آیا امکان تبدیل برج سیکل باز به کولینگ تاور مدار بسته وجود دارد؟

در چه مواردی می توانیم Cooling tower را به مدار بسته تغییر دهیم؟

شرایطی که در آن بتوان پروانه فن برج خنک کننده را از حالت باز به بسته تغییر داد بسیار محدود است. برای نمونه برج گرد(خمره ای) را نمی توان تبدیل به مدار بسته کرد زیرا شاسی ندارد و تحمل وزن آن بسیار کم است. کولینگ تاورهای بتنی را نیز نمی توان به صورت کلی به مدار بسته تبدیل کرد.

اگر کولینگ تاور از نوع مکعبی فایبرگلاس با بدنه و ستون های با کیفیت باشد و اختلاف دمای آب ورودی و خروجی زیاد نباشد، این امکان وجود دارد که با کویل های مسی خاص، بتوانیم سیستم را به سیکل بسته تغییر دهیم.

لازم به یاد آوری است که در صورت نیاز به کویل فلزی گالوانیزه، به خاطر اینکه ضریب انتقال حرارت کمتری نسبت به مس دارد، مساحت مورد نیاز برای برج بیشتر از نوع مدار باز می شود و وزن کویل هم بشدت بالا می رود.

از نظر آماری، در بیش از 75 درصد موارد، امکان تبدیل برج مدار باز به بسته وجود ندارد یا هزینه آن چندین برابر خرید یک برج سیکل بسته با کویل مسی است. البته راهکار دیگری برای تبدیل خط کولینگ به سیکل بسته وجود دارد.

روش دوم تغییر مسیر خنک کاری به حالت بسته

در این روش شما می توانید بدون تغییر در کولینگ تاور، سیستم خنک کاری را تبدیل به سیکل بسته کنید. برای این منظور پیشنهاد ما استفاده از مبدل حرارتی است. آب برج خنک کن وارد یک مبدل حرارتی می شود و آب خط کولینگ در حالت بسته وارد بخش دوم مبدل می گردد.

البته لازم است دقت داشته باشید که اجرای این روش نیازمند این است که کولینگ تاور شما در زمان طراحی، حداقل 15 الی 20 درصد بزرگتر انتخاب شده باشد. چون تلفات حرارتی مبدل را هم باید محاسبه کنید.

با روش مبدل حرارتی، می توانید در بیش از 60 درصد موارد، سیستم خنک کاربرج های خنک کننده از نظر نحوه برخورد آب با محیط به سه گروه مدار باز،برج خنک کننده مدار بسته(سیکل بسته) و کولینگ هیبرید تقسیم می شوند.

در کولینگ تاور مدار باز، درصدی از آب مورد نظر، در اثر پاشش بر روی پکینگ ها و یا برخورد با هوای در گردش، تبخیر شده و این تبخیر موجب کاهش دمای سیال(آب) و خنک کاری می گردد. باید توجه داشت که استفاده از این نوع برج به شدت به شرایط کاری و شرایط آب یا سیال خنک شونده بستگی دارد. به دلیل ابعاد کوچکتر و هزینه کمتر تولید برج خنک کننده مدار باز، استفاده از آن بسیار رایج است. در تصویر زیر شماتیک نحوه عملکرد کولینگ تاور مدار باز(تر) را مشاهده می کنید.

از طرف دیگر در بسیاری از موارد به دلیل الزامات خاص در خصوص تماس نداشتن کولینگ واتر با هوا و یا محیط، استفاده از برج خنک کننده مدار باز توصیه نمی شود.

ویژگی اصلی کولینگ تاور کویل دار(سیکل بسته)

مهمترین شاخصه سیستم برج بسته، محصور بودن مداری است که آب در آن جریان دارد. ترکیب آب مقطر و اتیلن گلایکول برای جلوگیری از یخزدگی و خورندگی در کویل و لوله های مورد نظر جریان دارد. این مایع ترکیبی، تا مدتها در داخل سیستم مانده و نیازی به تعویض نخواهد داشت. برای سرد کردن ترکیب آب مقطر و گلایکول، کولینگ سیکل بسته، برخلاف مدار باز دو مدار آب داریم.

روش خنک کردن سیال در برج خنک کننده مدار بسته متفاوت است. در این نوع کولینگ تاور، سیال مورد نظر درون کویل (لوله های خم شده موازی) جریان دارد و آب به وسیله نازل بر روی لوله های مسی و گالوانیزه کویل پاشیده می شود. پس از تبخیر آب بر اثر جریان هوا، کویل و در نتیجه سیال یا آب درون آن خنک می شود. به این در کولینگ سیکل بسته آب خنک شونده با محیط بیرون در تماس نخواهد بود.

این روش برای محیط هایی که سختی آب در آنها بسیار بالا است یا آب شرایطی ویژه دارد، قابل استفاده است. در این حالت بر خلاف برج خنک کننده مدار باز، نیاز به تامین آب میک آپ برای سیال داخل لوله ها نیست. نکته مهم در خصوص این روش تبلیغاتی است که در خصوص کاهش مصرف آب در برج های خنک کننده مدار بسته عنوان می شود.

مصرف آب برج خنک کننده سیکل بسته

با توجه به نحوه خنک کاری در کولینگ تاور مدار بسته و همچنین برج هیبریدی یا کولینگ آدیاباتیک، در شرایط یکسان و در فصل تابستان به صورت کلی برج خنک کننده مدار بسته و هیبرید مصرف آب تقریبا برابری با برج خنک کن مدار باز دارد. دلیل این مورد این است که در حالت مدار بسته علاوه بر کاهش دمای آب جاری در کویل ها، دمای آب خنک کننده نیز کاهش می یابد.

مزیت برج های خنک کننده مدار بسته و هیبریدی، کاهش مصرف آب متوسط سالیانه است. در این حالت و با استفاده از ، در فصل هایی که دمای هوا پایین است(مثل پاییز و زمستان) می توان دور فن و جریان آب خنک کننده را کم یا قطع کرد و با عبور هوا از بین کویل ها، بخشی از عملیات خنک کاری انجام پذیرد.

صرفه جویی تبخیر آب در برج مدار بسته به همراه سیستم کنترل هوشمند، نهایتا 20 الی 25 درصد متوسط مصرف آب سالیانه است.

علاوه بر موارد فوق، عدم ایجاد رسوب و گرفتگی در سیکل برج خنک کننده مدار بسته کویل دار، یکی از مهمترین مزایای استفاده از این سیستم سرمایش است. در حقیقت Closed circuit cooling tower در مواردی که دستگاه یا تجهیز مورد نظر بسیار حساس باشد کاربرد زیادی دارد. برخی از کاربردهای کولینگ تاور مدار بسته، در دستگاههای زیر است:

برج خنک کننده مدار بسته برای کوره های القایی – خنک کردن مدار القایی و تابلو برق

برج خنک کن مدار بسته برای دستگاه جوش – گان جوش دستی و اتوماتیک

کولینگ تاور مدار بسته برای صنایع دارو سازی

برج خنک کننده مدار بسته برای چیلر تراکمی 

برج مدار بسته برای کمپرسور

استفاده از کولینگ تاور سیکل بسته برای مبدل حرارتی

بدین ترتیب در موارد فوق، رسوب در مدار خنک کاری ایجاد نمی گردد و راندمان انتقال حرارت ثابت خواهد ماند. البته باید توجه کرد که در سیکل باز برج خنک کن مدار بسته، امکان ایجاد رسوب بر روی کویل ها وجود دارد که این مساله را نیز با استفاده از می توانید بر طرف نمایید.

در تصویر زیر مقایسه ای کلی بین ابعاد و قیمت حدودی برج خنک کن مدار باز، کولینگ تاور سیکل بسته و برج خنک کن هیبریدی را ملاحظه می کنید.

مقایسه اندازه و قیمت کولینگ تاور سیکل بسته، مدار باز و برج خنک کننده هیبرید

فرق کولینگ تاور هیبرید با مدار بسته

یکی از انواع دیگر کولینگ تاور که شباهت به برج خنک کن مدار بسته با کویل دارد، است. در سیستم هیبرید یا کولینگ آدیاباتیک معمولا دمای سیال در دو مرحله و توسط دو سیکل هوا خنک و سیکل تبخیر کاهش می یابد. بزرگترین مزیت برج خنک کن هیبرید دوگانه، کاهش مصرف آب آن است که البته در بسیاری از موارد نسبت به قیمت بسیار بالای آن از توجیه اقتصادی برخوردار نمی باشد. باید توجه داشت که برج خنک کن مدار بسته، تا حد زیادی مشابه سیستم هیبرید بوده ولی قیمت آن بسیار منطقی تر است.

در تصویر زیر شمایی کلی از سیستم برج خنک کن هیبرید (Hybrid Cooling Tower) را می بینید.

شماتیک عملکرد برج خنک کننده هیبریدی کم مصرف

به دلیل وجود کویل در برج های خنک کن مدار بسته، سازه این نوع کولینگ تاور باید از استحکام بیشتری برخوردار باشد. کویل برج خنک کننده مدار بسته از نظر جنس به دو گروه اصلی تقسیم می شود که به ارائه توضیحاتی در خصوص هرکدام و بررسی مزایا و معایب آنها می پردازیم.

1- کویل مسی برج خنک کننده 

کویل مسی در کولینگ تاور به دلیل ضریب بالای انتقال حرارت، راندمان نسبتا بالاتری از کویل گالوانیزه دارد، اما به خاطر قطر و ضخامت کم لوله مسی، باید قبل از خرید به شرایط پروژه دقت کنید. ضخامت کم کویل مسی کولینگ تاور، موجب می شود این نوع کویل نسبت به ضربه و برخورد با اشیاء خارجی حساسیت زیادی داشته باشد و در صورت برخورد، ممکن است آسیب ببیند.

البته مس بخاطر رسانایی حرارتی بسیار خوب، به کم شدن دمای کولینگ واتر کمک بیشتری می کند و معمولا اندازه کویل مسی از نوع گالوانیزه کوچکتر است. به این خاطر قیمت برج سیکل بسته با کویل مس، از کویل گالوانیزه کمتر می شود.

با توجه به دلایل ذکر شده از کویل مسی در بعضی مصارف صنعتی استفاده می شود و برج خنک کننده مدار بسته با لوله مسی را می توانید برای استفاده به همراه چیلر و برای مصارف مسکونی و تجاری هم بکار ببرید.

نمونه کویل کولینگ تاور با لوله های مسی و کلکتور آهنی

2- کویل گالوانیزه برج خنک کننده و کویل استیل کولینگ تاور

کویل گالوانیزه و کویل استیل در پکینگ برج خنک کننده علیرغم ضریب انتقال حرارت پایینتر از کویل مسی، دارای قطر و ضخامت بیشتری بوده و به همین دلیل در مقابل تشکیل رسوب و سوراخ شدن مقاومت  بیشتری دارد. البته اندازه کویل با لوله گالوانیزه از لوله مسی بزرگتر می شود و ممکن است قیمت کولینگ انتخابی شما گرانتر شود.

ما در شرایط محیطی خورنده و کاربردهای صنعتی خشن، Cooling tower مدار بسته را با کویل گالوانیزه توصیه می کنیم. البته ممکن است در برخی از موارد با توجه به الزامات صنعت، نیاز به استفاده از لوله و کویل استیل ضد زنگ در برج خنک کننده باشد که طراحی این نوع کویل نیز مانند کویل های گالوانیزه است. با این تفاوت که روش جوش لوله ها در کویل استیل تفاوت دارد و باید حتما از جوش استیل استفاده کنیم.

تصویر نمونه کویل آهنی گالوانیزه گرم که در کولینگ تاور استفاده میشود.

نکات مهم در ساخت کویل برای برج خنک کننده مدار بسته

در نظر داشتن این نکته ضروری است که کویل با لوله مسی و کویل گالوانیزه مورد استفاده در کولینگ تاور سیکل بسته، حتما باید پس از ساخت  زیر تست فشار برود و در حالت دوم، کل مجموعه بعد از ساخته شدن، در حوضچه مخصوص با روکش گالوانیزه گرم پوشش داده شود.

برای آزمایش کیفیت جوش و سوراخ نبودن کویل برج خنک کننده، از روش تست فشار با آب که به تست هیدرواستاتیک هم معروف است، استفاده می شود. در تست هیدرو استاتیک کویل، با استفاده از مجموعه پمپ، فشار سنج، ولو یک طرفه و برخی تجهیزات دیگر، فشار آب داخل کویل به بیشتر از 8 بار(8 اتمسفر) می رسد و کویل مدت زمانی در این شرایط باقی می ماند. با این روش اگر لوله ها در قسمتی سوراخ داشته باشند یا جوش لوله ها درست انجام نشده باشد، نشت شدید آب اتفاق می افتد.

کویل فقط وقتی در برج خنک کننده ما استفاده می شود که از تست فشار هیدرو استاتیک با موفقیت خارج شده باشد. به دلیل همین حساسیت ها و سختگیری ها است که ما به مشتریانمان توصیه می کنیم از خرید کولینگ تاور صرفا ارزان و بی کیفیت خودداری کنند.