برج خنک کننده

برج خنک کننده

برج خنک کننده ( به انگلیسی Cooling tower ) : وسیله‌ای برای دفع حرارت زاید آب مورد استفاده در چگالنده به جو از طریق تبادل حرارتی با هوا است. برج‌های خنک‌ کن معمولاً با تبخیر آب، حرارت ایجاد شده در یک واحد شیمیایی را دفع کرده و سیل سرویس را تا دمای حباب مرطوب هوا پایین می‌آورند؛

البته باید در نظر داشت در برخی از برج‌های خنک ‌کن با چرخه بسته که به برج خنک‌کن خشک مشهور هستند، کاهش دمای سیال سرویس صرفاً تا دمایی نزدیک به دمای حباب خشک هوا امکان‌پذیر است.
کاربرد برج ‌های خنک‌ کن ( برج خنک کننده ) به قرن نوزدهم و اختراع چگالنده برای استفاده در موتور بخار برمی‌گردد.
ماشیهای صنعتی در حین انجام کار دما و حرارت بسیار زیادی تولید میکنند و برای اینکه بتوانند به فعالیت خود ادامه دهند لازم است تا این دمای ایجاد شده را کاهش دهند و اصولا این کاهش دما به وسیله برجهای خنک کننده انجام می گیرد.
به زبان ساده‌تر، برج خنک‌ کننده سیستمی است که از آن برای خنک سازی آبی در فرآیندهای سردسازی سیستم‌های تهویه مطبوع، فرآیندهای صنعتی، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و صنایع مختلف استفاده می‌گردد.
از برج خنک‌ کننده در سیستم خنک‌کاری واحدهای پالایشگاهی،پتروشیمی و سایر واحدهای شیمیایی مشابه، نیروگاههای حرارتی و سیستم‌های اچ وی ای سی برای تهویه مطبوع ساختمان استفاده می‌شود. دسته‌بندی برج‌های خنک‌کن بر اساس نوع تماس هوا با آب صورت می‌گیرد؛

متداول‌ترین گونه‌های برج خنک‌کن بر اساس مکانیزم‌های جابه‌جایی طبیعی و جابه‌جایی اجباری تقسیم‌بندی می‌شوند.

برج خنک کننده بر اساس طریقه انتقال حرارت به وسیله انتقال جرم و با ایجاد سطوح مناسب و کافی تبادل حرارت بین جریان آب ورودی به برج خنک کننده و هوای در جریان در درون برج خنک کننده از یک طرف و همچنین کاهش سرعت جریان آب با ریزش آب روی پکینگ ها یا المانهای واسط (مانند تخته ها ) از طرف دیگر سبب کاهش دمای آب در گردش سیستم می گرد .
از نظر ابعاد و اندازه، برج‌های خنک‌کن در مدل‌های کوچک پشت‌ بامی برای ساختمان‌های مسکونی تا سازه‌هایی غول‌پیکر و هذلولی شکل که ارتفاع‌شان در حدود دویست متر و قطرشان در حدود یک‌صد متر می‌رسد، وجود دارند.

همچنین نوعی از برج‌های خنک‌کن با شکل مستطیلی با ارتفاع تقریبی چهل متر و طول هشتاد متر نیز وجود دارد. در اکثر موارد از برج‌های خنک‌کن هذلولی شکل در نیروگاههای هسته ای استفاده می‌شود؛ هرچند که در بعضی از واحدهای شیمیایی بزرگ و سایر واحدهای صنعتی نیز از آن‌ها استفاده می‌شود.

در مقابل این برج‌های خنک‌کن عظیم‌الجثه که در صنایع خاصی به کار گرفته می‌شوند، اکثریت قریب به اتفاق برج‌های خنک‌ کننده, تجهیزات کوچک هستند که در کنار واحدهای مختلف صنعتی یا مسکونی برای تهویه هوا به کار می‌رود.

برج های خنک کننده سیستم توزیع و پخش آبگرم دارند که آب را به شکل یکنواخت روی شبکه مشبک نزدیک به هم می پاشد.

این شبکه ها آکنه یا پر کننده نام دارند. آکنه ها آب سرازیر شده از بالای برج را با هوایی که از میان آن حرکت می کند کاملا مخلوط کرده به طوری که آب به صورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر به وسیله نیروی ثقل خود میریزد.

  هرچند در این برج ها مقداری انتقال حرارت محسوس از آب به هوا وجود دارد اما تقریبا اثر خنک کنندگی تماما از تبخیر قسمتی از آب اسپری شونده در برج حاصل میشود. بخار حاصل از فرایند تبخیر در برج به وسیله جریان هوایی که یک دمنده ایجاد میکند از برج خنک کن خارج می شود.

با توجه به این که دما و رطوبت هوا از برج افزایش می یابد بدیهی است که میزان تاثیر برج حنک کن تا حد زیادی به درجه حرارت مرطوب هوای ورودی بستگی دارد و با کاهش آن افزایش می یابد.
در انتخاب ظرفیت تمامی انواع برج های خنک کننده همیشه این مسئله را مد نظر داشته باشید که حداکثر اختلاف دمای آب ورودی و خروجی از برج خنک کننده کمتر از اختلاف دمای آب ورودی و دمای مرطوب هوا ( Wet Bulb Temperature) در محیط مورد نظر می باشد .

یعنی همیشه حداقلِ دمای آب خروجی از برج خنک کننده بیشتر از دمای هوای مرطوب محل نصب برج خنک کننده می باشد. وهمچنین، هرچقدر رطوبت نسبی هوای محل نصب برج خنک کننده کمتر باشد، دمای هوای مرطوب محل کمتر و در نتیجه خنک تر کردن آب خروجی از برج، امکان پذیر خواهد بود.

اجزای برج خنک کننده :

۱ – فن یا پنکه : فن ها کار مهم خنک سازی را انجام میدهند و در دو نوع فن محوری و سانتریفیوژ هستند.

۲ – پکینگ ها : جهت ایجاد افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کننده از پکینگ‌ها استفاده می‌شود.

المانهای انتقال حرارت یا پکینگ (Packing) جایی است که آب توزیع شده توسط کلگی و بازوهای توزیع آب (Sprinkler Arms) و هوای مکیده شده از هواکش ها (Louver) که در تقاطع با یکدیگر موجب انتقال حرارت شده و مقداری از آب تبخیر می شود.

افزایش میزان تبخیر باعث افزایش ظرفیت برج خنک کننده می شود. این المانها سبب می شوند که آب در یک لایه نازک با حداکثر سطح جریان داشته باشد که این امر به افزایش میزان انتقال حرارت کمک می کند . در صورتی که جریان آب به صورت مناسب عمل کند استفاده از آب نرم در Makeup Water این المانها برای مدت ۱۰ تا ۱۵ سال ماندگاری دارند .

همه پیچ و مهره ها و واشرهای استفاده در برج از جنس گالوانیزه گرم و یا از استنلس استیل و سایر تکیه گاههای فلزی دستگاهها از جنس آهن گالوانیزه گرم و یا از استنلس استیل با ضخامت ۸۳ میکرون ساخته می شود. پکینگ‌ها به صورت شبکه‌ای بوده و در دو نوع غشایی(Film Packing) و اسپلاش (Splash Packing) در برج خنک کن‌ها استفاده میشوند.

۳ – حوضچه آب یرد یا باسین : در قسمت زیرین برج خنک کن قرار دارد که آب عبوری از المانهای انتقال حرارت در آنجا جمع می شود و به وسیله فلانج ها و لوله های ارتباطی که به لوله کشی خارجی متصل است، آب خنک شده را به سیستم انتقال می دهد.

۴ – قطره گیرها : تیغه‌های قطره گیر برای جلوگیری از پخش ذرات آب و ممانعت از خروج آنها به محیط بیرون از برج خنک کن بکار می‌روند.

آب گرم ورودی به وسیله لوله هایی که از جنس PVC مرغوب و فشار قوی هستند به مرکز برج انتقال یافته و به وسیله قطعه آبگردان که از جنس ABS و با آلیاژهای آلومینیوم برنج و یا برتر ساخته شده، تقسیم می شود و از طریق بازوها که از جنس PVC هستند ، با زاویه مناسب بر روی سطح المانهای انتقال حرارت می ریزد و بعد از گذشتن از آنها و انجام فرآیند خنک کاری در حوضچه (Basin) جمع آوری می شوند .

المانهای قطره گیر وظیفه مهار کردن قطرات آب مکش شده توسط نیروی محرکه و بازگشت آن به چرخه خنک کاری را دارند .

۵ – جنس ساختاری بدنه : برخ خنک کننده بیشتر مواقع از سه جنس فلز، بتون، فایبر گلاس ساخته میشود.