دمای خروجی آب در برج خنک کننده به چه میزان است؟
برج خنک کننده چیست؟
برج های خنک کننده یا کولینگ تاورها (Cooling Tower) مبدل های حرارتی هستند که از آب و هوا برای انتقال گرما از سیستم تهویه هوا به محیط خارجی استفاده می کنند و اکثر اوقات در حذف گرما از آب کندانسوری که از چیلر خارج می شود کاربرد دارند. این برج ها معمولا روی پشت بام ها و دیگر محیط های بیرونی قرار می گیرند. به دلیل دور بودن از دید رس تکنسین ها در محافظت و عملکرد صحیح آن ها غفلت می شود که این امر سبب کاهش راندمان سیستم خنک کننده خواهد شد. این مقاله در بکار گیری روش های مناسب برای عملکرد بهینه و محافظت از انواع برج خنک کننده به شما کمک خواهد کرد.
انواع برج خنک کننده
برج های خنک کننده در دو نوع اصلی وجود دارند : باز و بسته ( بعضا به آن ها مستقیم و غیر مستقیم نیز گفته می شود
برج خنک کننده ی باز
در برج های خنک کننده ی باز آب کندانسور چیلر مستقیما در معرض اتمسفر قرار دارد. این آب گرم بر روی صفحات در برج خنک کننده اسپری می شود یا سطح تماس را افزایش دهد و هوا از پکینگ ها عبور می کند. مقدار زیادی از گرما با تبخیر حذف می شود. آب سرد باقی مانده پس از فرآیند تبخیر به درون سینی گرد آوری می چکد و به کندانسور چیلر باز می گردد.
برج خنک کننده بسته
برج خنک کننده ی بسته آب گرم چیلر را از لوله های موجود در برج خنک کننده به گردش در می آورد. در برج بسته آب سرد با هوای خارجی تماسی ندارد. آبی که صرفا در برج خنک کننده به گردش در می آید ، بر لوله ها اسپری می شود و یک فن هوا را به آن لوله ها می دمد. این عمل آب کندانسور را در لوله ها خنک می کند و آن را مجددا در چیلر به چرخش در می آورد.
اجزای برج خنک کننده
در این بخش به توضیح چگونگی فعالیت همزمان اجزای برج خنک کننده می پردازیم. برای دریافت مشاوره رایگان قبل از خرید می توانید با کارشناسان شرکت دلتا کولینگ ارتباط بگیرید.
توزیع آب
آب داغ از سیستم آب سرد و از طریق پمپ کندانسور در لوله های توزیع آب به بخش فوقانی برج خنک کننده ارسال می گردد. در برج باز، آب داغ از طریق آبپاش بر پکینگ ها انتقال گرما در برج خنک کننده اسپری می شود. بعضی برج ها این آبپاش هارا با لوله های قابل کنترل فشار تغذیه می کنند .
دیگر برج ها از طریق یک حوض توزیع آب و با استفاده از نیروی جاذبه آبپاش را تغذیه می کنند. در برج های بسته آب دستگاه کندانسور از طریق لوله ها به برج می رود و تماسی با هوای خارجی ندارد. آبی که برای خنک کردن لوله ها بکار برده می شود فقط در برج گردش می کند.
در برج های باز ، یک حوض گرد آوردی در بخش تحتانی برج، آب سرد را پس از عبور از صفحات انتقال گرما جمع آوری می کند. آب سرد مجددا به درون کندانسور پمپاژ می شود تا چرخه ی بسته سرمایش آب را تکمیل کند. در برج های بسته، آب کندانسور حین عبور از لوله های برج سرد می شود و سپس به چیلر باز می گردد.
واسط ( پکینگ یا صفحات ) انتقال حرارت
برج های خنک کننده برای آزاد سازی گرما از سیستم تأسیسات از فرآیند تبخیر استفاده می کنند. در برج های بسته، آب کندانسور به آرامی بر روی پکینگ ها پخش می شود. مقداری از آب داغ در محل پکینگ و یا روی لوله های مداربسته بخار می شود که این فرآیند آب را خنک می کند. پکینگ های برج خنک کننده عموما در بسته های از جنس ورقه های نازک پلاستیکی و یا لایه ی نفوذ پذیر با طرح توری چیشده شده اند.
جریان هوا
بالا بودن مقادیر جریان هوا در صفحات انتقال گرما میزان تبخیر را بالا می برد و درنتیجه سبب افزایش ظرفیت سرمایشی برج می شود. فن های برج خنک کننده این جریان هوا را تولید می کنند. سایز فن های برج و میزان جریان هوا بر اساس شرایط طراحی و دمای آب کندانسور، میزان جریان آب و دمای مرطوب مخزن انتخاب می شود تا به میزان سرمایش مطلوب دست پیدا کند.
برج های خنک کننده می توانند دارای فن های پروانه ای یا دمنده های قفس سنجابی باشند. فن های کوچک می توانند مستقیما به موتور درایو متصل باشند اما اغلب طراحی ها به یک کاهش سرعت متوسط نیاز دارند که توسط تسمه برقی و یا دنده کاهشی انجام می شود. فن و سیستم درایو در ارتباط با سیستم کنترل فعالیت می کنند تا سرعت و استارت / توقف را کنترل کنند. هنگامی که درایو های سرعت متغیر (VSD ) به موتور فن ها اضافه شوند ، سرعت فن هارا کنترل و به طور دقیق تر دمای آب را هنگام خروج از برج تنظیم می کنند.
حذف کننده ی جریان هوای مکشی
هنگامی که هوا از بین پکینگ ها عبور می کند، قطرات کوچک آب سرد کشیده می شوند و می توانند به شکل carry-over یا جریان هوای مکشی از برج خنک کننده خارج شوند. دستگاه هایی به نام حذف کننده ی جریان هوای مکشی، قطرات آب carry-over را حذف می کنند. چکیدن قطرات جریان هوای مکشی برج خنک کننده روی مردم و سطوح زیر برج می تواند آزار دهنده باشد. حذف کننده ی هوای مکش مناسب می تواند کم و بیش مکش را از جریان هوا حذف کند.
مسائل امنیتی
تصفیه آب : آب برج خنک کننده باید مرتبا تصفیه شود. عموما تصفیه باید با مواد شیمیایی صورت گیرد تا از رشد باکتری های مضر ، انباشته شدن رسوب ( ته نشینی مواد معدنی ) روی صفحات جلوگیری شود و میزان خوردگی را به حداقل برساند.
محافظت پرسنل
برج های خنک کننده معمولا در محیط های نامعلوم قرار دارند و بررسی آن ها در محل های نسبتا غیر قابل دسترسی و یا مکان های بدون حفاظ صورت می گیرد که باعث ایجاد خطر در محیط کار می شود. حتما سنجش ها و دستورالعمل های لازم برای جلوگیری از سقوط را اعمال کنید. همچنین تدابیر امنیتی برای قفل های امنیتی را دنبال کنید.
عملکرد برج خنک کننده
برج خنک کننده در واقع یک مبدل حرارتی به شمار می رود که از طریق ایجاد تماس میان «آب و هوا»، شرایط خنک سازی آب داغ را فراهم می کند. به عبارت دیگر میتوان گفت که تماس میان آب و هوا، فرآیند تبخیر را به وجود میآورد و این تبخیر گرمای ایجاد شده توسط آب داغ را جذب نموده و به فضای خارج از تاور، هدایت می‌کند. این ویژگی از آنجایی مورد اهمیت است که تقریباَ تمامی فرآیندهای صنعتی و سیستم های تهویه ای، نیاز به خنک سازی آب پرحرارت خود دارند.
توجه داشته باشید که:
- آب ورودی برای پروسه خنک کاری، در مدار بسته برج خنک کننده سیرکوله خواهد شد؛ لذا به علت همین تبخیر آب، رفته رفته به میزان غلظت مواد معدنی موجود در آن افزوده میشود.
- پس نیاز است آب جبرانی یا make up (همان آب ورودی برای پروسه خنک سازی یا سیال فرآیندی)، سختی زدایی شود تا راندمان کاری برج خنک کن دچار اشکال نشود. برای برطرف کردن این نیاز، بسیاری از صاحبان صنایع در هنگام تهیه برج خنک ساز، به خرید دستگاه سختی گیر رزینی نیز اقدام میکنند.
قابلیت خنک سازی برج خنک کننده
در استفاده از برجهای خنک کن، آب داغ شده در فرآیندهای تولیدی و صنعتی را میتوان تا دمای مرطوب محیط + 2 الی 3 سانتی گراد خنک تر نمود. البته که دمای هوای مرطوب معمولاَ به میزان رطوبت موجود در هوا و محیط بستگی دارد.
همچنین برای افرادی که به دنبال تمایزهای تیپ های ساختاری برجهای خنک کننده هستند، ذکر این نکته نیز ضروریست که دمای هوای مرطوب معمولاَ خیلی کمتر از دمای خشک آن محیط میباشد. بی شک این تجهیزات بهترین، کاراترین و قوی ترین دستگاه ممکن برای خنک سازی آب در فرآیندهای صنعتی محسوب میشود.
تاورهای خنک ساز به طور بیس و ابتدایی بر اساس سه عامل: «جهت حرکت آب و هوا»، «نوع مکش هوا» و «روش انتقال حرارت» دسته بندی میشوند.
مزایای انواع برج خنک کننده
صحبت در رابطه با مزایای انواع برج خنک کننده شاید ساعت ها و روزها طول بکشد. در حقیقت انواع برج خنک کننده آنچنان دارای ویژگیها و مزایای قدرتمند و متنوعی هستند که مدتهاست همواره به انتخاب اول صاحبان صنایع جهان تبدیل شده اند. چه به لحاظ قیمت و تنوع در ساختار و چه به لحاظ مانایی و قدرت خنک سازی و افزایش راندمان، این تجهیزات بدون شک بی‌نظیرند و گوی رقابت را از دیگر تجهیزات خنک ساز ربوده اند.
در رابطه با مزایای این تجهیزات خنک سازی میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- تنوع در ساختار: برای انواع محیط های خشک، مرطوب و همینطور نیمه خشک و نیمه مرطوب، انواع دستگاه های خنک ساز «مدارباز»، «مداربسته» و همچنین «نیمه خشک و مرطوب یا هیبریدی» طراحی شده است. این دستگاه‌ها مطابق با هر یک از شرایط محیطی مذکور، اقدام به خنک سازی آب میکنند.
- سازگار با تمامی اقلیمها: برج خنک کننده ها در مدلهای مختلف مدار باز، مدار بسته و هیبریدی در دسترس هستند. بنابراین صاحبان صنایع میتوانند بسته به شرایط متفاوت اقلیمی (دما، شرایط جوی متنوع و …) تاور مورد نظر خود را انتخاب نمایند.
- تنوع قیمت: به لحاظ تنوع قیمت برج خنک کننده، مطمئناَ با آرامش کامل دست کارفرمایان باز خواهد بود. چرا که در کنار تنوع ساختاری این دستگاه ها، عوامل مختلفی مانند ظرفیت تبرید، مارک قطعات، سیستم های بکار رفته و … نیز در قیمت نهایی برج خنک کننده موثر خواهد بود.
- مقرون به صرفگی: اما در بحث تعیین قیمت نهایی، در مجموع میتوان گفت که با توجه به ویژگیها و خدمات گسترده و طول عمر مناسب تاورهای خنک ساز، بطور کلی قیمت این دستگاه‌ها مقرون به صرفه می باشد.
- صرفه جویی در مصرف آب: خنک سازی دائمی آب بوسیله ی برج خنک کن، منجر به این مسئله میشود که آب مصرفی سرد شده، دوباره در پروسعه فعالیت صنعتی قرار گیرد. در نتیجه فشار و آسیب بسیار کمتری به شبکه تأمین آب کشور و سفره‌های زیرزمینی آب وارد میشود.
- قدرتمند در عملیات خنک سازی: برج خنک کننده ها قوی ترینند. بله! نتایج تمامی تحقیقات علمی و عملی نشان داده است که برجهای خنک ساز نسبت به تمامی دستگاه های دیگر، از قدرت خنک سازی بیشتری برخوردار هستند.
مصرف آب برج خنک کننده بدلیل بلو داون یا زیرکش
Cooling tower Blow down water
بلو داون در برج خنک کن به آبی گفته می شود که در یک بازه زمانی مشخص از سیستم خارج می شود و به جای آن ) وارد می گردد. هدف اصلی از بلو داون یا زیر کش کردن و تخلیه آب کولینگ تاور، ثابت نگه داشتن غلظت رسوب و یونهای موجود در آب هست. البته در برخی از موارد، ثابت نگه داشتن PH آب برج خنک کننده (کولینگ تاور) نیز توسط بلو داون صورت می گیرد.
برای درک بهتر مفهوم بلو داون در برج خنک کن(Cooling tower Blow-down water) به ذکر یک مثال ساده می پردازیم. فرض کنید یک کتری برقی در حال کار است و میزان آب درون کتری برقی به دلیل جوشش و تبخیر در حال کم شدن می باشد. به دلیل کم شدن مستمر میزان آب، در بازه های زمانی مشخصی معادل میزان تبخیر، به کتری آب اضافه می کنیم.
پس از مدتی میزان غلظت یون ها و رسوبات آب کتری در حال کار، افزایش می یابد. در این حالت لازم است پس از مدتی آب داخل کتری خارج شود تا رسوب و غلظت یون ها، بیش از حد افزایش نیابد.
سیکل تغلیظ در برج خنک کننده
Cooling tower Cycle Of Concentration
سیکل تغلیظ یا COC در کولینگ تاور به نسبت ذرات محلول درون آب برج خنک کن در مقایسه با ذرات محلول درون آب ورودی یا همان آب میکاپ گفته می شود. ذرات معلق و محلول داخل مدار برج خنک کن به همراه بخار از کولینگ تاور خارج نمی شوند و بنابراین به مرور زمان غلظت آنها افزایش می یابد. به همین دلیل نیز از طریق آب زیر کش یا همان آب بلو داون، باید مقدار این ذرات معلق را به حد استاندارد و مناسبی رساند.
میزان در برج خنک کن صنعتی بستگی به شرایط آب و کاربری Cooling tower دارد ولی به صورت کلی عدد مناسب برای سیکل تغلیظ برج خنک کن بین 3 الی 8 است. مقدار حد بالای سیکل یا چرخه تغلیظ کولینگ تاور به نوع پکینگ هم بستگی دارد. در صورت استفاده از پکینگ های اسپلش در برج خنک کننده، عدد چرخه تغلیظ به حد بالای خود نزدیک تر می شود و اتلاف آب بر اثر زیرکش کردن کمتر می شود.
به عنوان مثال اگر ضریب تغلیظ برج خنک کننده ای که در آن پکینگ فیلم وجود دارد برابر 5 باشد، در صورت استفاده از فیلینگ تریکل اسپلش و یا نت اسپلش، این ضریب به حدود 7 افزایش پیدا می کند. علت اصلی این حالت، مقاومت بالاتر پکینگ اسپلش در مقابل رسوب است. در تصویر زیر مقایسه کلی بین انواع پکینگ کولینگ تاور به نمایش در آمده است.