نحوه عملکرد کولینگ تاور چگونه است؟

واژه کولینگ تاور که به انگلیسی می باشد (Cooling Tower) را اگر بخواهیم به فارسی ترجمه کنیم باید برج خنک کننده بگوییم. کولینگ در بخش اول به معنی خنک کننده و تاور در بخش دوم به معنی برج است. هدف از استفاده ی این برج ها خنک کردن آب می باشد. برج های خنک کننده بیشتر در صنایع به کار می روند و به عنوان خنک کننده ی چیلر نیز استفاده می شوند. به طور مثال هنگامی که وارد کارخانجاتی مانند فولاد می شوید ناخودآگاه به حرارت زیاد موجود در این محیط پی می برید. این حرارت از کوره ها پدید می آید؛ برای خنک نمودن این کوره ها باید از چیلر ها و برج های خنک کننده استفاده نمود. برج های خنک کننده وظیفه جذب گرما و تولید سرما را دارند، که از بخش های جدا نشدنی نیروگاه‌ها، پالایشگاه‌ها، صنایع تولیدی سیمان و فولاد، کارخانجات دارای دیگ بخار و… می باشند.

 

ساختار و عملکرد کولینگ تاور

همانطور که اشاره شد از این برج های خنک کننده در سیستم های سرمایش و چیلر ها استفاده می شود. کولینگ تاور علاوه بر صنایع، در سیستم‌های خانگی نیز کاربرد دارد. کولینگ تاور صنعتی در کارخانجاتی مانند فولاد، پالایشگاه، پتروشیمی و… استفاده می شود، تا بتواند از طریق سرمایش، راندمان را افزایش دهد.

اگر قصد خرید پمپ کولینگ تاور دارید با ما در تماس باشید.

ساختار بدنه

ساختار بدنه ی کولینگ تاور صنعتی به سه نوع بتنی، گالوانیزه یا کامپوزیت تقسیم بندی می شوند. عموماً در صنایع از این نوع برج ها با بدنه کامپوزیت به دلیل عمر و مقاومت بیشتر نسبت به سایر متریال ها بهره می برند. کامپوزیت یا همان فایبرگلاس در مقابل خوردگی و فرسودگی ناشی از آب پمپاژ شده توسط پمپ مقاوم است.

نحوه عملکرد برج خنک کننده

کولینگ تاور در سیستم سرمایشی پس از کندانسور قرار می گیرد، این برج ها آب خروجی کندانسور را پمپ کرده و به صفحه داخلی خود انتقال می دهند. گردش آب در این صفحه به سمت پایین برج انجام می شود و در حین حرکت، با برخورد هوای خنک داخل برج، سرمایش ایجاد می نماید. وجود تعداد پمپ در این نوع برج ها به ابعاد و اندازه ی این برج ها و مقدار حجم مورد نیاز سرمایش در صنایع بستگی دارد. از انواع پمپ برج خنک کننده می توان به پمپ فشار بالا، پمپ مووی، پمپ دیگ بخار، فشار بالا و… اشاره نمود که شرکت دلتا کولینگ از تولیدکنندگان آنها است.

انواع کولینگ تاور

کولینگ تاور ها را میتوان به سه دسته تقسیم کرد.

به طور کلی تمامی برج های خنک کننده به 3 دسته ی ذیل تقسیم بندی می شوند که به توضیح هر یک از آنها خواهیم پرداخت:

کولینگ تاور مدار باز

در این نوع از برج ها، عمل خنک کنندگی با تماس مستقیم هوا و آب ایجاد می شود. این نوع برج های خنک کننده به دو دسته کراس فلو (مکش دو جناحی هوای عمود) و کانترفلو (ایجاد جریان ارتماسی جهت خلاف گردش آب) تقسیم بندی می شوند.

کولینگ تاور مدار بسته

این سیکل بسته ی آب در درون برج دارای راندمان حرارت کمتری می باشد. بر خلاف سیستم مدارباز،در سیستم خنک کننده مدار بسته، آب هیچگونه ارتباط جرمی با هوای محیط ندارد.

کولینگ تاور هیبریدی

این نوع سیستم خنک کننده دارای قابلیت دو گانه در فصول گرم و سرد سال است. در فصول گرم با پاشش آب و در فصول سرد با هوادهی داخل کویل، خنک کنندگی را انجام می دهد.

پمپ کولینگ تاور

از اجزای اصلی یک برج خنک کننده، پمپ است. شرکت آبروان، پیشرو در طراحی و ساخت انواع ، ادوات و لوازم کولینگ تاور، اقدام به ارائه انواع پمپ فشار بالا، پمپ مووی، پمپ دیگ بخار، پمپ طبقاتی فشار بالا و… نموده است. با دانش متخصصین امر و بیش از 20 سال تجربه ی کاری موفق به اجرای سیستم سرمایشی و تأمین پمپ کولینگ تاور در چندین پروژه صنعتی اقدام نماید.

چگونه از عملکرد درست برج خنک کننده مطمئن شویم؟

پاسخ به این سوال کلیدی کمک بسیاری به چک کردن محاسبات صورت پذیرفته برای ظرفیت برودتی کولینگ تاور خواهد کرد. به بیانی ساده تر اگر بخواهیم بفهمیم که برج خنک کننده ای که کار خود را انجام می دهد تا چه میزان کارکرد مطلوب دارد باید شاخص هایی را تعریف نمود. اصلی ترین شاخصه های بررسی نحوه کار برج خنک کن عبارتند از:

• نزدیکی 3 تا 5 درجه ای دمای خروجی آب سرد به دمای وت بالب منطقه نصب دستگاه
• افت دمای 5 الی 10 درجه ای آب در منیفولد ورودی و خروجی برجهای خنک کن
• شدت صوت خروجی ماکزیمم 80 دسیبل در فاصله 1 متری از تجهیز

هر یک از پارامترهای فوق اگر در خروجی کار برج خنک کننده اتفاق نیافتد به معنی بروز مشکل در کارکرد یکی از بخشهای داخلی یا کمبود ظرفیت طراحی شده است. به طور مثال اگر لرزش و صدای تولید کولینگ تاور بیش از حد استاندارد باشد عوامل مختلفی دخیل بر کار بوده و همگی حاکی از عدم کیفیت تولید برج خنک کن است. در مجموع ملاک های بسیاری جهت محک زدن چگونگی کارکرد یک برج وجود دارد که بکارگیری آنها در نتیجه گیری خالی از لطف نیست.

چگونگی کارکرد انواع برج های خنک کننده

1-مقایسه کارکرد انواع برج خنک کن بر اساس نوع جریان هوادهی

در این قیاس برجهای خنک کن به سه دسته اتمسفریک، جریان اجباری محوری و جریان القایی حلزونی تقسیم می شوند. برج های خنک کننده امروزه نسبت به نحوه چگونگی انجام کار خنک کاری آب توسط هوا به دسته بندی هوای اجباری و هوای طبیعی تقسیم می شوند. در واقع اگر یک کولینگ تاور با جریان طبیعی هوای اتمسفر محیط آب را سرد کند به آن اتمسفریک می گویند. در صورت استفاده از فن یا پروانه در جریان انتقال سیال هوا به برج خنک کننده، جریان اجباری یا القایی اطلاق می شود. در تصویر زیر نحوه چگونگی عملکرد و طرز کار انواع کولینگ تاورهای مذکور نمایش داده شده است.

2-مقایسه کارکرد برج های خنک کننده بر اساس نوع زاویه جریان هوا

در این تمایز کولینگ تاورها با توجه به نوع نحوه برخورد هوا با آب به دو دسته کانترفلو و کراس فلو تقسیم میگردند. برجهای خنک کن کانترفلو که به آنها جریان مخالف نیز گفته می شود امروزه بیشترین کاربرد را در میان انواع این منبع برودتی پیدا کرده است. در این مدل هوای خشک و خنک از چهار طرف دستگاه از قسمت زیرین وارد شده و از پایین به سمت بالا (خلاف جهت ریزش آب) گذر می کند.

در برج های خنک کننده کراس فلو یا جریان متقاطع هم هوا تحت زاویه عمود بر آب ریزشی جریان می یابد. نتیجه هر دو عمل تماس آب داغ ریزشی با جریان هوای مکشی است ولی تفاوت در روش این کار موجب بروز یک سری مزایا و معایب در هر مدل گردیده است. در تصویر زیر علاوه بر دیدن نحوه کار برج خنک کننده می‌توانید مقایسه ای از عملکرد هر دو تیپ را مشاهده کنید.

3-مقایسه کارکرد انواع برج خنک کننده بر اساس نوع مدار گردشی آب

چنانچه قصد کنیم به طور خلاصه کولینگ تاورها را بر اساس طرز خنک کردن آب دسته بندی کنیم دو ساید مدار باز و مدار بسته را سریعاً می توان انتخاب کرد. برج های خنک کننده مدار بسته با تماس غیر مستقیم بین آب گرم با هوای خشک و سرد موجب کاهش دمای آب درون کویل می گردد. این در حالی است که در برجهای خنک کن مرطوب یا باز عمل ارتباط هوای اطراف با اب مستقیماً انجام می پذیرد. خروجی هر دو کار کاهش میزان معینی دمای آب بوده ولی چگونگی این عملکرد سبب تمایز اصلی بین این دو مدل می گردد.

مهمترین کاربردهای برج خنک کننده یا کولینگ تاور

به دلیل گستردگی کاربردهای کولینگ تاور قادر به بیان تمام آنها نخواهیم بود. با این حال به چند مورد از مهم ترین آنها اشاره کرده و به تشریح آنها خواهیم پرداخت. صنایع مختلف و سیستم های صنعتی متفاوت از آن استفاده می کنند و نمیتوان مصرف آن را به حوزه ای خاص محدود کرد و آنها را از هم تفکیک کرد. به عبارتی هر صنعتی که دستگاه‌های آن نیاز به خنک شدن دارند از این برج‌ها استفاده می‌کنند.

از جمله این صنعت‌ها پتروشیمی، نفت و گاز، فولاد و ذوب آهن، صنایع پلاستیک، صنایع غذایی، صنعت تولید رنگ، صنایع تولید چسب و رزین که عموما به انواع برج‌های خنک کننده نیاز دارند. موارد دیگر استفاده از برج‌ها در پاساژها و مجتمع‌های اداری است. از آنجایی که همچین ساختمان‌هایی از سیستم سرمایشی گرمایشی مرکزی یا همان موتورخانه‌ها استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها برای تنظیم دمای آب موجود در چیلرها مفید است. علاوه بر ساختمانهای تجاری، در بعضی از مجتمع‌های مسکونی که سیستم گرمایشی آنها نیز متمرکز باشد می‌توان از آن استفاده کرد.

انواع سیستم‌های کولینگ تاور

سیستم‌های خنک کننده دسته بندی‌های متفاوتی دارند که اصلی‌ترین دسته‌بندی آن مربوط به نوع مدار آن‌هاست. بر حسب مدار به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند. دسته اول مربوط به کولینگ تاور مدار باز و دسته دوم کولینگ تاور مدار بسته می‌باشند. هر یک از این گروه ها دارای ویژگی‌های متفاوت بوده و برا انتخاب بایستی با هر کدام از این گروه‌ها آشنا باشید. علاوه بر این دسته بندی نوعی دیگر از برجها نیز وجود دارد که به آنها هیبریدی گفته می‌شود که به تشریح آن نیز خواهیم پرداخت.

معرفی برج خنک کننده مدار باز

گروه اول ، گروه مدار باز هستند که اسامی متفاوتی از قبلی کولینگ تاور مرطوب، کولینگ تاور تر و یا برج خنک کننده تبخیری دارند. مکانیزم عملکرد این نوع از برج بدین شرح است که آب داغ توسط پمپاژ به بالای ساختمان و در نهایت به داخل برج انتقال داده می‌شود. در داخل برج آب داغ با استفاده از نازلهای پخش در معرض هوا قرار گرفته و برخورد مستقیم هوا به آب باعث از دست دادن گرما و خنک شدن و همچنین تبخیر مقداری از آن می‌شود. به دلیل همین تبخیر اسم این نوع از برجها، برج خنک‌کننده تبخیری است.

همانطور که مطرح شد بخار شدن مقداری از آب یکی از اصلی‌ترین ضعفهای این برج می‌باشد. با وجود کارایی بسیار بالا در بحث خنک کردن دستگاه‌ها مبحث مصرف زیاد آب توسط سیستم خنک کننده از چالش‌های پیش رو این نوع از سیستم ها می‌باشد.

آیا برای مقدار خنک کردن آب در کولینگ تاور محدودیت وجود دارد؟

شاید برای شما هم این سوال به وجود آمده باشد که آیا برج خنک کن می تواند دمای آب را بیشتر از 10 یا 15 درجه خنک کند؟ مثلا با استفاده از Cooling tower می توانیم آب را 20 یا 30 درجه سانتیگراد خنک تر کنیم؟

در پاسخ به این سوال باید بگوییم اگر دمای آب خنک شده(خروجی) از حداقل 3 الی 5 درجه از وت بالب بیشتر باشد، در بعضی از موارد ممکن است بتوانیم کولینگ واتر را حتی 30 تا 40 درجه و در یک مرحله با برج خنک کننده مدار باز، سردتر کنیم. البته هر چقدر دمای آب گرم ورودی بیشتر باشد، احتمال ایجاد اختلاف دمای، افزایش پیدا می کند.

برای اینکه دمای آب در سیستم کولینگ را بیشتر از 15 درجه، خنک کنیم، لازم است از نرم افزارهای تخصصی طراحی استفاده شود. اگر می خواهید در این بخش بیشتر مطالعه کنید می توانید مقاله ما را با عنوان برج خنک کننده حداکثر چه مقدار آب را سرد می کند؟ مطالعه کنید. با این توضیحات مشخص است تولیدکنندگان قدیمی و سنتی که برج خنک کننده را به صورت تن تبریدی می فروشند، توانایی و دانش انجام این کار را ندارند و خیلی وقتها می گویند “نمی شود با کولینگ تاور آب را بیشتر از 10 تا 15 درجه خنک کرد”، البته این تصور کاملا اشتباه است. 

اپروچ یا دمای تقرب یعنی چه؟ اختلاف دمای سیال یا آب خنک شده در برج خنک کن و دمای مرطوب محیط(Wet bulb)، را اپروچ می گویند. بر اساس توضیحات قبلی، از نظر تئوری مقدار دمای Approach در کولینگ تاور، نمی تواند کمتر از 2 تا 3 درجه سانتیگراد باشد.

فاکتور اندازه(Coolig tower size factor)  در برج خنک کن چه معنی دارد؟ 

خریدن یک تجهیز صنعتی با قیمت پایین به شرطی که کیفیت آن کم نشود برای همه مشتریان جذاب است. شاید برای شما جالب باشد اگر بدانید با داشتن اطلاعات مناسب در زمان طراحی برج خنک کن می توانید اندازه و ابعاد محصول مورد نظر را کمتر کنید و هزینه کمتری هم برای خرید پرداخت کنید. در این روش با حفظ کردن اختلاف دمای ورودی و خروجی برج خنک کننده(یا دمای رنج)، مقدار اپروچ را زیاد می کنیم تا اندازه و ابعاد برج کمتر شود.

برای مثال اگر در تهران با ثابت بودن دبی آب، دمای ورودی و خروجی Cooling tower را از مقدار 38(دمای ورودی به کولینگ تاور) به 28(دمای خروجی کولینگ تاور) تغییر بدهیم و به دمای 40 درجه سانتیگراد به 30 درجه برسانیم، می توانیم اندازه کولینگ تاور را بین 10 الی 15 درصد بدون تغییر در ظرفیت حرارتی، کم کنیم. در نتیجه قیمت برج خنک کن نیز بدون کاهش کیفیت، کمتر می شود.

دلیل این مساله مفهومی بسیار مهم در طراحی برج خنک کننده به نام، فاکتور اندازه و ابعاد است. این فاکتور با عدد میزان اپروچ (Approach) که اختلاف وت بالب یا دمای حباب مرطوب با دمای خروجی از کولینگ تاور است نسبت نمایی دارد.

همانگونه که مطالب قبل بیان شده از نظر تئوری دمای اپروچ(Approach) در کولینگ تاور نمی تواند کمتر از 2 الی 3 درجه سانتیگراد باشد. در حقیقت هر اندازه دمای مورد نظر جهت خروجی برج خنک کننده به دمای حباب تر یا وت بالب(Wet Bulb) نزدیک باشد، ابعاد برج خنک کن افزایش می یابد. نمودار تغییرات فاکتور ابعاد به نسبت اپروچ را در ادامه مشاهده می کنید. فرمول تبدیل دمای فارنهایت به سانتیگراد C=(F-32)*5/9 و با حذف عدد ثابت 32، به این دلیل که اختلاف دما مورد نظر است، مشخص می گردد که در عدد اپروچ حدود 17 درجه فارنهایت، معادل 9.5 درجه سانتیگراد، فاکتور ابعاد برج خنک کننده برابر 1 خواهد بود.

این در حالی است که در صورت کاهش دمای Approach (یعنی نزدیکتر شدن دمای خروجی برج خنک کن به وت بالب – حباب مرطوب) به عددی حدود 10 درجه فارنهایت معادل 5.5 درجه سانتیگراد، سایز برج خنک کن مورد نظر 1.5 برابر خواهد شد. این مساله موجب بزرگ شدن بیش از حد ابعاد برج خنک کن و بالا رفتن قابل توجه هزینه ساخت و قیمت کولینگ تاور می شود.