برج خنک کننده مکعبی | مزایا و کاربرد

برج خنک کننده مکعبی یکی از رایج ترین انواع برج خنک کننده فایبرگلاس است که ضمن داشتن شکل مکعبی، در پتروشیمی، فولاد و نیروگاه کاربرد فراوان دارد. بعلت وجود پنلهایی با سطح مقطع مربعی، این گروه از کولینگ تاورها در رده برج های خنک کننده مکعبی قرار می‌گیرند.

به دلیل ساختار منظم و اضلاع برابر، پکینگ کمتری در فرآیند برشکاری، پرت می‌شود. هدف طراحی و تولید برج خنک کننده مکعبی، کاهش دمای آب و خنک سازی تجهیزات صنعتی مختلف است. برجهای مکعبی با ایجاد بستری مناسب جهت تبادل حرارت و القای نیروی مکانیکی و گردش هوا موجب کاهش دمای سیال می‌گردد. برج خنک کن مکعبی در دو گروه کلی تحت عنوان مدار باز و مدار بسته به تولید می‌رسد.

یکی از اجزای اصلی در این محصول پکینگ کولینگ تاور می باشد که وظیفه اصلی آن انتقال حرارت در برج و در نتیجه بالا رفتن راندمان برج می باشد.

برج خنک کننده مکعبی بر اساس نوع متریال سازنده پنل یا دیواره‌ می‌تواند بصورت گالوانیزه، فایبرگلاس و چوبی ساخته شود. مدل چوبی و گالوانیزه یا فلزی آن به دلیل رسوب گرفتگی بالا، خرابیهای پی در پی و عدم ارائه راندمان برودتی مناسب، منسوخ شده‌اند. در بسیاری از صنایع به ویژه نیروگاه، پالایشگاه، پتروشیمی، ذوب فلز برای کاهش دادن دمای تاسیسات خود از برج خنک کننده استفاده می‌کنند.

 دلتا کولینگ شرکت سازنده برج خنک کننده مکعبی فایبرگلاس در تهران، مفتخر به تولید بیش از یک دهه محصولات با کیفیت به عنوان تولید کننده برتر در این عرصه قادر به ارسال این محصول به شهرهای مختلفی چون مشهد، شیراز، اصفهان و سایر نقاط کشور می‌باشد.

نحوه کار برج خنک کننده مکعبی فایبرگلاس

آبگرمی که در پروسه فعالیت تجهیزات صنعتی ایجاد می‌شود، بایستی در یک چرخه خنک کاری قرارگیرد. بدین منظور آبگرم از طریق لوله و انشعاباتی که به فلنچ های دستگاه متصل‌اند، وارد تجهیز می‌گردد. در ادامه توسط نازل، ضمن شکست جریان آب و ایجاد تلاطم در مدار، قطرات آب، بر روی پکینگ پاشیده می‌شود. پکینگ نیز ضمن بالا بردن زمان و سطح تماس برخورد سیال، با جریان هوا بصورت مستقیم موجب کاهش دما می‌شود. بخش اندکی از جریان آب در طی فرآیند تبخیر، بصورت بخار اشباع از مدار خارج خواهد شد. بدین منظور مدار آب جبرانی جهت تامین آن، بصورت متداول سطح آب را کنترل می‌کند.

جریان هوا بوسیله چرخش فن به وجود می‌آید. اکثر برجهای مکعبی بصورت مدار باز با جریان هوادهی مخالف یا به عبارتی در خلاف جهت پاشش آب تولید می‌شوند. در نهایت آب خنک شده در قسمت تشتک دستگاه جمع آوری شده و جهت خنک کاری تجهیزات صنعتی، به سوی آنها پمپ می‌گردد.

معرفی انواع برج خنک کننده مکعبی

برج خنک کننده مکعبی بر اساس نوع گردش هوا، شامل دو گروه جریان متقاطع یا کراس فلو و جریان مخالف یا کانتر فلو می‌شود.  غالب اغلب برجهای خنک کننده مکعبی، جریان مخالف است. مکانیزم هوادهی این مدل کولینگ تاور به دلیل ایجاد سطح تماس بالا و کاهش سرعت سقوط قطرات، دارای راندمان کاهش دمای بالاتری است.  بر مبنای نحوه خنک کاری و سیکل جریان آب، دارای دو تیپ مدار باز و مدار بسته می‌باشد. در برج خنک کاری مکعبی مدار باز، هدایت سیستم پاشش آب بر عهده نازلهای ثابت می‌باشد. درحالیکه در تیپ مدار بسته، سیال، با گذر از لوله‌های کویل، از طریق سطح آن تبادل حرارتی انجام می‌دهد.

برج خنک کننده مکعبی مدار بسته به علت عدم نیاز به مدار آب جبرانی، و راندمان بالای برودتی، اغلب برای تاسیسات پتروشیمی و پالایشگاه مورد استفاده قرار می‌گیرد. از دیگر مزایای این سیستم می‌توانیم به هواخنک بودن، عدم تبخیر سیال، ایجاد اختلاف دمای بیشتر در ظرفیت و حجم های برابر اشاره کرد. برج خنک کننده هیبریدی یا ترکیبی نیز از دیگر انواع خوانواده کولینگ تاورهای مکعبی محسوب می‌گردد.

اجزا و قطعات برج خنک کننده مکعبی

• استراکچر یا بدنه: شامل پلهای مربعی از جنس فایبرگلاس که ساختار مکعبی برج خنک کننده را شکل می‌دهد.
• فن استک: بخش دایره‌ای شکل که وظیفه حفاظت از تجهیزات هوادهی نظیر فن و الکتروموتور را بر عهده دارد.
• تشتک(بیسین): مخزن نگهداری آبسرد که با رزین و ژلکت عایقبندی، و آبسرد در این قسمت جمع آوری می‌شود.
• لوور: کرکره‌های ورودی جریان هوای خشک که سرتاسر دستگاه را احاطه کرده است.
• نازل: وظیفه توزیع و تبدیل جریان آب به ریز قطرات یا به عبارتی کنترل سیستم پاشش و توزیع آب را عده دار است.
• پکینگ یا سطح پرکن: شامل دو تیپ اسپلش و فیلمی که به عنوان قلب سیستم خنک کاری از آن یاد می‌شود.
• توری و ساپورت: جهت بارگذاری پکینگ در برج خنک کننده مکعبی
• کویل: ایجاد بستر تبادل حرارت غیر مستقیم از طریق سطح آن با جریان هوا
• فن(پروانه): القای جریان هوا و به گردش در آوردن هوای ساکن کولینگ تاور یا به عبارتی تهویه مطبوع دستگاه
• شاسی آهنی: جهت بارگذاری قطعات بخش هوزینگ هوارسانی
• الکتروموتور: ایجاد نیروی مکانیکی و به چرخش در آوردن فن یا پروانه برج خنک کن مکعبی
• سیستم انتقال قدرت: دارای سه مدل گریبکس، تسمه پولی، دایرکت درایو
• قطره گیر: جلوگیری از پرتاب قطرات آب به خارج برج خنک کننده مکعبی و کاهش مصرف آب مدار جبرانی
• پمپ شاور: انتقال آب ذخیره شده در تشتک
• سایت گلس: جهت بازدید بخشهای درونی دستگاه هنگام کار
• دستگیره پنل بازدید: جهت سهولت در هنگام بازدید=
• پلوتر: وظیفه کنترل میزان سطح آب را بر عهده دارد.
• هیتر: بوسیله این قطعه، میتوانیم از یخ زدگی کویل و تشتک در فصول سرد نظیر زمستان جلوگیری کنیم.
• تابلو کنترل برق: کنترل آمپر مصرفی از سوی موتور و جلوگیری از سوختن موتور در شرایط نامساعد

راهکارهای افزایش بازدهی خنک کاری کولینگ تاور مکعبی

فرآیندهای متعددی جهت افزایش ظرفیت تبادل حرارتی در مبدل خنک کننده وجود دارد. این راهکارها شامل مجموعه اقداماتی است که پیرو بالا بردن میزان کاهش دمای سیال یا در واقع دلتا تی می‌توان انجام داد. برای مثال می‌توانیم به افزایش تعداد لایه‌های پکینگ یا متراژ کویل، تغییر سرعت زاویه‌ای فن، تعداد تیغه و زاویه قرارگیری پروانه اشاره کنیم.

از دیگر عوامل تاثیرگذار بر راندمان برودتی کولینگ تاور مکعبی، محاسبه و طراحی اصولی نازل، مهندسی تعداد آنها و فواصل قرارگیری نازلها از یکدیگر می‌باشد. چنانچه این عوامل به درستی محاسبه شوند، آنگاه پدیده همپوشانی رخ می‌دهد. این پدیده زمانیکه سطوح پکینگ بطور کامل با آب تر شده باشد، صورت می‌گیرد. دیگر راهکارهای افزایش راندمان برج خنک کننده مکعبی عبارتند از:

گزینش بهترین محل برای نصب و راه اندازی برج خنک کننده: جهت جایگذاری دستگاه مکانی به دور از تابش مستقیم نور خورشید را انتخاب کنید. این امر باعث جلوگیری از بالا رفتن حرارت سیال می‌شود. محل نصب دستگاه باید به دور از تاسیسات گرما زا، با تهویه هوای مناسب و در فاصله مناسبی از استخرهای نگهداری سیال گرم باشد.

استفاده از مخزن سیرکولاتور و حوضچه‌های آبفشان یا استخر: مخازن فایبرگلاس نگهداری آب یا استخر،  سبب افت دمای سیال در فواصل زمانی معینی خواهد شد. حوضچه آبفشان ضمن افزایش تبادل حرارت در اثر برقراری تماس میان آب و هوا سبب افزایش راندمان کاهنده دمای سیال می‌گردد.

بهره گیری از دریفت الیمیناتور یا قطره گیر: این قطعه باعث جلوگیری از تجمع بخارات اشباع در اطراف دستگاه می‌شود که در نتیجه سبب حفظ کیفیت هوای ورودی می‌گردد . همچنین با محاظت از قطعات بخش هوزینگ هوارسانی، سبب حفظ راندمان و جلوگیری از تشکیل رسوب روی جدار خارجی فن خواهد شد.

بکارگیری سختی گیر: سختی گیر رزینی ضمن زدایش یون های رسوب پذیر آب، موجب جلوگیری از کاهش راندمان قطعات در اثر رسوب گرفتگی می‌شود.

مشخصات فنی برتر برج خنک کننده فایبرگلاس

• ساخته شده از بهترین الیاف سوزنی و حصیری و بهترین رزین‌ها می‌باشد.
• بدنه برج خنک کننده فایبرگلاس در برابر شرایط آب و هوایی و اشعه ماوراء بنفش خورشید کاملا مقاوم و پایدار است و رنگی­آمیزی که روی آن انجام می‌شود نیز در مقابل این عوامل از بین نخواهد رفت.
• ضخامت بدنه برج خنک کننده فایبرگلاس و تشتک آن با حداکثر مقاومت ساخته شده است.
• المان‌هایی که انتقال حرارت را در برج خنک کننده فایبرگلاس بر عهده دارند در انواع و اشکال متفاوتی ساخته شده‌اند و سرعت عملکرد بالایی در انتقال حرارت دارند.
• موتور استفاده شده در برج خنک کننده فایبرگلاس ساخت شرکت آلمان بوده و در برابر نفوذ آب مقاومت دارند.

برج خنک کننده فایبرگلاس مکعبی مزایای برجسته­ ای دارد که عبارت­اند از:

• ساختار مناسب برج به همراه طراحی ساده و شکل هندسی سازگار آن
• چون شکل مکعبی دارد فضای کمتری را نسبت به برج‌های دیگر اشغال می‌کند.
• این دستگاه دارای لوله‌کشی آسانی است.
• همچنینی به دلیل مکعبی بودن آن در بین تمامی برج‌های خنک کننده میزان لرزش بسیار کمی دارد.
• فرآیند فونداسیون آن به سادگی اجرا می‌شود.
• در این نوع برج‌ها قرارگیری فلنج های ورود و خروج به هر شکلی امکان پذیر است.
• چون جنس برج خنک کننده از فایبرگلاس است در مقابل پوسیده و خورده شدن مقاومت به خرج داده و عمر طولانی دارند.
• وزن سبک‌تری نیز نسبت به برج‌های خنک کننده دیگر دارند.

برج خنک کننده فایبرگلاس به دلیلی ویژگی‌هایی که در بالا عنوان کردیم طرفداران زیادی را در صنعت به خود جلب کرده است.

 انواع طبقه ‌بندی برج های خنک کننده

برج های خنک کننده معمولاً بر اساس ساختار ، روش های انتقال حرارت و روش های جابجایی جریان هوا طبقه بندی می شوند که در ادامه مورد بررسی قرار می‌گیرد.

برج های خنک کننده خشک

در این مدل آب یا سیال گرم از طریق لوله ها به داخل برج خنک کننده وارد می‌شود. برای انتقال حرارت بهتر و افزایش سطح انتقال حرارت، قسمتی از لوله ها که در درون برج خنک کننده قرار دارد به صورت کویل مسی و به شکل پره دار ساخته می‌شود ساخته می‌شود. حرارت ابتدا از آب (سیال گرم) به لوله مسی هدایت شده و سپس از طریق لوله و پره ها به جریان هوا منتقل می‌شود. در این مکانیزم هیچ تماس مستقیمی بین آب (سیال گرم) و هوا صورت نمی‌گیرد و یک سیستم بسته است. وجود فن در بالا یا زیر برج خنک کن سرعت انتقال حرارت را بهبود می‌بخشد و معمولاً در این سیستم از یک فن به همراه الکتروموتور استفاده می‌شود.

در این سیستم هیچ آبی مصرف نمی‌شود و گزینه مناسبی برای مناطق کم آب می‌باشد. البته در فصل های گرم با توجه به افزایش شدید دمای هوا، انتظار اینکه با استفاده از این سیستم دمای آب به زیر  برسد، خواسته‌ای غیرمنطقی است.

استفاده از این سیستم برای دفع گرمای ایجاد شده در فصول سرد بسیار ایده‌آل است.

برج خنک کننده مرطوب

این برج ها از محبوب ترین برج های خنک کننده هستند زیرا مقرون به صرفه و تجدید پذیر هستند. علت نامگذاری آنها استفاده از آب در برج خنک کننده برای خنک کاری تجهیزات است. انتقال حرارت در این برج ها با کاهش دمای فرآیند و افزایش میزان رطوبت و دمای حباب خیس هوای عبوری از برج خنک کننده انجام می‌شود.

معمولاً برج های خنک کننده مرطوب بخار و قطرات آب را همراه هوا به بیرون هدایت می‌کنند. برای کاهش میزان تبخیر از تجهیزاتی مانند قطره‌گیر استفاده می‌شوذ که بخشی از آب تبخیر شده را به سیستم برمی‌گرداند.

برج خنک کننده مرطوب مدار باز

در این سیستم آب گرم از قسمت فوقانی وارد برج می‌شود. معمولا از طریق نازل ها بر روی سطوح تبادل حرارت (پکینگ ها) پاشش می‌شود. از سوی دیگر، هوا از پایین یا محفظه های اطراف وارد برج شده و توسط فن به سمت بالا هدایت می‌شود. در قسمت پکینگ آب با هوای ورودی تبادل حرارت کرده، بخشی از آن تبخیر شده و باقی مانده آن به سینی کف برج می‌ریزد. هوا نیز به همرا بخار و قطرات آب از بالای برج به بیرون رانده می‌شود. سطوح انتقال حرارت (پکینگ ها) به علت افزایش سطح و زمان تماس، نقش تعیین کننده ای در بهبود خنک کاری دارند.

در این روش آب و هوا به صورت مستقیم با هم در تماس هستند و به علت گرمای نهان بالای آب، با تبخیر مقدار زیادی از گرمای آب دفع می‌شود. استفاده از این نوع برج در آب و هوای خشک بسیار مناسب است و نقطه ضعف این مدل تبخیر و هدر رفتن زیاد آب است.

با افزایش تبخیر آب غلظت املاح موجود در آب زیاد می‌شود؛ بنابراین با روش هایی مثل استفاده از سختی گیر در محل ورودی آب گرم و استفاده از آب جبرانی باید جلوگیری رسوب گذاری املاح و آسیب دیدن سیستم را گرفت.

برج خنک کننده مرطوب مدار بسته

روش عملکرد این مدل شبیه به نوع مدار باز است با این تفاوت که (آب) سیال منتقل شده از کندانسور به طور مستقیم در معرض هوا نیست و این (آب) سیال در یک کویل مشابه برج خنک کننده خشک در سراسر برج گردش می کند. این کویل (آب) سیال منتقل شده از کندانسور را از هوای بیرون جدا می‌کند تا آلاینده‌ای وارد آن نشود. برای خنک کاری بهتر آب موجود در دستگاه از طریق نازل ها بر کویل ها پاشش می‌شود، بخشی از آن تبخیر شده و در کنار هوا به خنک کاری می‌پردازد. در مدل محصول مدار بسته، در فصول سرد غالباً آب خنک کاری را با گلیکول مخلوط می کنند تا به صورت مایع حفظ شود.

 این مدل معمولاً در مواردی که سطح باید تمیز و عاری از آلودگی باشد مورد استفاده قرار می گیرد. مزیت این روش این است که جرم و پوسته در لوله ایجاد نمی‌شود و از این رو بهره وری بهتر و خرابی کمتری دارد.

برج های خنک کننده بر اساس نوع جابجایی هوا

انواع برج های خنک کننده بر اساس نوع جابجایی هوا ، به دو نوع جابجایی اجباری و طبیعی تقسیم می‌شود.

• جابجایی طبیعی : برج های خنک کننده با جابجایی طبیعی از ارتفاع و شکل برج خود استفاده می کنند تا هوا را به طور طبیعی با استفاده از قانون شناوری بالا ببرند. هوای قسمت پایینی برج گرم می‌شود و به علت سبکی به بالا حرکت می‌کند و هوای سرد سنگین تر جای آن را می‌گیرد. از این رو ، این برج ها برای جابجایی بهتر جریان هوا بلند هستند و برای افزایش شتاب حرکت هوای گرم به شکل یک هذلولی ساخته می‌شوند. آنها به طور جداگانه در خارج از تاسیسات اصلی قرار دارند تا جریان هوا را فراهم کنند. این برج ها برای صنایع بزرگ استفاده می‌شوند و در سیستم های تهویه مطبوع تقریباً کاربردی ندارند.
• جایجایی اجباری : برج های با جابجایی اجباری یا مکانیکی، فن یا فن هایی برای جابجایی و انتقال هوا دارند. از فن های پروانه‌ای یا گریز از مرکز برای گردش هوا در داخل برج استفاده می شود. از نظر ابعاد این ها بسیار کوچک تر از برج های جابجایی طبیعی هستند. کنترل ظرفیت در این نوع برج ها آسان است زیرا سرعت فن قابل کنترل است. برخلاف برج های جابجایی طبیعی ، این برج ها را می توان در هر نقطه از ساختمان قرار داد و هزینه اولیه بسیار پایین تری دارند.

• جریان متقاطع : برج های خنک کننده جریان متقاطع به گونه ای ساخته شده اند که جریان هوا به صورت افقی وارد برج می‌شوند در حالی که آب به صورت عمودی به پایین می‌ریزد؛ که جریان هوا بوسیله مکش ایجاد شده در ناحیه فن و پاشش آب به پایین توسط خط لوله مجهز به نازل انجام می شود. از آنجا که زمان تماس آب با جریان هوا کم است، هوای بیشتری برای وقوع انتقال حرارت مناسب لازم است.

از جمله معایب این نوع برج خنک کننده می‌توان به مصرف برق بیشتر به دلیل نوع جریان هوای مورد نیاز؛ وقت گیر بودن تعمیر و نگهداری و خطر پوسته پوسته شدن و گرفتگی دهانه لوله ها اشاره کرد.

• جریان ناهمسو :  نحوه عملکرد برج خنک کننده با جریان ناهمسو به این شکل است که آب داغی از قسمت بالایی برج وارد می‌شود؛ در حالی که هوا از پایین وارد شده و به سمت بالا خارج می شود. در این روش از فن های جابجایی اجباری استفاده می شود که در بعضی موارد فن برای جلوگیری از خوردگی در زیر برج قرار می‌گیرد و در بیشتر موارد فن بالای برج قرار دارد. در کل فن بالای برج باشد بهتر است؛ چون می‌تواند تمام هوا را به سمت بیرون مکش کند و جریان برگشتی هوا از بیرون به داخل برج به وجود نمی‌‌آید. توزیع آب از طریق کانال با لوله های جانبی ، مجهز به نازل های اسپری انجام می شود.

در این برج رشد جلبک ها بسیار محدود است ، زیرا لوله های جانبی یک واحد بسته هستند و در معرض تابش مستقیم آفتاب نیستند. مصرف برق آنها کمتر از نوع جریان متقاطع است و از مزیت نگهداری آسان برخوردار است.

برج خنک کننده بر اساس ساختار بیرونی

برج های خنک کننده از نظری ظاهری به دو شکل مکعبی و استوانه‌ای ساخته می‌شوند و معمولاً جنس آنها از پلاستیک فایبرگلاس یا آهن گالوانیزه می‌باشد. به طور کلی از لحاظ ساختار بیرونی به دو روش ساخته می‌شوند:

نوع پکیج (package type) : برج های خنک کننده نوع پکیج همان برج های پیش ساخته هستند. پوسته آنها معمولاً از مواد ضد خوردگی ، مقاوم در برابر حرارت و با دوام مانند پلی استر تقویت شده با فایبرگلاس ساخته شده است. از آنجا که جمع و جور هستند، در مراکز با نیاز به دفع حرارت کم مانند بیمارستان ها ، مراکز خرید، ساختمان های اداری و مسکونی ترجیح داده می شوند. این برج ها با ماشین های باری به راحتی قابل حمل و نقل بوده و البته برای ظرفیت های بالا برودتی دارای محدودیت هستند. با توجه به کاربرد زیاد این مدل برج خنک کن در منطقه های مسکونی، فاکتورهایی مثل کنترل سروصدا در این مدل بیشتر مورد توجه قرار می‌گیرد.

نوع آرایه ای (field erected type) : این مدل در واقع برج های به هم پیوسته ای هستند که عموماً در نیروگاهها ، تاسیسات عظیم تولیدی مانند کارخانه های فرآوری فولاد یا پالایشگاه های نفت استفاده می شوند. آنها در مقایسه با نوع پکیج سازه های بزرگی هستند. می توان آنها را با توجه به نیاز به صورت سفارشی تولید کرد.