برج خنک کننده

کارکرد برج خنک کننده دفع گرما از آب در حال جریان می باشد، در دستگاه کولینگ تاور آب با هوا تماس پیدا می کند و دمای آب کاهش می یابد، این خنک شدن آب به دلیل تبخیر بخشی از آب و خروج گرما به صورت بخار می باشد. برج خنک کن یکی از کلیدی ترین بخش های کارخانجات، صنایع فولاد، نیروگاه ها و پروسه های شیمیایی می باشد. همچنین کولینگ تاور در ساختمان های تجاری، مسکونی، فرودگاه ها، بیمارستان ها، هتل ها و مدارس مورد استفاده قرار می گیرد، به طور دقیق می توان گفت هر جا که نیاز به خنک کردن آب می باشد از این دستگاه استفاده می شود.

چگونگی کارکرد برج خنک کننده

با رشد جمعیت جهان نیاز به کالاهای مختلف نیز افزایش یاقته است، بنابراین صنعت و تولید در کشورهای مختلف توسعه یافته است. حاصل فعالیت ماشین آلات و پروسه های تولید، ایجاد گرما و حرارت می باشد. برای کارکرد مداوم و موثر این تجهیزات و خط های تولید، باید گرما از این سیستم ها گرفته شود. بهترین، موثرترین و کم هزینه ترین راه حل دفع گرما استفاده از برج خنک کننده می باشد. امروزه برج خنک کن در بیش از 1500 نوع کارخانه مختلف مورد استفاده قرار می گیرد و یکی از پرکاربردن ترین تجهیزات در بخش صنعت می باشد.

در تصویر زیر نحوه کارکرد برج خنک کننده نمایش داده شده است، آب گرم وارد دستگاه شده و توزیع می گردد، همزمان هوا بوسیله فن جریان پیدا کرده و با آب گرم تماس پیدا می کند و آن را خنک می کند، آب سرد در نهایت در قسمت تشت دستگاه جمع آوری شده و به سیستم برمی گردد.

انواع کولینگ تاور

کولینگ تاور ها در انواع مختلف ساخته می شوند که به دسته بندی های زیر تقسیم می شوند:

• جریان طبیعی
• جریان مکانیکی
• جریان اجباری
• جریان القایی
• جریان مرکب

طراحی-کولینگ-تاور

کارکرد برج خنک کننده دفع گرما از آب در حال جریان می باشد، در دستگاه کولینگ تاور آب با هوا تماس پیدا می کند و دمای آب کاهش می یابد، این خنک شدن آب به دلیل تبخیر بخشی از آب و خروج گرما به صورت بخار می باشد.

بهترین متریال برای ساخت برج خنک کن

امروزه برج های خنک کن از سه نوع متریال بتن، فلز و یا فایبرگلاس ساخته می شود، نوع متریال در کارکرد برج خنک کننده اثر گذار نیست و تنها عمر و هزینه نگهداری از آن را تحت تاثیر قرار می دهد. فلز به دلیل خوردگی و پوسیدگی عمر کمتری دارد و می تواند به طور متوسط تا 15 سال مورد بهره برداری قرار گیرد همچنین هزینه نگهداری و تعمیرات سالانه آن بسیار بالا می باشد. در مقابل فایبرگلاس دارای عمر بالاتری می باشد و نیاز به تعمیرات بسیار کمتر دارد. از بتن نیز برای ساخت کولینگ تاورهایی با سازه های بلند استفاده می شود.

دلیل استفاده از برج خنک کننده

برج خنک کن چون آب گرم را مجددا پس از خنک شدن به گردش در می آورد، تا 98 درصد در مصرف آب صرفه جویی می کند. عملکرد برج خنک کننده به هیچ عنوان برای محیط زیست مخرب نمی باشد و حتی یکی از بهترین اشکال به کار گرفتن مکانیزم های طبیعی می باشد، به طوریکه کولینگ تاور با صرف انرژی بسیار پایین، مقدار حرارت بسیار بزرگی را دفع می کند. اما باید دقت کرد که اگر در آب سیستم از مواد شیمیایی استفاده می شود به صورت صحیح مورد استفاده قرار گیرد. برای اقدامات بیشتر، می توان با استفاده از راه های "افزایش راندمان برج خنک کن" و "کنترل هوشمند برج خنک کننده" مصرف انرژی و آب را بهینه کرد.

برخی اصطلاحات مهم کولینگ تاور

• اپروچ : اختلاف دمای میان وت بالب محیط و دمای آب سرد خروجی از کولینگ تاور
• رنج : اختلاف دمای میان آب گرم ورود و آب سرد خروج از برج خنک کننده
• بار حرارتی : مقدار حرارت دفع شده از برج خنک کننده به واحد تن تبرید
• تن تبرید : واحد سنجش توانایی خنک کردن در واحد زمان، برابر 3.5 کیلووات
• بلودان : مقدار آبی که از برج خنک کن در حال کار باید تخلیه و با آب تازه جایگزین شود تا میزان غلظت املاح و رسوب در آب برج خنک کن در حد مورد قبول باقی بماند.
• دریفت : مقدار آبی که در حین کارکرد برج خنک کننده به بیرون پرتاب می شود.
• آب جبرانی : مقدار آب تازه ای که وارد دستگاه می شود تا تبخیر آب و بلودان را جبران نماید.

https://badrantahvie.com/cooling-tower-function

کنترل میکروبیولوژیک آب برج خنک کننده اهمیت بیشتری از کنترل رسوب غیرآلی دارد، آب کولینگ تاور محیط مناسبی برای رشد و گسترش کلونی های میکروبی می باشد، همچنین در هر جایی که این آب به گردش بیافتد کلونی های میکروبی در آنجا نیز حضور خواهند داشت، از جمله به واسطه گرما، در کندانسور و مبدل ها، سطح پکینگ ها و یا محل هایی که در معرض نور خورشید می باشد، به همین دلیل ، استفاده از بایوساید برای از بین بردن میکروارگانیسم ها در آب برج خنک کن حیاتی می باشد، در ادامه به بررسی بیشتر این موضوع می پردازیم.

روش های کنترل میکروبیولوژیک آب برج خنک کننده

به طور کلی باکتری ها به سه دسته تقسیم می شوند:

باکتری های هوازی: میکروب هایی که از اکسیژن برای سوخت و ساز استفاده می کنند.

باکتری های غیر هوازی: بدون اکسیژن زنده هستند و از منابع دیگر تغذیه می کنند، مانند سولفات، نیترات

باکتری های اختیاری: می توانند در هر دو محیط اکسیژنی یا غیر اکسیژنی زندگی کنند.

مشکلی که با باکتری ها وجود دارد این است که به محض اینکه روی سطحی می نشینند به سرعت لایه محافظی از پلی ساکارید تشکیل می دهند، این لایه باکتری را از آب جدا می کند، بنابراین به راحتی شروع به ضخیم شدن و کاهش انتقال حرارت می شود. حتی هنگامی که باکتری از نوع هوازی باشد، به دلیل لایه محافظ، باکتری های غیر هوازی هم در زیر سطح بوجود می آیند. این ارگانیسم ها می توانند اسید و ترکیبات خطرناک دیگری تولید کنند که به قطعات فلزی حمله کند و آسیب جدی برساند. رسوبات آلی همچنین می توانند سلول های متراکمی ایجاد کنند، جایی که فقدان اکسیژن موجب بوجود آمدن قطب های آندی در بخش هایی از فلز خواهد شد. زنگ زدن حفره حفره ای می تواند نتیجه این عامل باشد بطوریکه عمر دستگاه را به شدت کاهش می دهد.

در همین حین، قارچ ها می توانند به چوب برج خنک کننده حمله کنند به طوری که تخریب غیر قابل جبران باشد و سازه را از بین ببرد، جلبک ها نواحی توزیع آب را می بندند و عملکرد سیستم توزیع آب به شدت کاهش خواهد یافت که برای مقابله باید عملیات آبی در برج خنک کننده را مد نظر قرار داد.

هسته اصلی مقابله با میکروارگانیسم ها، اضافه کردن بایوساید اکسید کننده است. توجه کنید که اضافه کردن بایوساید باید قبل از تشکیل لایه میکروبیولوژیک در کندانسور ها، پکینگ ها و محل های دیگر باشد. سال ها بدین منظور از کلرین استفاده می شد، جایی که گاز کلرین به آب برج خنک کن اضافه می شد و واکنش زیر صورت می گرفت:

Cl2 + H2O ⇔ HOCl + HCl

HOCl هیپوکلروس اسید، عنصر کشنده میکرو ارگانیسم ها است، عملکرد این ترکیب به دلیل pH و طبیعت تعادلی هیپوکلروس در آب است.

HOCl ⇔ H+ + OCl-

OCl- بایوساید ضعیف تری از HOCl می باشد، به این دلیل که OCl- قدرت کمتری در نفوذ به دیواره سلول دارد. اثر کشندگی کلرین وقتی pH بالای 7.5 برود به شدت کاهش می یابد، بنابراین برای عملیات آبی با آلکالین، استفاده از کلرین موثر نخواهد بود.

مقدار استفاده از کلرین بستگی به مقدار آمونیا در آب دارد، که با کلرامین رابطه معکوس دارد، به دلیل مسائل محافظتی، در بسیاری از کارخانجات، مایع سفید کننده NaOCL جایگزین کلرین شده است.

جایگزین دیگر، برومین می باشد، جایی که کلرین اکسیدایزر و نمک برومید ( معمولا سدیم برومید ) در آب جبرانی ترکیب شده و به برج خنک کن وارد می شود. این ترکیب موجب بوجود آمدن هیپوبروموس اسید HOBr می شود که قدرت کشندگی کمتری از HOCL دارد اما در pH آلکالین، موثر تر است.

کلرین دی اکساید به دلایل مختلف بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، قدرت کشندگی آن وابسته به pH نیست، با آمونیا واکنش نمی دهد و ترکیبات ارگانیک هالوژنی بوجود نمی آورد. دی اکسید کلرین تاثیر بیشتری در حمله به رسوبات بایو دارد.

ClO2 ناپایدار است و باید در محل تولید شود، قبلا با ترکیب NaCLO2 و کلرین آن را در محل بوجود می آوردند.

2NaClO2 + Cl2 ® 2ClO2 + 2NaCl

این تکنیک نیاز به ذخیره مقادیری از مواد شیمیایی خطرناک دارد و هزینه آن بیشتر از استفاده از سفید کننده و حتی عملیات با برومین می باشد. تکنولوژی جدیدتری هم اکنون در دسترس است و آن طراحی بر اساس فرمول زیر است.

NaClO3 + 1/2 H2O2 + 1/2 H2SO4 → ClO2 + 1/2 O2 + 1/2 Na2SO4 + H2O

کلرات سدیم NaCLO3 به جای کلرایت سدیم هسته اصلی ترکیب است. روش کنترل میکروب ها روش مکمل بایوساید غیر اکسیدی می باشد، به طور معمول، به صورت هفتگی نیاز به اقدام می باشد، در جدول زیر خواص مواد شیمیایی غیر اکسیدی متداول آورده شده است.

ارزیابی دقیق انواع میکروب ها در آب برج خنک کننده لازم است، تا بتوان بهترین و موثرترین بایوساید را انتخاب کرد، هیچ کدام از این ترکیبات بدون تایید و توصیه یک واحد طراحی معتبر نباید مورد استفاده قرار گیرد و استفاده از آن ها باید بر اساس قوانین حفاظت از محیط زیست انجام پذیرد.

مراقبت های حفاظتی در هنگام استفاده از مواد شیمیایی بسیار با اهمیت است، این مواد شیمیایی همانطور که برای میکروارگانیسم ها کشنده است می تواند به سلول های انسانی نیز حمله کند و خطرناک باشد. جهت مطالعه بیشتر به مطلب " کنترل شیمیایی آب برج خنک کننده " مراجعه فرمایید.

https://badrantahvie.com/cooling-tower-microbiological-control/

کنترل شیمیایی آب برج خنک کننده به جهت مقابله با رسوب دارای اهمیت بالایی است، در برج های خنک کن که از آب تازه استفاده می کنند و هیچ نوع ماده شیمیایی و عملیات آبی انجام نمی دهند، اولین ذراتی که تشکیل می شوند کربنات کلسیم CaCO3 هستند، یون های کلسیم +Ca2 تمایل به ترکیب شدن با یون های بیوکربنات -HCO3 دارند، مخصوصا وقتی دما در کندانسور یا دیگر مبدل ها بالا می رود. در این مقاله به بررسی نحوه کنترل شیمیایی آب کولینگ تاور می پردازیم و راه ها و روش های مقابله با تشکیل رسوب را بررسی خواهیم کرد.

بررسی کنترل شیمیایی آب برج خنک کننده

همانطور که گفتیم در حضور گرما، یون های کلسیم با یون های بیوکربنات ترکیب می شوند:

Ca2+ + 2HCO3- + heat = CaCO3 + CO2 + H2O

در میانه قرن قبل متداول ترین راه برای مقابله با رسوب و خوردگی تنها دو پروسه شیمیایی بود، اولی استفاده از اسید سولفوریک برای کنترل pH آب بین 6.5 تا 7 است که اینجا اسید، بیوکربنات را به دی اکسید کربن تبدیل می کند که سپس به صورت گاز فرار می کند. دوم، سدیم دی کرومات نیز به آب اضافه می شد، که کرومیوم یک لایه بروی کربن استیل تشکیل می دهد و خواصی مانند استنلس استیل به آن می بخشید.

این روش عاقلانه نبود زیرا اسید موجب خوردگی بسیار در قطعات برج خنک کننده می شد. متاسفانه مواد شیمیایی با پایه کرومات می توانند هگزاولنت کرومیوم +Cr6 تولید کنند، که سمی می باشد. استفاده از این روش هم در سیستم های مدار باز و هم سیستم های مدار بسته کاملا منسوخ شد. روش دیگری جایگزین روش قدیمی شد که از مواد با پایه آلکالین استفاده می شد، در این روش از فسفات ارگانیک و غیر ارگانیک ( فسفونات ها ) به همراه ترکیبات پلیمری برای جدا کردن و بهبود ذرات رسوب دهنده غیر کربنات و همچنین دوز کمی از نمک روی استفاده می شد.

در این روش در رنج های متداول pH کم به زیاد تا 8 ، مقدار خوردگی کاهش می یافت اما همچنین ترکیبات شیمیایی بازدارنده خوردگی نیز در قطب های آنودی و کاتدی فلز اتفاق می افتادند.

این مواد شیمیایی تشکیل کربنات کلسیم را به حداقل می رساند، اما اگر خوب نظارت نشود می تواند منجر به تشکیل کلسیم فسفات شود، برای همین دلیل است که ترکیبات پلیمری استفاده می شود.

کمپانی های فعال در زمینه نظارت بر کنترل شیمیایی آب برج خنک کننده، سیستم های نظارت پیچیده و برنامه های متفاوتی برای فسفات و فسفنات ها ارایه کرده اند اما مشکل جدیدی بوجود آمده است، بسیاری از منابع آب با فسفر آلوده شده و موجب رشد نسلی از جلبک های سمی شده است، بنابراین هیچ وقت نباید آب آلوده شده به فسفر را به منابع آبی وارد کرد.

وقتی نوع عملیات آبی در برج خنک کننده را انتخاب می کنید، نرم افزار مدل سازی می تواند کمک بزرگی بکند. تعداد معدودی از شرکت های پیشتاز در تکنولوژی این نرم افزار ها را طراحی و ارائه داده اند که می تواند جهت مدل سازی عملیات آبی مورد استفاده قرار گیرد.

دمای خشک شهر های ایران به عنوان یک پارامتر مهم در طراحی تجهیزات سرمایش در این محاسبه گر ارائه گردیده است که اطلاعات بیش از 450 شهر ایران را در خود جای داده است، این اطلاعات از ایستگاه های هواشناسی سراسر کشور ایران گرد آوری شده است. کشور ایران گرم و خشک است و باید با طراحی و انتخاب صحیح تجهیزات ، مصرف انرژی را کاهش داد. دمای خشک محیط دمای قابل حس در هوای محیط است و عددی است که جهت سنجش گرمی یا سردی هوا و روزانه در هواشناسی اعلام می گردد. اعداد دمای خشک بر اساس فرمت 95 درصد به 5 درصد بدست آمده است به این معنی که تنها در 5 درصد از اوقات سال ممکن است که دمای خشک از این عدد بالاتر برود و این فرمت مناسبی برای طراحی است.

بررسی دمای خشک شهر های ایران

دمای خشک ( Dry bulb ) دمایی است که بوسیله دماسنج در هوای آزاد اندازه گیری می شود ، این اندازه گیری باید دور از تابش مستقیم نور خورشید و رطوبت باشد، دمای خشک هوا به اختصار دمای هوا نامیده شده و دمای ترمودینامیک است.

دمای خشک مقدار گرمای موجود در هوا را نشان می دهد و رابطه مستقیم با میانگین انرژی جنبشی مولکول های هوا دارد. معمولا دما در واحد های سلسیوس، کلوین و درجه فارنهایت اندازه گیری می شود تبدیل واحد دما

برخلاف دمای مرطوب ، دمای خشک مقدار رطوبت موجود در هوا را نشان نمی دهد و دمای خشک محور افقی جدول سایکرومتریک می باشد. از دمای خشک محیط به عنوان مهمترین معیار در طراحی ساختمان ها و مراکز مسکونی و تجهیزات سرمایش و گرمایش، استفاده می شود.

کشور ایران منطقه ای گرم و خشک است، همانطور که در نقشه مشاهده میفرمایید نیمه جنوبی کشور به دلیل نزدیک شدن به خط استوا و مجاورت خلیج زیبای فارس، گرم تر از نیمه شمالی می باشد، نواحی مرکزی و شرقی کشور بیابانی است و تنها در خط سلسله کوه های زاگرس و شمال کشور هوا خنک تر و معتدل می باشد.

دمای خشک شهر تهران حدودا برابر 38 درجه سانتیگراد می باشد ، این دما میانگین بالاترین دمای خشک هوا در شهر تهران می باشد که در طراحی تجهیزات سرمایش از قبیل چیلر ، فن کوئل ، هواساز مورد استفاده قرار می گیرد. برای طراحی برج خنک کننده از دمای مرطوب استفاده می شود و دمای خشک نقشی در طراحی کولینگ تاور ندارد.

در محاسبه گر بالا می توانید دمای خشک بیش از 450 شهر و منطقه کشور ایران را به دست آورید، کشور ایران گرم و خشک می باشد، در نقشه زیر شرایط دمایی حاکم بر ایران را مشاهده می فرمایید دمای مرطوب شهر های ایران

https://badrantahvie.com/drybulb-temperature-iran-cities/

تبخیر آب در برج خنک کننده مقدار آبی است که درهنگام فعالیت کولینگ تاور تبخیر و به صورت بخار آب از دستگاه خارج می گردد. برج های خنک کننده دستگاه های تبخیری هستند یعنی عملکرد این دستگاه بر اساس تبخیر آب می باشد. این دستگاه سطح تماس و زمان تماس بیشتر میان آب و هوا ایجاد می کند که موجب کاهش دمای آب می شود. میزان تبخیر آب ارتباط مستقیم با توان خنک کاری دستگاه دارد هر چه دستگاه ابعاد بزرگتر و تناژ بیشتری داشته باشد میزان تبخیر صورت گرفته بسیار بیشتر خواهد بود. در محاسبه گر زیر می توان به صورت آنلاین مقدار تبخیر آب در برج خنک کننده واحد زمان برای گرمترین روز تابستان در شهر مورد نظر را بدست آورد.

مکانیزم تبخیر آب در برج خنک کننده

تبخیر فقط از سطح آب انجام می شود و در هر دمایی صورت می گیرد، هر چه دمای آب بالاتر باشد و سطح آب گسترده تر باشد میزان تبخیر آب نیز بیشتر خواهد شد. وقتی مولکول های سطح آب انرژی لازم را کسب کنند می توانند از سطح آب جدا شده و به شکل گاز وارد هوا شوند، هنگامی که این تبخیر انجام شود با توجه به انرژی که از آب گرفته شده است 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.

تبخیر فقط از سطح آب انجام می شود و در هر دمایی صورت می گیرد، هر چه دمای آب بالاتر باشد و سطح آب گسترده تر باشد میزان تبخیر آب نیز بیشتر خواهد شد. وقتی مولکول های سطح آب انرژی لازم را کسب کنند می توانند از سطح آب جدا شده و به شکل گاز وارد هوا شوند، هنگامی که این تبخیر انجام شود با توجه به انرژی که از آب گرفته شده است 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.

عوامل موثر بر تبخیر آب عبارتند از:

• مقدار جریان هوا: اگر جریان هوای تازه ( غیر اشباع ) بروی سطح آب وجود داشته باشد میزان تبخیر افزایش می یابد و لایه مرزی نفوذ بخار آب در سیال کاهش می یابد.
• سطح تماس: هر چه سطح تماس آب با هوا بیشتر باشد میزان تبخیر افزایش خواهد یافت.
• دمای آب: هر چه دمای سیال آب بالاتر باشد میزان انرژی جنبشی آب بالاتر است و در نتیجه مولکول ها راحت تر از سطح سیال جدا شده و تبخیر می شوند . ( دمای مرطوب شهر های ایران  )
• میزان اشباع بودن هوا : هر چقدر میزان اشباع بودن هوا از بخار آب کمتر باشد تبخیر راحت تر صورت می گیرد، به عبارتی میزان دمای مرطوب محیط اگر کمتر باشد تبخیر بیشتر و آسان تر اتفاق می افتد.

میزان تبخیر آب در برج خنک کننده با استفاده از اصول بالا، به دلیل وجود فن هوا به جریان در آمده و همزمان در قسمت پکینگ ها سطح گسترده میان آب و هوا بوجود می آید. در کولینگ تاور با افزایش جریان هوا ، سطح تماس و زمان تماس مقدار تبخیر آب را افزایش می دهیم.

تبخیر آب در برج خنک کننده به مقدار زیاد انجام می شود و در حقیقت اساس کارکرد کولینگ تاور می باشد، این آب با گرفتن گرمای نهان و تبخیر، موجب خنک شدن مابقی آب موجود در سیستم می شود. مقدار گرمای مورد نیاز جهت تبخیر آب برابر 2260 کیلو ژول بر کیلوگرم یا 40.8 کیلو ژول بر مول آب می باشد ، یعنی اگر یک لیتر آب ( یک کیلوگرم ) در برج خنک کن تبخیر شود به میزان 2260 کیلو ژول گرما از آب دریافت می کند و به اتمسفر وارد می کند.

مصرف آب در برج خنک کن محدود به تبخیر نیست و شامل مجموع تبخیر، پرتاب و بلودان می باشد، البته تبخیر بیشترین مصرف آب در کولینگ تاور می باشد، تعیین مقدار بلودان با توجه به طراحی عملیات آبی است و در اختیار کاربر می باشد. ( محاسبه مصرف آب برج خنک کننده  )

M=E+D+B

M=Make up water m3/hr

E=Evaporation loss m3/hr

D=Drift loss m3/hr

B=Blow down m3/hr

جهت مطالعه بیشتر به مطالب " محاسبه آب جبرانی برج خنک کن " و " کاهش مصرف آب برج خنک کننده " مراجعه فرمایید.

https://badrantahvie.com/evaporation-in-cooling-tower/

برج خنک کننده ابارا ساخت شرکت مشهور ژاپنی (Ebara) سازنده انواع دستگاه های تهویه مطبوع می باشد. کولینگ تاور هایی که از این شرکت در کشور ایران وارد و نصب گردیده است عموما از نوع فایبرگلاس جریان متقاطع ( مسیر ریزش آب و جریان هوا به صورت متقاطع ) است ، توزیع آب در این نوع کولینگ تاور به صورت ثقلی انجام می شود و دستگاه مجهز به پکینگ پی وی سی فیلم با لبه داخلی قطره گیر می باشد. با توجه به گستردگی نصب این نوع کولینگ تاور در سطح کشور لازم است اطلاعاتی در مورد لوازم و پکینگ این نوع کولینگ تاور ارائه دهیم ، جهت تهیه پکینگ و سایر قطعات این نوع کولینگ تاور با شرکت بادران تهویه صنعت تماس حاصل فرمایید.

عملکرد برج خنک کننده ابارا

برج های خنک کننده ابارا جریان متقاطع هستند، آب از دو طرف قسمت فوقانی با جاذبه زمین به صورت ثقلی روی پکینگ ها رو به پایین حرکت می کند و هوا همزمان به وسیله مکش پروانه از دو لبه کنار به صورت افقی وارد می شود، مسیر آب و هوا در هنگام تماس با یکدیگر به صورت متقاطع می باشد، تبخیر از روی پکینگ ها انجام می شود.

مزایای کلی برج خنک کن جریان متقاطع : این نوع کولینگ تاور دارای ارتفاع ریزش آب زیادی می باشد ، بنابراین آب به راحتی فرصت پیدا کرده تا با هوا تماس پیدا کرده تبخیر شود و خنک کاری بیشتری صورت پذیرد. به دلیل مسیر متقاطع جریان هوا و آب ، امکان پرتاب قطرات آب از برج خنک کننده به حداقل ممکن رسیده و در نتیجه پرت آب در این برج خنک کننده بسیار اندک است. نحوه ریزش آب در این برج های خنک کننده به کمک گرانش انجام می شود ، بنابراین سیستم توزیع آب ساده تر و دارای عمر بیشتری است.

در برج خنک کننده جریان متقاطع آب و هوا در یک مسیر متقاطع با یکدیگر تماس دارند، به همین دلیل این نوع برج خنک کننده جریان متقاطع نامیده می شود.

سیستم توزیع آب درابارا به صورت ثقلی می باشد، آب با فشار پمپ از طریق لوله به بالای تشت می رسد و از طریق باکس توزیه به آرامی به روی سطح تشت توزیع پخش می شود، زیر تشت در ردیف های متوالی سوراخ هایی وجود دارد که آب به صورت قطره به سمت پایین و روی پکینگ ها حرکت می کند.

پکینگ برج ابارا

این آب بروی پکینگ ها حرکت می کند همزمان هوا از لبه های کنار وارد دستگاه می شود و از میان صفحات پکینگ برج خنک کننده عبور می کند، مبادله حرارت و جرم در ناحیه پکینگ صورت می گیرد و بدینوسیله آب خنک می شود و در تشت دستگاه جمع می شود.

پکینگ برج ابارا نقش اصلی را در ایجاد سطح تماس میان آب و هوا دارد و در حقیقت قلب دستگاه می باشد، این پکینگ از ورق های از جنس پی وی سی ساخته میشود که دارای گام و مشخصات مشخص و منحصر به فردی است، برای تهیه این نوع پکینگ مطابق نمونه اصلی با شرکت بادران تهویه صنعت تماس حاصل فرمایید.

در تصویر زیر کاتالوگ برج خنک کننده ابارا ( سری MX ) را ملاحظه می فرمایید. این دستگاه ها را می توان به صورت ماژولار در کنار یکدیگر نصب شوند و به همین جهت فضای کمتری اشغال خواهند کرد.

به دلیل ورود هوا از دو طرف برج خنک کننده جریان متقاطع و بسته بودن دو طرف دیگر ، می توان سلول های برج خنک کننده را به صورت مدولار در حالی که فضای کمی اشغال می کنند در کنار هم و به صورت سری قرار داد. در دو طرف بسته دستگاه امکان تعبیه درب ورود وجود دارد بنابراین ورود اپراتور و تعمیرات برج خنک کننده به درون دستگاه به راحتی امکان پذیر است. معمولا به دلیل ملاحضات مربوط به شکل گیری مسیر جریان هوا و آب، ساختار دستگاه بزرگ تر است و ساخت این دستگاه پر هزینه تر از برج خنک کننده جریان مخالف است.

https://badrantahvie.com/ebara-cooling-tower/

پرتاب آب در برج خنک کننده: به قطرات آبی گویند که بوسیله جریان هوا به بیرون از برج خنک کننده پرتاب می گردند. انتقال این قطرات به بیرون برج خنک کننده علاوه بر اینکه باعث هدر رفت آب می شود در عین حال باعث آلوده شدن محیط می شود به طوریکه اگر در آب کولینگ تاور مواد شیمیایی خطرناک یا باکتری لژوینلا باشد در محیط و فضا پخش شده و باعث بیمار شدن افراد می شود، بیماری لژیونلا یکی از خطرناکترین بیماری ها است که در مبتلایان باعث مرگ میشود، در ادامه به بررسی نرخ پرتاب آب و همچنین راه های کنترل آن می پردازیم.

پرتاب آب در برج خنک کننده و بیماری لژیونلا

قطره گیر برج خنک کننده یکی از مهمترین بخش های کولینگ تاور برای تامین سلامتی و ایمنی می باشد، قطره گیر ها آخرین سنگر محافظت انسان در برابر باکتری لژیونلا می باشند. این بیماری نوعی از سینه پهلو است که توسط باکتری های بی هوازی به وجود می آید و در افرادی که سیستم ایمنی ضعیف دارند می تواند موجب مرگ شود.

باکتری لژیونلا در آب و خاک زندگی می کند ، رودخانه ها ، دریاچه ها و خاک از جمله مکان های این باکتری است که به صورت محدود و اندک وجود دارد که این حضور محدود لژیونلا در طبیعت بی خطر است ولی وقتی آب گرم به همرا مواد مغزی و میکروارگانیزم های دیگر وجود داشته باشد باکتری به شدت رشد کرده و خطر ایجاد می کند. بیماری لژیونلا اولین بار در سال 1976 در فیلادلفیا مطرح شد که سیستم آب هتل و بیمارستان به شدت به باکتری های لژیونلا آلوده شده بود و تعداد زیادی از افراد بر اثر بیماری کشته شدند.

با بیماری لژیونلا در برج خنک کننده بوسیله دو عنصر مقابله می شود:

• - برنامه عملیات آبی در برج خنک کننده به صورت منظم
• - طراحی صحیح و نصب قطره گیر ها با شرایط مناسب

اگر به هر دلیلی برنامه عملیات آبی به مشکل بخورد و قطع شود قطره گیر ها آخرین سد در برابر باکتر های لژیونلا می باشند. قطره گیر ها قطعاتی هستند که در مسیر های خروج هوا ( یا ورود هوا ) از برج خنک کننده قرار می گیرند و در حالیکه اجازه عبور هوا را می دهند ولی قطرات آب را گرفتار کرده و به سیستم بازمیگردانند. اگر قطرات ریز آب که شاید حامل باکتری های کشنده بیماری باشند از برج خنک کننده خارج شوند ممکن است تا شعاع دو کیلومتر در هوا پرتاب شوند و بوسیله انسان ها استشمام شوند.

چه زمانی نرخ پرتاب قطرات آب بیش از اندازه می شود:

• - قطره گیر ها در جای مناسب نصب نباشد.
• - قطره گیر ها شکسته شده باشد.
• - قطره گیر ها گرفته شده و کثیف باشد.

بنابراین توصیه میشود قطره گیر ها در جای مناسب قرار گیرد، به صورت منظم تمیز شود و اگر شکسته شده تعویض شود.

نرخ پرتاب قطرات آب در کولینگ تاور

فرض کنید یه دستگاه برج خنک کننده به ابعاد 2.4 متر در 2.4 متر به مدت 8 ساعت در روز کار کند، مقدار دبی 34.7 لیتر در ثانیه باشد بنابراین کل آب گردش یافته در 8 ساعت برابر یک میلیون لیتر خواد بود. در اینصورت:

• - اگر قطره گیر ها صحیح و بسیار تمیز در جای مناسب باشد نرخ پرتاب برابر 0.001% خواهد بود یعنی 10 لیتر در روز.
• - اگر قطره گیر ها در حالت نرمال و معمولی نصب شده باشد نرخ پرتاب برابر 0.0002% خواهد بود یعنی 20 لیتر در روز.
• - اگر قطره گیر ها کثیف و گرفته باشد نرخ پرتاب برابر 0.0005% خواهد بود یعنی 50 لیتر در روز.
• - ولی اگر قطره گیر ها در جای مناسب نباشد و یا شکسته باشد نرخ پرتاب حدودا برابر 0.02% یعنی برابر 200 لیتر در روز خواهد بود.

در نظر داشته باشید ، هر قطره ای که به بیرون پرتاب شود ممکن است حامل باکتری لژیونلا باشد، بنابراین قطره گیر ها نقش حیاتی دارند. اگر مقدار 10 CFU/ml عدد مجاز لژیونلا باشد حالا اثر 10، 20، 50 یا حتی 200 لیتر در روز چه خواهد بود؟ اگر سلامتی انسانها به خطر بیافتد این اعداد چه اهمیتی پیدا می کنند؟

طبق دستورالعمل مدت زمان دوره تمیز کاری و بررسی قطره گیر برج خنک کننده هر 3 ماه یکبار می باشد. توصیه می شود در هنگام تمیز کاری دوره ای قطره گیر ها تصاویری از آن ها تهیه شود و آرشیو شود تا در صورت لزوم بعدا بررسی شوند.

بنابراین شرکت های سازنده کولینگ تاور باید اهمیت ویژه ای به قطره گیر ها بدهند ، هر چه پرتاب آب کمتر باشد امکان انتشار بیماری کمتر خواهد بود.

بنابراین یک سیستم قطره گیر خوب مزایای زیر را در بر خواهد داشت:

• - جلوگیری از انتشار باکتری لژیونلا
• - افزایش راندمان سیستم
• - کاهش مصرف آب
• - کاهش مصرف مواد شیمیایی برج خنک کننده
• - جلوگیری از آسیب رسیدن به تجهیزات یا ساختمان های اطراف کولینگ تاور

پس اگر برج خنک کننده شما پرتاب بیش از اندازه دارد بلافاصله با شرکت ما تماس بگیرید ، ما بهترین راه جلوگیری از پرتاب آب در برج خنک کننده را برای شما طراحی خواهیم نمود و بهترین نوع قطره گیر ها را در اختیار شما قرار خواهیم داد.

https://badrantahvie.com/cooling-tower-drift-loss/

محاسبه برج خنک کننده به معنی به دست آوردن مقدار تن مورد نیاز برج خنک کننده متناسب با شرایط طراحی می باشد. این محاسبه بر اساس چهار پارامتر صورت می پذیرد : دمای آب ورودی به برج خنک کننده، دمای آب خروج از برج خنک کننده، منطقه جغرافیایی محل نصب برج خنک کننده و مقدار دبی آب در گردش. با توجه به اینکه برج های خنک کننده دستگاه هایی هستند که بر اساس تبخیر کار می کنند بنابراین دمای آب خروج از برج خنک کننده نمی تواند از مقدار وت بالب محیط ( دمای مرطوب محیط ) پایین تر باشد و از نظر عملی حداقل سه درجه بالای دمای مرطوب خواهد رسید.

محاسبه برج خنک کننده

در هنگام محاسبه برج خنک کننده اشتباه رایجی صورت می پذیرد این است که با استفاده از فرمول زیر اقدام به محاسبه مقدار انتقال گرمایی کل می گردد، در حالیکه این فرمول مقدار انتقال گرمای کل را بدست می آورد و نه ظرفیت کولینگ تاور مورد نیاز را، در این فرمول هیچ اشاره ای به دمای مرطوب محیط نشده است، به طور مثال اگر شرایط طراحی به این صورت باشد:

دمای ورود آب 40 درجه سانتیگراد

دمای خروج آب 30 درجه سانتیگراد

محل نصب: شهر اصفهان با دمای مرطوب محیط 17 درجه سانتیگراد

دبی آب 10 متر مکعب در ساعت

بر این اساس مقدار انتقال گرمایی برابر است با:

( Q = 10000 * 4.186 * ( 40 - 30

Q = 418600 kJ/hr 

در این شرایط نیاز به 11 تن برج خنک کننده در شهر اصفهان می باشد، حال اگر این شرایط در شهر تهران باشد با دمای مرطوب 24 درجه سانتیگراد مقدار Q بر اساس رابطه بالا باز هم 418600 kJ/hr خواهد بود ولی در تهران نیاز به 15 تن برج خنک کننده است تا به دمای مورد نظر برسیم. و اگر بخواهیم برج خنک کننده را در شهر آمل نصب کنیم که دمای مرطوب برابر 26.5 درجه سانتیگراد است نیاز به 20 تن تبرید می باشد. ( دمای مرطوب شهر های ایران ) بنابراین این فرمول فقط مقدار Q یعنی انتقال گرمای کل را محاسبه می کند و اثری از دمای مرطوب در آن نیست و نباید محاسبات کولینگ تاور بر این اساس صورت گیرد.

تناژ برج خنک کننده به معنی مقدار توانایی دفع گرما می باشد و واحد آن تن تبرید است. یک تن برج خنک کننده 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. معمولا برای تفکیک و دسته بندی برج های خنک کننده از تناژ استفاده می شود به طور مثال برج خنک کننده CS-100 یعنی برج خنک کننده مدل CS با ظرفیت 100 تن تبرید است.

در هنگام محاسبه کولینگ تاور نیاز به یک ضریب است، این ضریب را می توان از نمودار های خاصی ( نمودار انتخاب برج خنک کننده ) که مبتنی بر تغییرات دمای مرطوب است، بدست آورد. در محاسبه گر بالا ما فرمول شگفت انگیزی داریم که مقدار تناژ را به دقت بالا بدست می آورد. می توانید به راحتی محاسبات برج خنک کن را در بیش از 400 شهر انجام دهید و برج خنک کننده مورد نیاز خود را انتخاب نمایید محاسبه مصرف آب برج خنک کننده

توجه فرمایید که پس از بدست آوردن تناژ و مدل برج خنک کن حتما دبی آب در گردش با سایز ورودی دستگاه مطابقت داشته باشد در غیر اینصورت باید سیستم توزیع آب بر اساس نیاز شما تغییر یابد. به طور کلی این محاسبه گر اطلاعات اولیه در اختیار شما قرار می دهد و برای انتخاب نهایی حتما با مهندسین شرکت بادران تهویه صنعت مشاوره نمایید. در این راستا می توانید مطالب روش انتخاب برج خنک کننده را نیز مطالعه فرمایید.

https://badrantahvie.com/cooling-tower-calculator/

محاسبه مصرف آب برج خنک کننده بر اساس شش پارامتر تعیین می گردد که به ترتیب : دمای ورود آب گرم به برج خنک کننده ، دمای خروج آب سرد از برج خنک کننده ، دمای مرطوب هوا ، دبی آب در گردش در برج خنک کننده ، سیکل تغلیظ طراحی شده و مقدار نرخ پرتاب آب از کولینگ تاور می باشد. برج خنک کننده دستگاهی است که به کمک مکانیزم تبخیر آب موجب خنک شدن آب می شود ، که این عملکرد مصرف آب قابل توجهی را به دنبال خواهد داشت، در ادامه به بررسی هر کدام از پارامتر ها می پردازیم و تاثیر آن را بروی مصرف آب بررسی خواهیم کرد.

روش محاسبه مصرف آب برج خنک کننده

محاسبه گر بالا بر اساس شش پارامتر مقدار مصرف آب در برج خنک کننده را محاسبه می نماید، توجه فرمایید طراحی کلیه سیستم ها در علم تهویه مطبوع و سرمایش بر مبنای گرمترین شرایط آب و هوایی است. حال به بررسی هر کدام از پارامتر ها می پردازیم:

مصرف آب برج خنک کن : دمای ورود آب

دمای ورود آب به برج خنک کننده را بر اساس سانتیگراد ( در صورتیکه نیاز است از محاسبه گر تبدیل واحد دما استفاده نمایید ) وارد نمایید، توجه نمایید که دمای ورود آب به کولینگ تاور در شرایط تابستان اعلام شود. هر چه دمای آب ورود به برج خنک کننده بیشتر باشد در نتیجه مصرف آب بیشتر خواهد بود.

مصرف آب برج خنک کن : دمای خروج آب

دمای خروج آب از برج خنک کننده را بر اساس سانتیگراد ( در صورتیکه نیاز است از محاسبه گر تبدیل واحد دما استفاده نمایید ) وارد نمایید، توجه نمایید که دمای خروج آب از کولینگ تاور در شرایط تابستان اعلام شود. به دلیل اینکه دستگاه برج خنک کن یک دستگاه تبخیری می باشد بنابراین دمای خروج از برج خنک کننده تابع دمای مرطوب محیط است و در کمترین حالت می تواند به سه درجه بالاتر از دمای مرطوب برسد. هر چه دمای خروج طراحی پایین تر باشد و به دمای مرطوب نزدیک شود مصرف آب بیشتر خواهد شد.

به طور مثال در شهر تهران که حداکثر دمای مرطوب تابستان برابر 24 درجه سانتیگراد است دمای خروج آب در برج خنک کننده می تواند 27 درجه سانتیگراد باشد.

مصرف آب برج خنک کن : انتخاب محل نصب

عملکرد برج خنک کننده تابع شرایط اقلیمی محل نصب دستگاه است، دستگاه در مناطق با رطوبت بالا کارایی کمتری دارد زیرا عمل تبخیر به سختی صورت میگیرد ولی در مناطق خشک عملکرد مناسبی دارد زیرا تبخیر به آسانی صورت میگیرد  دمای مرطوب شهر های ایران

استان و شهر مورد محل نصب برج خنک کن را انتخاب نمایید تا محاسبات بر اساس دمای مرطوب آن منطقه انجام شود در صورتیکه نیاز به حصول نتیجه در شرایط خاص هستید با بخش فنی شرکت بادران تهویه صنعت تمای حاصل فرمایید.

مصرف آب برج خنک کن : دبی در گردش

مشخص فرمایید چه مقدار آب در واحد زمان از برج خنک کننده عبور می کند. هر چه دبی در گردش بیشتر باشد سایز دستگاه بزرگتر شده و در نتیجه مصرف آب بیشتر خواهد شد. واحد را به متر مکعب در ساعت وارد نمایید در صورتیکه نیاز است از محاسبه گر تبدیل واحد دبی آب استفاده نمایید.

سیکل تغلیظ برج خنک کننده

سیکل تغلیظ برج خنک کننده یعنی نسبت سختی آب درون برج خنک کننده به سختی آب جبرانی وارد شده به برج خنک کننده. این عدد در محاسبه مقدار زیر آب برج خنک کننده ( بلودان ) اهمیت پیدا می کند. در برج خنک کننده به دلیل تبخیر مداوم آب مقدار املاح و سختی ها به صورت مداوم در حال افزایش است بنابراین جهت جلوگیری از گرفتگی و مسدود شدن پکینگ ها و سیستم توزیع آب نباید اجازه داد تا سختی آب به شرایط بحرانی رسید. بدین جهت مقداری از آب داخل برج خنک کن تخلیه می شود و آب تازه جایگزین می شود که به این عمل زیر آب برج خنک کننده یا بلودان می گویند.

اگر اطلاعاتی در مورد این عدد ندارد عدد 3 را وارد نمایید ، سیکل تغلیظ نرمال برابر 3 می باشد. هر چه مقدار سیکل تغلیظ بالاتر باشد نیاز کمتری به تخلیه آب است و هر چه سیکل تغلیظ کمتری در سیستم بخواهیم باید آب بیشتری تخلیه کنیم البته در این مورد مواد شیمیایی برج خنک کننده طراحی شده اند و به کمک ما می آیند تا رسوب دیرتر تشکیل شوند و در نتیجه آب کمتری تخلیه شود، شرکت بادران تهویه صنعت تامین کننده این نوع مواد شیمیایی خاص می باشد جهت مشاوره و دریافت خدمات با شرکت تماس حاصل فرمایید.

نرخ پرتاب قطرات آب

نرخ پرتاب قطرات آب فاکتوری است جهت نشان دادن میزان هدر رفت آب از طریق پرتاب آب در برج خنک کننده و تابع دو فاکتور مهم شدت جریان باد در محل پروژه و مکانیزم برج خنک کننده می باشد.

هر چه میزان نرخ پرتاب قطرات آب در برج خنک کننده بالاتر باشد مقدار پرتاب آب بیشتر است و در نتیجه آب بیشتری مصرف می شود. اگر اطلاعاتی در این مورد ندارید عدد را 0.005 وارد نمایید.

نتیجه گیری

با وارد کردن تمامی پارامتر ها مقدار مصرف آب در برج خنک کننده به دست می آید. مجموع مصرف آب در برج خنک کننده به شرح زیر است:

مصرف کل برج خنک کننده = تبخیر آب + پرتاب آب + بلو دان

با توجه به اینکه زیر آب برج خنک کننده در اختیار کاربر است بنابراین مصرف کل را نیز بدون احتساب زیر آب می توان بدست آورد. بخش عمده مصرف آب در کولینگ تاور مربوط به تبخیر آب می باشد و سپس زیر آب است و کمترین مصرف مربوط به پرتاب آب است.

جهت کاهش مصرف آب می توان بروی هر سه پارامتر کار کرد، به طور مثال جهت کاهش تبخیر آب می توان از سیستم اینورتر کاهش دور پروانه استفاده کرد، برای کاهش پرتاب آب می تواند از انواع قطره گیر ها استفاده کرد و برای کاهش زیر آب می توان از انواع مواد شیمیایی استفاده نمود که همگی را در مطلب " کاهش مصرف آب برج خنک کننده " مبسوط توضیح داده ایم.

میزان محاسبه مصرف آب برج خنک کننده در یک شبانه روز به دلیل اینکه هوا در صبح خنک و رفته رفته تا ظهر گرم شده و در ساعت سه بعد از ظهر به اوج گرمای خود می رسد و سپس از بعد از ظهر تا شب هنگام خنک خواهد بود بدست آوردن معیار مشخص برای محاسبه مصرف آب در یک روز بسیار سخت است. یا همینطور تخمین محاسبه در ماه و یکسال ، زیرا فصل های ابتدای سال خنک و فصل های تابستان گرم است یا اگر برج خنک کننده در زمستان هم فعال باشد هوا بسیار سرد خواهد بود بنابراین اعداد سه آیتم آخر بر اساس مشاهدات تجربی و به صورت تخمین محاسبه شده است. در راستای این مطلب میتوانید به مطلب " محاسبه آب جبرانی برج خنک کن " مراجعه فرمایید. در انتهای صفحه در بخش نظرات لطفا تجربیات ارزشمند و پیشنهادات خود را پیرامون مصرف آب برج خنک کننده بیان فرمایید.

https://badrantahvie.com/cooling-tower-water-usage-calculator/