افزایش رطوبت نسبی به حالت اشباع می رسد و از قسمت فن استک یا فن دک (Fan Deck) خارج می گردد .

1-2مزایای کولینگ تاور مکعبی جریان مخالف

  1. کاهش دمای آب تا نزدیکی دمای مرطوب محیط با آپروچ بسیار کم (low Approach).
  2. پاشش آب منظم و ایجاد فضای خالی بسیار کم (Void Space) بر روی سطوح خنک کننده یا پکینگ برج خنک کن.
  3. سیستم پاشش آب ثابت و رسوب پذیری کمتر نسبت به مدل مخروطی.
  4. افت فشار کم در مدل مکعبی نسبت به کولینگ تاور مخروطی (نیاز به فشار کمتری از جانب پمپ جهت پاشش صحیح نازل ها می باشد ).
  5. امکان تولید چندسلولی (Multi Cell) مدل مکعبی و کنترل میزان ظرفیت هوادهی و مصرف انرژی در فصول مختلف.
  6. تعمیر و نگهداری آسان تر در مقایسه با برج های خنک کننده مخروطی.
  7. اشغال فضای سطحی کمتر نسبت به نوع مخروطی و جریان متقاطع.
  8. امکان مونتاژ در محل کارخانه مدل مکعبی در ظرفیت های بالا به صورت چندسلولی و در نتیجه حذف هزینه های حمل ترافیکی و هزینه مونتاژ در محل.
  • کولینگ تاور جریان مخالف مخروطی (Conic Counter Flow Cooling Tower)

کولینگ تاور مخروطی جریان مخالف دارای یک سیستم پاشش آب چرخشی و تحت فشار می باشد . در این مدل آب از ورودی در قسمت پایین وارد برج خنک کننده می شود و در اولین مرحله بعد از گذر از یک لوله عمودی به قطعه ای تحت عنوان اسپرینکلرهد یا آب پخش کن یا کلگی می رسد . در این قسمت آب تحت فشار با برخورد به این قطعه سبب چرخش آن می شود و پس از چرخش آب به صورت فواره ای شکل برروی سطوح خنک کننده پاشش می کند . جریان هوا نیز همانند مدلهای مکعبی از قسمت لوورهای مکش هوا وارد برج سرد کن شده و از قسمت انتهایی Fan Deck نیز خارج می گردد .

2-2-مزایای کولینگ تاور مخروطی جریان مخالف

1-راندمان بسیار بالای برج خنک کن مخروطی در مقایسه با انواع جریان متقاطع در مناطق خشک همانند شهرهای یزد ، شیراز ، سمنان و غیره.
2-ارتفاع پایین دستگاه و جانمایی راحت دستگاه به لحاظ ارتفاعی.
3-به دلیل داشتن بدنه فایبرگلاس ، دارای رسوب گذاری بسیاری کمی در مقایسه با انواع برج خنک کن بتنی و گالوانیزه می باشد .
4-دارای وزن کمتری نسبت به انواع گالوانیزه و بتنی می باشد .
5-مقاومت بالا در برابر شرایط بد جوی همچون بادهای شدید و تکان های غیر متعارف (همانند زلزله).

برج خنک کننده بتنی

برج خنک کننده بتنی برای کاربرد های صنعتی سنگین کاربرد دارد که از جمله آن می توان به نیروگاه ها ، پالایشگاه های پتروشیمی و …اشاره نمود . ساخت کولینگ تاور بتنی یک فعالیت عمرانی و صنعتی عظیم است که لازمه آن تهیه و تنظیم انواع نقشه کشی ها در 2 بعد و 3 بعد می باشد. محل فن ها و ورودی و خروجی ها باید کاملا مشخص شود و برنامه ساخت با یک شرکت بتن ریز هماهنگ شود. برج های خنک کننده بتنی تک سلول از ابعاد 6*6 تا 15*15 توسط گروه صنعتی ناب زیست قابل تولید هستند .

از ایرادات اصلی این کولینگ تاورها می توان به کند بودن انجام پروژه به دلیل بتن ریزی مرحله به مرحله و همچنین وزن بالای بتن و لزوم استفاده از پایه ها و استراکچر عظیم در قسمت پایینی برج خنک کننده اشاره نمود. البته برج خنک کننده بتنی دارای مزایایی نیز می باشد که از جمله آن به کارکرد در دماهای بسیار بالا به دلیل استفاده از پکینگ های توربو اسپلش و همچنین ایجاد صدای کم و همچنین سیستم توزیع جوی اشاره نمود.
کولینگ تاور بتنی

برج خنک کننده فلزی

برج خنک کننده فلزی به آن دسته از برج هایِ گفته می شود که تمام یا بشتر اجزاء بدنه آن ها از فلز ساخته شده باشد.  به دلیل ارتباط مستقیم آن با رطوبت و آب آن هم با سختی های مختلف بدنه این برج ها را باید از فلزی استفاده نمود که زنگ نزند و مقاومت بالایی نسبت به اکسایش داشته باشد.  بهترین گزینه استفاده از استنلس استیل با گرید های مختلف اعم از 304 یا 316 است که به اصطلاح به استیل ضد زنگ و ضد اسید معروف هستند ولی به دلیل قیمت بالای این نوع از آلیاژ آهن فقط در موارد خاص و در مکان هایی که هیچ گزینه دیگری برای کارفرما وجود نداشته باشد این آلیاژ استفاده می شود.  ولی به صورت گسترده برای ساخت برج خنک کننده فلزی از گالوانیزه گرم (hot galvanized) استفاده می شود.

کولینگ تاور فلزی
برج های خنک کننده گالوانیزه برای مدت زیادی در حدود 50 سال در ظرفیت های پایین ساخته می شدند و در شرایط ایده آل آب و هوایی تقریبا تا 20 سال نیز عمر داشتند. در مناطقی که رطوبت هوا بالا بود و آب ورودی به برج خنک کن نیز خورندگی داشت خیلی زود با ایجاد زنگ سفید روی گالوانیزه این برج ها به سمت فرسایش پیش می رفت. برجهای گالوانیزه معمولا مجهز به فن سانتریفیوژ بوده و جریان هوا به صورت اجباری به داخل آن ها فرستاده می شد. در برخی موارد نیز از کربن استیل برای ساخت برج خنک کننده استفاده می شد که برای جلو گیری از مسئله زنگ زدگی توسط رنگ یا پی وی سی (PVC) روی فلز پوشانده می شد.

لازم به ذکر است که برج های گالوانیزه و به طور کل فلزی به دلیل خاصیت تبادل حرارتی فلز دارای راندمان خوبی نیز بودن ولی به دلیل هزینه نگهداری بالا و خرابی زیاد جای خود را به برج های خنک کننده فایبر گلاس دادند.

رای کاربران
[امتیاز کلی: 6 میانگین: 5]