برج های خنک کننده

[Farnoosh Khademi 20023]

دراکثر کارخانجات کوچک و بزرگ يکي از مهمترين و اساسي ترين دستگاهها مي توان انواع برجهاي خنک کنندهرا نام برد. برجهاي خنک کننده علاوه بر آب به منظور خنک کردن سيالاتي ديگر در صورتلزوم مورد استفاده واقع مي شود.

با توجه به اينکه برجهاي خنک کننده معمولاًًحجيم مي باشند و بعلت پاشيدن آب در محيط اطراف خود و خرابي تجهيزات آن را معمولاًٌدر انتهاي فرايند نصب مي کنند.

اگراز وسايل برجهاي خنک کننده صرف نظر نشود برايساخت برج تکنولوژي بالايي نياز نيست همانطور که در ايران در حال حاضر ساخت اينبرجها در حد وسيعي صورت مي گيرد. برجها با توجه به شرايط فيزيکي و شيميايي خاص خوددچار مشکلاتي مي شوند ولي معمولاٌ زماني لازم است تا اين مشکلات برج را از کاربياندازد طولاني است.،ولي عملاٌ اجتناب ناپذير است.

برج خنک کننده دستگاهي است که با ايجاد سطح وسيع تماس آب با هواتبخير آسان مي کند و باعث خنک شدن سريع آب مي گردد.عمل خنک شدن در اثر از دست دادنگرماي نهان تبخير انجام مي گيرد، در حالي که مقدار کمي آب تبخير مي شود و باعث خنکشدن آب مي گردد.بايد توجه داشت آب مقداري از گرماي خود را به طريق تشعشع ،هدايتيوجابجايي و بقيه از راه تبخير از دست می‌دهد.

بيشتر دستگاههاي خنک کن از يکمدار بسته تشکيل شده اند که آب در اين دستگاهها نقش جذب ، دفع و انتقال گرما را بهعهده دارد، يعني گرماي بوجود آمده توسط ماشين جذب و از دستگاه دور مي سازد. اين کارباعث ادامه کار يکنواخت و پايداري دستگاه مي شود.

در دستگاههايي که به دلايليمجبوريم آب را بگردش در آوريم و يا به کار ببريم بايد بنحوي گرماي آب را دفع کرد. با بکار بردن برجهاي خنک کننده اين کار انجام مي گيرد. در تمام کارخانه ها تعدادزيادي دستگاههاي تبديل حرارتي (heat exchanger) وجود دارد که در بيشترآنها آب عاملسرد کنندگي است.

بدلايل زير آب معمولترين سرد کننده هاست:

.1 بمقدار زيادوارزان در دسترس مي باشد.

.2 به آساني آب را مي توان مورد استفاده قرار داد .

 

.3 قدرت سرد کنندگي آب نسبت به اکثر مايعات( در حجم مساوي )بيشتر است.

.4 انقباض و انبساط آب با تغيير درجه حرارت جزيي است.

هر چند که آب براي انتقالگرما بسيار مناسب است با بکار بردن آن باعث بوجود آمدن مشکلاتي نيز مي شود.

آببا سختي زياد باعث رسوب سازي در دستگاهها شده و همچنين از آنجايي که بيشتر ايندستگاهها از آلياژ آهن ساخته شده اند مشکل خوردگي بوجود مي ايد. از طرف ديگر بيشتربرجهاي خنک کننده در بر خورد مستقيم با هوا و نور خورشيد مي باشند محيط مناسبي برايرشد باکتريها و ميکرو ارگانيسم ها نيز مي باشد که آنها نيز مشکلاتي همراهدارند.

وارد شدن گرد و خاک بداخل برج نيز در بعضي مواقع ايجاد اشکال مي نمايد.در کل اين مشکلات باعث مي شود که بازدهي دستگاه کم شده و در نتيجه از نظر اقتصادي مخارج زيادتري خواهند داشت. در اين مجموعه طبيعت اين مشکلات و شرايط بوجود آمدن آنها و راههاي جلوگيري از آنها را بطور مختصر شرح خواهيم داد.موارد استفاده از برجهاي خنک کننده را نيز در بخش هاي ديگري از اين مجموعه را در بر مي گيرد.

 

[Farnoosh Khademi 20023]

عموماً برجهاي خنک کننده (cooling tower) را به سه گروه تقسيم مي کنند:

1. برجهاي خنک کننده مرطوب

2. برجهاي خنک کننده مرطوب- خشک

3. برجهاي خنک کننده خشک

در برجهاي خنک کننده مرطوب، آب نقش اصلي و اساسي را داشته و هدف نيز همان خنک کردن آب است. اين نوع دستگاهها که خود به چند گروه و دسته تقسيم مي شوند در صنعت داراي کاربرد فراواني است.

از يرجهاي خنک کننده خشک بيشتر در مکانهاي که آب کافي براي خنک کردن برج وجود ندارد استفاده مي شود. عمل خنک کردن آب را نيز ميتوان از برجهاي سيني دار بصورت مرحله اي انجام داد.ولي عملاً بعلت وجود هزينه هاي زياد ساخت ،نگهداري و کنترل سيستم اين روش ، معمول نمي باشد.

براي انجام عمليات خنک سازي آب مي توان از برجهاي آکنده و سيني دار استفاده نمود.با وجود اين در مواردي که فازهاي مورد نظر آب و هوا با شند بعلت فراواني و ارزان بودن فازهاي فوق بدلايلي که در صفحه قبل ذکر شد از دستگاههاي ديگري استفاده مي گردد که ساختن و نگهداري آنها مستلزم هزينه هاي زيادي نمي باشد. از اين جهت بيشتر دستگاههايي که در مقياس صنعتي بکار مي رود ساختمان و خصوصيات بسيار عمده اي را دارا است که اينک به انواع مختلف اين دستگاهها اشاره مي شود.

 

 

[Farnoosh Khademi 20023]

بررسي برجهاي خنک کننده و اجزاء آن:

برج خنک کننده : COOLING TOWER

برج خنک کن دستگاهي است که با ايجاد سطح وسيعي در تماس آب با هوا ، عمل تبخير را آسان نموده و در نتيجه باعث خنک شدن سريع آب مي گردد.

عمل خنک شدن در اثر از دست دادن گرماي نهان تبخير انجام مي گيرد در حالي که مقدار کمي آب بخار مي شود و سبب خنک شدن آب مي گردد.بايد توجه داشت که آب مقدار اندکي از گرماي خود را از طريق تشعشع (Radiation) ودر حدود 4/1آن را از راه هدايت (Conduction) و جابجائي (Convection) و بقيه را از راه تبخير از دست می‌دهد.

اختلاف فشار بخار آب بين سطح آب و هوا باعث تبخير مي شود.اين اختلاف بستگي به دماي آب و ميزان اشباع هوا از آب دارد.

مقدار گرماي که بوسيله مايعي جذب يا دفع مي شود از رابطه زير بدست مي ايد :

E=W×S×DT

در رابطه بالا:

E :گرماي دفع يا جذب شده بر حسب BTU/hr يا CAL/hr

W :دبي مايع خنک شونده بر حسب lb/hr

S : گرماي ويژه مايع خنک کننده بر حسب lb.f/ Btu

DT :کاهش دماي مايع خنک شونده بر حسبD f

 

در حاليکه عمل خنک شدن از طريق تبخير انجام مي گيرد گر ماي نهان تبخير از دست داده شده بايد به آن اضافه گردد و آن برابر است با حاصل ضرب گرماي نهان تبخير در دبي .

 

مقدار تبخير بستگي دارد به سطح بر خورد آب با هوا و همچنين شدت جريان هوا دارد. براي اينکه حداکثر بهره برداري که در طرح آن بکار رفته است رعايت شود در برجهاي خنک کننده که آکنده هاي آن از نوع splash packing مي باشد آب به صورت قطره هاي در سطوح برج پخش مي شود تا سطح وسيعي بوجود ايد البته براي اين منظور مي توان از آکنه هاي نوع film packing نيز استفاده کرد.

 

جريان هوا در برج به صورت کشش طبيعي با استفاده از دودکش هاي هذلولي شکل يا کشش مکانيکي بوسيله بادبزنهاي مناسب در جهت مخالف آب ( counter-flow) و يا به طور متقاطع (cross-flow) با آن به جريان مي افتد .

 

[Farnoosh Khademi 20023]

سيستم برج خنک کننده :

در سيستم برج خنک کننده آب گرم کندانسور از برج خنک کننده عبور مي کند و با هوا تماس مي يابد. در برجهاي خنک کننده با کشش طبيعي ،پوسته خارجي برج از بتن مسلح ساخته شده ودر روي پايه ها تکيه دارد . هوا از قسمت پائين وارد برج خنک کننده مي شود و به طرف بالا جريان مي يابد و از دهانه بالاي برج خارج مي گردد.

انواع ديگري از برجهاي خنک کننده که از چوب و ساير مصالح ساخته مي شود نيز وجود دارد.در برجهاي خنک کننده با کشش طبيعي هوا شکل برج طوري طراحي مي شود که جريان سريع هوا در داخل برج بوجود ايد.

آب گرم از کندانسور در ارتفاع 10 تا 15 متر بالاتر از سطح استخر به سيستم پخش کننده آب وارد مي شود . در برجهاي قديمي تر صفحه اي که آب خروجي از کندانسور به آن ريخته مي شود داراي سوراخهاي منظمي در قسمت پائين است که آب از داخل اين سوراخها به فنجانهاي زيرين مي ريزد. اين فنجانها باعث پاشش آب و تبديل آنها به قطرات کوچک مي شوند. يک سيستم خيلي جديد براي پخش آب در برج خنک کننده بکار بردن لوله هايي است که در سطح بالاي آن شيپوره هايي براي پاشش آب تعبيه شده است.

تبادل حرارت بين هواي بالارونده از برج و آبي که از برج سرازير است با تغيير حرارت محسوس در اثر اختلاف درجه حرارت بين آب و هوا انجام مي شود. سهم اين قسمت از تبادل حرارتي خيلي کم است و قسمت عمده تبادل در اثر تبخير مقدار کمي آب که پيوسته همراه هوا مي باشد،انجام مي شود. در اثر اين عمل مقدار زيادي گرما از آب سرازير شده در برج خنک کننده ( بستگي به مقدار آبي که تبخير شده است) به هوا منتقل مي گردد(Evaporating loss). ضمناً مقداري از قطرات آب بوسيله هوا بخارج از برج پراکنده مي شود(Windage loss). براي جلوگيري از خروج قطرات آب يک شبکه چوب در اطراف برج و حدود 3 متر بالاتر از توده تخته ها قرار دارد . کمبود آب تبخير شده در سيستم برج خنک کننده بايد از منبع خارجي جبران شود که به آن ،آب تکميلي يا آب جبراني (Makeup) گويند . براي اين منظور در صورت امکان از آب رودخانه استفاده کرد يا فاضلابها را تا حد امکان صاف و تصفيه کرده و استفاده نمود .

هنگاميکه از نظر فضاي ساختمان برج خنک کننده محدوديتي وجود داشته باشد ظرفيت برج خنک کننده راتا حد امکان با استفاده از بادبزنهاي مخصوص و بزرگي اضافه مي نمايند. اين بادبزنها مقدار عبورهواي خنک کننده در داخل برج را زياد مي نمايد .

 

 

- - - Updated - - -

 

عوامل مؤثر در طراحي برجهاي خنک کننده :

عوامل مؤثر در طراحي برجهاي خنک کننده را بطور خلاصه مي توان بصورت زير بيان کرد :

1. ميزان افت درجه حرارت (اختلاف دماي ورودي وخروجي برج)

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

3. دماي مرطوب محيط : اصولاً خنک کردن آب زير اين دما غير ممکن است .

4. شدت جريان آب

5. شدت جريان هوا

6. نوع آکنه هاي برج

7. روش پخش آب

به تجربه ثابت شده است که براي هر 10 درجه فارنهايت افت دما در برج خنک کننده ميزان تبخير در حدود يک درصد کل آب در حال گردش مي باشد .

چون نمک هاي کلرور حلاليت زيادي دارند غلظت يون کلر در آب ورودي به برج وآب در حال گردش راهنماي بسيار خوبي براي تعيين غلظت بوده و بنابراين هميشه بايد آنرا بازديد و بررسي نمود .

افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق در آب در حال گردش در برج خنک کننده ايجاد اشکال مي نمايد که براي جلوگيري از افزايش غلظت مواد محلول و مواد معلق مقداري از آب در حال گردش را تخليه مي کنند که اين آب در صنعت به زير آب (Blow down) معروف است .

مقدار آب برج همچنين ممکن است تصادفي يا بوسيله باد تقليل يابد . اصولاً در برجهاي خنک کننده مقداري آب بصورت گرد درآمده و توسط باد يا کشش از برج خارج مي شود .

مقدار تخليه لازم در يرج براي کنترل مواد محلول و معلق مجاز را مي توان از رابطه زير بدست آورد :

M=(B+W)*C

که در رابطه فوق

B : مقدار زير آب بر حسب gal/hr يا m3/hr

E : مقدار آب تبخير شده بر حسب gal/hr يا m3/hr

C : ضريب غلطت پيشنهاد شده براي برج

W : مقدار آبي که توسط باد خارج مي شود بر حسب gal/hr يا m3/hr

مقدار آبي که باد همراه خود از برج خارج مي سازد در رابطه بالا منفي است ،زيرا آب مواد محلول و معلق را نيز با خود مي برد . بنابراين تاثير در غلظت و بالا بردن املاح آب ندارد .

مقدار آب لازم جهت آب کسري برج از رابطه زير بدست آورد :

MAKE UP = E +B + W

اطلاعاتي که از طرف خريداران در اختيار فروشندگان قرار مي گيرد در طرح برج اهميت فراواني دارد . مانند اختلاف دما ، مقدار آب در حال گردش ،مقدار زير آب .

کمبود آب در اثر تبخير و باد را با استفاده از رابطه هاي بالا بررسي مي کنند .

 

[Farnoosh Khademi 20023]

قسمتهاي اصلي برج خنک کننده:

 

 

الف) لوله ها و آکنه ها

شامل قسمتهاي هستند که درجريان انتقال حرارت دخالت داشته در ضمن باعث مي شود که مقدار آب گرد شده که همراه باد خارج مي شود کم شده و از خروج آنها از برج جلوگيري شود.همچنين نگهدار خوبي براي قسمتهاي ديگر برج مي باشد . در مورد مشخصات آکنه ها در همين فصل توضيح داده خواهد شد.

 

 

ب)حوضچه

حوضچه در پائين برج قرار دارد که آب خنک کننده در آن جمع مي گردد.به حوضچه يک جريان بنام آب تکميلي يا آب جبراني (MAKE UP) وارد مي شود و يک جريان براي استفاده در دستگاههاي تبادل حرارت از آن خارج مي گردد .علاوه بر جمع آوري آب در حوضچه ،آب قبل از اينکه به سمت کندانسور پمپ شود صاف نيز مي گردد.

حوضچه هاي برجهاي بزرگ و مفيد از بتن ساخته شده اند .عموماً اين حوضچه ها طوري طراحي مي شوند که برج بدون اضافه کردن آب جبراني مي تواند براي چندين ساعت کار کند .

از زهکش براي برطرف کردن لجن ته نشين شده و کنترل سطح آب در حالتي که جريان موج دار که در کف قرار دارد ترک مي کند و به ميان سرندي که از ورود اشغال تجمع يافته به ورودي پمپ جلوگيري مي کند ،مي ريزد .

 

پ)بادبزنها

در برجهاي خنک کننده با کشش مکانيکي باد بزنهاي نصب مي شوند تا جريان هواي لازم را جهت عبور از آکنه ها توليد نمايد .بادبزنها در برجهاي خنک کننده با کشش مکانيکي کاربرد دارند . توضيح در اين مورد ضرورتي ندارد و به همين مقدار اکتفا مي شود

 

ت) حذف کننده ها

اين وسيله از خارج شدن قطرات آب بوسيله کشش هوا از برج جلوگيري بعمل مي آورد . تيغه ها معمولاًطوري نصب مي شوند که با سطح افق زاويه اي در حدود 45 درجه بسازد .جنس اين تيغه ها از چوب ، فلز يا پلاستيک ممکن است ساخته شده باشند .درباره کشش و حذف کننده هاي کشش بعداً مفصلاً توضيح داده خواهد شد .

 

ث) آکنه ها

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

SPLASH PACKING.1

FILM PACKING.2

 

 

1. SPLASH PACKING :

در اين نوع آکنه ها آب بر اثر برخورد با تيغه ها پخش و به صورت قطره قطره در آمده که در نتيجه ايجاد سطح وسيع مي نمايد .از آنجايکه قطرات آب همراه پيوسته بوده و وزن سنگين دارند اين نوع دسته بندي ممکن است در اثر جريان دائمي از هم گسيخته گردد.

 

 

2. FILM PACKING :

در اين نوع آکنه ها سطح وسيع از آب در اثر جريان آن در روي تيغه ها بوجود مي ايد . به طرق گوناگون مي توان چنين سطح وسيعي ايجاد کرد

a. GIRD PACKING

در اين نوع آکنه ها از يک سري شبکه هاي که معمولاً از چوب بوده و روي يکديگر قرار گرفته اند استفاده مي شود .اين شبکه ها طوري نصب گرديده که همراه هر شبکه با شبکه هاي اطراف خود زاويه 90 درجه مي سازند وباين شکل در سطوح شبکه ها پخش مي گردد .

b. RANDOM PACKING

اين نوع آکنه ها موادي با سطح زياد درست شده که به طور نا منظم در داخل برج قرار دارند . يکي از دلايل نا مرغوب بودن اين نوع آکنه ها ايجاد مقاومت زياد در مقابل جريان هوا مي باشد . اين نوع آکنه ها داراي قسمتهاي حلقوي است که قطر هر حلقه با طول آن برابر است . اين حلقه ها از جنس هاي مختلفي يوده وسطح تماس آب با هوا را زياد مي کنند.

c. PLATE TYPE FILM PACKING

اين نوع آکنه ها از صفحات نازک پلاستيکي چين دار ساخنه شده اند که با زاويه کمي کمتر از 90 درجه با سطح افق نصب شده اند. چين هاي روي صفحات باعث بوجود امدن سطح زياد مي گردند .

مشخصات و خصوصيات آکنه ها در بخش هاي اينده تشريح خواهد شد .آکنه ها بايد طورب انتخاب شوند تا هم سطح تماس آب و هوا براي نسبتهاي بالاي انتقال حرارت و انتفال جرم مناسب ياشند و هم مقاومت کمتري در مقابل جريان هوا داشته باشند .آکنه ها بايد محکم ، سبک و در برابر خوردگي و خراب شدن مقاوم باشد.

 

[Farnoosh Khademi 20023]

مشخصات و خصوصيات آکنه ها :

مشخصات و خصوصيات آکنه يک برج خنک کننده را در يک برج خنک کننده آزمايشي اندازه گيري مي کنند. يک نمونه از اين برج در نيروگاه برق groyden A در سال 1950 بنا شده بود و در آن زمان فکر مي کردند بزرگترين نوع خود در کشور باشد . در اين برج يک مقطع از آکنه با مربعي به ضلع 4 ft وعمق 8 ft را مي توان زير يک تغيير بار آب و هوا و اتلاف حرارتي براي اندازه گيري ضريب انتقال حجمي و مقاومت جريان هوا نصب و آز مايش کرد . بزرگي اين برج يک مسئله اساسي است در غير اينصورت مقدار آبي که به ظرف پائين ديواره ريزش مي کند کافي است تا بر روي دقت آزمايش تاثير بگذارد.

هر دو جريان آب وهوا توسط اوريفيس اندازه گيري مي شود . جريان آب بيشتر در مقابل يک حجم اندازه گيري شده تانک ، چک خواهد شد.

 

منبع:مهندسان ایران

[mim-shimi 25686]

[TABLE=class: pn-listpages-table-border, width: 100%, align: center]

[TR]

[TD=colspan: 2, align: right]

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=align: justify][/TD]

[TD=class: pn-normal, align: justify][TABLE=width: 100%]

[TR]

[TD=width: 5%]نام تجهيز :[/TD]

[TD=class: data]برج خنك كننده (Cooling Tower)[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=class: data, colspan: 2]چكيده:

 

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.

 

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.
   

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.

مشكلات عملياتي برج هاي خنك كننده

عمده ترين مشكلات سيستم هاي سردكننده عبارتند از:

 

1. خوردگي
    
   
2. رسوب گذاري كه از مهمترين آنها مي توان رسوبات ميكروبيولوژي را نام برد.
    
   
3. كف كردن
   

خوردگي

خوردگي در سيستم هاي سردكننده و انتقال آب مهمترين و عمده ترين مشكل مي باشد . عوامل اصلي در خورده شدن فلزات مخصوصاً فلزات سري آهن در سيستم سردكننده عبارتند از:

 

• كيفيت آب: بالا رفتن غلظتهاي نمك محلول در آب، خوردگي را شدت مي بخشد، زيرا زياد بودن غلظت مواد در آب غلظت يوني را افزايش مي دهد كه نتيجه آن بالا رفتن فعل و انفعالات يوني و احتمالاً تشكيل نمكهاي خورنده از طريق جابجايي نمك هاي محلول مي باشد. از نمك هاي محلول در آب، كلرورها بيشترين سهم را در افزايش ميزان خورندگي دارند.
   
  
• اثر حرارت: با افزايش درجه حرارت، خوردگي افزايش مي يابد.
   
  
• اكسيژن محلول در آب: به فلز آهن حمله ور شده، سبب خوردگي و سوراخ شدن آن مي شود. منبع اصلي آن، اكسيژن محلول در آب در تماس با هواست.
   
  
• ميكروارگانيسم ها: باكتري هاي احياءكننده سولفات با توليد هيدروژن سولفوره و اسيدسولفوريك خوردگي را در سيستم سبب خواهند شد.
  

جلوگيري از خوردگي

به طور كلي در سيستمي كه با آب سر و كار دارد، محافظت فلزات و آلياژها به طوركامل در برابر خوردگي غيرممكن است. هدف از كنترل خوردگي، رسيدن به حد قابل قبول از طريق طراحي درست، انتخاب فلزات و آلياژهاي مناسب و همچنين بهسازي آب و تركيبات شيميايي متناسب با شرايط سيستم و كيفيت آب است. عده اي معتقدند براي رسانيدن خوردگي به حداقل بايستي طراحي خوب انجام شود و فلزات و آلياژهاي مناسب انتخاب گردد، اما با توجه به مسائل اقتصادي و امكانات، اكثريت كارشناسان و مهندسين آب و خوردگي معتقد مي باشند تنها راه رسانيدن خوردگي به حد قابل قبول استفاده از مواد شيميايي مي باشد.

رسوب

منابع ايجاد رسوب

 

1. منابع داخلي: يكي از اساسي ترين منابع توليد رسوب كيفيت خود آب است كه علاوه بر مواد محلول در آب ممكن است داراي مواد معلقي همچون تركيبات سيليسي، آهن محلول يا رسوب، منگنز يا موادي كه درنتيجه صاف كردن آب به آن اضافه شده است باشد.
    
   
2. منابع خارجي: مهمترين عامل خارجي ايجاد رسوب در يك سيستم سردكننده، مخصوصاً سردكننده مدارباز، هوا مي باشد. برج خنك كن مانند يك مكنده بزرگ هواست و آب وسيله مناسبي براي جذب گرد وخاك، ميكروارگانيسم ها و ساير ذرات است كه در حجم بسيار بزرگ در مجاورت آب قرار دارند و چون مواد معلق در هوا بر حسب شرايط جوي و فصول مختلف تغيير مي كند، مواد معلق در برج نيز هميشه در حال تغييراست.
   

انواع رسوب

براي جلوگيري از ايجاد رسوب در سيستم بايد نخست آنها را شناخت تا بتوان به نحو موثر با آنها مبارزه كرد. رسوب ها، مخلوطي از گردوخاك، آلودگي هاي آب، روغن، ميكروارگانيسم ها و محصولات خوردگي مي باشند. عوامل مؤثر تشكيل دهنده آنها عبارتند از :

 

• آلودگي هاي آب تأميني
   
  
• مواد جامد معلق در آب
   
  
• آهن، منيزيم و آلوميناي موجود در آب
   
  
• آلودگي هاي فرايند
   
  
• سرعت جريان، درجه حرارت وPH آب
  

بطوركلي با توجه به كيفيت و منابع تأمين آب و درنظر گرفتن مسائل اقتصادي، تشكيل رسوب را با اتخاذ يك يا دو روش توأم زير به حداقل مي رسانند:

 

1. حذف مواد مولد رسوب از آب
    
   
2. اصلاح آب به منظور جلوگيري از نشست يا چسبيدن مواد به سطوح فلزي
   

ميكروارگانيسم ها

تقريباً مي توان گفت تمام صنايعي كه با آب سروكار دارند، ميكروارگانيسم ها در آن صنايع اثر مي گذارند، زيرا تعداد زيادي از فعل و انفعالات شيميايي بوسيله ميكروارگانيسم ها انجام مي شود.

در پاره اي از صنايع مثل صنايع غذايي، دستگاه هاي سردكننده كارخانجات صنايع شيميايي، ميكروارگانيسم ها، ضررهاي زيادي را ايجاد مي كنند و حتي ممكن است مسير توليد را تغيير دهند. تابش مستقيم نور خورشيد به برج هاي خنك كننده، وجود حرارت مناسب وغذا كه ممكن است در نتيجه نشت از مسير توليدات كارخانه به برج وارد شود، فراواني اكسيژن در نتيجه ريزش و تلاطم آب در سيستم مداري باز محيط خوبي براي رشد و تكثير ميكروارگانيسم ها مي باشد.

كنترل ميكروارگانيسم ها در برج هاي خنك كننده

از نظر عملي در بيشتر سيستم هاي آب صنعتي در استفاده از طرق فيزيكي براي نابودي و كنترل فعاليت ميكروارگانيسم ها محدوديت زيادي وجود دارد. مثلاً حرارت دادن آب تا 70 درجه ممكن است بسياري از ميكروارگانيسم ها را از بين ببرد اما منظور اصلي استفاده از برج، خنك كردن آب و استفاده از آن در مبدل ها و يا مراكز ديگر كارخانه مي باشد. تشعشع، مثل اشعه گاما يا اشعه ايكس و يا حتي فركانس هاي خاصي از صوت مي تواند از فعاليت ميكروارگانيسم ها جلوگيري كرده، آنها را بكشد. اما اين نوع كنترل متضمن هزينه بسيار و تجربيات عملي زياد مي باشد. از روش هاي شيميايي نيز كه مي توانند كنترلي در برابر موجودات زنده موجود در آب برج باشد PH است كه اكثريت ميكروارگانيسم ها قادر به ادامه زندگي، رشد و تكثير در محدوده هاي خاصي از PH نمي باشند اما اين PH هاي اسيدي يا قليايي نيز مسائل عمده اي را در برج بوجود خواهد آورد . بنابراين تنها راه مبارزه و كنترل ميكروارگانيسم استفاده از تركيبات و ميكروب كش هاي شيميايي مي باشد.

معمولي ترين تركيباتي كه براي كنترل ميكروارگانيسم برج هاي خنك كن مصرف مي شوند، عبار تند از ؛ كلر، برم، فنل كلروينه و نمك هاي مس.

كلر يكي از مؤثرترين مواد براي كنترل ميكروارگانيسم ها در سيستم سردكننده مدار باز مي باشد. تصميم در مورد اينكه در يك برج، كلر يا مواد ديگر مصرف شود بستگي به بررسي اقتصادي، مقدار كلر موردنياز، هزينه محل، كارگر و نصب تجهيزات دارد. در حال حاضر هيچ ماده ميكروب كشي وجود ندارد كه بتواند طيف وسيعي از ميكروارگانيسم هاي موجود در برج هاي خنك كن را از بين ببرد. از اينرو با تجربه و دقت بايستي بر مبناي شرايط عملكرد هر برج، ماده ميكروب كش انتخاب گردد. تنها، توجه به ارزان بودن يك ماده شيميايي و انتخاب آن، نه تنها اقتصادي نيست بلكه ممكن است متضمن ضررهايي نيز باشد . مواد شيميايي بايد به نحوي انتخاب شوند كه در صورت مخلوط شدن و وارد شدن در مسير فرايند خساراتي متوجه آن نسازد.

كف كردن

در پاره اي از برج هاي خنك كننده، توليد كف مي تواند موجب مشكلاتي شود. ريزش آب از بالاي برج و جذب هوا توسط آن، سبب توليد جباب هايي در آب خواهد شد كه همراه مقداري روغن و تركيباتي آلي مشابه مي باشدكه در كل برج پخش خواهد شد. در اغلب موارد ايجاد كف، علاوه بر كاهش ظرفيت حوضچه برج از طريق انسداد لوله هاي انتقال آب خساراتي را متوجه پمپ ها خواهد نمود. يكي از عواملي كه سبب ايجاد كف در برج خواهد شد، مواد تثبيت كننده اي مي باشد كه به چوب برج ها براي محافظت آنها تزريق مي گردند . اين پديده غالباً بعد از چند هفته كار برج مرتفع خواهدگرديد. يادآوري مي كنيم كه يكي از مهمترين اجسامي كه براي ايجاد سطح تماس بين آب و هوا در برج هاي خنك كننده از آن استفاده مي شود الوارهاي چوبي است. براي بهبود شرايط سيستم بايد از ضد كف هاي مناسبي استفاده نمود.

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

منبع: پترونت

[mim-shimi 25686]

[TABLE=class: pn-listpages-table-border, width: 100%, align: center]

[TR]

[TD=colspan: 2, align: right]

[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=align: justify][/TD]

[TD=class: pn-normal, align: justify][TABLE=width: 100%]

[TR]

[TD=width: 5%]نام تجهيز :[/TD]

[TD=class: data]برج خنك كن طبيعي (Natural Cooling Tower)[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=class: data, colspan: 2]اين نوع برج ها، ساختمان هايي هستند، قائم (با ارتفاع نسبتاً زياد) به صورت استوانه اي، مخروط ناقص كه از پوسته هاي فلزي يا بتني و با سطح جانبي مسدود تشكيل شده اند، كه بر روي تعدادي ستون قائم يا مورب با بلندي نسبتاً زياد (تا حدود 20 متر) قراردارند. اساس كار اين برج ها عبارت است از استفاده از قانون فيزيكي حاكم در دودكش ها، يعني جريان يافتن هوا از ناحيه پرفشار به ناحيه كم فشار.

استفاده از برج هاي خنك كن طبيعي نسبت به نوع مكانيكي، داراي مزاياي زير مي باشد:

 

1. هزينه كم بهره برداري؛ زيرا نياز به انرژي خاص نداشته و براي بهره برداري از آن نيازي به نصب، تعميرو نگهداري خاصي نيست.
    
   
2. هميشه آماده بهره برداري است و احتياج به متوقف كردن و تعميرات دوره اي ندارد.
    
   
3. براي ظرفيت هاي بسيار زياد سرمايش، مناسب است.
   

در اين قسمت مكانيزم كار اين نوع به طور مختصر شرح داده مي شود:

آب گرم از قسمتهاي پايين اين برج ها، به جريان درآمده و مقداري از گرماي آن به هواي مجاور منتقل شده، باعث گرم شدن و درنتيجه سبك شدن هوا مي گردد. هواي گرم شده در اثر سبكي وزن به ارتفاعات بالاتر در داخل برج منتقل مي شود و به اين ترتيب هواي سبك در ارتفاعات بالا و هواي سنگين در ارتفاعات پايين قرار مي گيرد كه عامل جريان يافتن هوا از پايين به بالاست. براي آنكه هواي سردي كه در ارتفاعات پايين و در سطح زمين، در اطراف برج وجود دارد، بتواند در اين جريان هوايي شركت نمايد، قسمتهاي پايين ساختمان برج در سطح جانبي باز است و دراين قسمت فقط ستونهاي برج قرار دارند. در زير تصاويري از اين نوع برجها آورده شده است.

شكل 1 - تصويري از Cooling towerهاي طبيعي مورد استفاده در صنعت

شكل 2 - تصويري از Cooling tower هاي طبيعي مورد استفاده در صنعت

شكل 3 - تصوير بالا داخل يك Cooling tower طبيعي را نشان مي دهد.

ميزان جريان هواي برقرار شده در سيستم فوق از يك طرف به اختلاف فشار در بالا و پايين برج و از طرف ديگر به سطح مقطع ورودي برج بستگي دارد و براي ايجاد اختلاف فشار در بالا و پايين برج بايستي ارتفاع آن را به نسبت تغيير داد و براي ازدياد سطح مقطع برج بايستي قطر پايه را اضافه نمود. به اين ترتيب با تغيير دادن دو پارامتر فوق مي توان ظرفيت سرمايشي برج را متناسب با نياز كارخانه افزاش يا كاهش داد.

بطوركلي با افزايش ارتفاع و قطر پايه برج خنك كن طبيعي كارايي آن بالا مي رود و ظرفيت سرمايشي آن افزايش مي يابد.

نسبت افزايش قيمت ساخت برج به مراتب كمتر از افزايش راندمان برج است و به همين جهت امروزه ساخت برج هاي عظيم بسيار اقتصادي تر از نوع كوچك آن مي باشد.

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

منبع: پترونت

[mim-shimi 25686]

[TABLE=class: pn-listpages-table-border, width: 100%, align: center]

[TR]

[TD=colspan: 2, align: right]برج خنك كن طبيعي مدار بسته (خشك) [/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=align: justify][/TD]

[TD=class: pn-normal, align: justify][TABLE=width: 100%]

[TR]

[TD=width: 5%]نام تجهيز :[/TD]

[TD=class: data]برج خنك كن طبيعي مدار بسته (خشك) (Natural Cooling tower with closed Circuit - Dry)[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=class: data, colspan: 2]چنانچه آب گرم در سيستم بسته اي مانند رادياتور، در معرض برخورد با هواي جاري در برج قرار گيرد، پس از طي طول سيستم مبدل حرارتي از گرماي آن كاسته شده و مي توان از آن براي سرمايش ماشينهاي كارخانه استفاده نمود. از آنجا كه در اين نوع، آب در سيستم بسته قرار دارد و تماس مستقيم بين آب گرم و هوا وجود ندارد، امكان تبخيرشدن و خروج از سيستم را نداشته و نياز به جايگزيني آب اضافي (Make up) نخواهد بود. اين نوع برج به نوع خشك يا بسته موسوم است. از مزاياي ديگر اين نوع آن است كه غلظت آب موجود در مدار بسته سيستم نيز ثابت خواهد بود.

محاسن و معايب برج خنك كن طبيعي خشك نسبت به نوع تر (مدار باز) را مي توان به صورت زير خلاصه نمود:

الف) محاسن:

 

• آزادي عمل در انتخاب محل كارخانه بدون توجه به منابع آب منطقه
   
  
• به علت خشك بودن نسبي هواي داخل و خارج برج، مي توان بدون بيم از مسأله خوردگي از اسكلت فلزي براي برج استفاده نمود.
   
  
• نياز به آب اضافي براي جايگزيني تبخير يا پايين آوردن غلظت مواد محلول در آب ندارد كه خود نوعي صرفه جويي در هزينه است.
   
  
• ستون بخار بر بالاي آن تشكيل نمي شود.
  

ب) معايب

 

• نياز به مبدل هاي حرارتي دارد.
   
  
• در ابعاد مساوي با نوع تر، داراي قدرت سرمايشي كمتري است.
  

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

منبع: پترونت

[mim-shimi 25686]

[TABLE=class: pn-listpages-table-border, width: 100%, align: center]

[TR]

[TD=colspan: 2, align: right]برج خنك كن طبيعي مدار باز (تر) [/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=align: justify][/TD]

[TD=class: pn-normal, align: justify][TABLE=width: 100%]

[TR]

[TD=width: 5%]نام تجهيز :[/TD]

[TD=class: data]برج خنك كن طبيعي مدار باز (تر) (Natural cooling tower open circuit - Wet)[/TD]

[/TR]

[TR]

[TD=class: data, colspan: 2]در اين برج ها، آب گرم توسط يك شبكه توزيع و پخش، در يك مدار باز، در تماس مستقيم با هواي جريان يافته در برج قرار مي گيرد تاگرماي آن به هوا منتقل گردد. در اين سيستم، ا نتقال گرما از آب به هو ا از طريق جابجايي و تبخير صورت مي گيرد.

در سيستم فوق، به علت تماس مستقيم آب گرم با هوا، معمولاً 0/3 تا 1 درصد آب در گردش به صورت بخار از آب جدا شده و با هوا مخلوط مي گردد كه غالباً باعث اشباع شدن هواي خروجي از برج مي گر دد. اين پديده در روزهاي سرد به صورت ابر سفيدي كه از دهانه برج خارج مي گردد نمايان است.

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

[/TD]

[/TR]

[/TABLE]

منبع: پترونت

[mim-shimi 25686]

برج خنك كننده طبيعي مختلط

 

نام تجهيز : برج خنك كننده طبيعي مختلط (complex natural Cooling tower)

 

اين نوع برج، اختلاطي از دو نوع سيستم تر و خشك (مدار باز و بسته) است. با امتزاج اين دو سيستم در ابتدا هواي جريان يافته مقداري از گرماي آب را گرفته و گرم مي شود، به اين ترتيب از اشباع شدن هوا توسط بخار آب و مشكلات ناشي از آن پيشگيري مي شود و اين هواي نسبتاً گرم به صورت مستقيم با آب تماس يافته، آن را خنك مي كند.

 

منبع: پترونت