در صنعت، بسیاری از دستگاه ها نیاز به خنک کننده دائمی دارند. تنها تجهیزات تخصصی به نام "برج خنک کننده" می توانند از عهده این کار برآیند. امروز در مورد چیستی آن، مکانیسم عملکرد آن و هر نوع کولینگ تاور صحبت خواهیم کرد.

کولینگ تاور چیست؟

کولینگ تاور  یک ساختار مهندسی پیچیده است که برای خنک کردن مقادیر زیادی مایع با جریان هوای هدایت شده طراحی شده است. کولینگ تاور در سیستم های تامین آب در گردش استفاده می شوند و به کاهش موثر دمای آب به میزان 10-15 درجه کمک می کنند.

نمونه بارز چنین سازه ها سازه های برج بزرگ در قلمرو شرکت های صنعتی بزرگ با کلوپ های دائمی بخار متراکم است.

برج خنک کننده کجا استفاده می شود؟

دامنه کولینگ تاور بسیار گسترده است. چنین امکاناتی در هر جایی که از آب فنی به مقدار زیاد استفاده می شود، از جمله برای اطمینان از ریزاقلیم مطلوب و اجرای فرآیندهای تکنولوژیکی مورد نیاز است. در عین حال، هر نوع کولینگ تاور ویژگی های خاص خود را دارد.

به عنوان مثال، خنک کننده های فن برای نیازهای تولید پایدار طراحی شده اند، زیرا به شما امکان می دهند به سرعت و کارآمد گرمای اضافی را حذف کنید و شرایط کاری ایده آل را برای تجهیزات فرآیند ایجاد کنید.

کولینگ تاور برج گران تر هستند، بنابراین اغلب می توانند فقط CHP، TPP و NPP را بپردازند. برای قرار دادن سازه‌های برج به مساحت وسیعی نیاز است، اما می‌توان آن‌ها را در مجاورت شیء نصب کرد.

سازه های باز برای صنایعی که از تجهیزات تبرید زیاد و حجم زیادی آب سرد استفاده می کنند و همچنین برای ایستگاه های ترانسفورماتور و کمپرسور سودمند هستند.

در عین حال، واحدهای تخلیه اغلب در مکان هایی با شرایط آب و هوایی متغیر، بارهای هیدرولیکی و حرارتی استفاده می شوند.

اصل عملکرد برج خنک کننده

اصل کار کولینگ تاور بسیار ساده است. فرآیند خنک سازی در دستگاه با تبخیر جزئی مایع و انجام تبادل حرارتی با هوا انجام می شود. آب موجود در کولینگ تاور به صورت قطره یا لایه نازکی از دستگاه آبیاری سرازیر می شود. در همان زمان، جریان هوا از امتداد آبیاری عبور می کند.

مهم: هنگامی که یک درصد آب تبخیر می شود، دمای مایع باقی مانده 6 درجه کاهش می یابد. از دست دادن آب توسط منابع خارجی جبران می شود.

خنک سازی آب گرم ورودی به کولینگ تاور را می توان انجام داد:

• جریان معکوس (طرح های فن)؛
• با پاشیدن آب گرم با نازل روی پرکننده با یک منطقه توسعه یافته که از طریق آن مایع یک لایه نازک پخش می کند و به دلیل جریان آهسته خنک می شود (اتمسفر، سازه های برج).
• با پاشش مایع در کانال های ویژه و گرفتن طبیعی جریان های هوای جوی (سازه های جهشی).

در هر یک از این موارد، آب در تماس مستقیم با هوا قرار می گیرد که مقداری از گرمای خود را از خود خارج می کند و در نتیجه دمای آن کاهش می یابد. پس از خنک شدن به مقدار تنظیم شده، مایع برای خنک کردن تجهیزاتی که نیاز به کاهش دما دارد، دوباره جریان می یابد.

قوانین محل کار و شرایط کار برج خنک کننده

هنگام قرار دادن کولینگ تاور در سایت باید با توجه به توصیه های SNiP 2.04.02-84 و II-89-80 هدایت شود:

• ماهیت قلمرو
• جهت بادهای غالب
• مه گرفتگی
• حذف قطرات خارج از برج خنک کننده، باعث ایجاد یخ زدگی در مجاورت ساختمان ها می شود.

وظیفه اصلی دستیابی به حداقل طول خطوط لوله در گردش است که کولینگ تاور را با مصرف کنندگان آب سرد متصل می کند.

به منظور کاهش طول و قطر لوله های شبکه های آبرسانی، از عدم تمرکز سیستم های آبرسانی در گردش با حداکثر تقریب ممکن سازه ها به مغازه های مصرف کننده آب استفاده می شود.

لازم به ذکر است که نصب کولینگ تاور فشرده بر روی پشت بام اماکن صنعتی تنها در صورتی توصیه می شود که سازه باربر آن را اجازه دهد. این مانور نه تنها به اتلاف کارآمدتر بخار آب کمک می کند، بلکه باعث رطوبت کمتر و گرم شدن هوای اطراف نیز می شود.

عناصر اصلی دستگاه برج خنک کننده

عناصر اصلی طراحی کولینگ تاور عبارتند از:

• اسپرینکلر (واحدهای آبپاش) - عنصر اصلی کولینگ تاور که ظرفیت خنک کننده آن را تعیین می کند. وظیفه اصلی اطمینان از حداکثر منطقه خنک کننده آب در طول تماس آن با جریان هوای ورودی است.
• تله آب - یک عنصر موجی شکل که حذف قطره را با حداقل کشش آیرودینامیکی به حداقل می رساند. برای تراکم و رسوب قطرات آب به سمت بالا در جریان هوا و همچنین برای توزیع یکنواخت جریان هوا در خروجی کولینگ تاور استفاده می شود.
• سیستم توزیع آب - دستگاهی است که برای توزیع یکنواخت رطوبت خنک شده روی سطح آبیاری طراحی شده است. به صورت سیستم خطوط لوله با نازل های آب پاش متصل به آنها اجرا می شود.
• سیستم های تهویه - طرحی که برای ایجاد جریان هوای کافی طراحی شده است. ساخته شده به شکل دیفیوزر، محرک الکتریکی و پروانه.

انواع برج خنک کننده

• کولینگ تاور برای خنک کننده آب

همانطور که گفته شد برای خنک کردن سیال گردشی که برای کاهش دمای واحدهای صنعتی استفاده می شود از کولینگ تاور استفاده می شود.

با در نظر گرفتن ویژگی های فرآیندهای فناوری شرکت ها و صنایع مختلف، دو نوع ساختار اصلی - به اصطلاح کولینگ تاور خشک و مرطوب (تبخیر) ایجاد شد.

تفاوت اصلی بین کولینگ تاور نوع اول از کولینگ تاور دوم، مدار بسته ای است که مایع خنک کننده در امتداد آن حرکت می کند، که نه تنها از آب می توان استفاده کرد.

اساس کار کولینگ تاور مرطوب، انتقال گرما از مایع به هوای محیط در هنگام تبخیر سطحی و تماس مستقیم محیط است.

چهار نوع اصلی کولینگ تاور تبخیری وجود دارد:

• فن هایی که به طور جداگانه قرار دارند
• برج
• فن های سکشنال
• کم اهمیت

در عین حال، کولینگ تاور خشک ساختارهای تبادل حرارتی هستند که رادیاتورها در آنها به عنوان سطح انتقال حرارت عمل می کنند. رادیاتورها مجهز به فن برای حذف توده های هوای گرم شده هستند.

بنابراین، انتقال حرارت از مایع گرم شده در داخل لوله های رادیاتور به هوای محیط بدون تماس مستقیم رسانه انجام می شود، زیرا سطح بالای دنده های لوله های رادیاتور است.

• کولینگ تاور تهویه

در کولینگ تاور تهویه، تزریق هوا توسط فن ها انجام می شود. چنین طرح هایی اجازه می دهد تا با اضافه کردن یا غیرفعال کردن فن ها، حالت کار خود را تنظیم کنید. برخلاف دیگر انواع ساختمان ها، کولینگ تاور فن نیاز به مصرف انرژی قابل توجهی دارند، اما با بهره وری بالاتر مشخص می شوند. آستانه دمای سازه های تهویه کمی کمتر از انواع دیگر است که به شما امکان می دهد تا سیال مورد نظر را به سرعت و کارآمد خنک کنید.

• برج خنک کننده نوع بسته

کولینگ تاور نوع بسته آب در حال کار را تمیز و عاری از ناخالصی نگه می دارند، زیرا منحصراً در یک مدار بسته گردش می کند و دو چرخه سیال بسته ایجاد می کند:

• چرخه خارجی - گردش بر روی مبدل حرارتی آب پاشیده می شود و با هوای بیرون برخورد می کند.
• چرخه داخلی - گردش آب خنک کننده در داخل مبدل حرارتی و عدم تماس با هوا.

کولینگ تاور بسته هم در سیستم های تهویه مطبوع و تهویه کوچک (مثلاً ساختمان های مسکونی و اداری) و هم در شرکت های بزرگ صنعتی استفاده می شوند.

• برج خنک کننده کولرهای جهشی

کولرهای جهشی برای تزریق مقدار مورد نیاز هوا و پاشش آب تحت فشار استفاده می‌شوند و در نتیجه توده‌های هوای مورد استفاده برای خنک‌سازی جذب طبیعی می‌شوند. ویژگی های متمایز کولینگ تاور جهشی عبارتند از:

• راندمان بالا، کارآیی بالا؛
• سطح سر و صدای کم؛
• سطح ارتعاش کم؛
• مصرف انرژی بالا

• برج خنک کننده فلز و بتن

به اصطلاح کولینگ تاور آزاد ایستاده، اسکلت فلزی یا بتن مسلح به شکل استوانه با ارتفاع حدود 10 متر و قطر پایه 24-36 متر است.

در بالای چنین سازه هایی یک فن قدرتمند قرار دارد که در محفظه دیفیوزر مخصوص قرار دارد. این نصب پنکه است و کشش لازم را در داخل سازه ایجاد می کند. سایر عناصر تکنولوژیکی طراحی کولینگ تاور برج را تکرار می کنند.

کولینگ تاور مستقل در اتحاد ایران در شرکت های شیمیایی و پتروشیمی رواج داشت. ویژگی های چنین طرح هایی اول از همه، بهره وری بالا، امکان تنظیم پیش نویس و مقاومت در برابر یخ زدگی است. اما گرانی گروه فن و مصرف انرژی قابل توجه از جمله نقاط ضعف این گونه طرح هاست.

• کولینگ تاور برج

در کولینگ تاور برج تامین هوا با هزینه پیش نویس طبیعی تولید شده توسط یک برج با طراحی خاص انجام می شود. با وجود این واقعیت که چنین کولینگ تاور به مساحت های وسیعی نیاز دارند، هزینه نگهداری چنین سازه ای در مقایسه با انواع دیگر بسیار کمتر است. خنک سازی در سازه های برج بسیار کند، اما پایدار است.

• کولینگ تاور کوچک

کولینگ تاور کوچک در طراحی و اصل کارکرد خود شبیه سازه های فن سکشنال هستند اما ممکن است در نوع فن که توسط سوپرشارژر انجام می شود و در قسمت پایین سازه نصب می شود متفاوت باشند.

کولینگ تاور کوچک در شرکت هایی با چرخه گردش مالی کوچک استفاده می شوند.

لازم به ذکر است که چنین تاسیساتی نمی توانند بیش از 7 درجه خنک کننده سیال عامل را فراهم کنند و افزایش سرعت سیکل مستلزم تامین واحدهای جدید است، زیرا تغییر پیکربندی و تعداد عناصر سازه موجود غیرممکن است.

مشکل اصلی کولینگ تاور کوچک، یخ زدگی در فصل زمستان است که به دلیل قرار گرفتن پایین تر سیستم تهویه و قطرات آب روی آن اتفاق می افتد.