تماس: 02126709918 - 02126709368
برج خنک کننده یا برج خنک کن یا کولینگ تاور (Cooling Tower)، دستگاهی است که گرمای بوجود آمده در فرآیندها، ماشین ها و دستگاه های صنعتی را از آب در حال جریان دریافت و از طریق تبخیر آن را به اتمسفر انتقال می دهد و مجدداً آب خنک را به سیستم برمی گرداند. در برج خنک کن، بخشی از آب با دریافت گرما از فاز مایع به فاز بخار تبدیل شده و به اتمسفر وارد می شود.
هنگامی که این تبخیر انجام شود با توجه به انرژی که از آب گرفته شده، میزان دمای مابقی آب که به صورت سیال است کاهش می یابد. به این پدیده، سرمایش تبخیری (Evaporative Cooling) می گویند و این همان چیزی است که در کولینگ تاور مورد استفاده قرار می گیرد.
در یک جمله مختصر باید گفت که برج خنک کننده (کولینگ تاور)، یک منبع تولید کننده آب خنک مورد نیاز صنایع مختلف است. آب سرد تولید شده بوسیله این منبع برودتی، مجدداً انرژی اضافی تجهیزات را جذب و آن را به هوا منتقل می کند.
این فرآیند، در واقع تبادل یک سیکل تکراری می باشد که دمای فعالیت ماشین آلات صنعتی را دائماً ثابت نگه می دارد. این دستگاه سرد کننده و تبریدی با فراهم کردن دائم آب سرد می تواند گرمای چیلرها، دیگ ها یا کوره های القایی را بگیرد. کاهش دائمی دمای ماشین آلات و جذب گرمای آنها یک دغدغه بزرگ در تضمین ثبات سیستم به شمار می آید.
برج خنک کن به صورت گسترده در انواع صنایع به کار می رود؛ از جمله در صنایع نفت، پالایشگاه، پتروشیمی، نیروگاه حرارتی، نیروگاه اتمی، کارخانجات شیمیایی، غذایی، دارویی، صنایع ذوب فلزات، ریخته گری، کوره های القایی، صنایع تولید لاستیک و پلاستیک، صنایع تولید شیشه، صنایع تولید سرامیک و کاشی، صنایع تولید خودرو، صنایع رنگ، کارخانجات تولید لبنیات و مواد غذایی، صنایع تولید کاغذ و تقریباً هر جایی که در پروسه تولید و ساخت نیاز به آب خنک باشد.
برای خنک کردن هوای درون ساختمان از تجهیزات سرمایش استفاده می شود. تجهیزات اصلی یک سیستم سرمایش عبارتند از: چیلر، برج خنک کن (برج خنک کننده یا کولینگ تاور)، فن کوئل، هواساز و پمپ.
چیلرها آب بسیار سرد با دمای 5 تا 10 درجه سانتیگراد تامین می کنند؛ این آب سرد وارد فن کوئل و هواساز می شود و هوای داخل ساختمان را خنک می کند. چیلر در هنگام کار گرم می شود و برای فعالیت مداوم و موثر نیاز به خنک کردن آن می باشد.
“کولینگ تاور” برای خنک کردن چیلر به کار می رود. برج خنک کن، گرمای چیلر را گرفته و به هوا می فرستد. انتخاب چیلر و برج خنک کن برای ساختمان وابسته به شرایط آب و هوایی منطقه می باشد. شرایط انتخاب در شهر تهران در جدول زیر نشان داده شده است.
(مطالعه بیشتر در مورد چیلر و برج خنک کننده)
انرژی حرارتی دفع شده در برج خنک کننده به محیط اطراف باعث سرد شدن سیال خنک کننده شده و از این جهت برج خنک کن را نوعی سرد کننده صنعتی نیز به شمار آورند. انتقال انرژی در برج خنک کننده از طریق گرمای نهان تبخیر سیال خنک کاری صورت می پذیرد و از این رو درصد کمی از حجم سیال در گردش، تبخیر می شود و سپس وارد هوای محیط بیرون می شود.
سیال خنک کننده باید در گردش خود در یک سیکل گرمازا و در عبور از برج خنک کننده، توانایی دریافت میزان قابل توجهی از انرژی را دارا باشد.
در واقع توانایی دریافت انرژی در سیال خنک کننده، تحت عنوان ظرفیت گرمایشی ویژه عنوان می شود که بهترین سیال در عملیات خنک کنندگی در یک چرخه صنعتی آب می باشد. انتقال جرمی بخارات حاصل از تبخیر در برج خنک کننده در صورتی که سیال در گردش از نوع آب باشد، باعث افزایش رطوبت نسبی محیط اطراف و در نهایت تشکیل مه می شود.
بنابراین همواره توصیه می شود که برج خنک کننده در محیط بیرونی (outdoor) نصب شود تا هوای داخل محیط قرارگیری به مرور زمان اشباع نشده و راندمان نهایی (Efficiently) عملکرد برج با افت روبرو نشود.
ابعاد برج خنک کننده در واقع فاکتور اصلی ایجاد سطح مبادله انرژی به شمار می آید . هر چقدر که برج خنک کن ابعاد بزرگتری داشته باشد، سطح مقطع بزرگتری نیز خواهد داشت که این موضوع در نهایت باعث انتقال حجم بیشتری ازحرارت بیشتر می شود.
ابعاد و اندازه یک کولینگ تاور رابطه مستقیمی با ظرفیت سرمایی یا توان برودتی دارد. برج های بزرگتر، ظرفیت بیشتری خواهند داشت. امروزه نمونه های از اسکیل بزرگ کاربرد برج خنک کننده را در صنعت در نیروگاه و پالایشگاه ها می توان به راحتی جستجو نمود.
در اکثر نیروگاه ها به طور معمول از برج های غول پیکر بتنی با سازه هذلولی جهت خنک نمودن حجم بسیار زیادی از آب در ساعت استفاده می شود. در اسکیل کوچک و در ابعاد تقریبی 100 در 100 می توان مشاهده نمود که برجهای خنک کننده کوچک در صنایع کوچک همانند تزریق پلاستیک، گلاب گیری و عرق گیری استفاده می گردد.
مشخصات ابعادی دستگاه های برودتی و ماشین آلات فاکتوری است که همواره در کاتالوگ محصولات شرکت های سازنده می توان آن را مشاهده نمود.
برج خنک کن مدار باز به سیستمی گفته می شود که آب را بوسیله یک سیکل باز (از نظر انتقال جرم) خنک می کند. آب در این نوع از سیستم ها توسط یک سری نازل روی سطوح خنک کننده یا پکینگ ها پاشیده می شود و به علت افت دما از خروجی تشتک آن خارج می گردد. هوا نیز از قسمت لوور یا کرکره های ورودی هوا به برج وارد می شود.
سیستم ها و فرآیندهای صنعتی حرارت زیادی را به شکل آب داغ تولید می‌کنند که این آب باید خنک گردد. این آب داغ از داخل کولینگ تاور عبور می کند و در معرض هوای خشک و خنک محیط قرار می گیرد. گرما بوسیله تبخیر دفع می گردد. این آب خنک مجدد وارد فرآیند شده و گرم می شود، این سیکل بارها و بارها تکرار می شود.
آبگرم در برج خنک کن بوسیله نازل به قطرات ریز تبدیل شده و بروی پکینگ پاشیده می شود که موجب افزایش سطح تماس و افزایش میزان تبخیر می شود. فن که بالای برج خنک کننده قرار کرفته است هوا را از پایین دستگاه به سمت بالا، در خلاف جهت آب هدایت می کند، این هوا گرما و آب تبخیر شده را به اتمسفر خارج می کند.
آب گرم در این فرآیند خنک شده و بخشی از جرم خود را از دست می دهد که به صورت تبخیر همراه با هوا خارج می شود، سپس این آب خنک در تشت دستگاه جمع شده و به سمت سیستم مکش می شد.
کولینگ تاور به دلیل تبخیر مداوم آب مصرف آب بالایی دارد به طوریکه در مناطق خشک و کم آب می توان از برج خنک کن مدار بسته، هیبریدی، آدیاباتیک یا خشک استفاده نمود و میزان مصرف آب را کاهش داد.
(محاسبه آنلاین مصرف آب برج خنک کننده)
برج خنک کن دارای انواع مختلفی می باشد که از لحاظ مسیر جریان آب و هوا، نحوه ساخت و روش انتقال حرارت تقسیم بندی می شوند. انتخاب نوع برج خنک کن بر اساس نوع و نیاز واحد بهره بردار انتخاب می گردد. تقسیم بندی انواع کولینگ تاور به شرح زیر است.
نوع برج خنک کن مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی اغلب حائز اهمیت می باشد. این برج های خنک کن بلند و استوانه ای برای واحدهای نیروگاهی و صنعتی بسیار بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند و سازه دودکشی کمک می کند که هوا از پایین به بالا بدون نیاز به فن حرکت طبیعی داشته باشد.
در این نوع برج خنک کن هوا بوسیله فن درون دستگاه به جریان می افتد، هم فن ملخی و هم فن سانتریفیوژ مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع کولینگ تاور عملکرد موثرتری نسبت به جریان طبیعی دارد، انرژی بیشتری به دلیل استفاده از پروانه مصرف می کند در نتیجه هزینه بالاتری خواهد داشت.
در برج خنک کننده جریان متقاطع مسیر برخورد آب و هوا به صورت متقاطع است و در برج خنک کننده جریان مخالف مسیر برخورد آب و هوا در جهت مخالف یکدیگر است. در هر دو نوع دستگاه آب گرم پس از خنک شدن در تشت دستگاه جمع آوری می شود.
در کولینگ تاور جریان القایی، فن در ناحیه خروجی هوا قرار داد؛ مزیت این نوع برج خروج هوای گرم با سرعت بالا است و امکان گردش مجدد هوا به درون دستگاه را ندارد. در برج خنک کن جریان اجباری، فن در ناحیه ورود هوا قرار گرفته است و هوا را به داخل دستگاه وارد می کند. به طور کلی برج خنک کن جریان القایی 30 تا 70 درصد انرژی کمتری نسبت به برج با جریان اجباری مصرف می کند.
(توضیح کامل انواع برج خنک کننده)
فناوری های انتقال نیرو در برج خنک کننده از جمله درایو دنده (گیربکس)، درایو تسمه (تسمه و پولی)، درایو مستقیم (کوپل مستقیم) و درایو با جابجایی الکترونیکی EC (اینورتری) می باشد. هر کدام از این فن آوری ها دارای مزایا و معایبی هستند. فناوری مناسب انتفال نیرو، تعادل مناسبی را بین هزینه اولیه در مقابل هزینه های عملیاتی ایجاد خواهد کرد.
قطعات برج خنک کننده عبارتند از الکتروموتور، کاهنده دور / گریبکس، فن استک، نازل ها / آب پخش کن، لوله های توزیع آب، پکینگ / سطوح انتقال حرارت، قطره گیر، بدنه / تشت / سازه اصلی، ساپورت های فلزی با کامپوزیت جهت نگه داشتن تجهیزات، فلنج های ورود و خروج، دریچه های هوا، اتصالات دستگاه. هر کدام از این قطعات و تجهیزات دارای انواع مختلفی هستند که متناسب با طراحی و عملکرد برج خنک کن به کار برده می شوند.
در کاتالوگ برج خنک کننده تمام مشخصات شامل شرح کارکرد، جدول مشخصات فنی، شرح قطعات و اجزاء، نمودار تعیین ظرفیت و رزومه پروژه های برج خنک کن آورده شده است.
تجهیزات تکمیلی برج خنک کننده جهت کنترل، بهبود و افزایش کارایی برج خنک کننده نصب و مورد استفاده قرار می گیرند. این تجهیزات شامل سیستم های کنترل کیفیت آب برج خنک کننده مانند سیستم های فیلتراسیون، سیستم تزریق اسید، سیستم تزریق مواد شیمیایی، سیستم تزریق کلر و … می باشند که جهت بهبود و کنترل کیفیت آب برج خنک کن مورد استفاده قرار می گیرند.
کارایی کولینگ تاور در دفع انرژی گرمایی از سیال آب و انتقال آن به هوا توان برودتی نامیده می‌شود. به هر میزان این توان برودتی بالاتر باشد پتانسیل دستگاه در کاهش دمای آب بهتر خواهد بود. سیال خنک شونده، میزان مایع در گردش و اختلاف دمای ورودی و خروجی عوامل اولیه تعیین ظرفیت برودتی حساب می شوند.
به نرخ حجمی آب گردشی، دبی آب سیرکوله (water flow rate) می گویند. البته دمای مرطوب محیط، میزان رطوبت نسبی و ارتفاع از سطح دریا نیز عوامل ثانویه در شرایط کارکرد هستند. اختلاف دمای ورودی و خروجی سیال را اصطلاحاً دلتاتی یا رنج (range) می نامند.
بهبود کارآیی برج خنک کننده و دانستن مزایا و معایب انواع مختلف فناوری برج خنک کننده برای ارائه یک محیط راحت با نرخ مقرون به صرفه ضروری است. این توصیه ها را از سازنده برج تجاری، شرکت بادران تهویه صنعت بخوانید.
افزایش راندمان برج خنک کن به معنی بهینه سازی برج خنک کننده جهت افزایش ظرفیت خنک کاری، کاهش مصرف انرژی، کاهش مصرف آب، افزایش طول عمر قطعات و کاهش هزینه های جاری می باشد. روش های بهینه سازی و افزایش کارایی برج خنک کن بسته به نوع برج خنک کننده متفاوت می باشد. بنابراین اولین قدم آشنایی با نوع و مکانیزم برج خنک کننده می باشد. پس لازم است برج خنک کننده و راندمان کولینگ تاور را مشخص نمایید.
برای بهبود کارایی برج خنک کننده، می توان از روش های مختلفی استفاده کرد. در ادامه به برخی از این روش ها اشاره می کنیم:
1- استفاده از تکنولوژی جدید: استفاده از تکنولوژی های جدید و پیشرفته مانند برج خنک کننده با پمپ حرارتی و یا برج خنک کننده با استفاده از انرژی خورشیدی می تواند بهبود کارایی برج خنک کننده را به دنبال داشته باشد.
2- تمیز کردن برج خنک کننده: تمیز کردن برج خنک کننده و حفظ آن در وضعیت بهینه می تواند بهبود کارایی آن را به دنبال داشته باشد. این فرآیند می تواند شامل تمیز کردن فیلترها، پاک کردن توده های گرد و غبار و جلوگیری از تشکیل رسوب در داخل برج خنک کننده باشد.
3- استفاده از آب خنک: استفاده از آب خنک به جای آب سرد، می تواند بهبود کارایی برج خنک کننده را به دنبال داشته باشد. آب خنک می تواند در دمای بالاتری به کار رود و در نتیجه از مصرف انرژی کاسته شود.
4- کاهش دمای هوا: کاهش دمای هوا می تواند بهبود کارایی برج خنک کننده را به دنبال داشته باشد. این روش می تواند شامل استفاده از سیستم های خنک کننده هوا و یا تغییر مکان برج خنک کننده باشد.
5- استفاده از سیستم‌های کنترل: استفاده از سیستم های کنترل باعث می شود تا برج خنک کننده در وضعیت بهینه خود باشد و مصرف انرژی آن کاهش یابد. این سیستم ها می توانند شامل سیستم های کنترل دما، سیستم های کنترل جریان آب و یا سیستم های کنترل فشار باشند.
چندین اقدام جهت افزایش راندمان و کارایی برج خنک کن که در همه برج های خنک کننده قابل اعمال است موثر می باشند که در ادامه به بررسی آنها می پردازیم.
جهت خرید برج خنک کننده ابتدا باید پلان نیاز به دستگاه خنک کن نوشته شود. سپس با توجه شرایط دمایی، ظرفیت برج خنک کن مشخص شود. همچنین باید نوع دستگاه، قطعات و تجهیزات، بررسی و انتخاب شوند. در ادامه نیز قیمت‌ها و خدمات تامین کنندگان مقایسه شود و در نهایت نسبت به خرید برج خنک کن اقدام گردد.
انتخاب کولینگ تاور بر اساس چهار پارامتر اصلی دمای ورود آب به کولینگ تاور، دمای خروج آب از کولینگ تاور، حداکثر دمای مرطوب محیط نصب و دبی آب در گردش انجام می شود و پس از تعیین تناژ و ظرفیت باید نسبت به تطبیق دبی آب فعلی و اتصالات اطمینان حاصل کرد.
جهت وارد کردن اطلاعات در نرم افزار، واحدهای دما حتماً باید به درجه سانتیگراد باشد و واحد دبی آب به متر مکعب در ساعت باشد. می توانید از محاسبه گرهای تبدیل واحد دما و تبدیل واحد دبی آب جهت تغییر واحدها استفاده کنید.
دمای آب ورودی به برج خنک کن، دمای آب خروج از برج خنک کن را وارد نمایید. منطقه جغرافیایی محل نصب برج خنک کن را انتخاب نمایید. سپس میزان دبی آب در گردش را وارد کنید. نرم افزار میزان تناژ دستگاه و مشخصات را اعلام می نماید.
با داشتن چهار پارامتر دمای آب ورود به برج خنک کننده، دمای آب خروج از برج خنک کننده، حداکثر دمای مرطوب محیط و دبی آب در گردش می توان با استفاده از نمودار انتخاب برج خنک کننده میزان ظرفیت برج خنک کن را بدست آورد.
قیمت برج خنک کننده همانند سایر دستگاه های صنعتی وابسته به پارامترها و شاخصه های متعددی می باشد. باید در نظر داشت که هزینه استفاده از کولینگ تاور، فقط هزینه مربوط به خرید آن نمی باشد و هزینه های جانبی دیگری از جمله هزینه طراحی و اجرای لوله کشی، هزینه ساخت فوندانسیون، هزینه تأمین آب را شامل می شود.
قیمت تمام شده یک برج خنک کن صنعتی شامل مجموع هزینه های ساخت اجزا تشکیل دهنده به ترتیب زیر می باشد.
قیمت کولینگ تاور به بسیاری از عوامل بستگی دارد، از جمله این عوامل می توان به مواردی چون اندازه و ظرفیت برج، نوع مصالح استفاده شده در ساخت برج، تکنولوژی استفاده شده، شرایط نصب و نگهداری و شرکت سازنده برج خنک کننده، اشاره نمود.
به طور کلی، برای خرید برج خنک کننده، باید در نظر داشت که هزینه نصب و راه اندازی، هزینه نگهداری و تعمیرات و هزینه مصرف انرژی نیز باید محاسبه شود.
به طور مثال، قیمت یک برج خنک کننده صنعتی با ظرفیت 100 تن و با استفاده از فن های معمولی و مواد اولیه معمولی، در حدود 50 تا 100 میلیون تومان خواهد بود. اما با افزایش ظرفیت و استفاده از تکنولوژی های پیشرفته، قیمت برج خنک کننده می تواند به چند صد میلیون تومان هم برسد.
لازم به ذکر است که برای دانستن قیمت دقیق برج خنک کن، باید با شرکت های سازنده تماس گرفت و درخواست پیش فاکتور کرد.
تناژ برج خنک کننده به معنی تن تبرید یا ظرفیت خنک کاری کولینگ تاور است و واحدی برای سنجش انتقال حرارت است. یک تن تبرید برابر میزان گرمای لازم برای آب کردن یک تن (907 کیلوگرم) یخ 0 درجه به آب 0 درجه در مدت زمان 24 ساعت می باشد.
یک تن برج خنک کننده برابر 12000 Btu/hr یا 3.5 kw می باشد. بنابراین وقتی اعلام می شود که تناژ یک برج خنک کننده برابر 200 تن تبرید است، یعنی برابر 700 کیلووات یا 2400000 Btu/hr می باشد. معمولاً برای تفکیک و دسته بندی برج های خنک کننده از واحد تن استفاده می شود. به طور مثال برج خنک کننده MX-100. یعنی برج خنک کننده مدل MX با ظرفیت 100 تن تبرید است.
برای محاسبه تناژ برج خنک کننده به چهار پارامتر نیاز داریم. دبی آب در گردش در برج خنک کننده، دمای آب ورود به برج خنک کننده، دمای آب خروج از برج خنک کننده و دمای مرطوب محیط که نحوه به دست آوردن آن در مقاله تناژ برج خنک کننده شرح داده شد.
حال این اعداد را با استفاده از توابع تعریف شده یا در روش ساده‌تر با استفاده از نمودار تعیین ظرفیت که در بحث طراحی برج خنک کننده توضیح داده شد و یا با استفاده از نرم‌افزار، می توان مقدار دقیق را بدست آورد.
قابل ذکر است که ظرفیت کولینگ تاور بسته به ابعاد، میزان دبی آب و جریان هوا، میزان پکینگ، ارتفاع ریزش و محل نصب برج خنک کننده متفاوت می باشد. در واقع باید گفت که ظرفیت به وسیله چهار پارامتر اصلی یعنی دمای ورود، دمای خروج، حداکثر دمای مرطوب محیط و دبی آب در گردش قابل محاسبه خواهد بود.
با افزایش دبی هم میزان تناژ برج خنک کننده افزایش می یاید. به عنوان مثال اگر با همان دماهای ذکر شده، میزان دبی برابر 180 و 250 متر مکعب در ساعت باشد، تناژ کولینگ تاور به ترتیب برابر 172 و 239 خواهد شد.
بنابراین می بینیم که این میزان به شرایط دمایی بسیار حساس بوده و مقدار آن به شدت متغیر می باشد.
تعمیرات برج خنک کننده شامل مجموعه اقداماتی جهت بازسازی، بروز رسانی و بهسازی برج خنک کننده است. اقداماتی از جمله تعویض قطعات مصرفی شامل پکینگ، تسمه، نازل، آب پخش کن، بازسازی بدنه و رفع نشتی کولینگ تاور، تعویض قطعات معیوب از جمله پروانه یا الکتروموتور و یا ارتقا عملکرد دستگاه شامل کاهش مصرف آب یا کاهش مصرف انرژی.
بسیاری از قطعات کولینگ تاور در دوره زمانبندی مشخص نیاز به بازرسی، تعمیر و یا تعویض دارند. بازرسی قطعات باید مطابق با جدول زمان بندی صورت پذیرد.
برای انجام تعیمرات کولینگ تاور، پس از خاموش کردن سیستم، باید ابتدا قطعاتی که نیاز به تعمیر یا جایگزینی دارند را مشخص کرد. برخی از قطعات را می توان در همان محل پروژه تعمیر و بازسازی نمود و برخی از قطعات هم بایستی جایگزین شوند.
قطعات مصرفی از جمله پکینگ برج خنک کننده از جمله قطعاتی هستند که در دوره زمانی مشخص نیاز به تعویض دارند. در ادامه به نحوه تعمیر برج خنک کننده اشاره خواهد شد.
برج خنک کننده یا کولینگ تاور (Cooling Tower) دستگاهی است که گرمای بوجود آمده در فرآیندها، ماشین ها و دستگاه های صنعتی را از آب در حال جریان دریافت و از طریق تبخیر آن را به اتمسفر انتقال می دهد و مجدداً آب خنک را به سیستم برمی گرداند.
برج خنک کن تقریباً در هر جایی که در پروسه تولید و ساخت نیاز به آب خنک باشد، به کار برده می شود. به عنوان مثال به صورت گسترده در انواع صنایع از جمله در صنایع نفت، پالایشگاه، پتروشیمی، نیروگاه حرارتی، نیروگاه اتمی، کارخانجات شیمیایی، غذایی، دارویی و … از برج خنک کننده استفاده می شود.
قیمت برج خنک کننده به پارامترها و شاخصه های متعددی بستگی دارد. باید در نظر داشت که قیمت کولینگ تاور شامل همه هزینه طراحی و اجرای لوله کشی، هزینه ساخت فوندانسیون، هزینه تأمین آب می شود.