ضرورت استفاده از برج خنککننده
استفاده از برج خنککن (Cooling Towers) در صنایع مختلف، به دلیل مزایای اقتصادی و افزایش راندمان تولید، به یک ضرورت تبدیل شده است. این تجهیزات با کاهش هزینههای انرژی و افزایش بازدهی ماشینآلات، نقش حیاتی در بهبود عملکرد کارخانهها ایفا میکنند بسیاری از صنایع سنگین و سبک، از فولاد تا تولید قطعات پلاستیکی و صنایع ریختهگری، به برجهای خنککننده متکی هستند تا از آنها برای خنکسازی آب استفاده کرده و بهرهوری را افزایش دهند.
در حقیقت، برج خنککن بهعنوان یکی از اجزای اساسی و جداییناپذیر هر صنعتی به شمار میآیند. این دستگاهها با استفاده از فرایند سرمایش تبخیری، حرارت اضافی را از دستگاهها و ماشینآلات خارج میکنند و آبخنک موردنیاز را تامین میکنند در صنایع فلزات، کولینگتاورها برای خنکسازی کورهها و دستگاههای ذوب فلزات بسیار ضروری هستند. صنایع پتروشیمی و نیروگاهها نیز برای خنکسازی راکتورها و توربینها به این دستگاهها نیاز دارند.
علاوه بر این، صنایع تولیدی مانند ساخت قطعات پلاستیکی و صنایع فرم دهی فلزات نیز بهمنظور کنترل دما و افزایش کیفیت تولیدات خود از برجهای خنککننده استفاده میکنند صنایع تولید لباس، چوب و سایر صنایع نیز به این تجهیزات وابسته هستند تا در فرایندهای تولیدی خود بهرهوری بیشتری داشته باشند. برجهای خنککننده به دو کاربری اصلی تقسیم میشوند: اول، در سیستمهای تهویه برای خنکسازی چیلرها و دوم، در فرایندهای صنعتی برای خنکسازی ماشینآلات و تجهیزات. باتوجهبه اهمیت کاهش هزینهها و افزایش راندمان تولید، استفاده از برج خنککننده صنعتی به یک ضرورت در تمامی صنایع تبدیل شده است.
در همین راستا کارشناسان شرکت آرا تجهیزات آمادگی خود را جهت راهنمایی و برآورد ظرفیت برج خنککننده متناسب با کاربری و ظرفیت شما مشتریان گرامی اعلام مینماید.
روش کار برج خنککننده
برج خنککننده بر اساس فرایندی تحت عنوان سرمایش تبخیری عمل خواهد کرد. در این دستگاه، حرارت از جریان آب داغ ورودی به برج با تبخیر بخشی از آب دفع میشود هنگامی که آب گرم با جریان هوای درون برج تماس پیدا میکند بخشی از آب تبخیر شده و بدین ترتیب دمای آب باقیمانده کاهش مییابد در برج خنککننده، آب گرم از طریق لولهها به بالای برج جریان پیدا کرده و از آنجا بهصورت قطرات ریز به پایین برج منتقل میشوند. آب ورودی توسط نازلهای مخصوص در تمام سطح کولینگتاور تقسیم میشود. حدفاصل نازلها و تشتک برج سطوح انتقال حرارت یا پکینگهای از جنس PVC-PP قرار دارد تا میزان تبادل حرارت بین آبوهوا را به حداکثر برساند. همزمان، هوا از پایین یا اطراف برج به داخل کشیده میشود و با آب در حال ریزش تماس پیدا میکند این تماس باعث تبخیر بخشی از آب میشود و گرمای نهان تبخیر از آب به هوا منتقل میشود در نتیجه، دمای آب کاهشیافته و آبخنک شده به دستگاه بازگردانده میشود.
میزان رطوبتی که از هوای ورودی جذب میشود نشانه دهنده میزان توانایی برج خنککننده در کاهش دمای آب است. معمولاً میتواند دمای آب را تا نزدیک به ۳ درجه بیش از دمای مرطوب هوای محیط کاهش داد. این بدین معناست که در شرایطی که هوا خشک است، برج خنککننده میتواند عملکرد بهتری داشته باشد. اما در محیطهای مرطوب و شرجی( مانند شهرهای شمالی کشور گرگان،ساری و...)، کارایی این سیستمها به دلیل کاهش ظرفیت جذب رطوبت هوا کاهش مییابد بهطورکلی، عملکرد برج خنککننده به مواردی مانند دمای هوای ورودی، رطوبت نسبی و سرعت جریان هوا بستگی دارد. با تنظیم این عوامل، میتوان کارایی برج خنککننده را بهینهسازی کرد و از آن برای خنککردن آب در صنایع مختلف بهره برد.
اجزایی تشکیل دهنده برج خنک کننده
در جدول ذیل بطورخلاصه قطعات اصلی کولینگ تاور را ذکر نموده ایم و کاربرد هر کدام را عنوان نموده ایم. در ادامه توضیحات بیشتر در مورد عملکرد هر یک از این قطعات برج خنک کننده آمده است.
بدنه برج خنک کننده
وظیفه: چارچوب اصلی و نگهدارنده قطعات داخلی توسط بدنه برج خنککننده انجام میشود.
بدنه برج خنککننده شامل پنلها، فن استک و تشتک آبخنک است که از جنس فلز، بتن یا فایبرگلاس ساخته میشود. کولینگتاورهای شرکت آرا تجهیزات از متریال فایبرگلاس بوده که در عین سبک بودن مقاومت بالای در مقابل اشعه UV نور خورشید و عوامل شیمیایی دارد. بدنه برج خنککن بهصورت مکعبی و مخروطی تولید میشود.
فن و کاهش دور
وظیفه: جابهجایی جریان هوا درون برج خنککننده
فنها در برج خنککن یا از نوع محوری یا اکسیال هستند که در قسمت فوقانی برج قرار داده میشوند یا از نوع سانتریفیوژ که در قسمت جلویی برج قرار میگیرند. فنها با جابهجایی هوا از میان پکینگها، تبخیر آب را تسهیل میکنند در برجهای فعلی بیشتر از پروانههای آکسیال با متریال فایبرگلاس و پلیآمید استفاده میشود که راندمان بالای دارند و میزان مصرف برق و سرو صدای کمتری نسبت به فنهای حلزونی سانتریفیوژ دارند.
کاهش دور فن در برجهای خنککننده بزرگتر از ۱۰۰ تن تبرید مورداستفاده قرار میگیرد. در قسمت فن استک برای اتصال موتور به پروانه از دو سیستم اتصال مستقیم و غیرمستقیم استفاده میشود. کاهش دور و گیربکس مربوط به اتصال غیرمستقیم هستند که میتوانند دور موتور را کاهش داده و سپس به پروانه منتقل نمایند. کاهش دور فولی تسمه بهصورت ۲، ۳ و ۴ تسمه ساخته میشود.
نازلهای آبپاش
وظیفه: توزیع جریان آب بر روی پکینگها
نازلها که در کلکتور ورودی قرار دارند، آب داغ وارد شده را بهصورت قطرات کوچکی بر روی پکینگها پخش میکنند. این عمل، سطح تماس آبوهوا را افزایش داده و فشار آب را به طور قابلتوجهی کاهش میدهد و باعث تسریع تبخیر میشود. افشانک یا همان نازل کولینگ تاور در انواع و ابعاد مختلف تولید می شوند. نازل های مربع پاش و حلزونی در کولینگ تاور معکبی بیشتر کاربرد دارند و در کولینگ تاور های مخروطی نیز از یک آب پخش آلومینیمی در مرکز برج برای توزیع آب استفاده می شود.
پکینگ (Cooling tower packing)
وظیفه: تشدید فرایند تبخیر
پکینگها با افزایش سطح تماس میان آبوهوا، فرایند تبخیر را بهبود میبخشند آب پس از پاشش توسط نازلها، بهصورت لایههای نازک در سطوح پکینگ برج خنک کننده پخش میشود و زمان بیشتری برای تبخیر پیدا میکند که در نتیجه کارایی خنککننده افزایش مییابد پکینگهای کولینگتاور در انواع مختلفی تولید میشوند مانند: پکینگ فیلم یا لانهزنبوری، پکینگ اسپلش و...
قطره گیر برج خنک کننده یا دیریفت المیناتور
وظیفه: جلوگیری از پاشش آب به بیرون از برج خنککننده
قطره گیر برج خنککننده در قسمت بالای نازلهای و پایینتر از فن قرار میگیرد تا بهواسطه جریان هوا آب و بخارات از دهانه کولینگتاور به بیرون پرتاب نشود و مانع از اتلاف آب مصرفی گردد. قطره گیرهای برج خنککننده در دو نوع لانهزنبوری و قطره گیر تیغه ای تولید و استفاده میشوند.
پورت آب جبرانی
وظیفه: جبران آب تشتک
پورت آب جبرانی به شناوری متصل است که سطح آب درون تشتک برج را تنظیم میکند با کاهش سطح آب، شناور پایین آمده و آب بیشتری وارد میشود و با افزایش سطح آب، شناور بالا رفته و جریان آب ورودی محدود میگردد. این مکانیزم مشابه کولرهای آبی عمل میکند.
پورت آب سرریز برج
وظیفه: سرریز آب تشتک در صورت خرابی شناور
در مواقع ایجاد خرابی برای شناور و پر شدن بیش از حد تشتک برج خنککن، آب از طریق این ناحیه خارج میگردد. این مکانیزم از تجمع بیش از حد آب و ایجاد اختلال در عملکرد برج جلوگیری میکند.
پورت آب داغ ورودی
وظیفه: محل ورود آب داغ به برج خنککننده
آب داغ از دستگاههای مختلف مانند خروجی سردکنهای تراکمی آبخنک یا چیلرهای جذبی وارد برج خنککننده میشود تا حرارت جذب شده را دفع کند. در سیستمهای جریان مخالف مکعبی ورودی از قسمت بالای برج است و در برج خنککننده گرد ورودی از قسمت تشتک و پایین برج است. که در نهایت به کمک شبکه پایپینگ به قسمت نازل های توزیع آب میرسد.
پورت آب سرد خروجی
وظیفه: محل خروج آب سرد از برج خنککننده
آب سرد شده در برج خنککن، از این پورت خارج شده و برای بار دیگر در دستگاهها یا سیستمهای موردنظر برای فرایندهای خنککننده مورداستفاده قرار میگیرد. سایز فلنچ خروجی آب از حوضه برج بر اساس دبی عبوری تعبیه می شود.
پورت آب تخلیه
وظیفه: تخلیه آب آلوده شده
به دلیل تماس آب با هوا و آلودهشدن آن، آب آلوده بهواسطه این پورت خارج شده و آب تازه جایگزین آن میشود. این پورت همیشه در پایینترین بخش تشتک برج قرار دارد.
برجهای خنککننده با ترکیب این اجزا و فرایندهای مرتبط، نقش مهمی در بهبود کارایی و کاهش هزینههای انرژی در صنایع مختلف ایفا میکنند هر کدام از این اجزا با وظایف خاص خود، در بهینهسازی فرایند تبخیر و خنکسازی آب نقش دارند. البته بعضی از قطعات کولینگ تاور در راندمان و عملکرد دستگاه نقش اصلی تر را ایفا می کنند مانند پکینگ ها، فن و نازل های توزیع آب.
انواع برج خنککننده
برج های خنککن را میتوان بر اساس جنس بدنه، شکل هندسی، جریان هوا و سیکل کاری به موارد مختلفی دستهبندی کرد. هر کدام از این دستهها دارای ویژگیهای خاصی هستند که آنها را برای کاربردهای خاص صنعتی و تهویهمطبوع مناسب میسازند در ادامه به معرفی و توضیح انواع کلی برجهای خنککننده میپردازیم.
برج خنککننده بارانی یا جریان متقاطع
برج خنککننده بارانی که به برج جریان متقاطع (کراس فلو) نیز معروف است، آب گرم خروجی از کندانسور را از طریق پمپ به تشتکهای فوقانی منتقل میکند آب از طریق سوراخهای موجود در تشتکها بهصورت قطرات باران روی سطوح پرکن یا پکینگها ریخته میشود فن به طور همزمان هوا را از طریق دمپرها به داخل میکشد و با عبور هوا از میان پکینگها، دمای آب را پایین میآورد. این برجها به دلیل طراحی مؤثر و کارآمد خود، برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب هستند. کولینگتاور ابارا یا (Ebara Cooling Tower) یکی از برندهای معروف این نوع برج است که محصول یک شرکت ژاپنی به همین نام است.
برج خنککننده آبگردان یا جریان مخالف
در این برج خنککننده، آب گرم شده در فرایند تولید به برج منتقل شده و توسط افشانکها بر روی پکینگها اسپری میشود. همزمان فن برج، هوای بیرون را از دریچههای پایین به داخل میکشد و هوا را در خلاف جهت آب به بالا میبرد در این نوع برجها، قطره گیرها بین افشانکها و پکینگها نصب میشوند تا از هدررفتن آب جلوگیری شود. این تیپ از برجها بنام کولینگتاور کانتر فلو (Counter Flow Cooling tower) نیز شناخته میشوند. برج خنککن کانتر فلو یا جریان مخالف به علت راندمان بالای که دارد، در اکثر نقاط کشور قابلاستفاده هست.
انواع برج خنککننده به لحاظ گردش هوا
برجهای خنککننده آبگردان به جهت تنوع و کارایی بالا در صنایع مختلف محبوب هستند. این برجها از لحاظ نحوه گردش هوای تازه به چند دسته تقسیم میشوند
برج خنککن جریان طبیعی
این برجها بدون فن طراحی شدهاند و از جریان طبیعی که به علت اختلاف فشار هوا به ایجاد میشود، استفاده میکنند این مدل برای نیروگاهها و کارخانههایی با حجم آب در گردش بالا مناسب است. نام مرسوم این دستگاه در بین مهندسین برج خنککننده هذلولی است که معمولاً سازههای بتنی با ارتفاع بلند هستند.
برج خنککننده جریان مکانیکی
در این نوع برج، فنهای مکانیکی هوا را به داخل برج میکشند این طراحی امکان کنترل بهتر جریان هوا و افزایش کارایی سیستم خنککننده را فراهم میکند فن بکار رفته در این نوع کولینگ واترها از نوع آکسیال یا ملخی میباشد که در بالای برج نصب میگردد. متریال فن در این برجها از آلومینیم، فایبرگلاس و پلیآمید هست.
برج خنککن جریان اجباری
فنها در قسمت ورودی هوا قرار دارند و هوا را به داخل برج خنککن میدمند این مدل خنککننده برای شرایطی که نیاز به جریان هوای قویتری دارند، مناسب است. پروانه مورداستفاده در این کولینگتاورها از نوع سانتریفیوژ است. فنهای دبل فوروارد که در یک حلزونی قرار میگیرند به کمک نیروی موتوربرق جریان هوا را از بیرون با فشار زیاد به داخل محفظه برج میدمند.
انواع برج خنککننده به لحاظ سیکل جریان آب
برجهای خنککن بر اساس نحوه گردش آب گرم به دودسته مدار باز و مداربسته تقسیم میشوند در کولینگتاور مدار باز، آب گرم ورودی از طریق نازلها بر روی پکینگ مدیا توزیع میشود و در مجاورت با هوا خنک میشود. در کولینگتاور مداربسته، آب از داخل کویل (لولههای مسی) جریان پیدا میکند و هوا بر روی کویل دمیده میشود.
برج خنککننده مدار باز
در این نوع، آبخنک کننده به شکل کاملاً مستقیم با هوا تماس پیدا کرده و از طریق تبخیر خنک میشود این سیستم ساده و مؤثر برای بسیاری از کاربردهای صنعتی مناسب است. عیب اصلی برج مدار باز مصرف آب بالا و کثیفی آب است.
برج خنککننده مداربسته
در این برجها، آبخنک کننده در یک مداربسته جریان دارد و با هوا تماس مستقیم ندارد. همانطور که گفته شد آب وارد کویلها شده و از طریق تبادل حرارت با هوا خنک میگردد و سمت مصرفکننده میرود. این طراحی برای جلوگیری از آلودگی آب و حفظ کیفیت آن استفاده میشود.
لازم به ذکر است که نوعی از سیستم ها نیز در سالهای اخیر مورداستفاده قرار گرفته که بنام برج خنککننده هیبریدی یا دومنظوره شناخته میشود. کولینگتاور هیبریدی در واقع همان ساختار برج مداربسته را دارد با این تفاوت که برای راندمان بهتر در فصول گرم از یک پمپ سیر کوله برای افشانه آب بر روی کویلها استفاده میشود تا میزان خنکشدن آب داغ به حداکثر برسد.
انواع برج خنک کننده به لحاظ شکل هندسی
برج خنک کننده مکعبی
برج خنک کننده مخروطی یا گرد
برج خنک کننده هذلولی
انواع کولینگ تاور از نظر متریال ساخت
کولینگ تاور فایبر گلاس
کولینگ تاور بتنی
کولینگ تاور فلزی
چوبی
کاربرد برج خنککننده
برج خنککن در صنایع مختلفی مانند پتروشیمی، نیروگاهها، صنایع سنگین و سیستم های تهویه مطبوع به کار میرود. برج خنککننده پتروشیمی و برج خنککننده صنعتی از جمله کاربردهای رایج این سیستمها هستند. در اصل، برج خنککننده مدار باز و مداربسته نیز برای شرایط و نیازهای خاص طراحی شدهاند. برج خنککننده فایبرگلاس نیز به دلیل مقاومت بالا و دوام طولانی در بسیاری از کاربردهای صنعتی مورداستفاده قرار میگیرد.
در نتیجه، انتخاب نوع مناسب کولینگ تاور بستگی به نیازهای خاص هر صنعت و شرایط محیطی دارد. با درک ویژگیها و کاربردهای مختلف این برجها، میتوان به بهینهسازی فرایندهای خنکسازی و افزایش کارایی سیستمهای صنعتی دستیافت.
نصب و راهاندازی برج خنککننده
آخرین گام در راهاندازی و استفاده از سیستمهای خنککننده، نصب برج خنککن خواهد بود. نحوه نصب این دستگاه اهمیت بسیاری دارد، زیرا عدم توجه به نصب صحیح میتواند به دستگاههای گرمازا مانند بویلر، کوره، ترانس و همچنین به خود برج خنککننده آسیب وارد کرده و کارکرد صحیح خط تولید در صنعت یا سیستم تهویه یک ساختمان را مختل کند. راهاندازی برج خنککننده به سه مرحله اساسی تقسیم میگردد:
پیش راهاندازی برج خنککن
1. تمیزکاری و بازرسی اولیه: پیش از هر چیز، کلیه لولههای آب گردشی باید تمیز شوند تا هیچگونه مواد خارجی در مسیر لوله باقی نماند. در ابتدا باید مسیر آب خنککننده تا مصرفکننده تمیز میگردد. برای این کار، اتصالات ورودی به مصرفکنندهها جدا شده و آب ارسال شده توسط پمپها از این قسمت خارج شده و مسیر را تمیز میکند پس از اطمینان از پاک بودن مسیر، اتصال ایجاد میشود
2. بررسی و پاکسازی سیستم توزیع آب: ساختمان برج خنککن باید بازرسی و تمیز شود. هرگونه عوامل و آلودگیهای خارجی و وسایل از اطراف ورودی هوا یا فن جمعآوری شود تا در هنگام مکش هوا توسط فن، این ذرات وارد برج نشود.
3. آمادهسازی سیستم توزیع: سیستم توزیع آب شامل حوضچه آب گرم و لولههای توزیعکننده آب باید تمیز شود و نازلها بهدرستی نصب شده باشند. همچنین میبایست شیرهای کنترل دبی باز باشند تا از ایجاد فشار زیاد جلوگیری شود. حوضچه آب سرد نیز باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه رسوبات و مواد خارجی باشد.
4. بررسی و آمادهسازی قطعات مکانیکی و الکتریکی: قبل از شروع به کار برج خنککننده، قسمتهای مربوط به مکش پمپها باید پاکسازی شده و بهدرستی نصب شوند. باید همه پیچها بهدرستی بسته شده باشند، بهویژه پیچهای مربوط به فن و ساپورت تجهیزات مکانیکی. جعبهدنده کاهنده باید تا ارتفاع مناسب از روغن تمیز و متناسب با دستورالعمل کاری پر شود و مسیرهای هوا بسته نباشند. موتورها نیز باید بهدرستی روغنکاری شوند.
5. بررسی فن و اتصالات الکتریکی: باید چک شود که فن به طور آزادانه حرکت کند و هیچگونه درگیری با جداره تنوره فن نداشته باشد. جهت حرکت آن صحیح باشد و میزان روغن گیربکس فن در حد مناسب باشد. همچنین، اتصالات الکتریکی از لحاظ مسائل ایمنی بهدرستی برقرار شده باشند.
راهاندازی برج خنککن
1. هماهنگی با واحد مصرفی: برای راهاندازی برج خنککن، میبایست هماهنگیهای لازم با واحد آب مصرفی انجام گردد. همچنین بازرسی از مسیرهای مربوط به آب خنککننده و رگولاسیون ولوها ضروری به نظر میرسد.
2. آبگیری حوضچه آب سرد: حوضچه آب سرد باید تا سطح لازم آبگیری شود تا اطمینان حاصل شود که پمپها بدون مشکل کار کنند. پمپهای آب چرخشی در سرویس قرار گرفته، هواگیری و استارت شوند. سپس، بهآرامی خروجی باز و چرخش آب برقرار شود.
3. راهاندازی فنها و سیستم فیلتراسیون: پس از برقراری جریان آب چرخشی، فنها در سرویس قرار گرفته و سیستم فیلتراسیون راهاندازی شود. همچنین، تزریق مواد شیمیایی طبق دستورالعمل انجام شود.
پس راهاندازی برج خنککننده
1. بازرسیهای دورهای: پس از راهاندازی برج خنککننده، باید صافیها زمانی که اختلاف سطح آب بین دو صافی به مقدار 4 اینچ رسید تمیز شوند. بازرسی سطح روغن گیربکسها، موتورها و پمپها طبق برنامه لازم است. همچنین، سطح آب درون حوضچه و سیستم کنترلکننده سطح بررسی شود.
2. اندازهگیری و کنترل پارامترها: فشار، جریان و دمای خط اصلی ارسال آبخنک به واحدها باید اندازهگیری شوند. پمپها و فنها از لحاظ وجود صدا و لرزش غیرعادی بازرسی شوند و موتورهای فن از نظرگرم شدن و کشش بیش از حد جریان بررسی شوند.
قیمت برج خنککننده
قیمت برج خنککننده، مشابه سایر تجهیزات صنعتی، به معیارهای مختلفی وابسته است. برج خنککننده، برای تامین آبخنک برای استفاده در فرایندهای تولیدی مورداستفاده قرار میگیرد. اما باید توجه داشت که هزینههای مربوط به خرید برج خنککننده تنها بخشی از هزینههای کلی است. هزینههای جانبی شامل طراحی و اجرای لولهکشی، ساخت فونداسیون، تامین آب و سایر موارد نیز باید در نظر گرفته شود.
بهطورکلی پارامترهای مهم در برآورد قیمت برج خنککننده شامل: متریال بکار رفته در ساخت بدنه، برند الکتروموتور و گیربکس، نوع پکینگها، جنس اتصالات فلزی، نوع فن، برند و میزان گارانتی و ظرفیت برج خنککننده است.
باتوجهبه تمامی این عوامل، برای دریافت مشاوره و استعلام قیمت دقیق برج خنککن، میتوانید با کارشناسان مجموعه تماس حاصل نمایید تا بهترین راهکارها و مشاورههای فنی در اختیار شما قرار گیرد.