برج خنک کننده
برج خنککننده (Cooling Tower) یکی از تجهیزات مهم در سیستمهای صنعتی و تأسیساتی است که برای دفع حرارت اضافی از آبِ در گردش به کار میرود. این دستگاه با استفاده از فرآیند تبخیر و تماس مستقیم آب با جریان هوا، دمای آب گرم خروجی از تجهیزات مختلف مانند چیلرها، کندانسورها یا ماشینآلات صنعتی را کاهش میدهد و آن را دوباره برای استفاده در چرخه سیستم آماده میکند. در برج خنککننده، آب گرم از بالای برج پخش شده و هنگام عبور از میان پکینگها با جریان هوای ورودی تبادل حرارت انجام میدهد، در نتیجه بخشی از آب تبخیر شده و گرمای آن دفع میشود. استفاده از برج خنککننده باعث افزایش راندمان تجهیزات، کاهش مصرف آب و انرژی و بهبود عملکرد سیستمهای سرمایشی در صنایع مختلف مانند نیروگاهها، پالایشگاهها، پتروشیمیها و ساختمانهای بزرگ میشود.
نحوه عملکرد برج خنککننده بر پایه انتقال حرارت و فرآیند تبخیر است؛ به این صورت که آب گرم خروجی از کندانسور یا تجهیزات صنعتی وارد برج شده و از طریق نازلها روی سطوح پکینگ پخش میشود تا سطح تماس آن با هوا افزایش یابد. همزمان، هوا بهوسیله فن (در برجهای مکانیکی) یا بهصورت طبیعی از میان برج عبور میکند و با آب در حال ریزش تماس پیدا میکند. در این فرآیند، بخشی از آب تبخیر میشود و برای تبخیر شدن، گرمای نهان خود را از توده آب میگیرد، در نتیجه دمای آب باقیمانده کاهش مییابد. آب خنکشده در حوضچه پایین برج جمعآوری شده و مجدداً به مدار سیستم بازگردانده میشود، در حالیکه هوای گرم و مرطوب از بالای برج خارج میگردد.
انواع برجهای خنککننده را میتوان از دو جنبه مهم یعنی زاویه جریان هوا نسبت به آب و نوع مدار کاری (باز یا بسته) دستهبندی کرد.
1. تقسیمبندی از نظر زاویه جریان هوا و آب
· برج خنککننده جریان متقاطع (Cross Flow)
در این نوع برج، جریان هوا بهصورت افقی وارد برج میشود و با آب که بهصورت عمودی از بالا به پایین روی پکینگها جاری است برخورد میکند. به دلیل مسیر سادهتر حرکت هوا، افت فشار در این برجها کمتر است و مصرف انرژی فن پایینتر میباشد. این نوع برجها معمولاً در ظرفیتهای بالا و در سیستمهای تهویه مطبوع ساختمانها استفاده میشوند.از انواع آن میتوان به برج های خنک کننده ابارا اشاره کرد
· برج خنککننده جریان مخالف (Counter Flow)
در این نوع، هوا از پایین برج وارد شده و به سمت بالا حرکت میکند، در حالی که آب از بالا به سمت پایین جریان دارد؛ بنابراین جریان هوا و آب در خلاف جهت یکدیگر قرار دارند. این آرایش باعث افزایش راندمان انتقال حرارت میشود زیرا بیشترین اختلاف دما بین آب و هوا حفظ میشود. به همین دلیل این نوع برجها راندمان بالاتری دارند و در بسیاری از کاربردهای صنعتی رایج هستند. .از انواع آن میتوان به برج های خنک کننده مدور و مکعبی جریان مخالف اشاره کرد
2. تقسیمبندی از نظر نوع مدار
· برج خنککننده مدار باز (Open Circuit)
در برجهای مدار باز، آب گرم مستقیماً وارد برج شده و روی پکینگها پاشیده میشود و در تماس مستقیم با هوا خنک میگردد. در این فرآیند بخشی از آب تبخیر میشود و دمای آب کاهش مییابد. این نوع برجها رایجترین نوع برج خنککننده هستند و در صنایع مختلف، سیستمهای تهویه مطبوع و نیروگاهها کاربرد گسترده دارند.
برج خنککننده مدار بسته (Closed Circuit)
در این نوع برج، سیال فرایندی داخل یک کویل یا لولههای بسته جریان دارد و با هوای بیرون تماس مستقیم ندارد. آب یا سیال خنککننده روی سطح کویل پاشیده میشود و با تبخیر آن، حرارت سیال داخل کویل دفع میشود. این سیستم باعث جلوگیری از آلودگی یا تبخیر سیال اصلی میشود و برای فرآیندهایی که سیال باید تمیز و بدون تماس با محیط باقی بماند بسیار مناسب است.
اجزا اصلی سیستم خنک کاری تبخیری برج خنک کننده
برج خنک کننده به صورت کلی دارای یک سری اجزا داخلی است که هر کدام یک وظیفه مشخص بر عهده دارند.کیفیت و مشخصات فنی قطعات برج خنک کننده تعیین کننده طول عمر و قدرت خنک کاری برج خواهد بود. اجزا اصلی سیستم خنک کاری به شرح زیر است:
پکینگ مهم ترین بخش برج خنک کننده است که با راندمان حرارتی کولینگ تاور ارتباط مستقیم دارد. پکینگ انواع مختلف با مشخصات فنی متفاوتی دارد که هر کدام برای یک کاربرد مخصوص مناسب هستند.
قطره گیر برای جلوگیری از خروج قطرات آب از برج خنک کننده طراحی و ساخته شده است. معمولا روش کاری آن این است که با ایجاد یک یا دو انحراف در مسیر هوای خروجی از برج خنک کننده صنعتی، قطرات آب در تله ها گیر افتاده و دوباره به سیستم بازگردانده می شوند.
سیستم گردش فندر برج خنک کننده برای تولید جریان هوای عبوری عمل می کند. شامل الکتروموتور و سیستم انتقال دور (گیربکس مستقیم یا کاهنده سرعت پولی و تسمه ) و فن یا پروانه است که با ترکیب هماهنگ آنها در کیفیت و راندمان عملکرد برج نقش بسزایی دارند.
نازل و آب پخش کن در صنعت برج خنک کننده تنوع زیادی داشته که مهم ترین عامل در ایجاد این تنوع سایز ورودی و جنس نازل است. به دلیل تحمل دمای بالا توسط پلی پروپیلن و ABS اکثر نازل ها از این دو جنس ساخته شده اند. آب پخش کن نیز در برج های فایبرگلاس مدور وظیفه توزیع و پاشش آب روی پکینگ ها را دارد.
کاربرد برج خنک کننده در صنایع مختلف برج خنک کننده در طیف گسترده ای از صنایع مختلف می تواند مورد استفاده قرار گیرد. در این قسمت تعدادی از کاربری های صنعتی برج خنک کننده را شرح می دهیم:
صنعت تهویه مطبوع بزرگترین مصرف کننده برج خنک کننده از نظر تعداد است. زیرا تمامی چیلر های آب خنک برای عملکرد درست به برج خنک کننده نیاز دارند.
صنایع نیروگاهی در نیروگاه حرارتی (بخار، سیکل ترکیبی، هسته ای) بعد از اینکه بخار پر فشار توربین را می چرخاند، باید دوباره به آب تبدیل شده تا بتوان آن را به سیکل تولید باز گرداند. این بخار وارد کندانسور شده و در آنجا با تماس با آب خنک می شود. آب خروجی از کندانسور که دارای گرما است توسط برج خنک کننده خنک شده و این گرما به هوای محیط انتقال داده می شود.
صنایع فولاد (ذوب و نورد) در سیستم های ذوب فولاد، برج خنک کننده برای خنک کاری بدنه و سقف کوره و ترانس استفاده می شود. اما در ریخته گری مداوم یا CCM ، کنترل دمای آب خنک اسپری شده روی سطح شمش یا رولر های مسیر حرکت اسلب اهمیت بسیاری دارد. زیرا سرعت سرد شدن روی ساختار متالوژیکی اثر دارد. در خطوط نورد هم برای خنک کاری رول ها، گیربکس، یاتاقان و سیستم های هیدرولیک وجود کولینگ تاور اهمیت فراوانی دارد.
صنایع غذایی در صنایع غذایی برج خنک کننده در سه حالت مورد استفاده قرار می گردد:
کندانسور تبرید و چیلر (سردخانه، تونل انجماد و مخازن نگهداری محصول)
خنک کاری تجهیزات فرایندی و مبدل (پاستوریزاسیون شیر، استرلیزاسیون نوشیدنی، پخت سس و کنسرو)
کنترل دمای ماشین آلات (کمپرسور، اکسترودر، دیگ بخار و سیستم های هیدرولیک)
صنایع دارویی در صنعت تولید دارو برج خنک کننده به صورت غیر مستقیم و در مدار پشتیبان سیستم های سرمایشی عمل می کند. خنک کاری چیلر های تهویه و کلین روم، کنترل دمای راکتور و میکسر، خنک کاری تجهیزات جانبی مانند کمپرسور هوا و سیستم های خلا و ماشین آلات پرکن، جزو وظایف کولینگ تاور در صنعت دارو سازی است.
صنایع پتروشیمی و پالایشگاه در صنعت پتروشیمی و پالایشگاه برج خنک کننده دیگر یک تجهیز جانبی نبوده و قلب تپنده سیستم دفع حرارت در آنها است. کنترل دما در مبدل های حرارتی، کندانسور بخار، کمپرسور، توربین و خنک سازی کلیه فرایند های گرمازا مانند کراکینگ و راکتور های شیمیایی جزو وظایف حیاتی برج خنک کننده در صنایع شیمیایی محسوب می گردد.
شرکت پایاپارس با تکیه بر تجربه فنی و دانش تخصصی در حوزه سیستمهای سرمایشی صنعتی، در زمینه تأمین و فروش انواع برجهای خنککننده و قطعات جانبی آن فعالیت دارد. این شرکت علاوه بر ارائه تجهیزات باکیفیت، خدمات مشاوره فنی، بهینهسازی و اصلاح عملکرد سیستمهای خنککننده را نیز به صنایع مختلف ارائه میدهد تا راندمان تجهیزات افزایش یافته و مصرف انرژی و هزینههای نگهداری کاهش یابد. تأمین قطعاتی مانند پکینگ، نازل، قطرهگیر، فن و الکتروموتور و همچنین بررسی و ارتقای عملکرد برجهای خنککننده موجود، از جمله خدماتی است که پایاپارس در راستای بهبود کارایی و پایداری سیستمهای خنککاری ارائه میکند.