برج خنک کن cooling tower

[tower2010 696]

درمورد برج خنک کن اگر سوالی داشتید درحدامکان درخدمتیم

برج های خنک کن کاربرد گسترده ای درنیروگاههای حرارتی وصنایع نفت وگاز داره

[tower2010 696]

بررسی انواع برجهای خنک کننده

 

انواع برج خنک کننده :

الف) برجهای خنک کننده مرطوب : Wet - cooling tower

برجهای خنک کننده مرطوب حرارت تلف شده به وسیله دستگاه را به وسیله مکانیزمهای زیر به محیط می دهند:

1. بوسیله افزایش حرارت هوای اطراف

2. بوسیله تبخیر بخشی ازآب در حال گردش در سیستم

3. بوسیله افزایش دمای مخزن طبیعی آب جمع آوری سرد شده

برجهای خنک کننده یک سیستم توزیع و پخش آب گرم دارند که آب را بصورت یکنواخت روی یک شبکه کاری مشبک از تخته های افقی نزدیک به هم می باشد که این شبکه ها آکنه نامیده می شوند . آکنه ها آب سرازیر شده از بالای برج را با هوایی که از میان آنها حرکت می کند کاملاً مخلوط کرده بطوریکه آب بصورت یک قطره از یک آکنه به سطح آکنه دیگر توسط نیروی ثقل خود می ریزد .

هوای بیرونی از طریق منافذی که بصورت میله های افقی در اطراف برج قرار دارند وارد می شوند . این میله ها بمنظور نگهداری آب در داخل خود بطرف پائین مایل هستند . در اثر اختلاط آب و هوا ، انتقال حرارت و انتقال جرم اتفاق افتاده و در نتیجه آب سرد می گردد . آب سرد شده در حوضچه بتنی که در انتهای برج قرار دارد جمع آوری شده و سپس بطرف کندانسور پمپ می شود . اکنون هوای مرطوب و گرم از بالای برج خارج می گردد .

برجهای خنک کننده مرطوب بصورت برجهای خنک کننده با کشش طبیعی و برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی دسته بندی می شوند .

[tower2010 696]

ب)برجهای خنک کننده خشک dry – cooling tower:

در مکانهای که آب کافی برای برج خنک کننده مرطوب وجود ندارد ، می بایست از اتلاف بر اثرتبخیرحداکثر جلوگیری بعمل آورد ، از این نوع برج استفاده می شود .دربرجهای خنک کننده خشک ، آب در حال گردش از میان لوله های پره دار عبور کرده بطوریکه هوای سرد از روی آنها عبور می کند .بنابراین حرارت آب در حال گردش از طریق لوله ها خارج شده و جذب هوای سرد می گردد.

برجهای خنک کننده خشک می توانند با کشش طبیعی و یا با کشش مکانیکی عمل نمایند .یک افشانک هوا که با بخار کار می کند با خارج کردن هوا و سایر گازهای غیر قابل تراکم به برقراری خلا کمک می کند . برای جلوگیری از نشت هوا به داخل دستگاه پمپ گرادیان اصلی فشار در داخل برج را مثبت نگه می دارد .ممکن است قسمتی ازکار پمپ توسط توربین هیدرولیک بازیابی گردد . این عمل پس از خروج آب از برج در مسیر آب فشانه های جتی انجام می گیرد .

فشار متراکم و درجه حرارتهایی که یک برج خنک کننده خشک بکار می برد بطور قابل ملاحظه ای بیشتر از برج مرطوب است . برای دستیابی به فشار بیشتر ، مساحت کوچکتری برای فضای بین دو تیغه آخرین مرحله در بوربین با فشار کم ضروری است . در یک برج خنک کننده خشک با کشش طبیعی ، شناوری هوای گرم شده باعث جریان یافتن هوا در سرتاسر سطوح مولد حرارتی می گردد که برای انتقال حرارت آب داغ به جریان هوا ضروری است . همچنین می توان جریان هوا را با ایجاد کشش القائی یک بادبزن افزایش داد . کشش مکانیکی استفاده شده از یک بادبزن ابعاد برج را تقلیل داده ولی باعث اتلاف انرژی بیشتری در دستگاه می گردد .

برج خنک کننده خشک فقط باعث اضافه شدن انتالپی به هوا می گردد . در نتیجه مشکلاتی از قبیل یخ زدگی که در برج خنک کننده مرطوب در شرایط خاص جوی با آن مواجه است ، ایجاد نمی شود .

[tower2010 696]

ج )برجهای خنک کننده خشک-مرطوب wet-dry cooling tower :

با توضیحاتی که در مورد دو نوع برجهای قبلی داده شد مشخص می شود که برجهای مرطوب همیشه مقداری آب بصورت تبخیر ، مکش توسط هوا و نشتی مصرف می کنند .همچنین این برج دچار مشکل پراکندن ذرات آب هست .

برجهای خنک کننده خشک مشکلی بر کارکرد نیروگاه بخصوص در موقع گرم شدن هوای محیط تحمیل می کند .

در چنین مواردی برای کاهش عوارض حاصل از دو نوع برج ذکر شده از برجهای خنک کنننده خشک-مرطوب استفاده می شود .

همانطوری که از نام این نوع برجهای خنک کننده استنباط می شود یک برج خنک کننده خشک- مرطوب بوسیله ترکیبی از برجهای خشک و مرطوب عمل می کند . این سیستم دارای دو مسیر هوای موازی و دو مسیر آب سری می باشد .

قسمت بالای برج قسمت خشک می باشد که شامل لوله های پره دار است و قسمت پائین برج دارای آکنه ها است قسمت مرطوب است .

آب گرم پروسس از قسمت فوقانی برج وارد لوله های پره دار شده و ضمن عبور ماپیچ از لوله ها قسمت خشک را ترک کرده و تحت اثر نیروی جاذبه از میان آکنه ها در قسمت مرطوب به حوضچه آب سرد می ریزد .

هوای محیط بصورت دو جریان از میان قسمتهای خشک ومرطوب کشیده می شود .این دو جریان بهم پیوسته و قبل از ترک برج در داخل آن مخلئط می شود . چون اولین جریان بصورت خشک گرم شده و حتی خشک تر از هوای محیط می گردد . در حالیکه جریان دوم بطور معمول اشباع است ، بنابراین مخلوط هوای که برج را ترک می کند زیر اشباع است .

دو فایده مهم برای برجهای خشک و مرطوب وجود دارد :

1. هوای زیر اشباع خروجی ذرات آب کمتری نسبت به برج مرطوب ایجاد نموده و شرایط اقلیمی مطلوب آنها را کاملاً حذف می کند .

2. چون آب در قسمت خشک قبلاً خنک شده است بنابراین افت های ناشی از تبخیر در قسمت مرطوب کاهش یافته است و در نتیجه از مصرف آب جبرانی برای جبران تبخیر آب بطور قابل ملاحظه ای کاسته خواهد شد .

نسبت حرارت گرفته شده در قسنتهای خشک و مرطوب بوسیله دو پارامتر تنظیم می گردد . برای مثال اگر آب مشکل اصلی باشد ، برج را با قسمت خشک بزرگتری نسبت به قسمت مرطوب می سازند . بعلاوه تبخیر را می توان توسط یک کنترل کننده که جریان هوا را از میان قسمت مرطوب تنظیم می کند تغییر داد .

در آب و هوای سرد زمستان برای تقلیل اختلاف دمای ورودی و خروجی آب به برج برای معتدل ساختن دمای آب برگشتی به پروسس، عبور هوا از میان قسمت مرطوب را قطع نموده و برج را بصورت یک برج خنک کننده خشک تبدیل کرد . از طرف دیگر می توان زیر فن یک مانع بصورت یک در تعبیه کرد که می توان از آن در آب و هوای گرم که قسمت خشک برج مشکلی برای کارکرد نیروگاهی ایجاد می کند برای افزایش دمای محیط استفاده کرد .

برجهای خنک کننده خشک – مرطوب در مواردیکه امکان دسترسی به آب هست و نیز نیاز به کاهش مؤثر ذرات باشد مورد استفاده قرار می گیرد .

[tower2010 696]

انواع برجهای سرد کننده آب

برجهای که برای سرد کردن آب مورد استفاده قرار می گیرند معمولاً از چوب ساخته می شوند .این چوب از نوع مخصوص است که مقاومت بسیاری در مقابل رطوبت دارد . معمولاً در اثر تماس آب با چوب احتمال روئیدن گیاهان قارچی در درون خلل و فرج چوب وجود دارد. از این رو پوشش نازکی از لاستیک نئوپرین روی چوب ایجاد می کنند تا از حمله گیاهان قارچی در امان باشد .

بر دیواره های برج علاوه بر چوب از مواد دیگری نظیر ملات ، پنبه نسوز و پلاستیکهای مختلف استفاده می شود .حتی برجهای وجود دارند که تماماً از مواد پلاستیک ساخته می شوند . آکنه های داخل برج همگی از جنس چوب بوده و به صورت قطعات باریک ونازک بر روی یکدیگر قرار داده می شود .

چوبها را می توان به انواع مختلف روی یکدیگر قرارداد .نوع بسیار متداول این است که در هر ردیف موازی با هم چیده شوند و جهت چوبها در هر ردیف عمود بر جهت آنها در ردیف بالاتر باشد .

استفاده از آکنه های پلاستیکی و حتی از جنس استیل نیز مقدور است که در آن صورت بکمک قالب ریزی آنها را بصورت شبکه های مختلف در می آورند .

برای آنکه افت فشار در طول برج به کمترین حد ممکن کاهش یابد درصد فضای خالی به حجم برج معمولاً بسیار زیاد و در حدود 90 درصد اختیار می شود . در چنین حالتی می توان انتظار داشت که فاز آب علاوه بر حرکت از روی آکنه ها بشکل قطرات مجزا در فضای خالی برج به پائین بریزد که در این صورت سطح تماس موجود بین آب وهوا علاوه بر قسمتهای مرطوب آکنه ها شامل مجموع سطوح این قطرات نیز می باشد .بنابراین خصوصیت مشترک برجهای خنک کن این است که آب توسط نیروی ثقل خود از بالا روی آکنه ها ریخته و توسط جریان هوایی که اطراف آن وجود دارد خنک می شود .

[tower2010 696]

برجهای خنک کننده به دودسته عمده زیر تقسیم می شوند :

1. برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا

2. برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی هوا که هر یک از این دو دسته به انواع زیر دسته بندی می شوند :

i. برجهای خنک کننده با جریان متقابل COUNTER FLOW

ii. برجهای خنک کننده با جریان عرضی CROSS FLOW

 

انواع برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا

این نوع برجها شامل انواع کلی زیر است :

1. استخرهای خنک کننده :

استخر های خنک کننده معمولی و ساده ترین نوع دستگاههای خنک کننده می باشند و عمل خنک شدن بوسیله تماس آب با هوا در سطح استخر انجام می گیرد .قسمتی از خنک شدن بوسیله تماس آب با هوا در سطح استخر انجام گرفته وقسمتی از خنک شدن نیز بوسیله تبادل حرارت و انتقال آن به دیواره ها و کف استخر انجام می گیرد .آب از یک سوی استخر خارج شده و آب برگشتی از طرف دیگر وارد استخر می گردد.

ساختن این نوع دستگاههای خنک کننده بسیار آسان است ولی احتیاج به فضاید وسیعی داشته و مخارج بسیاری برای عمل حفاری لازم است . میزان انتقال حرارت در این نوع استخرهای خنک کننده بسیار کم بوده و راندمان پائین می باشد .

2. استخر های آبپاش :

این استخرها دارای آبپاشهایی هستند که چندین فوت بالاتر از استخر قرار گرفته اند . این استخرها دارای دیواره های روزنه دار کنبدی شکلی هستند که کار این حصارها جلوگیری از انتقال آب توسط جریان هوا می باشد .از مزایای این نوع استخرها نسبت به نوع قبلی اشغال فضای کمتر ، مخارج احداث کمتر و زمان تماس کمتر آب وهوا می باشد.

[tower2010 696]

خنک کننده های تزئینی :

در برخی موارد برای سیستم های کوچک از استخرهای تزئینی استفاده می شود . از معایب این نوع خنک کننده ها تبخیر زیاد آب در محیط و احتمال حمله بیشتر قارچها و باکتریها و لجن می باشد .

از مزایای این نوع خنک کننده ها ، دامنه خنک کردن بیشتر است . از این نوع خنک کننده ها بیشتر در رستورانها و هتلهای بزرگ استفاده می شود .

برجهای جوی :

حرکت هوا در این برجها بستگی به وزش باد دارد .آب از بالای برج بطرف پائین سرازیر شده بطوریکه جریان هوا یطور افقی جریان عمودی آب را قطع می کند که در این حالت قسمتی از جریان هوا را جابجایی گرمای حاصل از آب گرم بوجود می آورد .

این نوع برجها بعلت در دسترس نبودن قطعات یدکی آنها دارای عمر نسبتاً کوتاه و گردش مجدد هوا در آنها بنحوی انجام نمی گیرد . از خصوصیات ویژه این نوع برجها بلند و کوتاه بودن ساختمان برج است . بنابراین پمپهایی با فشار زیاد برای پمپ کردن آب به بالای یرج مورد استفاده قرار می گیرد .در ساخت این نوع برجها می بایست دقت بسیار زیادی بخرج داد تا استحکام و مقاومت آنها در برابر وزش بادهای شدید زیاد باشد .چون این نوع برجها دارای ارتفاع زیادی هستند لذا احتیاج به لنگرهای مناسبی دارند .

افت دمایی آب بستگی به سرعت و جهت حرکت باد دارد و مخارج احداث این نوع برجها زیاد است .

برج خنک کننده با کشش طبیعی :

این نوع برجها ابتدا در اروپا توسعه یافتند . نخستین برج خنک کننده با کشش طبیعی در ابتای قرن حاضر در هلند بنا شد که از چوب ساخته شده بود . بعدها جنس این برجها از چوب به استیل تغییر یافت و امروزه این نوع برجها از بتن مسلح ساخته می شوند . در ابتدا شکل آنها شبیه استوانه های بود که از وارانه کردن یک مخروط ناقص از طرف دیگر آن بدست آمد ه و لیکن امروزه شکل آنها بصورت هیپربولیکی است . این نوع برجها بیشتر در انگلستان استفاده می شوند و در ایالات متحده اولین نوع از این برج در سال 1972 ساخته شده است . یک برج خنک کننده با کشش طبیعی اساساً شامل یک پوسته خالی بشکل دودکش است که ممکن است بالغ بر 330 ft ارتفاع و 300ft قطر داشته باشد. در حالیکه در دودکش خنک کننده آکنه هایی تعبیه شده که وظیفه پخش بهتر آب را انجام می دهند و ارتفاع بستر آکنه ای به 30 ft می رسد .

در حال حاضر در بالای دودکش خنک کننده معمولاًیک حذف کننده نصب می شود تا از خروج قطره آب توسط هوا جلوگیری نماید . در غیر اینصورت قطرات آب توسط جریان هوا به بیرون منتقل شده و در صورت خروج در اطراف برج ته نشین شده و بصورت باران کثیف در می آیند .

پوسته این برجها از بتن آرمه ساخته می شود که شکل آن بصورت هذلولی تغییر یافته است . این پوسته بر روی پایه هایی که بمنظور ورود هوای آزاد ساخته شده است نگاهداشته می شوند .همچنین این پایه ها جهت داشتن مقاومت لازم در برابر نیروهای شکننده حاصل از جریان هوا در داخل پوسته بصورت شیبدار ساخته می شود .

چون این نوع از برجها از پروانه یا فن جهت جریان هوا استفاده نمی کنند می بایست عاملی برای ایجاد جریان هوا وجود داشته باشد .این عامل بصورت فشار توسط اختلاف دانسیته های هوای سرد خارج و هوای گرم و مرطوب داخل ایجاد می گردد.شکل خاص هذلولی مانند دودکش این نوع برجها به جریان یافتن بهتر هوا کمک می کند.

آب توسط پمپ به دانه های آبفشان که در بالای شبکه ای از چوب قرمز قرار گرفته است وارد شده و ضمن پائین آمدن از روی شبکه های چوب مجدداًقطرات جدیدی تشکیل می گردد .

سپس این قطرات جدید برروی آکنه ها ریخته و این عمل تا پائین برج ادامه می یابد .

در اینجا انتقال حرارت بین هوای سرد ورودی از انتهای برج و قطرات آب سرازیرشده صورت گرفته، در نتیجه از حرارت بخاطر گرادیان بین هوا وآب پروسس از آب طرف هوا منتقل میگردد .همچنین اختلاف فشار بخار آب اشباع شده در سطح قطرات با بخارآب در هوایی که در جهت مخالف آب جریان دارد به تبادل حرارتی کمک می کند .

کار و وظیفه اصلی دودکش خنک کننده افزایش سطح جانبی بین آب گرم و هوای سرد است که این عمل بوسیله پاشیدن قطرات ریز آب در آکنه های نوع splash یا بوسیله فراهم کردن سطح بزرگی از آب بصورت یک لایه متحرک در آکنه های نوع film صورت می گیرد . همچنین مقطع هیپربولیکی استحکام بیشتری را داراست و در مقایسه با شکلهای دیگر مقاومت بیشتری در برابر جریان باد ایجاد می کند . پس بطور اساسی به مواد کمتری برای ساخت این بدنه ها احتیاج است و می توان ضخامت این دودکش ها را در قسمت میانی به 6-7 اینچ رساند .

برجهای خنک کننده با کشش طبیعی ممکن است از نوع جریان متقابل (جهت حرکت هوا و قطرات مخالف یکدیگر) و یا از نوع جریان متقاطع (جهت حرکت هوا و قطرات عمود بر یکدیگر) باشند .

در برجهای جریان متقابل آکنه ها بصورت یک سطح وسیع گسترده شده اند و در نتیجه دارای ارتفاع کمی هستند. در برجهای جریان متقاطع آکنه ها بر روی حلقه ای که در خارج از برج قرار دارد سوار شده اند .

انتخاب بین انواع مختلف از برجهای خنک کننده به عوامل زیادی بستگی دارد که مهمترین عوامل شرایط اقلیمی، اقتصادی و آب و هوایی می باشد

[tower2010 696]

نمونه ای ازبرج خنک کن Cooling tower

 

 

 

[tower2010 696]

انواع برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی هوا

در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی ،هوا بوسیله یک یا چند باد بزن (fan) که بطور مکانیکی عمل می نمایند بحرکت در می آید .بطوریکه در ژنراتورهای بخار ،باد بزنها که از نوع کشش اجباری هستند در سطح زیرین جهت راندن هوا بداخل برج نصب شده اند .از لحاظ تئوری این نوع برج ترجیح داده می شود ،زیرا فن با هوای خنک کننده کار می کنند و بدین جهت نیروی کمتری را تلف می کنند . بهر حال آزمایش و کار با این نوع فن ها دارای بعضی نقطه ضعف ها است که از آنجمله می توان به موارد ذیل اشاره کرد :

پخش وتوزیع هوا ، نشت وتراوش ،برگشت هوای خروجی مرطوب و داغ به برج و جمع شدن شبنم و سرماریزه در ضمن کار در زمستان .

در برجهای کشش مکانیکی ،فن ها جایگزین دودکش ها در برجهای کشش طبیعی می شوند .

خصوصیات عمل سرمایش (خنک کردن) قدری متفاوت است .در شرایط آب وهوایی که رطوبت بسیار پائین است برجهای کشش طبیعی بطور رضایت بخشی عمل می کنند و در برجهای کشش مکانیکی بسیار اقتصادی تر خواهند بود .

برای واحدهای کوچک چند سلولی بدون شک برجهای کشش مکانیکی ارزانتر از برجهای کشش طبیعی است ، اما در مورد واحدهای بزرگ که تمایل به زیاد شدن هزینه های اصلی و اولیه وجود ندارد بکار بردن برجهای کشش مکانیکی هزینه توان مورد نیاز بادبزن می بایست مورد بررسی قرار گیرد .

یکی از اشکالات کاربرد برجهای کشش مکانیکی تخلیه ذرات پخش شده از برج در ارتفاع کم می باشد که ممکن است این ذرات بداخل ورودی های هوا کشیده شوند . این برگشت مجدد ذرات می تواند سبب نزول ذرات و بدی عملکرد مجموعه بزرگی از تجهیزات سلولهای برجهای کشش مکانیکی گردد .بعلاوه اگر ذرات بطرف زمین کشیده شوند ممکن است اطراف برج مه آلود شود .از مزایای اصلی این برجها می توان موارد زیر را نام برد :

1. اطمینان از بجریان انداختن هوای مورد نیاز به هر میزان و در شرایط اقلیمی و آب و هوائی

2. استفاده از پمپهای با فشار کم

3. اشغال فضای کمتر جهت بهره برداری از این نوع دستگاههای مبرد

4. تنظیم دقیق دمای آب

5. سرمایه اولیه کم و هزینه ساخت ناچیز

از معایب این نوع برجها می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1. قدرت زیاد باد بزنها مستلزم خرج زیادتر است .

2. ایجاد سروصدا و لرزشهای فراوان حاصل از گردش پروانه ها

3. خسارات ناشی از خرابی فن ها و فساد الوار

[tower2010 696]

برجهای کشش مکانیکی خود به چند دسته تقسیم می شوند که عبارتنداز:

1. Induced – Draft Tower

این نوع برجها از یک لوله بلند ساخته شده اند و باد بزنها در محل خروجی هوا از برج قرار دارند که محل آنها در بالای برج می باشد .در این نوع از برجها امکان استفاده از باد بزنهای بزرگ با سرعت کم و صدای کم وجود دارد . سرعت هوای ورودی زیاد و استفاده از هوای صاف امکانپذیر است .داخل برج با موادی از جنس پوشال ، چوب یا پلاستیک پر شده است مقصود از این عمل ایجاد سطح بزرگ جهت عمل تبخیر است .عمل این نوع برجهای خنک کننده بستگی به نوع ماده که بعنوان آکنه بکار می رود نداشته بلکه بستگی به طرز قرار گرفتن آنها وتوزیع یکنواخت آب دارد . سرعت جریان هوا در انجام چنین عملی از اهمیت خاصی برخوردار است .فن ها معمولاً چند پره ای و بزرگ هستند و محدوده تغییر قطرهایشان بین 2- 33 ft می باشند که توسط موتورهای الکتریکی با قدرت بخش از 250 hp بحرکت در می آیند و شدت جریان حجمی بزرگی از هوا را در فشارهای استاتیکی پائین حرکت می دمند .فن ها معمولاً طوری طراحی می شوند که عملکرد رضایت بخشی در محیط داغ و مرطوبی که قرار دارند داشته باشند و جنس پره ها معمولاً از آلومینیوم – فولاد ضد زنگ و یا فایبرگلاس است .مزیت این نوع برجها که هرگونه نشتی و تراوش از هوای مجاور بداخل برج خواهد بود نه به جریان بیرون برج ، لذا مشکلی که ممکن است بر اثر نشتی آب و هوای مرطوب به قسمت خارج از برج بوجود آید نسبت به سایر برجها کمتر خواهد بود .اگر هوای مرطوب در داخل برج باقی بماند به وسیله جریان هوا مستقیماً به خارج تخلیه می گردد .

در این نوع برجها سرعت خروجی هوا زیاد است بازگشت هوای بکار رفته کم می باشد و لذا سطح پائین برج کوچچکتر بوده ولی بدلیل قرار گرفتن باد بزنها در در محیط گرم و مرطوب در بالای برج خراب شدن و زنگ زدن آنها احتمال بیشتری دارد و تعویض و تعمیر آنها بعلت موقعیت آن مشکلتر است .

2. Forced – Draft Tower

در این نوع برج خنک کننده باد بزنهای مکانیکی جریان هوا را بداخل برج می رانند . محل باد بزنها در قسمت ورودی هوا است و هوا را بدرون برج و سراسرآکنه ها می رسانند .

قسمتهای مکانیکی آن نزدیک سطح زمین و در روی بتن آرمه های محکم قرار دارند و بنابراین وزش را به حداقل می رسانند . این نوع برجها بازده بهتری نسبت به برجهایInduced – Draft Tower دارند واز طرفی چون پره های باد بزن باعث ورود هوای سرد بداخل برج می شوند بنابراین وزن هوا در واحد حجم نیز بیشتر از برجهای Induced می باشد .

در این نوع برجها سیستم در محلی قرار دارد که بالنسبه در محیط خنک قرار داشته باشد و دسترسی به آنها برای تعمیرات آسان تر می باشد .از آنجائیمه قطر باد بزنهای این برجها محدود است لذا از تعداد زیادی باد بزن و با سرعت بیشتری استفاده می شود که در نتیجه سروصدای بیشتری می کنند ولی وجود بدنه برج قسمتی ازاین سروصدا را خنثی می نماید .

در این نوع برج امکان یخ زدن و مسدود شدن مسیر هوای خروجی پایین است و احتمال بازگشت هوای بکار رفته وجود دارد .

[tower2010 696]

3. برجهای کشش اجباری جریان مخالف :

در این برجها نیز از باد بزن برای به جریان انداختن هوا استفاده می شود

این باد بزنها هوا را در مسیر مخالف باد از پائین به بالا از میان سرتاسر آکنه ها به جریان در می آورد .بنابراین خنک ترین آب در تماس با خشک ترین هوا می باشد . چون جریان هوا از پائین به بالا مرطوب تر گشته ، در نتیجه آب از بالا به پاوین نیز تدریجاً خنک تر می شود .

از مشکلات این نوع برجها در این است که بخشهای مکانیکی و سیستم پخش آب برای تعمیرات در دسترس نیست .چون تقریباً در سر طرف برج ساختمانهای جانبی قرار گرفته و مقدار هوای ورودی در یک طرف زیادتر است .

4. Cross – Draft Tower

اینگونه برجها ممکن است از جنس فلز ،فایبرگلاس ،طلق یا چوب ساخته شوند . از ترکیبی از اجسام بالا نیز می توان این برجها را بوجود آورد ، ولی در هنگام ساخت به جنس ماده ای که بکار می بریم می بایست دقت داشته باشیم که ماده ای را استفاده نماییم تا خوردگی آن هم برای لوله ها و هم برای آکنه ها کمتر باشد .لوله ها و حوضچه این نوع برج خنک کننده بصورت عمودی ساخته می شوند و طرح برج دائماً در حال تغییر است بدین معنی که از برجهای که دارای تراکم بیشتری هستند استفاده می گردد .در این نوع برجها پنکه های جریان هوا افقی هستند بطوریکه جریان آب وهوا یکدیگر را با زاویه 60 درجه قطع می نمایند . این نوع از برجها سطح وسیعتری از زمین را اشغال می کنند ، اما هوای ورودی میتواند از تمام ارتفاع برج که معمولاً زیاد نیست وارد می گردد .خط ورود بخار اشباع به برج در صورتیکه در مکان محدودی احداث شده باشد وجود دارد . از مزایای این برج استفاده از پمپ با فشار کمتر و همچنین دسترسی به سیستم پخش آب بهتر است .در این برجها در حوضچه سربازی اشغالها را جمع آوری می نمایند و در صورتیکه این حوضچه در داخل و زیر سقف قرار نگرفته باشد لازم است تا روی آن را بپوشانند .

برج مرطوب ترکیبی

برجهای خنک کننده با کشش طبیعی مواد بیشتری را مصرف کرده ، ارتفاع بلندی داشته و زمین بیشتری را اشغال کرده ،اما در عملیات نیروی کمتری را مصرف می نمایند .در مقابل برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی کوچکتر بوده و ارزانتر هستند اما نیروی بیشتری را در عملیات مصرف می کنند و هوای داغ در حال گردش را به درون برج می رانند .

برج ترکیبی دارای یک پوسته هیپربولیکی است که از بتن مسلح ساخته شده است . این پوسته مشابه اما کوچکتر از پوسته برجهای خنک کننده با کشش طبیعی است .در ساختمان برجهای ترکیبی یک تعداد فن با کشش اجباری قرار دارند که در محیط و اطراف پایه واقع شده اند .

برج ترکیبی در حالت تقریبی دو سوم قطر پایه (45 درصد سطح زمین) و نصف ارتفاع یک برج خنک کننده با کشش طبیعی که برای عملیات مشابه طراحی شده است را دارا می باشد و از اینرو کوچکتر بنظر می رسد .

فن های بکار رفته در برج ترکیبی نسبت به کشش طبیعی کنترل بهتری را بر روی جریان هوا ایجاد می کند و نسبت به برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی نیروی کمتری را تلف خواهد نمود .سرعت زیاد و ارتفاع هوای خروجی مسئله برگشت هوای داغ مربوط به برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی را برطرف خواه نمود .برجهای ترکیبی در فصول سرد سال بدون استفاده از فن همانند برجهای خنک کننده با مکش طبیعی خواهد شد .

هزینه ساخت این نوع برجها حالت میانگینی بین برجهای خنک کننده با کشش طبیعی و برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی خواهد بود .

[tower2010 696]

یک برج خنک کن درمراحل ساخت

 

 

 

 

[tower2010 696]

کاربرد یک برج خنک کن درسیستم تصفیه اب

شاید به عنوان واحد بازیافت انرژی مورد استفاده باشد(چیزی که اکنون درکشورهای عربی مرسوم شده ودرواحدهای جنوب کشورهم طرحهایی برای ان دردست مطالعه میباشد)

 

 

[tower2010 696]

وظيفه يك برج خنك كن باز، جذب گرما از يك فرايند و دفع آن به فضاي اتمسفر است كه اساساً اين دفع از راه تبخير صورت مي پذيرد. از آن جايي كه آب شرکت كننده در فرايند خنك سازي در مدار برج خنك كن سيركوله شود، به علت تبخير تدريجي آب، غلظت مواد معدني در ان افزايش مي يابد. وقتي كه غلظت مواد معدني به اندازه دو برابر مقدار اوليه شد، گفته مي شود كه آب داراي دو سيكل غلظت مي باشد. هنگامي كه غلظت مواد معدني در آب به سه برابر مقدار اوليه رسيد، آنگاه داراي دو سيكل غلظت مي باشد.

كارايي اين قسمت براي بهره برداري موثر و اقتصادي بسيار پر اهميت مي باشد. براي اطمينان از حداكثر انتقال حرارت، سطوح اننتقال حرارت بايد در حد امكان تميز نگه داشته شود. اگر غلظت مواد معدني در برج خنك كن افزايش يابد، امكان تجمع رسوب و خوردگي افزايش مي يابد، بنابراين تصفيه آب موجب بهره برداري موثرتر از واحد انتقال حرارت خواهد بود.

سطوح انتقال حرارت، گرمترين نقطه اي است كه آب خنك كننده به آن مي رسد. حلاليت كربنات كلسيم در آب (CaCO2كه در برج خنك كن وجود دارد)، با دما رابطه معكوس دارد، در نتيجه در سطوح انتقال حرارت، امكان نشست رسوب كربنات كلسيم، به وجود مي آيد. انباشته شدن لايه هاي رسوب كربنات كلسيم انتقال حرارت را كاهش مي دهد و اين مساله موجب خوردگي شده و نقاط داقي به وجود مي آورد كه خود موجب تنش حرارتي خواهند شد، همه اين موارد روي بازدهي و عمر مبدل حرارتي تاثير خواهند گذاشت.

يك روش ابتدايي براي جلوگيري از تشكيل رسوب ، تخليه بخشي از آب گردش كننده در مدار و جايگزين كردن آن با مقداري آب تازه است كه غلظت مواد معدني در آن كمتر باشد. براي تعيين حداكثر غلظت مواد معدني كه مي تواند بدون ايجاد رسوب در آب موجود باشد بايد آب جبراني كاملاً مورد برسي قرار گيرد. هههدف از برنامه تصفيه ي آب اين است كه تعداد كه تعداد سيك هاي غلظت به حداكثر ممكن رسانده و در اين حال تشكيل رسوب، خوردگي و رشد ميكروبي را به حداقل برساند. مهمترين عاملي كه بايد كنترل شود تشكيل رسوب است كه به طور معمول به دليل اشباع تركيبات كلسيم در آب خنك كن ايجاد مي شود.

خدمات رفاهي شهري پالايشگاه نفت، صنايع شيميايي و بيشتر صنايع ديگر در سيستم هاي تهويه مطبوع خود و يا براسي خنك كردن يك سيال فرايندي در مبدل حرارتي به مقادير زيادي آب خنك كن احتياج دارند. در گذشته، خنك كنندگي با استفاده از از آب هاي موجود در درياچه ها، رودخانه ها و يا سيستم هاي آب شهري نزديك، بر اساس يك روش ((يك بار گذر)) انجام مي گرفت. مشكلاتي مه در اين روش به چشم مي خورد، مسدود شدن مبدل حرارتي با جامدات معلق (گل ولاي) و رشد بيولوژيكي در اين تجهيزات بود. هزينه هاي ناشي از خرابي تجهيزات و محدوديت هاي فزاينده ي سازمان محيط زيست، موجب شد صنايع به تصفيه آب و استفاده مجدد از آن به كمك برج هاي خنك كن روي بياورند. اين امر موجب شد كه نياز صنايع به آب تازه كاهش چشمگيري داشته باشد و مقدار گنداب تشكيل شده ي آنها نيز كاهش يابد.

برج ها ي خنك كن

در يك سيستم خنك كننده ي سيركوله، براي جذب گرمايي كه آب در حين عبور از تجهيزات و فرايندهاي صنعتي دريافت كرده است، آن را از مبدل هاي حرارتي، كانال هاي خنك كننده يا برج هاي خنك كن عبور مي دهند و بعد از خنك شدن دوباره آن را به جهت خنك كردن تجهيزات و فرايند ها به كار مي برند. برج هاي خنك كن سيركوله، خنك كنندگي را از راه تبخير آب و همچنين با انتقال حرارت مستقيم به هوا هنگام عبور مستقيم آن از درون برج ايجاد مي كنند اصول اوليه كاري اين تجهيزات نسبتا واضح است، ولي تجهيزات انتقال حرارت مربوطه به طور گسترده اي به لحاظ قيمت و پيچيدگي باهم متفاوت هستند. به عنوان مثال، در صنايع شميايي ، به دليل طبيعت برخي فرايند ها، معمولا به مواد غير معمول براي ساخت نياز مي باشد. اين مساله موجب مي شود تجهيزات انتقال حرارت بسيار گران شده و نگهداري مناسب آن نيز از اولويت خوبي برخوردار شود.

 

اغلب مشكلات برج خنك كن ناشي از ناخالصي آب مي باشد. در سيستم هاي خنك كن معمولا سه مشكل وجود دارد:خوردگي، تشكيل رسوب و رشد بيولوژيكي.

[tower2010 696]

برج خنک کننده

دراکثر کارخانجات کوچک و بزرگ یکی از مهمترین و اساسی ترین دستگاهها می توان انواع برجهای خنک کننده را نام برد.

برجهای خنک کننده علاوه بر آب به منظور خنک کردن سیالاتی دیگر در صورت لزوم مورد استفاده واقع می شود.

با توجه به اینکه برجهای خنک کننده معمولاًً حجیم می باشند و بعلت پاشیدن آب در محیط اطراف خود و خرابی تجهیزات آن را معمولاًٌ در انتهای فرایند نصب می کنند.

اگراز وسایل برجهای خنک کننده صرف نظر نشود برای ساخت برج تکنولوژی بالایی نیاز نیست همانطور که در ایران در حال حاضر ساخت این برجها در حد وسیعی صورت می گیرد .برجها با توجه به شرایط فیزیکی و شیمیایی خاص خود دچار مشکلاتی می شوند ولی معمولاٌ زمانی لازم است تا این مشکلات برج را از کار بیاندازد طولانی است.،ولی عملاٌ اجتناب ناپذیر است.

در این مجمعه تا سر حد امکان سعی شده است که دیدی نسبتاً کلی راجع به برج جنبه ای به خواننده منتقل شود و تا حد امکان از جزيیات مربوط به برجهای خنک کننده توضیح لازم داده شده باشد.

 

پیشگفتار :

برج خنک کننده دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیع تماس آب با هوا تبخیر آسان می کند و باعث خنک شدن سریع آب می گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد، در حالی که مقدار کمی آب تبخیر می شود و باعث خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت آب مقداری از گرمای خود را به طریق تشعشع ،هدایتی وجابجایی و بقیه از راه تبخیر از دست می‌دهد.

بیشتر دستگاههای خنک کن از یک مدار بسته تشکیل شده اند که آب در این دستگاهها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را به عهده دارد، یعنی گرمای بوجود آمده توسط ماشین جذب و از دستگاه دور می سازد. این کار باعث ادامه کار یکنواخت و پایداری دستگاه می شود.

در دستگاههایی که به دلایلی مجبوریم آب را بگردش در آوریم و یا به کار ببریم باید بنحوی گرمای آب را دفع کرد. با بکار بردن برجهای خنک کننده این کار انجام می گیرد. در تمام کارخانه ها تعداد زیادی دستگاههای تبدیل حرارتی (heat exchanger) وجود دارد که در بیشترآنها آب عامل سرد کنندگی است.

بدلایل زیر آب معمولترین سرد کننده هاست:

1. بمقدار زیاد وارزان در دسترس می باشد.

2. به آسانی آب را می توان مورد استفاده قرار داد .

3. قدرت سرد کنندگی آب نسبت به اکثر مایعات( در حجم مساوی )بیشتر است.

4. انقباض و انبساط آب با تغییر درجه حرارت جزیی است.

هر چند که آب برای انتقال گرما بسیار مناسب است با بکار بردن آن باعث بوجود آمدن مشکلاتی نیز می شود.

آب با سختی زیاد باعث رسوب سازی در دستگاهها شده و همچنین از آنجایی که بیشتر این دستگاهها از آلیاژ آهن ساخته شده اند مشکل خوردگی بوجود می آید. از طرف دیگر بیشتر برجهای خنک کننده در بر خورد مستقیم با هوا و نور خورشید می باشند محیط مناسبی برای رشد باکتریها و میکرو ارگانیسم ها نیز می باشد که آنها نیز مشکلاتی همراه دارند.

وارد شدن گرد و خاک بداخل برج نیز در بعضی مواقع ایجاد اشکال می نماید.در کل این مشکلات باعث می شود که بازدهی دستگاه کم شده و در نتیجه از نظر اقتصادی مخارج زیادتری خواهند داشت. در این مجموعه طبیعت این مشکلات و شرایط بوجود آمدن آنها و راههای جلوگیری از آنها را بطور مختصر شرح خواهیم داد.موارد استفاده از برجهای خنک کننده را نیز در بخش های دیگری از این مجموعه را در بر می گیرد.

عموماً برجهای خنک کننده (cooling tower) را به سه گروه تقسیم می کنند:

1. برجهای خنک کننده مرطوب

2. برجهای خنک کننده مرطوب- خشک

3. برجهای خنک کننده خشک

در برجهای خنک کننده مرطوب، آب نقش اصلی و اساسی را داشته و هدف نیز همان خنک کردن آب است. این نوع دستگاهها که خود به چند گروه و دسته تقسیم می شوند در صنعت دارای کاربرد فراوانی است.

از یرجهای خنک کننده خشک بیشتر در مکانهای که آب کافی برای خنک کردن برج وجود ندارد استفاده می شود. عمل خنک کردن آب را نیز میتوان از برجهای سینی دار بصورت مرحله ای انجام داد.ولی عملاً بعلت وجود هزینه های زیاد ساخت ،نگهداری و کنترل سیستم این روش ، معمول نمی باشد.

برای انجام عملیات خنک سازی آب می توان از برجهای آکنده و سینی دار استفاده نمود.با وجود این در مواردی که فازهای مورد نظر آب و هوا با شند بعلت فراوانی و ارزان بودن فازهای فوق بدلایلی که در صفحه قبل ذکر شد از دستگاههای دیگری استفاده می گردد که ساختن و نگهداری آنها مستلزم هزینه های زیادی نمی باشد. از این جهت بیشتر دستگاههایی که در مقیاس صنعتی بکار می رود ساختمان و خصوصیات بسیار عمده ای را دارا است که اینک به انواع مختلف این دستگاهها اشاره می شود.

 

فصل اول

بررسی برجهای خنک کننده و اجزاء آن

 

برج خنک کننده : COOLING TOWER

برج خنک کن دستگاهی است که با ایجاد سطح وسیعی در تماس آب با هوا ، عمل تبخیر را آسان نموده و در نتیجه باعث خنک شدن سریع آب می گردد.

عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرمای نهان تبخیر انجام می گیرد در حالی که مقدار کمی آب بخار می شود و سبب خنک شدن آب می گردد.باید توجه داشت که آب مقدار اندکی از گرمای خود را از طریق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدایت (Conduction) و جابجائی (Convection) و بقیه را از راه تبخیر از دست می‌دهد.

اختلاف فشار بخار آب بین سطح آب و هوا باعث تبخیر می شود.این اختلاف بستگی به دمای آب و میزان اشباع هوا از آب دارد.

مقدار گرمای که بوسیله مایعی جذب یا دفع می شود از رابطه زیر بدست می آید :

E=W×S×T

در رابطه بالا:

E :گرمای دفع یا جذب شده بر حسب BTU/hr یا CAL/hr

W :دبی مایع خنک شونده بر حسب lb/hr

S : گرمای ویژه مایع خنک کننده بر حسب lb.f/ Btu

T :کاهش دمای مایع خنک شونده بر حسب f

 

در حالیکه عمل خنک شدن از طریق تبخیر انجام می گیرد گر مای نهان تبخیر از دست داده شده باید به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرمای نهان تبخیر در دبی .

مقدار تبخیر بستگی دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنین شدت جریان هوا دارد. برای اینکه حداکثر بهره برداری که در طرح آن بکار رفته است رعایت شود در برجهای خنک کننده که آکنده های آن از نوع splash packing می باشد آب به صورت قطره های در سطوح برج پخش می شود تا سطح وسیعی بوجود آید البته برای این منظور می توان از آکنه های نوع film packing نیز استفاده کرد.

جریان هوا در برج به صورت کشش طبیعی با استفاده از دودکش های هذلولی شکل یا کشش مکانیکی بوسیله بادبزنهای مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و یا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جریان می افتد .

 

سیستم برج خنک کننده :

در سیستم برج خنک کننده آب گرم کندانسور از برج خنک کننده عبور می کند و با هوا تماس می یابد. در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی ،پوسته خارجی برج از بتن مسلح ساخته شده ودر روی پایه ها تکیه دارد . هوا از قسمت پائین وارد برج خنک کننده می شود و به طرف بالا جریان می یابد و از دهانه بالای برج خارج می گردد.

 

انواع دیگری از برجهای خنک کننده که از چوب و سایر مصالح ساخته می شود نیز وجود دارد.در برجهای خنک کننده با کشش طبیعی هوا شکل برج طوری طراحی می شود که جریان سریع هوا در داخل برج بوجود آید.

آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سیستم پخش کننده آب وارد می شود . در برجهای قدیمی تر صفحه ای که آب خروجی از کندانسور به آن ریخته می شود دارای سوراخهای منظمی در قسمت پائین است که آب از داخل این سوراخها به فنجانهای زیرین می ریزد. این فنجانها باعث پاشش آب و تبدیل آنها به قطرات کوچک می شوند. یک سیستم خیلی جدید برای پخش آب در برج خنک کننده بکار بردن لوله هایی است که در سطح بالای آن شیپوره هایی برای پاشش آب تعبیه شده است.

تبادل حرارت بین هوای بالارونده از برج و آبی که از برج سرازیر است با تغییر حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بین آب و هوا انجام می شود. سهم این قسمت از تبادل حرارتی خیلی کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخیر مقدار کمی آب که پیوسته همراه هوا می باشد،انجام می شود. در اثر این عمل مقدار زیادی گرما از آب سرازیر شده در برج خنک کننده ( بستگی به مقدار آبی که تبخیر شده است) به هوا منتقل می گردد(Evaporating loss). ضمناً مقداری از قطرات آب بوسیله هوا بخارج از برج پراکنده می شود(Windage loss). برای جلوگیری از خروج قطرات آب یک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد . کمبود آب تبخیر شده در سیستم برج خنک کننده باید از منبع خارجی جبران شود که به آن ،آب تکمیلی یا آب جبرانی (Makeup) گویند . برای این منظور در صورت امکان از آب رودخانه استفاده کرد یا فاضلابها را تا حد امکان صاف و تصفیه کرده و استفاده نمود .

هنگامیکه از نظر فضای ساختمان برج خنک کننده محدودیتی وجود داشته باشد ظرفیت برج خنک کننده راتا حد امکان با استفاده از بادبزنهای مخصوص و بزرگی اضافه می نمایند. این بادبزنها مقدار عبورهوای خنک کننده در داخل برج را زیاد می نماید .

 

 

 

عوامل مؤثر در طراحی برجهای خنک کننده :

عوامل مؤثر در طراحی برجهای خنک کننده را بطور خلاصه می توان بصورت زیر بیان کرد :

1. میزان افت درجه حرارت (اختلاف دمای ورودی وخروجی برج)

2. اختلاف بین درجه حرارت آب سرد و درجه حرارت مرطوب هوا

3. دمای مرطوب محیط : اصولاً خنک کردن آب زیر این دما غیر ممکن است .

4. شدت جریان آب

5. شدت جریان هوا

6. نوع آکنه های برج

7. روش پخش آب

به تجربه ثابت شده است که برای هر 10 درجه فارنهایت افت دما در برج خنک کننده میزان تبخیر در حدود یک درصد کل آب در حال گردش می باشد .

 

چون نمک های کلرور حلالیت زیادی دارند غلظت یون کلر در آب ورودی به برج وآب در حال گردش راهنمای بسیار خوبی برای تعیین غلظت بوده و بنابراین همیشه باید آنرا بازدید و بررسی نمود .

افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در برج خنک کننده ایجاد اشکال می نماید که برای جلوگیری از افزایش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداری از آب در حال گردش را تخلیه می کنند که این آب در صنعت به زیر آب (Blow down) معروف است .

مقدار آب برج همچنین ممکن است تصادفی یا بوسیله باد تقلیل یابد . اصولاً در برجهای خنک کننده مقداری آب بصورت گرد درآمده و توسط باد یا کشش از برج خارج می شود .

مقدار تخلیه لازم در یرج برای کنترل مواد محلول و معلق مجاز را می توان از رابطه زیر بدست آورد :

M=(B+W)*C

که در رابطه فوق

B : مقدار زیر آب بر حسب gal/hr یا m3/hr

E : مقدار آب تبخیر شده بر حسب gal/hr یا m3/hr

C : ضریب غلطت پیشنهاد شده برای برج

W : مقدار آبی که توسط باد خارج می شود بر حسب gal/hr یا m3/hr

مقدار آبی که باد همراه خود از برج خارج می سازد در رابطه بالا منفی است ،زیرا آب مواد محلول و معلق را نیز با خود می برد . بنابراین تاثیر در غلظت و بالا بردن املاح آب ندارد .

 

مقدار آب لازم جهت آب کسری برج از رابطه زیر بدست آورد :

MAKE UP = E +B + W

اطلاعاتی که از طرف خریداران در اختیار فروشندگان قرار می گیرد در طرح برج اهمیت فراوانی دارد . مانند اختلاف دما ، مقدار آب در حال گردش ،مقدار زیر آب .

کمبود آب در اثر تبخیر و باد را با استفاده از رابطه های بالا بررسی می کنند .

[tower2010 696]

قسمتهای اصلی برج خنک کننده

 

الف) لوله ها و آکنه ها

شامل قسمتهای هستند که درجریان انتقال حرارت دخالت داشته در ضمن باعث می شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج می شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگیری شود.همچنین نگهدار خوبی برای قسمتهای دیگر برج می باشد . در مورد مشخصات آکنه ها در همین فصل توضیح داده خواهد شد.

 

ب)حوضچه

حوضچه در پائین برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع می گردد.به حوضچه یک جریان بنام آب تکمیلی یا آب جبرانی (MAKE UP) وارد می شود و یک جریان برای استفاده در دستگاههای تبادل حرارت از آن خارج می گردد .علاوه بر جمع آوری آب در حوضچه ،آب قبل از اینکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نیز می گردد.

حوضچه های برجهای بزرگ و مفید از بتن ساخته شده اند .عموماً این حوضچه ها طوری طراحی می شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبرانی می تواند برای چندین ساعت کار کند .

از زهکش برای برطرف کردن لجن ته نشین شده و کنترل سطح آب در حالتی که جریان موج دار که در کف قرار دارد ترک می کند و به میان سرندی که از ورود اشغال تجمع یافته به ورودی پمپ جلوگیری می کند ،می ریزد .

 

پ)بادبزنها

در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی باد بزنهای نصب می شوند تا جریان هوای لازم را جهت عبور از آکنه ها تولید نماید .بادبزنها در برجهای خنک کننده با کشش مکانیکی کاربرد دارند . توضیح در این مورد ضرورتی ندارد و به همین مقدار اکتفا می شود .

 

ت) حذف کننده ها

این وسیله از خارج شدن قطرات آب بوسیله کشش هوا از برج جلوگیری بعمل می آورد . تیغه ها معمولاًطوری نصب می شوند که با سطح افق زاویه ای در حدود 45 درجه بسازد .جنس این تیغه ها از چوب ، فلز یا پلاستیک ممکن است ساخته شده باشند .درباره کشش و حذف کننده های کشش بعداً مفصلاً توضیح داده خواهد شد .

 

ث) آکنه ها

دو نوع آکنه ها که در برجهای خنک کننده ممکن است مورد استفاده قرار گیرد عبارتند از :

1. SPLASH PACKING

2. FILM PACKING

1. SPLASH PACKING :

در این نوع آکنه ها آب بر اثر برخورد با تیغه ها پخش و به صورت قطره قطره در آمده که در نتیجه ایجاد سطح وسیع می نماید .از آنجایکه قطرات آب همراه پیوسته بوده و وزن سنگین دارند این نوع دسته بندی ممکن است در اثر جریان دائمی از هم گسیخته گردد.

 

2. FILM PACKING :

در این نوع آکنه ها سطح وسیع از آب در اثر جریان آن در روی تیغه ها بوجود می آید . به طرق گوناگون می توان چنین سطح وسیعی ایجاد کرد

a. GIRD PACKING

در این نوع آکنه ها از یک سری شبکه های که معمولاً از چوب بوده و روی یکدیگر قرار گرفته اند استفاده می شود .این شبکه ها طوری نصب گردیده که همراه هر شبکه با شبکه های اطراف خود زاویه 90 درجه می سازند وباین شکل در سطوح شبکه ها پخش می گردد .

b. RANDOM PACKING

این نوع آکنه ها موادی با سطح زیاد درست شده که به طور نا منظم در داخل برج قرار دارند . یکی از دلایل نا مرغوب بودن این نوع آکنه ها ایجاد مقاومت زیاد در مقابل جریان هوا می باشد . این نوع آکنه ها دارای قسمتهای حلقوی است که قطر هر حلقه با طول آن برابر است . این حلقه ها از جنس های مختلفی یوده وسطح تماس آب با هوا را زیاد می کنند.

c. PLATE TYPE FILM PACKING

این نوع آکنه ها از صفحات نازک پلاستیکی چین دار ساخنه شده اند که با زاویه کمی کمتر از 90 درجه با سطح افق نصب شده اند. چین های روی صفحات باعث بوجود امدن سطح زیاد می گردند .

مشخصات و خصوصیات آکنه ها در بخش های آینده تشریح خواهد شد .آکنه ها باید طورب انتخاب شوند تا هم سطح تماس آب و هوا برای نسبتهای بالای انتقال حرارت و انتفال جرم مناسب یاشند و هم مقاومت کمتری در مقابل جریان هوا داشته باشند .آکنه ها باید محکم ، سبک و در برابر خوردگی و خراب شدن مقاوم باشد.

 

مشخصات و خصوصیات آکنه ها :

مشخصات و خصوصیات آکنه یک برج خنک کننده را در یک برج خنک کننده آزمایشی اندازه گیری می کنند. یک نمونه از این برج در نیروگاه برق groyden A در سال 1950 بنا شده بود و در آن زمان فکر می کردند بزرگترین نوع خود در کشور باشد . در این برج یک مقطع از آکنه با مربعی به ضلع 4 ft وعمق 8 ft را می توان زیر یک تغییر بار آب و هوا و اتلاف حرارتی برای اندازه گیری ضریب انتقال حجمی و مقاومت جریان هوا نصب و آز مایش کرد . بزرگی این برج یک مسئله اساسی است در غیر اینصورت مقدار آبی که به ظرف پائین دیواره ریزش می کند کافی است تا بر روی دقت آزمایش تاثیر بگذارد.

هر دو جریان آب وهوا توسط اوریفیس اندازه گیری می شود . جریان آب بیشتر در مقابل یک حجم اندازه گیری شده تانک ، چک خواهد شد.

[tower2010 696]

برای دانلود فایل های اموزشی برج های خنک کن تهیه شده در شرکت صنایع ملی پتروشیمی به لینک زیر مراجعه فرمایید

 

http://www.noandishaan.com/forums/showthread.php?t=49595&page=2

[tower2010 696]

برج هاي خنك كننده وسيله اي هستند كه به كمك آنها حرارت ناشي از فرآيند اتلاف حرارتي به اتمسفر منتقل مي شود. كاربرد عمده برج هاي خنك كننده در خنك كردن آب در گردش در پالايشگاه نفت، كارخانه هاي شيميايي، نيروگاه ها و خنك سازي ساختمان ها مي باشد. برج هاي خنك كننده سايزهاي متنوعي دارند و مي توانند از يك ساختمان بتني، فلزي و يا چوبي ، با شكل و تركيب خا ص كه براي سرمايش آب گرم به صورت طبيعي يا مكانيكي طراحي و ساخته مي شود. طبعاً ابعاد و شكل اين سازه ، تابعي ا ز ميزان تبادل گرمايي موردنياز و مكانيزم سرمايش مي باشد.

 

مقدمه:

از برج هاي خنك كننده به طور گسترده براي خنك كردن مقادير زيادي آب در نيروگاه هاي حرارتي، پالايشگاه ها، نيروگاه هاي اتمي ، كارخانه هاي فولادسازي، سيستم تهويه مطبوع و ساير مراكز صنعتي استفاده مي شود. براي كاهش دماي قسمتهاي مختلف در صنايع ياد شده لازم است تا گرماي حاصل از عملكرد ماشين ها و موتورها به نحو مناسبي از سيستم گرفته، به محيط خارج منتقل شود.

از آنجايي كه ميزان تبخير آب در اين صنايع بسيار بالا و آب مصرفي آنها داراي خلوص بالا و طبيعتاً قيمت گران مي باشد، لازم است اين بخارها مجدداً به آب تبديل شده، مورداستفاده قرار گيرند. تبديل بخار به آب از طريق گرفتن گرماي آن امكان پذير است. لذا چنانچه اين بخار گرم با آب سرد درمجاورت هم واقع شوند گرماي بخار آب گرفته شده، به آب تبديل مي گردد. براي ادامه روند فوق نياز به آب سرد مي باشد . يك شيوه ابتدايي در اين مورد برگشت آب گرم به محيط و استفاده از آب تازه است. اين عمل به علت بالا بودن دماي آب و حجم بالاي آن از نظر زيست محيطي قابل قبول نمي باشد و همچنين تامين اين مقادير عظيم آب براي اين صنايع هميشه ميسر نيست. آنچه در اكثر صنايع براي دست يابي به منظور فوق رواج يافته، استفاده از برج هاي خنك كننده (Cooling tower) مي باشد.

برج خنك كن عبارت است از يك ساختمان بتني، فلزي و يا چوبي ، با شكل و تركيب خاص كه براي سرمايش آب گرم به صورت طبيعي يا مكانيكي طراحي و ساخته مي شود. طبعاً ابعاد و شكل اين سازه ، تابعي ا ز ميزان تبادل گرمايي موردنياز و مكانيزم سرمايش مي باشد.

در اين سيستم آب گرم به طور مستقيم و يا غيرمستقيم در تماس با جريان هواي طبيعي يا مكا نيكي قرارگرفته و گرماي آن به هوا منتقل مي شود و براي مصرف بعدي مورداستفاده قرار مي گيرد. در ادامه مختصري راجع به انواع برج هاي خنك كننده توضيح داده شده و تصاويري از چند Cooling tower رايج در صنايع آورده شده است.

[tower2010 696]

تقسيم بندي انواع برج هاي خنك كننده

تقسيم بندي هاي متفاوتي براي برج هاي خنك كن آمده است ؛ از جمله براساس نوع جريان و يا براساس عامل تبادل گرما (طبيعي يا مكانيكي) و با بر حسب نحوه تبادل (مستقيم يا غيرمستقيم ). خصوصيات برج هاي خنك كن

در اين بخش خصوصيات انواع مختلف برج خنك كننده مورد بررسي قرار مي گيرد.

خصوصيات برج هاي خنك كن مدار باز

 

1. ظرفيت دستگاه: مقدار آبي است كه در حوضچه پايين برج، دستگاه هاي تبادل حرارت و مسير رفت و برگشت آب وجود دارد. معمولاً 20 درصد آب در مدار و دستگاه هاي تبادل حرارت جريان دارد و بقيه درحوضچه برج خنك كن.
   
2. زمان يك گردش: زمان لازم براي اينكه جريان آب از مكش پمپ برج خنك كن خارج شود و دوباره به همان نقطه برگردد.
   
3. از دست دادن آب به وسيله تبخير: حدوداً براي هر 10 درجه فارنهايت افت حرارت آب ، حدود 1% مقدار آب در گردش را درنظر مي گيرند.
   
4. كم شدن به وسيله باد: در برج هاي خنك كن مقداري از آب برج به همراه جريان هوا، از سيستم خارج و وارد جو مي شود، اين مقدار آب به طور متوسط در حدود 0/2 درصد مقدار آبي است كه در مدت يك ساعت در مدار گردش مي كند.
   
5. درجه تغليظ: تبخير قسمتي از آب برج، غلظت نمكهاي محلول در آب را افزايش مي دهد . در نتيجه هرچه تبخير بيشتر صورت گيرد، غلظت مواد در آب باقيمانده بيشتر خواهد شد و به عبارت ديگر درجه تغليظ افزايش خواهد يافت. از اين رو درجه تغليظ عبارت است از نسبت مواد محلول موجود در آب در گردش به مقدار مواد موجود در آب تأميني (جبراني) . البته اين نسبت موقعي درست است كه مواد ديگري به آب اضافه نشده باشد. درجه تغليظ را مي توان از نسبت كلر آب در گردش به كلر آب جبراني حساب كرد.
   

[tower2010 696]

كنترل پارامترها

براي اينكه برج خنك كن خوب كار كند و در برابر عوامل خارجي پايدار باشد، بايد نكات زير مورد توجه قرار گيرد:

 

1. درجه تغليظ: معمولاً بين 2 تا 5 باشد.
   
2. بكار بردن مواد شيميايي: اين مواد عبارتند از؛ كلر، اسيد و مواد ثابت كننده (ضد خوردگي وضدرسوب). اين مواد بايد به نحوي در مكانهايي استفاده شود كه با آب سيستم كاملاً مخلوط گردد.
   
3. اضافه كردن گاز كلر: به منظور كنترل رشد موجودات زنده، غلظت آن نبايد از حد معيني كمتر شود.
   
4. اضافه كردن ضد لجن: براي جلوگيري از تشكيل رسوب.
   

خصوصيات سيستم خنك كن مدار بسته

سيستم خنك كن مدار بسته سيستمي است كه آب در آن در يك مسير بسته درگردش مي باشد و به علت عدم مجاورت با هوا تبخير در آن صورت نمي گيرد . بنابراين در تركيب آن تغيير چنداني به وجود نمي آيد . سيستم مدار بسته، مشابه هر شبكه آبي احتياج به بهسازي شيميايي دارد ولي چون هدررفتن آن كم است هزينه بهسازي در شرايط خوب سيستم، زياد نمي باشد.

براي اينكه سيستم به خوبي كاركند، آب اوليه وآب تأميني بايستي از كيفيت خوبي برخوردار باشند. سيستم مداربسته كارخانجات معمولاً در مراكز حساس مثل مدل هاي ريخته گري در كارخانجات ذوب فلز به كارگرفته مي شوند. مصرف وكاربرد سيستم سردكننده مدار بسته از اين لحاظ است كه اشكالات ناشي از رسوب در مبدل هاي حرارتي حساس را از بين ببرند. سرعت آب در مدار بسته بطور كلي كم و بين0/9 تا 1/5 متر بر ثانيه مي باشد و اختلاف دماي ايجاد شده در اين سيستم برابر 10 تا 15 درجه فارنهايت ( 6 تا 9 درجه سانتي گراد ) مي باشد.

سيستم مدار بسته چنانچه نشتي درپمپ ها و مراكز مصرف نداشته باشد، به آب جبراني بسيار كم نياز دارد . اين سيستم مجهز به مخزن انبساط و دريچه خروجي تبخير جزئي مي باشد. هرچند آب جبراني، آب كندانس شده مي باشد و احتمال رسوب و خوردگي بي اندازه كم است، لذا احتياج است بعضي اوقات آب آزمايش شده، و مقدار مواد محلول آن در صورتي كه آب نرم(آب عاري از ناخالصي) مصرف مي شود با مخزن آب تغذيه مقايسه گردد. چون غالباً اين سيستم در مدار داراي آلياژها و فلزات مختلف مي باشد در معرض خطر احتمالي خوردگي گالوانيكي قرار دارد. چون آب جبراني داراي غلظت كم اكسيژن است، لذا خوردگي به وسيله اكسيژن كم است. اما چنانچه مصرف آب جبراني زياد باشد و به دفعات آب وارد سيستم شود، احتمال وجود اكسيژن و خوردگي اكسيژن وجود دارد.

از نظر تئوري چون تغليظ در مدار صورت نمي گيرد، خطر توليد رسوب هم در آن كم است و چون رسوب وجود ندارد كاهش در تبادل حرارت نيز وجود ندارد و خوردگي نيز نبايد در سيستم باشد. ولي چنانچه به علت نشت، لازم باشد مكراً به سيستم آب اضافه شود، هرچند آب جبراني، آب كندانس باشد، ممكن است همراه آب، مواد معلق، اكسيژن و حتي ميكروارگانيسم ها نيز به سيستم اضافه شود ودرحاليكه سرعت آب كم مي باشد، پتانسيل ايجادرسوب افزايش مي يابد و شرايط خوردگي و بوجود آمدن رسوبات سخت در مبدل ها فراهم مي شود. از اينرو در سيستم هاي مداربسته كه نياز مكرر به آب جبراني باشد، لازم است تدابيري براي جلوگيري از ايجاد رسوب اتخاذ كرد.