برج خنک کننده (کولینگ تاور)

برج خنک کننده یا کولینگ تاور (cooling tower) یک مبدل حرارتی است که در آن هوا و آب در تماس مستقیم با یکدیگر قرار می گیرند تا دمای آب گرم شده توسط سیستم های صنعتی و فرایندی، کاهش یابد. با توجه به افزایش جمعیت و پیشرفت صنایع، گرمای بیشتری هنگام تولید محصولات، تولید می شود. پس ماشین آلات و تاسیسات باید به طور مداوم خنک شوند تا بتوانند بازده خود را در بالاترین حد ممکن نگه دارند. موثرترین، کم هزینه ترین، راه حل برای از بین بردن این گرمای اضافی نصب کولینگ تاور است.

با ما همراه باشید تا با انواع برج خنک کننده و عملکرد هر کدام آشنا شوید.

 

برج خنک کننده ( کولینگ تاور) چیست؟

یکی از پرکاربردترین تجهیزات مورد استفاده در کارخانه ها و نیروگاه ها، برج خنک کننده یا کولینگ تاور، می باشد. در کارخانه ‌ها و نیروگاه ‌ها همواره به دلیل فرآیندهای صنعتی و ماشین ‌آلات و تجهیزات سنگین گرمای بسیار زیادی تولید می ‌شود. این حجم از گرما باید طی فرآیندی به محیط خارجی منتقل شود، که با استفاده از برج‌ های خنک ‌کننده این امر قابل اجراست.

از برج خنک‌ کننده برای دفع گرمای تولید شده در چیلرهای جذبی و تراکمی، دیگ بخار، کوره های القایی، دیگ تقطیر، توربین  های گازی، استفاده می ‌شود. در واقع برج خنک کننده به عنوان یک منبع فراهم کننده آب سرد با ایجاد سطح وسیع تماس آب و هوا و آسان نمودن فرآیند تبخیر، برای حذف گرمای اضافی تولید شده توسط تجهیزات نامبرده شده مورد استفاده قرار می گیرد.

چرا از برج خنک کننده صنعتی استفاده می کنیم؟

برج خنک کننده صنعتی جز حیاتی بسیاری از سیستم های صنعتی است که برای حذف گرما از ماشین آلات یا سایر فرایند ها می توان از آن استفاده کرد. کاربرد اصلی برج خنک کننده صنعتی حذف گرمای جذب شده توسط آب در چرخش است که در نیروگاه ها، پالایشگاه نفت، پتروشیمی، کارخانه های فرآوری گاز طبیعی و سایر صنایع استفاده می شود. همچنین، برج خنک کننده نیمه صنعتی یا تجاری، برای خنک کردن ساختمان های تجاری بزرگ مانند مدارس، بیمارستان، هتل و یا فرودگاه مورد استفاده قرار بگیرد.

از کاربردهای برج خنک کننده می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پالایشگاه ها و واحدهای تولیدی نفت
• صنایع غذایی و دارویی
• نیروگاه های حرارتی و خورشیدی تولید برق و کاربردهای فرآیندی
• صنایع آلومینیوم و فشرده‌ سازی هوا
• صنایع تولید و فرآوری لاستیک
• کارخانه های نورد و فولاد و صنایع ذوب فلزات، ریخته ‌گری و کوره ‌های القایی
• صنعت داروسازی و بیمارستان ها
• سیستم ­های برودتی، تهویه‌ی مطبوع و گرمایش

 

برج خنک کننده صنعتی چگونه کار می کند؟

اساس کار تمام برج های خنک کن بر مبنای ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و هوای سرد و در نتیجه تبادل حرارتی بین این دو می ‌باشد. عموماً در برج خنک کننده، آب گرم توسط لوله ‌هایی به بالای برج منتقل شده و در آنجا یا به صورت طبیعی یا با آبفشان هایی به سمت پایین برج جریان می ‌یابد و همانطور که آب به پایین برج می ریزد، در تماس با آب و هوا، انتقال حرارت از طریق تبخیر را افزایش میابد. همانطور که تبخیر انجام می شود، آب گرما را از دست می دهد. در نهایت وارد چاه برج در پایین می شود.

همچنین هوا از کناره های برج وارد می شود و از روی آب در حال سقوط عبور می کند. با عبور هوا از آب، گرما مبادله می شود و مقداری از آب تبخیر می شود. این گرما و آب تبخیر شده به طور مداوم در امتداد پر از فن های بزرگ، به شکل یک غبار ریز ابر مانند از بالای برج خارج می شود.

در آخر آب خنک شده در پایین برج جمع آوری می شود و برای خنک کردن منبع گرمای اولیه، به کارخانه یا ساختمان پمپ می شود و چرخه تکرار می شود.

انواع برج خنک کننده صنعتی

بسته به صنعت و نوع نیازهای یک کارخانه، برج های خنک کننده کوچک و همچنین بزرگ را می توان ارائه داد. برخی از آنها را می توان به راحتی در کارخانه مونتاژ کرد و هر گونه دردسر حمل برج های بزرگ و حجیم را از بین می برد. در حالی که کولینگ تاور کوچک‌تر برای واحدهای مسکونی ایده‌آل هستند، کاربردهای صنعتی عظیم به برج‌های خنک‌کننده سفارشی نیاز دارند که الزامات خاص را برآورده کنند. می توان از آن برای کاربردهای تجاری و همچنین صنعتی استفاده کرد. انواع برج های خنک کن بر اساس تولید جریان هوا شامل برج های جریان طبیعی، برج های مکانیکی، جریان متقاطع و جریان مخالف می شود.

انواع کولینگ تاور براساس مسیر جریان هوا، نحوه ساخت و روش انتقال حرارت تقسیم بندی می ­شوند. برج­ های خنک کن به لحاظ نوع تماس آب و هوا به سه گروه برج­ خنک کننده مدار باز (تر) و برج خنک کننده مدار بسته (خشک) و برج­ خنک کننده تر-خشک تقسیم می­شوند. همچنین برج­ ها براساس حرکت جریان هوا به انواع مکش طبیعی و مکش مکانیکی دسته بندی می­شوند.

برج خنک کننده جریان طبیعی (Natural Draft)

در برج های خنک کننده جریان طبیعی از هیچ فن مکانیکی برای ایجاد جریان هوا در برج استفاده نمی شود. هوای آن از یک جریان القایی طبیعی که توسط اسپری فشار ایجاد می شود، به دست می آید. در این برج از طراحی و شکل برج برای حرکت طبیعی هوا با استفاده از فن ها استفاده می کنند.

هوای گرم و مرطوب سبک تر از هوای خنک است و از برج بالا می رود، در حالی که هوای سرد و خشک در خارج از برج به سمت پایین می رود. این فرایند یک حلقه را تشکیل می دهد و در نتیجه آب را خنک می کند. کولینگ تاور با جریان هوای طبیعی در خارج از ساختمان قرار می گیرد تا جریان هوای مناسبی داشته باشد.

برج خنک کننده با جریان طبیعی معمولا در نیروگاه ها و صنایع بزرگ که از آب بدون محدودیت استفاده می کنند نصب می شود. حرکت رو به بالای هوای گرم که در نهایت وارد جو می شود باعث می شود تا گرمای اضافی از سیستم حذف شود. این برج با حذف گرمای اتلاف از طریق بالا آمدن هوای گرم که سپس در جو آزاد می شود، کار می کند. این برج ها بلند هستند و شکلی هذلولی دارند تا جریان هوای مناسب را القا کنند.

برج خنک کننده جریان هوای مکانیکی

برج‌های خنک‌کننده مکانیکی بیشترین کاربرد را در ساختمان‌ها دارند و برای کشیدن یا فشار دادن هوا به داخل برج به فن‌های برقی متکی هستند. آنها معمولاً در خارج از ساختمان قرار دارند و هوا توسط موتورهای فن برقی حرکت می کند تا آن را مجبور به عبور از برج کند. هوا توسط یک فن که هوا را در داخل برج به گردش در می آورد، از داخل سازه عبور می کند. فن های رایج مورد استفاده در این برج ها شامل فن های پروانه ای و فن های گریز از مرکز می باشد.

در مقایسه با برج خنک کن جریان طبیعی، برج خنک کن مکانیکی، اندازه کوچکتری دارد و کارایی آن بیشتر است و برخلاف پیش ران طبیعی، می توان آن را درون ساختمان نصب کرد. اما از معایب این سیستم مصرف برق بالای آن است که هزینه نصب و بهره برداری را افزایش می دهد.

برج خنک کننده مدار باز (کولینگ تاور مرطوب)

در برج ‌های خنک کننده مدار باز، آب توسط یک پمپ به بالای برج انتقال می ‌یابد و سپس توسط نازل ‌ها بر روی سطوح خنک کننده به صورت قطره پاشیده می ‌شود. هوای بیرونی از طریق آکنه ­هایی که بصورت میله ­های افقی در اطراف برج قرار دارند وارد می ­شوند. آب در حین جریان به پایین، در تماس با هوای بالای آن که به سمت بالای برج مکیده می ‌شود، گرمایش را از دست می‌ دهد و آب حدود 10 تا 20 درجه خنک می ‌شود. بخشی از آب تبخیر می ‌شود وگاهی اوقات بخار آب روی برج مشاهده می ‌شود.

برای ایجاد جریان رو به بالا، برخی از برج‌ های خنک‌ کننده حاوی تیغه ‌هایی مشابه پره ‌های تهویه است. این تیغه ‌ها باعث ایجاد جریان هوا به سمت بالای برج می‌ شوند. آب به یک حوض می ‌ریزد و از آنجا به فرآیند تولید باز می ‌گردد. کولینگ تاور مرطوب بصورت برج ­های خنک کن با کشش طبیعی و کشش مکانیکی دسته بندی می ­شوند.

 

برج خنک کننده مدار بسته (کولینگ تاور خشک)

در برج خنک کننده مدار بسته آب وارد کویل های حرارتی می شود و طی یک مسیر مارپیچ از بالا به پایین حرکت کرده و در طی مسیر خود خنک می شود. هوا نیز همانند برج خنک کن مدار باز از پایین وارد شده و با کویل در تماس است و آن را خنک می کند. همچنین آب بر روی لوله های گرم ریخته شده و موجب تبخیر آب و خنک شدن لوله ها می شود. به این ترتیب آب گرم خنک می شود.

 

برج خنک کننده هیبریدی (کولینگ تاور خشک و مرطوب)

همانطور که از نام این نوع برج ­های خنک کننده استنباط می­ شود، برج خنک کننده هیبریدی ترکیبی از عملکرد برج­ های خنک کننده خشک و مرطوب می ­باشد. این سیستم دارای دو مسیر هوای موازی و دو مسیر آب سری می ­باشد. برج‌های خنک‌کننده هیبریدی مجهز به فن‌های مکانیکی برای افزایش جریان هوا هستند. در نتیجه، آنها همچنین به ما برج‌های طبیعی با کمک فن ارجاع داده می‌شوند. هدف از طراحی آنها این است که اسب بخار مورد نیاز برای حرکت هوا را به حداقل برسانند، اما این کار را با کمترین تأثیر ممکن در هزینه انجام دهند.

قسمت بالای کولینگ تاور قسمت خشک است که شامل لوله­ های پره­ دار و قسمت پایین کولینگ تاور دارای آکنه های قسمت مرطوب است. آب گرم از قسمت فوقانی برج خنک کن وارد لوله ­های پره ­دار شده و ضمن عبور از لوله ­ها قسمت خشک و تحت اثر نیروی جاذبه از میان آکنه ­ها در قسمت مرطوب به حوضچه آب سرد می ­ریزد.

 

برج خنک کننده از چه بخش هایی تشکیل شده است؟

بدنه: کولینگ تاورها معمولاً از گالوانیزه، فایبر گلاس و بتن ساخته می ‌شوند.

فن: فن‌ ها نقش مهمی در خنک سازی دارند و از نوع فن محوری یا سانتریفیوژ می ‌باشند. فن‌ های مورد استفاده در برج ‌های خنک‌کننده، از لحاظ فرم هندسی و نحوه تولید به صورت کلی به سه دسته اصلی  فن ضربی برج خنک ‌کننده، فن پروفیل ایر فویل کولینگ تاور و فن پروفیل ایر فویل با فرم پروفیل متغیر (فن کامپوزیت برج خنک کن) تقسیم می ‌شوند.

پکینگ یا مدیا: برای افزایش تبادل حرارتی بین جریان آب و هوا در داخل برج خنک کن از پکینگ‌ ها استفاده می ‌شود که با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب، در خنک ‌سازی جریان آب نقش مؤثری دارند. پکینگ ‌مدیا برج خنک کننده به صورت شبکه ‌ای بوده و در دو نوع غشایی و اسپلش مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

حوضچه آب سرد: در قسمت زیرین برج خنک کننده قرار دارد و آب خنک شده در آن جمع ‌آوری شده و به سمت سیستم‌ های سرد سازی هدایت می ‌شود.

نازل آب پاش: جهت توزیع جریان آب گرم بر روی پکینگ ­ها مورد استفاده قرار می ­گیرندکه در کلکتور آب ورودی نصب می­ گردد.

الکتروموتور: این قسمت وظیفه به حرکت درآوردن فن یا پروانه را بر عهده دارد.

برج خنک کننده صنعتی برای حذف گرما، از یک سیستم آب در گردش استفاده می کند. کولینگ تاور ها مورد استفاده نیروگاه ها، پالایشگاه نفت، کارخانه پتروشیمی، کارخانه فراوری گاز طبیعی، کارخانه های مواد غذایی و سایر تاسیسات صنعتی استفاده شود.

طراحی و ساخت برج خنک کننده در شرکت آب سازه

برج ‌های خنک کننده، از نظر ابعاد و اندازه، در مدل ‌های کوچک پشت‌ بامی برای ساختمان‌ های مسکونی تا سازه ‌هایی غول‌ پیکر و هذلولی شکل مانند برج ‌خنک‌کن نیروگاه ها که ارتفاعشان در حدود دویست متر و قطرشان در حدود یک ‌صد متر می ‌باشد، ساخته می شوند. جهت ساخت کولینگ تاور از مواد مختلفی استفاده می شود که هر کدام دارای مزیت ‌های خاصی هستند. کولینگ تاور را می توان از جنس بتنی (سایز بزرگ)، برج فلزی و فایبرگلاس (FRP) طراحی و تولید کرد.

برج های خنک کننده بر اساس یک سری پارامترهای مختلف طراحی و ساخته می شوند:

• عملکرد
• نوع جریان و حرکت هوا و آب
• نوع مکش هوا
• ساختار و مونتاژ مدار
• ظاهر
• جنس بدنه

گروه صنعتی آب سازه مفتخر است با طراحی و ساخت کولینگ تاور فایبر گلاس و فلزی (گالوانیزه)، مطابق با استانداردها و متناسب با شرایط و نیاز کارفرمایان محترم، در انواع پروژه های صنعتی و شهری، همکاری کند.

برج خنک کننده فایبرگلاس

یکی از انواع برج های خنک کننده، برج ‌خنک کننده فایبرگلاس (FRP) می باشد. در این برج جنس بدنه، مخزن و تجهیزات از فایبرگلاس یا کامپوزیت می باشد. مقاومت بالای بدنه آن در برابر رطوبت و نور خورشید باعث شده است که محبوبیت زیادی در بین صنایع کوچک تا کوچک بسیار رواج پیدا کند. برج خنک کن فایبرگلاس به دو صورت پیش ساخته و ساخته شده در محل تقسیم بندی می شوند.

برج خنک کننده فایبرگلاس پیش ساخته

بدنه برج خنک کننده پیش ساخته به دلیل نیاز به مقاومت بالا در برابر حرارت از جنس پلی استر تقویت شده و یا فایبر گلاس طراحی می شود. همچنین این مواد باید در برابر خوردگی نیز مقاومت بالایی داشته باشند. این پکیج ها به صورت پیش ساخته و فشرده طراحی می شوند. به همین دلیل حمل و نقل آن و همچنین نصب آن به سادگی انجام می شود. این پکیج ها به دلیل دفع حرارت کم برای ساختمان های اداری، بیمارستان و مراکز خرید مورد استفاده قرار می گیرند.

برج خنک کننده فایبر گلاس ساخته شده در محل

برخلاف برج خنک کننده پیش ساخته، برج خنک کننده مونتاژ در محل، برای کاربرد های صنایع بزرگ و به دلیل ظرفیت بالای دفع حرارت در تاسیسات عظیمی مانند نیروگاه ها، کارخانه های فولاد، پالایشگاه های نفت و گاز استفاده می شود. این برج ها با توجه به نیاز و اساس مشخصات به صورت سفارشی طراحی می شوند.

برج خنک کننده فلزی

برج خنک کننده فلزی نوع دیگر از انواع کولینگ تاور می باشد که جنس بدنه و متریال آنها، استیل می باشد. این برج ها برای صنایع کوچک تر از نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند. این کولینگ تاور هم قابلیت طراحی به صورت جریان متقاطع و هم به صورت جریان مخالف را دارد. بنابراین از لحاظ نوع طراحی دارای تنوع است.

در ساخت برج خنک کننده فلزی هم از استیل گالوانیزه و هم از استیل ضد زنگ می توان استفاده کرد. مقاومت استیل ضد زنگ در برابر رطوبت، خوردگی و زنگ زدگی بسیار بیشتر است اما هزینه های ساخت آن نیز بالاتر است. به همین دلیل تولید کنندگان کولینگ تاور فلزی در ساخت آن ها از ترکیبی از استیل ضد زنگ برای نقاطی که بیشتر با آب سر و کار دارند(حوضچه برج) و استیل گالوانیزه برای محل هایی که کم تر با آب در تماس است (اسکلت برج) استفاده می شود.

کدوم برج خنک کننده صنعتی بهتر است؟

سیستم های خنک کننده صنعتی عمدتا از فلز و فایبرگلاس ساخته می شوند. همانطور که می دانید، فلز می تواند زنگ بزند و خورده شود، و هر چیزی که در داخل آن است می تواند به مرور زمان شروع به نشت کند. جای تعجب نیست که یک برج خنک کننده فلزی فقط تا 15 سال عمر مفید دارد و نیاز به نگهداری با رنگ اپوکسی، درزگیرها و موارد دیگر دارد. این تعمیر و نگهداری می تواند منجر به خرابی کسب و کار شما شود. به همین دلیل است که فلز در حال حاضر با تکنولوژی بهتر جایگزین شده است. تولید کنندگان برج خنک کننده فایبرگلاس، اگرچه جایگزین بهتری برای فلز هستند، اما همچنان مستعد ترک و سایش هستند که می تواند منجر به هزینه های نگهداری طولانی مدت شود.

کیفیت آب مورد استفاده در کولینگ تاور

آب مورد استفاده براي برج های خنك كننده از جمله نيازهاي عمده بسياري از صنايع است و لذا تصفيه و تهيه آب مطابق استاندارد حائز اهمیت می ­باشد. با همه تدابير به كار گرفته شده در تصفيه در صورت عدم كنترل، پيامدهايي از قبيل موارد زیر را در پی دارد:

• خوردگي و فرسايش
• تشكيل رسوب
• مشكلات ناشي از ميكروارگانيزم ­ها
• تجمع لجن

آب با سختی زیاد باعث رسوب در دستگا­ه ها شده و مشکل خوردگی به وجود می ­آید. از طرف دیگر از آنجایی­که بیشتر برج ­های خنک کننده در برخورد مستقیم با هوا و نور خورشید می­ باشند محیط مناسبی برای رشد باکتری ­ها و میکرو ارگانیسم ­ها نیز می­باشند که آنها نیز مشکلاتی به همراه دارند. وارد شدن گرد و خاک بداخل برج نیز در بعضی مواقع ایجاد مشکل می ­نماید. براي جلوگيري از اين پيامدها و مشكلات به خصوص خوردگي و رسوب­ دهي بايد تا حد ممكن از سختي آب مورد استفاده در برج­ هاي خنك كننده و ساير قسمت ­ها كاسته شود.

برج خنک کن و صرفه جویی در هزینه ها

سیستم‌های برج خنک‌کن برای بسیاری از مشاغل ضروری هستند. مصرف آب می تواند یک هزینه عملیاتی عمده باشد و برج های خنک کن می توانند حدود 98 درصد از آب مورد استفاده در خنک سازی فرآیند یا تهویه مطبوع را بازیافت کنند. صاحبان مشاغل می توانند کاهش هزینه های انرژی، تعمیر و نگهداری کم یا زیاد و طول عمر محصول را در مقایسه با سیستم های فلزی قدیمی تر پیش بینی کنند. این یک سناریوی بسیار مطلوب برای هر کسب و کاری برای کاهش هزینه است.

سوالات متداول برج خنک کننده (کولینگ تاور)