برج خنک کننده یا کولینگ تاور (Cooling Tower) دستگاهی است که گرمای بوجود آمده در فرآیند ها، ماشین ها و دستگاه های صنعتی را از آب در حال جریان دریافت و از طریق تبخیر آن را به اتمسفر انتقال می دهد و مجددا آب خنک را به سیستم برمیگرداند. در برج خنک کن بخشی از آب با دریافت گرما از فاز مایع به فاز بخار تبدیل می شود و به اتمسفر وارد می شود. هنگامی که این تبخیر انجام شود با توجه به انرژی که از آب گرفته شده است میزان دمای مابقی آب که به صورت سیال است کاهش می یابد. به این پدیده سرمایش تبخیری ( Evaporative Cooling ) می گویند و این همان چیزی است که در کولینگ تاور مورد استفاده قرار می گیرد. ( وظیفه برج خنک کننده )
برج خنک کن به صورت گسترده در انواع صنایع به کار می رود از جمله در صنایع نفت ، پالایشگاه ، پتروشیمی ، نیروگاه حرارتی ، نیروگاه اتمی ، کارخانجات شیمیایی ، غذایی ، دارویی ، صنایع ذوب فلزات ، ریخته گری ، کوره های القایی ، صنایع تولید لاستیک و پلاستیک ، صنایع تولید شیشه ، صنایع تولید سرامیک و کاشی ، صنایع تولید خودرو ، صنایع رنگ ، کارخانجات تولید لبنیات و مواد غذایی ، صنایع تولید کاغذ و تقریبا هر جایی که در پروسه تولید و ساخت نیاز به آب خنک باشد. ( مطالعه بیشتر در مورد برج خنک کننده نیروگاه )
|
نیروگاه ها |
صنعت نفت |
صنعت فلزات و آلی |
صنایع غذایی |
|
نیروگاه
حرارتی |
پالایشگاه |
ذوب
و ریخته گری |
لبنیات |
تاریخچه برج خنک کننده از قرن 19 آغاز می شود که برج خنک کن اولین بار برای استفاده در موتور بخار و خنک کردن کندانسور مورد استفاده قرار گرفت ، این کندانسور ها برای به مایع در آوردن بخار حاصل از موتور بخار مورد استفاده قرار گرفتند تا فشار پشت موتور را کاهش دهند و در نتیجه مصرف سوخت کاهش یابد و همچنین آب تقطیر شده مجددا مورد استفاده قرار گیرد.
برای خنک کردن هوای درون ساختمان از تجهیزات سرمایش استفاده می شود. تجهیزات اصلی یک سیستم سرمایش عبارتند از : چیلر ، برج خنک کن ، فن کوئل ، هواساز و پمپ .
چیلر ها آب بسیار سرد با دمای 5 تا 10 درجه سانتیگراد تامین می کنند، این آب سرد وارد فن کوئل و هواساز می شود و هوای داخل ساختمان را خنک میکند. چیلر در هنگام کار گرم می شود و برای فعالیت مداوم و موثر نیاز به خنک کردن آن می باشد، کولینگ تاور برای خنک کردن چیلر به کار می رود. برج خنک کن گرمای چیلر را گرفته و به هوا می فرستد. انتخاب چیلر و برج خنک کن برای ساختمان وابسته به شرایط آب و هوایی منطقه می باشد، شرایط انتخاب در شهر تهران در جدول زیر نشان داده شده است. ( مطالعه بیشتر چیلر و برج خنک کننده )
|
زیر بنای زیر 1000 متر مربع |
زیر بنای بین 1000 تا 2000 متر مربع |
زیر بنای بین 2000 تا 3000 متر مربع |
زیر بنای بین 3000 تا 4500 متر مربع |
|
چیلر
30 تن |
چیلر
60 تن |
چیلر
100 تن |
چیلر
150 تن |
برج خنک کن دارای انواع مختلفی می باشد که از لحاظ مسیر جریان آب و هوا، نحوه ساخت و روش انتقال حرارت تقسیم بندی می شوند. انتخاب نوع برج خنک کن بر اساس نوع و نیاز واحد بهره بردار انتخاب می گردد. تقسیم بندی انواع کولینگ تاور به شرح زیر است ( توضیح کامل انواع برج خنک کننده )
|
تقسیم بندی از نظر جریان هوا در کولینگ تاور |
تقسیم بندی بر اساس جنس سازه کولینگ تاور |
تقسیم بندی از نظر ویژگی های خاص |
تقسیم بندی بر اساس مدار جریان آب |
تقسیم بندی از نظر شکل هندسی و ویژگی |
|
جریان طبیعی |
قطعات برج خنک کننده عبارتند از: الکتروموتور ، کاهنده دور/ گریبکس ، فن استک ، نازل ها / آب پخش کن ، لوله های توزیع آب ، پکینگ / سطوح انتقال حرارت ، قطره گیر ، بدنه / تشت / سازه اصلی ، ساپورت های فلزی با کامپوزیت جهت نگه داشتن تجهیزات ، فلنج های ورود و خروج ، دریچه های هوا، اتصالات دستگاه. هر کدام از این قطعات و تجهیزات دارای انواع مختلف هستند که متناسب طراحی و عملکرد برج خنک کن مورد استفاده قرار می گیرند.
در کاتالوگ برج خنک کننده تمام مشخصات شامل شرح کارکرد، جدول مشخصات فنی، شرح قطعات و اجزاء، نمودار تعیین ظرفیت و رزومه پروژه های برج خنک کن آورده شده است.
به تجهیزات تکمیلی برای کولینگ تاور جهت اقدامات کنترل ، محافظت ، نظارت و نگهداری می گویند. این تجهیزات معمولا شامل سوئیچ های کنترل ارتعاش ، هیتر تشت، سیستم کنترل هوشمند یا ترموستات برج خنک کن ، ترتیب سنج برج های خنک کن ، کنترل سطح آب و شیر های برقی و سنسور های دما و ... می باشند. هر کدام از این لوازم جانبی برج خنک کن برای هدف و کاربردی مشخص طراحی شده است که بنا به نیاز کاربر برج خنک کن طراحی و مورد استفاده قرار می گیرند. ( مطالعه بیشتر لوازم جانبی برج خنک کننده )
جهت خرید برج خنک کننده ابتدا باید پلان نیاز به دستگاه خنک کن نوشته شود، سپس با توجه شرایط دمایی ظرفیت برج خنک کن مشخص شود، نوع دستگاه ، قطعات و تجهیزات بررسی و انتخاب شود، قیمت ها و خدمات تامین کنندگان مقایسه شود و سپس نسبت به خرید اقدام گردد.
قیمت برج خنک کننده همانند سایر دستگاه های صنعتی وابسته به پارامتر ها و شاخصه های متعددی می باشد، باید در نظر داشت که هزینه استفاده از کولینگ تاور، فقط هزینه مربوط به خرید آن نمی باشد و هزینه های جانبی دیگری از جمله هزینه طراحی و اجرای لوله کشی، هزینه ساخت فوندانسیون ، هزینه تأمین آب را شامل می شود. قیمت تمام شده یک برج خنک کن صنعتی مجموع هزینه های ساخت اجزا تشکیل دهنده به ترتیب زیر می باشد:
|
بدنه و سازه برج |
پکینگ و قطره گیر |
الکتروموتور و پروانه |
تجهیزات جانبی |
|
60 درصد قیمت کل |
20 درصد از قیمت کل |
20 درصد از قیمت کل |
10 درصد از قیمت کل |
مانند تمام تجهیزات و ماشین آلات صنعتی کولینگ تاور را نیز می توان به صورت دست دوم خریداری کرد یا به فروش رسانید. استفاده از برج خنک کن دست دوم اگرچه در ابتدا می تواند هزینه های اولیه کمتری برای خریدار داشته باشد ولی در صورتیکه این برج خنک کن شرایط فنی مناسبی نداشته باشد و یا دچار استهلاک شده باشد امکان دارد در ادامه هزینه های تعمیرات و نگهداری بالایی را به خریدار تحمیل نماید. ( نحوه کارشناسی و موارد فروش برج خنک کننده دست دوم )
انتخاب برج خنک کن بر اساس چهار پارامتر اصلی دمای ورود آب به کولینگ تاور ، دمای خروج آب از کولینگ تاور ، حداکثر دمای مرطوب محیط نصب و دبی آب در گردش انجام می شود و پس از تعیین تناژ و ظرفیت باید نسبت به تطبیق دبی آب فعلی و اتصالات اطمینان حاصل کرد.
محاسبه ظرفیت کولینگ تاور به دو روش امکان پذیر است، استفاده از نرم افزار آنلاین برج خنک کن، استفاده از نمودار های انتخاب کولینگ تاور:
|
محاسبه برج خنک کننده به صورت آنلاین به وسیله نرم افزار (محاسبه برج خنک کننده) |
محاسبه برج خنک کننده با استفاده از نمودار های طراحی شده (نمودار انتخاب برج خنک کننده) |
|
دمای آب ورودی به برج خنک کن، دمای آب خروج از برج خنک کن را وارد نمایید. منطقه جغرافیایی محل نصب برج خنک کن را انتخاب نمایید سپس میزان دبی آب در گردش را وارد نمایید. نرم افزار میزان تناژ دستگاه و مشخصات را اعلام می نماید. |
با داشتن چهار پارامتر دمای آب ورود به برج خنک کننده ، دمای آب خروج از برج خنک کننده ، حداکثر دمای مرطوب محیط و دبی آب در گردش می توان با استفاده از نمودار انتخاب برج خنک کننده میزان ظرفیت برج خنک کن را بدست آورد. |
جهت وارد کردن اطلاعات در نرم افزار واحد های دما حتما باید به درجه سانتیگراد باشد و واحد دبی آب به متر مکعب در ساعت باشد. میتوانید از محاسبه گر های تبدیل واحد دما و تبدیل واحد دبی آب جهت تغییر واحد ها استفاده کنید.
تناژ برج خنک کننده به معنی تن تبرید یا ظرفیت خنک کاری کولینگ تاور است و واحدی برای سنجش انتقال حرارت است. یک تن تبرید برابر میزان گرمای لازم برای آب کردن یک تن ( 907 کیلوگرم ) یخ 0 درجه به آب 0 درجه در مدت زمان 24 ساعت می باشد. یک تن برابر 12000 Btu/hr یا 3.5 kw می باشد. بنابراین وقتی اعلام می شود که تناژ یک برج خنک کن برابر 200 تن تبرید است یعنی برابر 700 کیلووات یا 2400000 Btu/hr می باشد. معمولا برای تفکیک و دسته بندی برج های خنک کن از واحد تن استفاده می شود به طور مثال برج خنک کن CS-100 یعنی برج خنک کن مدل CS با ظرفیت 100 تن تبرید است.
محاسبه راندمان برج خنک کننده
در صفحه دمای مرطوب شهر های ایران اطلاعات بیش از 450 شهر ایران را جمع آوری و بروی سایت قرار داده ایم، این اطلاعات از ایستگاه های هواشناسی سراسر کشور ایران گرد آوری شده است. دمای خشک شهر های ایران را هم جهت بررسی بیشتر قرار داده ایم.
برج خنک کن دستگاهی است که به کمک مکانیزم تبخیر آب موجب خنک شدن آب می شود ، که این عملکرد مصرف آب قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت. محاسبه مصرف آب برج خنک کن بر اساس شش پارامتر تعیین می گردد که به ترتیب : دمای ورود آب گرم به برج خنک کن ، دمای خروج آب سرد از برج خنک کن ، دمای مرطوب هوا ، دبی آب در گردش در برج خنک کن ، سیکل تغلیظ طراحی شده و مقدار نرخ پرتاب آب از کولینگ تاور می باشد. ( محاسبه مصرف آب برج خنک کننده )
تبخیر آب در برج خنک کن مقدار آبی است که درهنگام فعالیت کولینگ تاور تبخیر و به صورت بخار آب از دستگاه خارج می گردد. برج های خنک کن دستگاه های تبخیری هستند یعنی عملکرد این دستگاه بر اساس تبخیر آب می باشد. این دستگاه سطح تماس و زمان تماس بیشتر میان آب و هوا ایجاد می کند که موجب کاهش دمای آب می شود. میزان تبخیر آب ارتباط مستقیم با توان خنک کاری دستگاه دارد هر چه دستگاه ابعاد بزرگتر و تناژ بیشتری داشته باشد میزان تبخیر صورت گرفته بسیار بیشتر خواهد بود. ( محاسبه تبخیر آب در برج خنک کننده )
بلودان مقدار آبی است که از آب کولینگ تاور تخلیه و با آب تازه جایگزین میکنیم تا میزان سختی آب را کاهش دهیم. برج خنک کن یک دستگاه تبخیری است و همواره به دلیل تبخیر آب ، مقدار سختی و غلظت املاح آب در حال افزایش است. در صورتی که میزان املاح موجود در آب از نقطه اشباع عبور کند رسوب شروع به تشکیل شدن خواهند کرد و اگر این میزان املاح و ناخالصی بالاتر از نقطه اشباع باشد رسوبات به سرعت به شکل ذرات بسیار سخت در می آیند و به تمامی اجزاء کولینگ تاور آسیب وارد می کنند. به همین دلیل برای جلوگیری از افزایش بیش از حد سختی، مقداری از آب در حال گردش در کولینگ تاور تخلیه شده و آب جدید جایگزین می شود که به این عمل بلودان یا زیر آب میگویند. ( محاسبه بلودان برج خنک کننده )
پرتاب آب در برج خنک کن به قطرات آبی گویند که بوسیله جریان هوا به بیرون از برج خنک کن پرتاب می گردند. انتقال این قطرات به بیرون از کولینگ تاور علاوه بر اینکه باعث هدر رفت آب می شود در عین حال باعث آلوده شدن محیط می شود به طوریکه اگر در آب کولینگ تاور مواد شیمیایی خطرناک یا باکتری لژوینلا باشد در محیط و فضا پخش شده و باعث بیمار شدن افراد می شود، بیماری لژیونلا یکی از خطرناکترین بیماری ها است که در مبتلایان باعث مرگ میشود. ( محاسبه پرتاب آب در برج خنک کننده )
در حقیقت راه هایی برای کاهش مصرف آب برج خنک کننده هست از جمله نصب کنترل هوشمند اینورتر، تنظیم دمای خروجی مورد نیاز، استفاده از مواد شیمیایی ضد رسوب، نصب آفتابگیر، تخلیه بلودان از آب گرم و... ولی نباید از هیچ کدام از این راه ها انتظار معجزه داشت زیرا که اساس کار کولینگ تاور بر تبخیر آب استوار می باشد.
تعمیرات برج خنک کننده شامل مجموعه اقداماتی جهت بازسازی ، بروز رسانی و بهسازی برج خنک کننده است، اقداماتی از جمله: تعویض قطعات مصرفی شامل پکینگ، تسمه، نازل، آب پخش کن، بازسازی بدنه و رفع نشتی کولینگ تاور، تعویض قطعات معیوب از جمله پروانه یا الکتروموتور و یا ارتقا عملکرد دستگاه شامل کاهش مصرف آب یا کاهش مصرف انرژی. بسیاری از قطعات کولینگ تاور در دوره زمانبندی مشخص نیاز به بازرسی ، تعمیر و یا تعویض دارند، بازرسی قطعات باید مطابق جدول زمانبدنی صورت پذیرد.
نگهداری برج خنک کننده در زمستان برای واحد هایی که در مناطق سردسیر به کار گرفته می شوند یا واحد هایی که در زمستان به فعالیت می پردازند دارای اصول مهمی می باشد که باید رعایت شود. در هنگام استفاده از کولینگ تاور اگر دمای مرطوب محیط به مدت 24 ساعت کمتر از صفر درجه سانتیگراد باشد ما این حالت را " شرایط یخ زدگی پایدار " می نامیم.
مطالعه کامل مطلب " نگهداری برج خنک کننده در زمستان "
لوله کشی برج خنک کننده به معنی ایجاد و ساخت مسیر انتقال آب میان سیستم و دستگاه برج خنک کننده است. جهت خنک کردن آب باید بتوانیم آن را به برج خنک کننده منتقل و پس از خنک شدن مجددا به سیستم برگردانیم. این انتقال به وسیله قدرت پمپ و در مسیر لوله کشی رفت و برگشت میان سیستم و برج خنک کننده انجام می شود. لوله کشی برج خنک کن دارای اصول و قواعد زیر می باشد:
مشکلات رایج در لوله کشی کولینگ تاور عبارتند از:
انتخاب پمپ برج خنک کن بر اساس دو پارامتر دبی آب در گردش و مجموع هد آب به دست می آید. دبی آب در گردش عبارتست از مقدار حجم آب در واحد زمان که در مدار برج خنک کننده به گردش در می آید و هد به معنی اختلاف فشار لازم برای به جریان انداختن آب درون مدار می باشد.
محاسبه هد پمپ برج خنک کننده برابر مجموع هد مورد نیاز برای غلبه بر اصطکاک جریان آب در طول لوله کشی ، هد استاتیک ( فقط برج خنک کننده مدار باز ) ، افت فشار آب در کندانسور ، افت فشار آب در برج خنک کننده و شیر ها می باشد. ( مطالب مرتبط لوله مکش پمپ برج خنک کننده و کاویتاسیون در پمپ برج خنک کننده )
کیفیت آبی که در کولینگ تاور به گردش در می آید بسیار مهم می باشد چراکه اگر کیفیت آب پایین باشد به تجهیزات دستگاه آسیب رسانده و موجب تشکیل رسوبات خواهد شد. عملیات آبی در برج خنک کننده به معنی مجموعه اقدامات و تمهیداتی است که به منظور جلوگیری از آسیب به برج خنک کن به وسیله رسوب می باشد. در واحد های صنعتی عملیات آبی برای افزایش عمر تجهیزات و حفظ راندمان برج های خنک کن ضروری می باشد و اگر عملیات آبی انجام نشود موجب رشد ارگانیگ ها ، گرفتگی و خوردگی در کولینگ تاور می شود که می تواند راندمان آن را تحت تأثیر قرار دهد و هزینه های تعمیر و نگهداری و توقف برج خنک کن را به دنبال خواهد داشت.
سیکل تغلیظ برج خنک کننده به معنی نسبت غلظت ذرات جامد حل نشده در آب برج خنک کن در قیاس با آب جبرانی وارد شده به برج خنک کن می باشد. یعنی نسبت TDS آب درون برج خنک کننده به TDS آب جبرانی وارد شده به برج خنک کن، سیکل تغلیظ برج خنک کننده با اختصار COC نمایش داده می شود و نشان دهنده این است که چه مقدار از آب کولینگ تاور باید تخلیه شود و آب تازه جایگزین شود.
روش عملیات آبی بسته به نیاز، نوع و عملکرد برج خنک کن متفاوت می باشد ولی معمولا شامل اقدامات زیر است :