برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبرید

برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبرید یکی از تجهیزات ضروری در صنایع مختلف غذایی، پتروشیمی، پالایشی، نیروگاهی و … بشمار می ‌رود. این تجهیزات برای کاهش گرمای ایجاد شده در ماشین‌ آلات فعال در فرایند صنعتی بکار گرفته می ‌شوند.برحسب شکل ظاهری، جنس بدنه و نحوه عملکرد (از قبیل نحوه مکش، انتقال حرارت و جهت حرکت آب و هوا) انواع مختلفی از این تجهیزات طراحی و تولید شده ‌است. این مقاله به بررسی و انواع آن در صنعت تهویه و تبرید اختصاص دارد.

انواع برج خنک کننده در صنعت تهویه

انواع برج های خنک کننده

بر حسب هزینه کرد، نیاز و نوع صنعت، برج های خنک‌ کن در مدل‌ های مختلفی طراحی و تولید می شوند. تاکنون بر اساس پارامترهای مختلف دسته ‌بندی ‌های متعددی برای برج‌ های خنک‌ کن ارائه شده ‌است. از جمله پارامترهای مدنظر در این زمینه می ‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• جهت حرکت آب و هوا
• نحوه انتقال حرارت
• شکل ظاهری
• نحوه مکش
• جنس بدنه

جنس بدنه انواع برج ها در سیستم های تهویه

بر اساس جنس بدنه، مواد بکار رفته در ساخت برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبریدشامل فلز، چوب، بتن و فایبرگلاس استاولین برج‌ های خنک‌ کننده از جنس چوب ساخته شده‌ اند. اما این مدل امروزه به دلیل مشکلات زیست ‌محیطی (قطع درخت ‌ها)، فرسودگی و طول عمر پایین منسوخ شده ‌است. امروزه از برج ‌های خنک ‌کن فلزی و خصوصاً فایبرگلاس به ‌عنوان جایگزین برج‌ های خنک کن چوبی استفاده می ‌شود.

• برج فایبرگلاس در سیتم های تهویه و تبرید

برج خنک کننده فایبرگلاس مدور

برج خنک‌ کن فایبرگلاس از الیاف شیشه و رزین تشکیل شده است. از مزایای این مدل می ‌توان به استحکام بالا، مقاومت در برابر نور آفتاب و رطوبت و وزن بسیار کم اشاره کرد. به ‌عبارتی جنس فایبرگلاس در برابر خوردگی، زنگ‌زدگی و حتی شکستگی مقاومت بسیار بالایی دارد. پس از مشخص کردن نوع دستگاه برج خنک کن نوبت انتخاب و خرید برج خنک کننده مناسب با ظرفیت و ویژگی های سازگار با پروژه مورد نظر میباشد

بدنه برج خنک ‌کن فلزی همان ‌طور که از نامش مشخص است از فلزات مختلف از قبیل فولاد، روی و … طراحی می ‌شود. مشخصات برج ‌های فلزی از قبیل طول عمر، مقاومت، هزینه و … به نوع فلز به‌کار رفته در ساخت بستگی دارد. اما بطور کلی میانگین عمر ۲۰ ساله برای تجهیزات فلزی در نظر گرفته می ‌شود. از لحاظ طول عمر، برج ‌های فلزی بعد از برج ‌های فایبرگلاس قرار دارند.

مهم ‌ترین نقطه ضعف برج‌ های فلزی، خوردگی و زنگ‌زدگی فلز است. البته امکان مقاوم کردن بدنه فلزی در برابر این عوامل با استفاده از ورق گالوانیزه وجود دارد. البته در این شرایط نیز تجمع رنگ سفید (ناشی از فلز روی) مطرح می ‌شود. این موضوع در صورت رفع نشدن، لایه گالوانیزه را از بین می ‌برد. در رابطه با این موضوع هیچگونه جای نگرانی وجود ندارد. زیرا با ارزیابی دائم کیفیت آب در تماس با برج و استفاده از آب پردازش شده می ‌توان از تشکیل رنگ سفید جلوگیری کرد.

برج خنک کننده بتنی

واحدهای صنعتی بسیار بزرگ از قبیل پالایشگاه‌ ها و نیروگاه‌ ها برای رفع نیازهای خود از بهره می‌ گیرند. البته ساخت برج خنک‌ کننده بتنی بسیار دشوار، زمان ‌بر و نیازمند صرف مقدار زیادی هزینه است. زیرا به واسطه وزن بالای بتن، احداث فونداسیون محکم و بزرگ برای سازه ضرورت دارد.

همچنین قطعات فلزی باید حین ساخت به ‌عنوان تقویت کننده داخل سازه قرار گیرد. در غیر اینصورت امکان خرابی آن با یک لرزه کوچک وجود دارد. ناگفته نماند که امکان تغییر و بروزرسانی برج‌ های بتنی بعد از احداث وجود ندارد. از مقاومت بالا در برابر آتش به ‌عنوان یکی از مزایای برج ‌های خنک‌ کننده بتنی یاد می ‌شود.

نحوه گردش هوا و آب در برج (سیستم خنک کاری برج خنک کننده)

بر اساس این پارامتر، برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبریدبه دو نوع جریان متقاطع (Cross Flow) و جریان ناهمسو (Counter Flow) تقسیم می ‌شوند.

• سیستم کراس فلو (جریان متقاطع)

جریان آب ‌و هوا در به شکل عمودی به هم برخورد می ‌کنند. در این حالت هوای خنک از دیواره ‌های عمودی وارد محفظه می‌ شود. اسپری کردن آب محل نیز از بالا صورت می‌ گیرد. این برج ‌ها بیشتر در صنایع پتروشیمی، تولید آلومینیوم و فشرده ‌سازی هوا مورد استفاده قرار می ‌گیرند.

از مزایای این مدل می ‌توان به مصرف پایین انرژی، نگهداری آسان و پایین بودن هزینه بهره ‌برداری اشاره کرد. البته در این نوع سازه امکان بازگشت آب به مسیر نامناسب بسیار زیاد است. همچنین بخش پرکننده در معرض ورود مواد زائد قرار دارد.

• سیستم کانتر فلو (جریان مخالف)

همان گونه که از نام برمی‌ آید، هوا و آب به صورت خلاف جهت به هم وارد می شوند. در این برج خنک‌ کن، اسپری کردن آب از بالا صورت می ‌گیرد. محل ورود هوا نیز سطح پائینی داخل برج است. در این روش به دلیل بیشترین سطح تماس هوا بازدهی در حداکثر مقدار خود قرار دارد. البته معایبی چون تعمیر و نگهداری دشوار و تولید صدای زیادی نیز برای آن عنوان شده است.

کولینگ تاور براساس نوع مکش هوا و جریان در سیستم

براساس مکش برج خنک کننده در صنعت تهویه و تبرید به صورت طبیعی و مکانیکی طراحی می ‌شوند. برج خنک کننده ابارا یا کواینگ تاور ابارا یا (Ebara Cooling Tower)، ساخت شرکت مشهور ژاپنی (Ebara)، سازنده انواع دستگاه‌ های تهویه مطبوع می‌ باشد.

• مکش طبیعی (بدون نیروی محرک)

در این روش آبگرم از بخش بالایی به داخل برج اسپری می شود. هوا نیز از پایین برج به محل راه می ‌یابد. در اثر تماس این دو، بخشی از آب تبخیر شده و دمای بخش باقی ‌مانده کاهش می ‌یابد. در ادامه هوا به دلیل افزایش دما سبب شده و میل به صعود پیدا می ‌کند. این موضوع همانند مکش طبیعی موجب خروج هوا از بالای برج می ‌شود. برج ‌های دارای مکش طبیعی بیشتر برای نیروگاه ‌های تولید برق مورد استفاده قرار می گیرند.

زیرا هزینه احداث، بهره‌ برداری و نگهداری از آنها پایین و بازدهی انرژی آنها بالا است. همچنین ایمنی بالایی برای این سازه ها وجود دارد. البته مواردی چون نیاز به فضای زیاد برای احداث و مناسب نبودن برای شرایط مختلف آب‌ و هوایی به ‌عنوان معایب این نوع خنک ‌کننده مطرح هستند.

• مکش اجباری (با نیروی موتور)

گاهی اوقات جابجایی و خروج هوای داغ از داخل برج به کمک مکش مکانیکی انجام می ‌شود. این کار بر حسب عملکرد به دو شکل دمیدن اجباری یا مکش اجباری است. در دمیدن اجباری هوای گرم با استفاده از فن تعبیه ‌شده در بخش پایینی به سمت بالا هل داده می شود.

اما در مکش اجباری هوای گرم با استفاده از فن تعبیه ‌شده در بالای برج به بیرون هدایت می ‌شود. برج خنک ‌کن با مکش اجباری بیشتر در صنعت انرژی و مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می ‌گیرد. اما برج هایی با دمیدن اجباری بیشتر در صنایع غذایی و شیمیایی کاربرد دارند.

برج های خنک کننده بر اساس انتقال حرارت

بر اساس شیوه انتقال حرارت، برج خنک کننده انتقال حرارت به صورت خشک، مدار باز (خیس) و مدار بسته ساخته می ‌شوند. در برج ‌های خشک، واسطه خنک کردن آب نیست. بلکه گرما به صورت مستقیم و بدون مصرف آب به اتمسفر راه می ‌یابد. این برج ‌ها اگرچه صدای زیادی تولید می ‌کنند، اما بدلیل نداشتن مصرف آب و تعمیر و نگهداری آسان بسیار مورد استفاده قرار می‌ گیرند. برج ‌های مدار باز بر اساس کاهش دما با تبخیر آب عمل می ‌کنند.

بهره‌ برداری از این تجهیزات کمی هزینه ‌بر است. اما به لحاظ انرژی، بازدهی بالایی برای آن وجود دارد. به همین دلیل نیروگاه‌ ها و صنایع پتروشیمی و پالایشگاهی از آن بهره می ‌گیرند. برج های مدار بسته نیز مشابه مدار باز عمل می‌ کنند. اما در نوع تماس هوای خنک‌ کننده و سیال فرآیندی با یکدیگر متفاوت هستند. در واقع در برج ‌های مداربسته تماسی بین این دو وجود ندارد. این تجهیزات برای صنایع گرمایشی، برودتی و تهویه مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

برج های خنک کننده بر اساس شکل ظاهری

کولینگ تاورها براساس شکل ظاهری به صورت مکعبی، مخروطی (مدور) و شش ضلعی (هگزاگونال) طراحی می شوند. امروزه برج ‌های خنک ‌کن شش ‌ضلعی به واسطه معایب بسیار از خط تولید خارج شده‌ اند؛ به ‌عنوان مثال می ‌توان به توزیع نامناسب آب، ایجاد حفره های هوا در گوشه های برج، عملکرد نامناسب و طول عمر پایین اشاره کرد.

در مقابل طراحی و برج های خنک کن مخروطی در صنایع مختلف بیشتر مدنظر قرار می‌ گیرد. برج ‌های مدور اغلب در سیستم ‌های برودتی آپارتمان ‌ها و صنایعی با گردش پایین آب بکار گرفته می ‌شوند. نوع مکعبی نیز فضای کمی را اشغال کرده و در تهویه و صنایع مختلف کاربرد دارد.