مهتاب گستر

برج خنک کننده

برج خنک کننده (کولینگ تاور) واحدی برای خنک کردن آب در مدار سیستم تامین آب در گردش تجهیزات صنعتی، تکنولوژیکی، تبرید یا انواع دیگر سیستم ها می باشد. در حین کارکرد این دستگاه خنک کننده بخشی از انرژی مصرفی به انرژی حرارتی تبدیل می شود. برای اطمینان و حفظ عملکرد دستگاه در پارامتر های داده شده، می توان از سیستم تامین آب در گردش برای حذف گرما استفاده کرد. برج های خنک کننده بخشی از مدار سیستم بازیافت آب هستند و باعث حذف و توزیع گرما در محیط می شوند.

بر اساس اصل خنک کننده، برج های خنک کننده می توانند تبخیری (تر) یا رادیاتوری (خشک) باشند. بسته به نوع کولینگ تاور، طرح خنک کننده می تواند حلقه باز یا حلقه بسته باشد. حلقه های باز از برج های خنک کننده تبخیری (مرطوب) استفاده می کنند، در حلقه های بسته نیز برج های خنک کننده رادیاتور (خشک) استفاده می شود.

اساس عملکرد کولینگ تاور تبخیری

در کولینگ تاور های تبخیری یا همان کولینگ تاور حلقه باز، خنک شدن آب در مدار به دلیل تبخیر بخشی از آب و انتقال گرما به جریان هوای خنک تر اتفاق می افتد. آب گرم از طریق سیستم توزیع آب به برج خنک کننده می رسد و از طریق نازل ها اسپری می شود. علاوه بر این، آب در یک لایه نازک در زیر ساختار سلولی کانال های اسپرینکلر جریان می یابد. در امتداد کانال های آبیاری در جهت مخالف جریان هوا در حال حرکت است. از آن جایی که جریان هوا زیاد است، آب تا حدی تبخیر می شود و در نتیجه بقیه آن خنک می شود. وقتی 1 درصد آب تبخیر می شود دمای قسمت باقی مانده آن حدود 6 کلوین کاهش می یابد. در این حالت بخشی از آب تبخیر می شود و بخشی توسط جریان هوا جذب می شود. نسبت آب تبخیر شده در محدوده 1.5-2 درصد است. آب سرد شده به داخل سیستم جریان می یابد و به تجهیزات فرآیند پمپ می شود.

اساس عملکرد کولینگ تاور خشک

کولینگ تاور خشک یا همان کولینگ تاور حلقه بسته واحدی است که عناصر اصلی آن یک مبدل حرارتی صفحه ای و یک فن محوری است. کولینگ تاور های خشک در مدل های افقی، عمودی یا V شکل موجود هستند.

در برج های خنک کننده خشک هیچ تماس مستقیمی بین خنک کننده و محیطی که قرار است خنک شود وجود ندارد. تبادل حرارت بین حامل حرارت مدار و هوای محیط از طریق دیواره های لوله مسی و سطوح صفحه آلومینیومی مبدل حرارتی لوله یا صفحه ای انجام می شود. در این نوع کولینگ تاور فن های نوع محوری جریان هوای اجباری ایجاد می کنند. می توان از آب یا ضد یخ به عنوان خنک کننده استفاده کرد.

تا این قیمت مقاله، به خوبی آموختید که کولینگ تاور یا همان برج خنک کننده نوعی سیستم دفع حرارت است که مبتنی بر فرآیند سرمایش تبخیری کار می کند و اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا کمک به تولید آب خنک مورد نیاز در صنایع مختلفی می شود، که عبارت است از:

• پتروشیمی ‌ها
• فولاد سازی ها
• تولید مواد غذایی
• نیروگاه های تولید برق
• و همچنین تامین آب خنک لازم در چیلر های آبی

انواع کولینگ تاور

انواع کولینگ تاور از لحاظ جنس بدنه عبارت است از:

• کولینگ تاور بتنی
• کولینگ تاور فایبرگلاس
• کولینگ تاور فلزی(استیل یا گالوانیزه)

انواع کولینگ تاور از لحاظ نوع فن عبارت است از:

• فن از بالا (محوری)
• فن از جلو (سانتریفیوژ)

انواع کولینگ تاور از لحاظ نوع جریان هوا عبارت است از:

• کولینگ تاور حلقه باز
• کولینگ تاور حلقه بسته

کاربرد کولینگ تاور

کار کولینگ تاور خنک کردن آب و فراهم کردن آن برای حذف گرمای زاید ماشین آلات دیگر می باشد. ماشین آلاتی همچون چیلر های جذبی و تراکمی، دیگ بخار، دستگاه تزریق پلاستیک، کوره های القایی، دیگ تقطیر، توربین های گازی از مهم ترین تجهیزاتی قلمداد شده است که از کولینگ تاور در کنار خود بهره می جوید.

کولینگ تاور چگونه آب را خنک می کند؟

بسیاری از ماشین آلات سرد کننده امروزه بر پایه علوم ترمودینامیک و انتقال حرارت عمل می‌ کنند. کولینگ تاور عم یکی از دستگاه های خنک کننده بوده که با بهره گیری از عمل تبخیر و ترکیب انتقال حرارت و انتقال جرم کار خود را به ثمر می‌ رساند. کولینگ تاور ها وابسته به شرایط محیط اقلیم، نصب می شوند و دارای بدنه های بتنی، فلزی و یا فایبرگلاس می باشد. در برخی موارد مشاهده می شود که به منظور کاهش میزان مصرف آب از نوع حلقه بسته این تجهیز بهره برداری می شود.

قسمت های تشکیل دهنده کولینگ تاور

کولینگ تاور از قسمت های مختلفی تشکیل شده است که مهم ترین آن ها را می توانید در تصویر زیر مشاهده نمایید.

پروانه یا فن برج خنک کننده: مکانیزمی جهت جا به جایی اجباری هوا درون کولینگ تاور به کار می‌ رود. فن برج خنک کننده یا از نوع آکسیال مکنده است که در بالای کولینگ تاور قرار می گیرد و یا از نوع سانتریفیوژ دمنده است که در جلوی کولینگ تاور تعبیه می شود.

نازل های آب پاش: نازل هایی نصب شده در کلکتور آب ورودی به برج‌ خنک‌ کننده، که جریان آب داغ وارد شده را بر روی پکینگ ها توزیع می‌ کنند. اتمیزه شدن آب توسط نازل ها، علاوه بر پراکندگی بهتر آن روی سطوح پکینگ برج خنک کننده، منجر به کاهش افت فشار آب شده است که دمای تبخیر آن را پایین می‌ آورد. ضمن آن که با تبدیل شدن آب قطرات متعدد، سطح تماس میان آب و هوا نیز افزایش می‌ یابد.

پکینگ برج خنک کننده: قطعه ای است جهت افزایش سطح تماس میان آب و هوا که منجر به تشدید فرایند تبخیر می شود. به گونه ای که پس از پاشش آب توسط نازل ها، آب به صورت لایه های نازک در سطوح پکینگ، کاملاً پخش شده و این چنین در تماس با هوای بیشتری قرار می گیرد. علاوه بر این، به واسطه به دام افتادن آب درون پکینگ، زمان بیشتری برای تبخیر آن به وجود خواهد آمد. در واقع پکینگ برج خنک گننده در کولینگ تاور نوعی مبدل حرارتی به حساب می آید.

رسوب در تجهیزات تاسیسات

برای جلوگیری از رسوب گرفتن در این تجهیزات باید در ابتدای امر از ورود عناصر تشکیل ‌دهنده رسوب مانند منیزیم، آهن، کلسیم و سلیس به این تجهیزات و تاسیسات جلوگیری کرد. برای مثال هنگامی که این عناصر وارد این تجهیزات می‌ شوند و به شکل رسوب روی سطوح آن ‌ها قرار می ‌گیرند، انتقال حرارت و بازده حرارتی را کاهش داده و حرارت ناشی از احتراق گاز ها را به درستی به مخزن یا لوله منتقل نمی‌ کنند. این اتفاق باعث می‌ شود که برای انتقال گرمای مورد نظر به تجهیزات، نیاز به مصرف سوخت بیشتری باشد. تا هنگامی که از تجهیزات رفع رسوب نشده و گرفتگی لوله به واسطه انجام عملیات رسوب گیری بر طرف نشود، مصرف سوخت افزایش خواهد یافت.

اهمیت رسوب زدایی کولینگ تاور

رسوب زدایی کولینگ تاور برای کنترل و ممانعت از تشکیل رسوب مورد استفاده قرار می‌گیرد. کنترل رسوب‌ گذاری کولینگ تاور شامل افزودن مواد رسوب‌ زدای مناسب به آب و به ‌کارگیری سختی گیر متناسب با میزان سختی آب است.

آب اصلی ترین و اساسی ترین سیال در حرارت و برودت محسوب می شود که وظیفه انتقال گرما در مبدل حرارتی های را بر عهده دارد. در برج های خنک کننده، بویلر ها و چیلر ها از آب به عنوان مایع مبدل به کار گرفته می شود، به گونه ای که جریان آب باعث تبادل حرارتی می شود.

معمولا آب مورد اسنفاده شده در کاربرد های حرارتی و برودتی از نوع آب سخت محسوب می شود. آب های سخت پوسته کربنات کلسیم را تشکیل می دهند که مشکلات مختلفی را ایجاد می کنند.

برج خنک کننده

برج خنک کننده (کولینگ تاور) واحدی برای خنک کردن آب در مدار سیستم تامین آب در گردش تجهیزات صنعتی، تکنولوژیکی، تبرید یا انواع دیگر سیستم ها می باشد. در حین کارکرد این دستگاه خنک کننده بخشی از انرژی مصرفی به انرژی حرارتی تبدیل می شود. برای اطمینان و حفظ عملکرد دستگاه در پارامتر های داده شده، می توان از سیستم تامین آب در گردش برای حذف گرما استفاده کرد. برج های خنک کننده بخشی از مدار سیستم بازیافت آب هستند و باعث حذف و توزیع گرما در محیط می شوند.

بر اساس اصل خنک کننده، برج های خنک کننده می توانند تبخیری (تر) یا رادیاتوری (خشک) باشند. بسته به نوع کولینگ تاور، طرح خنک کننده می تواند حلقه باز یا حلقه بسته باشد. حلقه های باز از برج های خنک کننده تبخیری (مرطوب) استفاده می کنند، در حلقه های بسته نیز برج های خنک کننده رادیاتور (خشک) استفاده می شود.

اساس عملکرد کولینگ تاور تبخیری

در کولینگ تاور های تبخیری یا همان کولینگ تاور حلقه باز، خنک شدن آب در مدار به دلیل تبخیر بخشی از آب و انتقال گرما به جریان هوای خنک تر اتفاق می افتد. آب گرم از طریق سیستم توزیع آب به برج خنک کننده می رسد و از طریق نازل ها اسپری می شود. علاوه بر این، آب در یک لایه نازک در زیر ساختار سلولی کانال های اسپرینکلر جریان می یابد. در امتداد کانال های آبیاری در جهت مخالف جریان هوا در حال حرکت است. از آن جایی که جریان هوا زیاد است، آب تا حدی تبخیر می شود و در نتیجه بقیه آن خنک می شود. وقتی 1 درصد آب تبخیر می شود دمای قسمت باقی مانده آن حدود 6 کلوین کاهش می یابد. در این حالت بخشی از آب تبخیر می شود و بخشی توسط جریان هوا جذب می شود. نسبت آب تبخیر شده در محدوده 1.5-2 درصد است. آب سرد شده به داخل سیستم جریان می یابد و به تجهیزات فرآیند پمپ می شود.

اساس عملکرد کولینگ تاور خشک

کولینگ تاور خشک یا همان کولینگ تاور حلقه بسته واحدی است که عناصر اصلی آن یک مبدل حرارتی صفحه ای و یک فن محوری است. کولینگ تاور های خشک در مدل های افقی، عمودی یا V شکل موجود هستند.

در برج های خنک کننده خشک هیچ تماس مستقیمی بین خنک کننده و محیطی که قرار است خنک شود وجود ندارد. تبادل حرارت بین حامل حرارت مدار و هوای محیط از طریق دیواره های لوله مسی و سطوح صفحه آلومینیومی مبدل حرارتی لوله یا صفحه ای انجام می شود. در این نوع کولینگ تاور فن های نوع محوری جریان هوای اجباری ایجاد می کنند. می توان از آب یا ضد یخ به عنوان خنک کننده استفاده کرد.

تا این قیمت مقاله، به خوبی آموختید که کولینگ تاور یا همان برج خنک کننده نوعی سیستم دفع حرارت است که مبتنی بر فرآیند سرمایش تبخیری کار می کند و اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا کمک به تولید آب خنک مورد نیاز در صنایع مختلفی می شود، که عبارت است از:

• پتروشیمی ‌ها
• فولاد سازی ها
• تولید مواد غذایی
• نیروگاه های تولید برق
• و همچنین تامین آب خنک لازم در چیلر های آبی

انواع کولینگ تاور

انواع کولینگ تاور از لحاظ جنس بدنه عبارت است از:

• کولینگ تاور بتنی
• کولینگ تاور فایبرگلاس
• کولینگ تاور فلزی(استیل یا گالوانیزه)

انواع کولینگ تاور از لحاظ نوع فن عبارت است از:

• فن از بالا (محوری)
• فن از جلو (سانتریفیوژ)

انواع کولینگ تاور از لحاظ نوع جریان هوا عبارت است از:

• کولینگ تاور حلقه باز
• کولینگ تاور حلقه بسته

کاربرد کولینگ تاور

کار کولینگ تاور خنک کردن آب و فراهم کردن آن برای حذف گرمای زاید ماشین آلات دیگر می باشد. ماشین آلاتی همچون چیلر های جذبی و تراکمی، دیگ بخار، دستگاه تزریق پلاستیک، کوره های القایی، دیگ تقطیر، توربین های گازی از مهم ترین تجهیزاتی قلمداد شده است که از کولینگ تاور در کنار خود بهره می جوید.

کولینگ تاور چگونه آب را خنک می کند؟

بسیاری از ماشین آلات سرد کننده امروزه بر پایه علوم ترمودینامیک و انتقال حرارت عمل می‌ کنند. کولینگ تاور عم یکی از دستگاه های خنک کننده بوده که با بهره گیری از عمل تبخیر و ترکیب انتقال حرارت و انتقال جرم کار خود را به ثمر می‌ رساند. کولینگ تاور ها وابسته به شرایط محیط اقلیم، نصب می شوند و دارای بدنه های بتنی، فلزی و یا فایبرگلاس می باشد. در برخی موارد مشاهده می شود که به منظور کاهش میزان مصرف آب از نوع حلقه بسته این تجهیز بهره برداری می شود.

قسمت های تشکیل دهنده کولینگ تاور

کولینگ تاور از قسمت های مختلفی تشکیل شده است که مهم ترین آن ها را می توانید در تصویر زیر مشاهده نمایید.

پروانه یا فن برج خنک کننده: مکانیزمی جهت جا به جایی اجباری هوا درون کولینگ تاور به کار می‌ رود. فن برج خنک کننده یا از نوع آکسیال مکنده است که در بالای کولینگ تاور قرار می گیرد و یا از نوع سانتریفیوژ دمنده است که در جلوی کولینگ تاور تعبیه می شود.

نازل های آب پاش: نازل هایی نصب شده در کلکتور آب ورودی به برج‌ خنک‌ کننده، که جریان آب داغ وارد شده را بر روی پکینگ ها توزیع می‌ کنند. اتمیزه شدن آب توسط نازل ها، علاوه بر پراکندگی بهتر آن روی سطوح پکینگ برج خنک کننده، منجر به کاهش افت فشار آب شده است که دمای تبخیر آن را پایین می‌ آورد. ضمن آن که با تبدیل شدن آب قطرات متعدد، سطح تماس میان آب و هوا نیز افزایش می‌ یابد.

پکینگ برج خنک کننده: قطعه ای است جهت افزایش سطح تماس میان آب و هوا که منجر به تشدید فرایند تبخیر می شود. به گونه ای که پس از پاشش آب توسط نازل ها، آب به صورت لایه های نازک در سطوح پکینگ، کاملاً پخش شده و این چنین در تماس با هوای بیشتری قرار می گیرد. علاوه بر این، به واسطه به دام افتادن آب درون پکینگ، زمان بیشتری برای تبخیر آن به وجود خواهد آمد. در واقع پکینگ برج خنک گننده در کولینگ تاور نوعی مبدل حرارتی به حساب می آید.

رسوب در تجهیزات تاسیسات

برای جلوگیری از رسوب گرفتن در این تجهیزات باید در ابتدای امر از ورود عناصر تشکیل ‌دهنده رسوب مانند منیزیم، آهن، کلسیم و سلیس به این تجهیزات و تاسیسات جلوگیری کرد. برای مثال هنگامی که این عناصر وارد این تجهیزات می‌ شوند و به شکل رسوب روی سطوح آن ‌ها قرار می ‌گیرند، انتقال حرارت و بازده حرارتی را کاهش داده و حرارت ناشی از احتراق گاز ها را به درستی به مخزن یا لوله منتقل نمی‌ کنند. این اتفاق باعث می‌ شود که برای انتقال گرمای مورد نظر به تجهیزات، نیاز به مصرف سوخت بیشتری باشد. تا هنگامی که از تجهیزات رفع رسوب نشده و گرفتگی لوله به واسطه انجام عملیات رسوب گیری بر طرف نشود، مصرف سوخت افزایش خواهد یافت.

اهمیت رسوب زدایی کولینگ تاور

رسوب زدایی کولینگ تاور برای کنترل و ممانعت از تشکیل رسوب مورد استفاده قرار می‌گیرد. کنترل رسوب‌ گذاری کولینگ تاور شامل افزودن مواد رسوب‌ زدای مناسب به آب و به ‌کارگیری سختی گیر متناسب با میزان سختی آب است.

آب اصلی ترین و اساسی ترین سیال در حرارت و برودت محسوب می شود که وظیفه انتقال گرما در مبدل حرارتی های را بر عهده دارد. در برج های خنک کننده، بویلر ها و چیلر ها از آب به عنوان مایع مبدل به کار گرفته می شود، به گونه ای که جریان آب باعث تبادل حرارتی می شود.

معمولا آب مورد اسنفاده شده در کاربرد های حرارتی و برودتی از نوع آب سخت محسوب می شود. آب های سخت پوسته کربنات کلسیم را تشکیل می دهند که مشکلات مختلفی را ایجاد می کنند.