برج خنک کننده چیست و چه کاری انجام می دهد؟

به گزارش بازار، برج‌های خنک کننده، قلب سیستم خنک کاری در صنایع مختلف هستند و با تعدیل دمای آب، عملکرد بهینه سیستم‌های صنعتی را امکان‌پذیر می‌سازند. از آنجا که صنایع بسیاری در کشور برای تولیدات خود به آب احتیاج دارند و از طرفی محدودیت منابع آبی به عنوان یک بحران جدی قلمداد می‌شود، استفاده از کولینگ تاورها کاملا قابل توجیه‌است.

همه شما به خوبی می‌دانید که صنعت پیچیدگی‌های بسیاری دارد. تمامی تجهیزات و سیستم‌های صنعتی در ارتباط و تکمیل یک دیگر، عملکردهای فوق‌العاده‌ای دارند و نیاز هر صنعت را مرتفع می‌سازند. در بین تمامی سیستم‌هایی که در راستای بهینه‌سازی عملکرد سایر بخش‌های صنعتی فعالیت دارند، سیستم خنک‌کننده اهمیت ویژه‌ای دارد. در بسیاری از صنایع مهم، از جمله واحدهای پالایشگاهی، نیروگاه‌های حرارتی و سیستم‌های مشابه دیگر که خنک کاری و دفع حرارت اضافی به عنوان یک اصل مهم در ایمنی و بهبود کارکرد سیستم شناخته می ‌شود، استفاده از برج خنک‌ کننده دیده می‌شود. استفاده از برج خنک کننده یا همان کولینگ تاور، به شکل قابل ملاحظه‌ای راندمان سیستم‌های حرارتی مختلف را افزایش می‌دهد؛ اما مسئله اینجاست که کولینگ تاور، سیستم به شدت پیچیده‌ای دارد و طراحی و عملکرد آن معادلات و محاسبات بسیار دقیقی می‌طلبد.

سایتهای زیادی از جمله ویکی پدیا، پایپ صنعت خاورمیانه، ایسنا و خبرآنلاین به صورت تخصصی راجع به برج های خنک کننده مطلب نوشته اند و آن را شرح داده اند. ما نیز به نوبه ی خود در این مقاله به صورت تخصصی و به قول معروف سیر تا پیاز برج خنک کننده را به صورت تخصصی مورد بحث قرار می دهیم. 

برج خنک کننده چیست؟

اگر بخواهیم به صورت ساده و دقیق بیان کنیم، برج خنک کننده یک دستگاه خنک کننده است و در کاربردهایی نظیر تهویه و از بین بردن دمای بالای تجهیزات و ماشین آلات صنعتی در کارخانه ها مورد استفاده قرار می گیرد. اما اگر بخواهیم به یک تعریف دقیق از این سیستم برسیم. برج خنک کننده که با عنوان‌های کولینگ تاور و برج خنک کن نیز شناخته می‌شود، در حقیقت یک سیستم دفع حرارت اضافی آب است و اساسا کار آن با فرآیند سرمایش تبخیری امکان‌پذیر است.‌ به بیان ساده‌تر، این سیستم با تبادل حرارتی بین آب و هوا، حرارت ایجاد شده در یک واحد شیمیایی را دفع کرده و متعادل می‌سازد. مسلما افزایش دمای آب در پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها و سیستم‌های تهویه مطبوع، ضمن افزایش قابل توجه مصرف آب، مشکلات ایمنی نیز ایجاد می‌کند. این در حالی است که برج خنک کن با عملکرد خود دمای سیال را تا دمای حباب مرطوب هوا کاهش می‌دهد. در تعریف کولینگ تاور می‌توان نگاهی به تاریخچه آن انداخت. استفاده از این سیستم در هنگام اختراع چگالنده و کاربرد آن در موتور بخار در قرن نوزدهم قابل توجیه‌ است. برج‌های خنک کننده به عنوان مکمل چگالنده‌ها ضمن افزایش کارایی سیستم، به کاهش مصرف سوخت و مهم‌تر از آن، به کاهش مصرف آب کمک می‌کنند.

اساس کار و نحوه عملکرد برج‌های خنک کننده

وقتی از معادلات و محاسبات مهندسی شده و بسیار دقیق در طراحی برج خنک کننده صحبت می‌کنیم، مشخص است که طرح‌ریزی و احداث این سیستم برای واحدهای صنعتی در مناطقی که با مشکل کم‌آبی مواجه هستند، موضوع حساسی است. در ادامه به صورت کامل راجع به این مهم صحبت می‌کنیم. برج‌های خنک کن اولیه با طراحی خاصی که داشتند، فرآیند خنک کاری آب را به صورت طبیعی انجام می‌دادند. با تحولات صنعتی صورت گرفته در قرن بیستم و استفاده از موتورهای الکتریکی و فن، فرآیند خنک کاری کولینگ تاورها به صورت مکانیکی امکان‌پذیر شده‌است. در این روش راندمان کار به طرز چشمگیری افزایش می‌یابد. این برج‌ها از سیستم توزیع آب گرم برخوردارند و آب را به شکل یکنواخت روی شبکه‌های مشبکی به نام آکنه یا پرکننده می‌پاشند.

در قسمت آکنه یا پرکننده، آب سرازیر شده از بالای برج با هوایی که در میان آکنه جریان دارد ترکیب شده و آب قطره قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر می‌ریزد. ناگفته نماند در این برج‌ها مقدار محسوسی از حرارت آب به هوا منقل می‌شود . این بخار توسط یک دمنده از برج خارج می‌گردد. هرچند برج خنک کننده یک سیستم مکانیکی است، اما میزان تأثیرگذاری در عملکردی که برای آن تعریف شده، به درجه حرارت مرطوب هوای ورودی بستگی دارد. به همین خاطر است که چنین سیستمی در محیط‌های مرطوب و شرجی راندمان مناسبی ندارد. برج خنک کن انواع مختلفی دارد که در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم؛ اما آنچه که مشخص است این است که اساس کار کولینگ تاورها، بر پایه ایجاد سطح تماس بیشتر جریان آب گرم با هوای خنک و در نهایت تبادل حرارت بین این دو سیال است.

با توجه به همین مسئله، محل نصب برج‌های خنک کن از اهمیت بسیاری برخوردار است. برج خنک کن باید در جایی نصب شود که مانعی برای ورود جریان هوای تازه به داخل برج وجود نداشته‌باشد. از طرفی در واحدهای پتروشیمی و پالایشگاهی که چند برج خنک کننده در کنار هم نصب می‌شوند، هوای گرم خروجی از برج‌ها نباید با یک دیگر تداخل داشته‌باشند. ناگفته نماند که فراهم کردن سطح بیشتر برای ورود هوای سرد، یکی از فاکتورهای مربوط به محل نصب کولینگ تاور است و عوامل دیگری از جمله‌ استحکام محل نصب، تجهیزات اضافی بهینه سازی برج و هزینه‌های جاری مربوط به آن در این مسئله دخیل هستند. جهت کسب اطلاعات بیشتر و دقیق تر در مورد مسائل فنی برج خنک کننده و قیمت آن می توانید بر روی لینک، کلیک کنید. شایان ذکر است بحث مسائل فنی از جمله معادلات و محاسبات برج های خنک کننده و همچنین استعلام قیمت و مدت زمان راه اندازی خارج از این بحث بوده و می توانید به سایت ویکی پدیا و یا پایپ صنعت خاورمیانه که لینک آن داده شده است مراجعه کنید.

انواع برج خنک کننده

حال که با اجزا کولینگ تاورها آشنا شدید، درک انواع مختلف برج خنک کن برایتان ملموس‌تر خواهد شد. برج‌های خنک کننده بر اساس فاکتورهای مختلفی از جمله نیروی محرک جریان هوا، مکانیسم انتقال حرارت، نحوه برخورد جریان آب با هوا و شکل ظاهری دسته‌بندی می‌شوند. در این دسته‌بندی، انواع برج‌های خنک کننده فایبر گلاس طرح مکعبی، برج خنک کن مارلی ذوزنقه‌ای و مکعبی، برج خنک کن سانتریفیوژ، برج خنک کن گرد، برج خنک کن کانتر فلو فلزی و مدل‌های دیگر جای می‌گیرند.

اجزا برج خنک کننده

اگر قبل از بررسی انواع برج‌های خنک کننده، با اجزاء مهم آن آشنا شوید، خالی از لطف نخواهد بود. در ادامه به اختصار مهم‌ترین اجزاء این سیستم را بررسی می‌کنیم:

• فن کولینگ تاور: بر اساس عملکرد کلی که برای انواع فن تعریف شده، مشخص است که فن‌ها نقش بسیار مهمی در خنک سازی سیال این سیستم دارند. در کولینگ تاورها از دو فن محوری یا سانتریفیوژ استفاده می‌شود. فن‌های به کار رفته در این سیستم‌ها از لحاظ شکل تولید و فرم هندسی در سه دسته اصلی فن ضربی، فن پروفیل ایر فویل و فن کامپوزیت برج خنک کننده تقسیم می‌شوند. فن ضربی از ورقه فولادی ساخته شده و با قالب پرس تولید می‌شود. ابعاد این فن به دلیل لرزش، در قطر بیش از یک متر با محدودیت همراه‌ است. فن پروفیل ایر فویل نیز مشخص است که از پروفیل ایرفویل تشکیل شده‌است. جنس این فن از پروفیل آلومینیوم است که فرم و ابعاد آن در طول فن ثابت است. از آنجا که آلومینیوم در برابر خوردگی مقاوم بوده و استحکام بالایی و وزن کمی دارد، استفاده از آن در پره فن قابل توجیه‌ است. بازه ابعادی این فن به سه متر هم می‌رسد.

نوع سوم فن برج خنک کننده، به فن کامپوزیت یا فن پروفیل ایر فویل با فرم پروفیل متغیر معروف است. در این مدل، پروفیل در شعاع فن چرخیده و با تغییر زاویه حمله، دبی یکنواخت‌تری حاصل می‌شود. مهم‌ترین مزیت این فن، وزن کمتر، مصرف انرژی بهینه، تولید صدای کمتر و هوادهی بهتر است.

• پکینگ: پکینگ در واقع نوعی مبدل حرارتی است که به افزایش سطح تماس بین آب و هوا و در نتیجه افزایش روند فرآیند تبخیر منجر می‌شود. عملکرد آن نیز به این صورت است که آب در سطح پکینگ به صورت یکنواخت پخش شده و با هوای بیشتری تماس برقرار می‌کند. این در حالی است که پس از پاشش آب توسط نازل، آب درون پکینگ به تله افتاده و فرصت بیشتری برای تبخیر خواهد داشت. پکینگ‌ها ساختار شبکه‌ای دارند و در دو نوع اسپلش و غشایی در برج خنک کننده به کار گرفته می‌شوند.
• نازل‌های آب پاش: این نازل‌ها در کلکتور آب ورودی به برج نصب شده و آب داغ وارد شده را به صورت لایه‌های نازک روی پکینگ‌ها توزیع می‌کنند.
• قطره گیرها: همان‌طور که مشخص است، قطره گیرها از پخش‌شدن ذرات آب و خروج آن‌ها به محیط بیرون از برج جلوگیری می‌کنند.
• حوضچه: در قسمت زیرین برج خنک کن، بخشی به عنوان حوضچه تعبیه شده که آب خنک شده در آن جمع گردیده و به سمت سیستم ‌های خنک سازی هدایت می‌شود.
• پورت آب: در برج‌های خنک کننده چند نوع پورت آب داریم. پورت آب جبرانی به شناوری متصل است که آب جبرانی را تغذیه می‌کند.(آب جبرانی در واقع آبی است که کسری آب ناشی از تبخیر را جبران می‌کند). در صورتی که شناور خراب شود یا به هر دلیلی عمل نکند، آب اضافی هنگام پر شدن تشتک برج، از پورت آب سرریز شده و خارج می‌شود تا سطح بالای آب برج، عملکرد پکینگ را مختل نکند. از آنجا که آب داخل برج با هوای محیط ارتباط مستقیمی دارد، آلوده و کثیف می‌شود. این آب توسط پورت آب تخلیه خارج شده و آب تمیز جایگزین می‌شود. دو نوع پورت آب دیگر در برج خنک کننده وجود دارد که با عنوان پورت آب داغ ورودی و پورت آب سرد خروجی شناخته می‌شوند. پورت آب داغ محل ورود آب داغ به برج و پورت آب سرد نیز محل خروج آب سرد از برج است. این آب سرد به سیستم مورد نظر منتقل شده و مجددا مورد استفاده قرار می‌گیرد.‌

جمع‌بندی

برج‌های خنک کننده، قلب سیستم خنک کاری در صنایع مختلف هستند و با تعدیل دمای آب، عملکرد بهینه سیستم‌های صنعتی را امکان‌پذیر می‌سازند. از آنجا که صنایع بسیاری در کشور برای تولیدات خود به آب احتیاج دارند و از طرفی محدودیت منابع آبی به عنوان یک بحران جدی قلمداد می‌شود، استفاده از کولینگ تاورها کاملا قابل توجیه‌است. این برج‌ها با کاهش دمای آب استفاده شده در سیستم‌های صنعتی و پالایشگاهی و انتقال آن برای استفاده مجدد، نقش مهمی در بهینه‌سازی مصرف آب دارند. در این بین انجام معادلات و محاسبات تخصصی و پیچیده مهندسی، به بهینه کردن مصرف آب و جلوگیری از تبخیر بیش از حد در جریان خنک کاری برج خنک کننده بسیار مهم است.

تولیدکنندگان زیادی در سراسر جهان وجود دارند که می توانند برج خنک کننده متناسب با شرکت و صنعت شما را راه اندازی کنند. از جمله این شرکت ها می توان به coolingtowerproducts.com, deltacooling.com, pipe-sanat.com و همچنین spxcooling.com اشاره کرد. این شرکتها در واقع، ابتدا به شرکتهای درخواست دهنده مشاوره می دهند و بنا به نیاز آنها برج خنک مورد نظر را طراحی می کنند. در کشورمان ایران، شرکت پایپ صنعت خاورمیانه، برج خنک کننده شرکتهای کوچک و بزرگ را با قیمت رقابتی در سطح جهانی طراحی و نصب می کنند. شایان ذکر است این شرکت نتیجه کار استارت آپ دانشگاهیان و مهندسان برتر داخلی می باشد. جهت ارتباط با این شرکت می توانید اینجا کلیک کنید و یا با شماره های ۰۹۱۲۹۵۴۶۷۰۲ ، ۰۲۱۲۲۳۴۷۳۸۹ تماس حاصل کنید.