برج خنک کننده و دمای کارخانه
برج خنک کننده صنعتی یکی از انواع مدل‌های کولینگ تاور است که در صنعت به منظور خنک سازی سیستم‌های در حال کار و کاهش دمای قطعاتی که بدلیل اصطکاک و کار زیاد در حال داغ شدن هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر خنک سازی آب، این تجهیزات به کاهش مصرف آب نیز کمک می‌کنند. درصورت عدم استفاده مجدد از برج خنک کننده در صنعت، کارخانجات صنعتی و صنایع سنگین پالایشگاهی و نیروگاهی مجبورند از منابع طبیعی آب جهت فرآیند خنک کاری استفاده کنند. هدف از خرید برج خنک کننده، استفاده از آب خنک جهت استفاده در فرآیند تولید است.
همان طور که از نام محصول پیداست، این تجهیزات بیشتر در صنعت کاربرد دارند. بسیاری از کارگاه‌ها نیز برای خنک سازی سیالات داغ صنعتی می‌توانند از برج خنک‌کننده صنعتی با تبرید پایین استفاده کنند که بسیار با صرفه و اقتصادی‌تر از هر روش خنک سازی دیگری است. اصطلاح برج خنک کننده صنعتی عمدتاً به برج‌هایی با ظرفیت بیش از 1000 تن تبرید اطلاق می‌شود.
تعریف برج خنک کننده صنعتی
برج خنک کننده صنعتی دستگاهی برای خنک کردن آب در گردش درون مدار تجهیزات صنعتی در حال کار در پالایشگاه‌ها، پتروشیمی‌ها، نیروگاه‌ها، کارخانجات تولید سیمان و شرکت‌های توسعه معادن و . . . است. سیستم‌های خنک ساز صنعتی عمدتاً با بدنه‌ای از جنس بتن و در معدودی از کاربردها از فایبرگلاس تولید می‌شوند که قابلیت حمل به صورت مونتاژ شده ندارند و باید در محل پروژه مونتاژ شوند.
شرکت ما بعنوان یکی از بزرگترین تولیدکنندگان محصولات فایبرگلاس در ایران، توانایی تولید طیف وسیعی از محصولات فایبرگلاس را دارا است. تا به امروز صنعتی‌ترین نوع کولینگ تاورها همان برج‌های خنک کن هذلولی یا اتمسفریک بوده‌اند که عمدتاً در نیروگاه‌های حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اساس کار برج خنک کننده صنعتی مانند سایر برج‌های خنک کننده، تبادل حرارت از طریق ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب و هوا از طریق جریان طبیعی (بدون مکش یا دمش مکانیکی) است. عموماً در برج‌های خنک‌کن صنعتی، آب گرم خروجی از فرآیند توسط لوله‌هایی از بالای برج وارد شده و در آنجا به صورت طبیعی یا به وسیله آب پاش‌ها به سمت پایین برج به حرکت میکند.
در طول این مسیر با توجه به نوع سیستم طراحی کولینگ تاور صنعتی، به شیوه‌های مختلف با جریان هوا تماس پیدا میکند. البته در کولینگ تاورهای صنعتی مداربسته، تبادل حرارت و تماس بین آب و هوا به شکل غیر مستقیم است.
انواع برج خنک کننده صنعتی
به صورت کلی کولینگ تاور صنعتی به سه نوع تقسیم بندی می‌شود:
- برج خنک کن مدار باز
- برج خنک کننده مداربسته
- کولینگ تاور هذلولی یا هایپربولیک
هریک از مدل‌های عنوان شده دارای ویژگی‌های خاص و منحصر بفردی هستند که می‌توانند خدمات گسترده‌ای را برای صنایع به ارمغان بیاورند. توجه به دو نکته زیر در رابطه با برج‌های خنک کننده صنعتی ضروریست:
- سیستم‌های مدار بسته و مدار باز، هر دو دارای فن هستند. بنابراین با توجه به سیستم هوادهی و مکش هوا با استفاده از فن، در دسته برج‌های خنک ساز جریان مکانیکی قرار می‌گیرند.
- برج خنک‌کن صنعتی هذلولی، از سیستم جریان طبیعی جریان مخالف یا جریان متقاطع بهره می‌گیرد. یعنی همانند سیستم‌های مدار باز، تبادل حرارت مستقیم و تبخیری انجام می‌شود، اما نحوه‌ی ورود و خروج هوا در سیستم‌های خنک ساز هذلولی، بدون استفاده از فن است.
برج خنک کن صنعتی مداربسته
کولینگ تاورهای مداربسته صنعتی با توجه به مکانیزم خاص خود، بطور قابل ملاحظه‌ای از اتلاف آب جلوگیری می‌کنند. همچنین در ظرفیت‌های سنگین صنعتی، قابلیت طراحی و ساخت دارند. بنابراین برای صنایع سنگینی که عمدتاً در نواحی گرم و کویری (کم آب) کشور قرار گرفته و نیاز به ظرفیت‌های خنک سازی بسیار بالایی دارند، گزینه‌ای ایده آل محسوب می‌شوند.
نحوه‌ی عملکرد سیستم خنک کننده صنعتی مداربسته بدین‌گونه است که در شروع کار، آب داغ از مسیر لوله کشی به درون دستگاه وارد می‌شود و داخل کویل‌های مسی و یا لوله‌های پره دار(فین دار) جریان پیدا میکند. در این فرآیند هیچ‌گونه تماس مستقیمی بین آب و هوا یا محیط اتفاق نمی‌افتد. پس از ورود آب گرم به دستگاه، فن شروع به مکش هوای خنک بیرونی به درون برج میکند. یکی دیگر از انواع پکینگ برج خنک کننده، پکینگ فیلمی برج خنک کننده است که از بلوک ورق های پی وی سی کنار هم تشکیل شده است.
جریان هوای خنک مکیده شده توسط فن به سطح خارجی کویل و لوله‌ها برخورد میکند. انتقال حرارت بین هوا و آب از طریق دیواره لوله، منجر به سرد شدن آب و گرم شدن هوا میگردد. به همین دلیل است که نوع تبادل حرارت در برج‌های خنک کننده صنعتی مداربسته به صورت «غیرمستقیم» است. تبادل گرمایی غیر تبخیری در سیستم مدار بسته موجب می‌شود تا هدر رفت آب به کمترین میزان ممکن برسد. از این رو کولینگ تاور صنعتی برای صنایع سنگین در مناطق خشک و کم آب بسیار مناسب است.
سیستم خنک ساز صنعتی مدار باز
برج خنک کن صنعتی مدارباز از شیوه‌ی خنک سازی تبخیری و مستقیم بهره می‌گیرد. از همین رو راندمان عملکردی این مدل کولینگ تاورها بسیار زیاد و قدرتمند است. اما به همان اندازه، مصرف آب نیز در این سیستم‌ها زیاد است. نحوه عملکرد سیستم خنک ساز صنعتی مدار باز به این شکل است که:
آب گرم پس از ورود به برج خنک کننده صنعتی مدارباز، به سمت بالای دستگاه پمپاژ می‌شود. سپس این آب بر روی سطوح خنک کننده یا همان پکینگ مدیا، پاشیده می‌شود. آب گرم بر روی سطح پکینگ مدیا، یک لایه نازک تشکیل می‌دهد تا سریع‌تر خنک شود. از سوی دیگر، جریان هوای تازه و خنک نیز توسط فن وارد کولینگ تاور می‌شود. جریان هوای وارد شده بر روی سطوح خنک کن به گردش درمی‌آید و به تبادل حرارت تبخیری با آب می‌پردازد.
نهایتاً آب خنک شده به بیسین یا تشتک جمع آوری هدایت میگردد. همواره در اثر تبخیر، مقداری از آب گرم تحت قالب بخار، هدر می‌رود. اینجاست که لزوم استفاده از «قطره گیر» اهمیت پیدا میکند، زیرا با نصب قطره گیر بر روی برج‌های صنعتی مدارباز، می‌توان از هدررفت بخشی از آب جلوگیری نمود. قطره گیرها به عنوان سدی در برابر لایه‌های بخار عمل می‌کنند و قطرات آب موجود در لایه‌های بخار را به دام می‌اندازند.
برج خنک کننده صنعتی هذلولی
کولینگ تاورهای هایپربولیک یا همان هذلولی، گونه‌ای دیگر از برج‌های صنعتی خنک ساز بشمار می‌روند. البته که مکانیزم اینگونه سیستم‌ها بسیار متفاوت است. در واقع هرگاه صحبت از برطرف سازی نیازهای بسیار سنگین نیروگاهی، پالایشگاهی و هسته‌ای به میان می‌آید، نام «برج‌های هذلولی» می‌درخشد.
به همین دلیل است که این تجهیزات گاهاً با ارتفاع‌های حتی 200 متری طراحی می‌شوند. بایستی بدانید که از قطعه فن در کولینگ تاورهای هایپربولیک استفاده نمی‌شود. درعوض این تجهیزات از دهانه‌های بسیار بزرگی برای ورود طبیعی جریان هوا بهره می‌برند.
ساختار برج خنک کن صنعتی هذلولی در وسط سازه به داخل جمع می‌شود. همین عامل موجب می‌شود تا هنگامی که هوای خنک وارد شده در این برج‌ها به وسط سازه بتنی می‌رسد، با سرعت به سمت بالا حرکت کند. همچنین آب داغ صنعتی نیز بوسیله‌ی سیستم‌های توزیع به روی پکینگ‌ها ریخته می‌شود. درنتیجه طی تماس جریان‌های هوا و آب، تبادل حرارت مستقیم و تبخیری رخ می‌دهد.
اما این پایان کار نیست. زیرا پس از تبادل حرارت، آب خنک شده به تشتک کولینگ تاور هذلولی منتقل می‌شود. ضمناً به دلیل سبک بودن هوای گرم، جریان هوای گرم موجود در دستگاه به سمت بالا حرکت میکند. مجدداً هنگامی که این گازهای گرم به بخش میانی (تورفتگی باریک بدنه) می‌رسند، با سرعت بیشتری به بالای برج هدایت می‌شوند. نهایتاً هوای گرم از طریق دهانه بزرگ این تجهیزات، به محیط بیرون انتقال می‌یابد.
اصول طراحی برج خنک کننده صنعتی
برج خنک کننده صنعتی مکعبی و مخروطی (PCG, PFG) بر اساس جریان متقابل طراحی و با بهترین کارایی، هوا را از داخل سطوح خنک کننده در تضاد با آب داغ عبور می‌دهند. گام‌های شیارهای سطوح خنک کننده برج خنک کننده بصورت سینوسی طراحی گردیده‌اند و امکان گرفتگی در آن‌ها وجود نداشته و سطح تماس آب داغ و هوا را به بیشترین حد ممکن رسانده و باعث دسترسی به بهترین راندمان می‌شوند.
آب به صورت لایه نازک بر روی سطوح خنک کننده برج حرکت کرده و بیشترین سطح را برای خنک شدن با هوای عبوری ایجاد میکند. شیارهای درون پکینگ‌ها به صورت سینوسی و دارای زاویه بوده و بصورت معکوس روی هم چسبانده شده‌اند تا زمان تماس آب را به حداکثر برسانند.
برای دبی آب یکسان، برج خنک کننده صنعتی دارای افت فشار کمتر و راندمان بهتر است که این امر باعث به حداقل رسیدن قدرت الکتروموتور و کاهش هزینه‌های بهره برداری شده است. دهانه گشاد تنوره بالای دستگاه طوری طراحی گردیده که مطلوب‌ترین شدت جریان هوا را تامین و کمترین افت فشار ایجاد کند.
سیستم‌های خنک کاری صنعتی از نوع مکش اختیاری بوده و هوای مرطوب از داخل سطوح خنک کن به سمت بالا جرکت می کند و آب را خنک میکند. هنگام طراحی کولینگ تاور صنعتی، توجه به مقادیر پرت آب، فرار قطرات و میزان تبخیر آب الزامیست. انواع پکینگ برج خنک کننده اسپلش از ترکیب متریالهای دیگری همچون: سرامیک، پلیمرهای سبک و استیل استنلس نیز تولید میگردد.
هدر رفت آب در برج‌های خنک کن بزرگ بخصوص در مناطق خشک و کم آب دارای اهمیت زیادی است. اتلاف آب در برج‌های خنک کننده صنعتی به موارد زیر بستگی دارد:
- تبخیر (Evaporation)
- فرار قطرات (Drift Loss)
- تخلیه آب (Bleed Off)
- پرت لوله کشی (Pipe Line Loss)