کولینگ تاور چیست؟

کولینگ تاور یا برج خنک کننده یا برج خنک کاری آب (Cooling tower) دستگاهی است که حرارت اضافی تجهیزات تهویه مطبوع و صنعت را می گیرد  و آن را به محیط بیرون منتقل می کند. برج خنک کننده یا در زبان لاتین کولینگ تاور دستگاهی است که آب را در صنعت خنک می کند و آب خنک را در اختیار دستگاه هایی قرار می دهد که طی یک فرآیند ممکن است دچار افزایش دما شوند. در واقع کولینگ تاور دستگاهی است جهت خنک نگه داشتن دستگاه های بزرگ صنعتی که در طی یک فرآیند گرما زا داغ می شوند.

کاربرد کولینگ تاور در صنعت

سیالاتی که جهت خنک کاری در سیستم های تهویه مطبوع پالایشگاه ها . صنایع پتروشیمی . نیروگاه ها و ... استفاده می شوند در اثر سیرکولاسیون گرم شده و دمای آن بالا می رود . کولینگ تاور صنعتی یا برج خنک کننده صنعتی دمای این سیالات را از طریق تبخیر آب تا نزدیکی دمای حباب تر پایین آورده و حرارت جذب شده را وارد محیط می کند.در صنایع مختلف نفت و گاز ، تولید اکسیژن مایع ، تولید قطعات چوبی و تولید فوم های صنعتی از کولینگ تاور کاربردهای فراوانی می شود که گاه ممکن است به صورت یک سازه بتنی نمایانگر شود و گاه ممکن است به صورت یک یا چند دستگاه کولینگ تاور فایبرگلاس در صنایع مختلف دیده شود.

شرکتهای سیمان همانند سیمان لامرد، سیمان سبزوار، سیمان پریتلند و سایر صنایع مختلف سیمان در صنایع ساختمانی از کولینگ تاور جهت خنک کردن فرآوری عملیات بتن و تولید سیمان استفاده می نمایند. در صنایع چوب و تولید نئوپان و فیبرهای صنعتی در کوره های تولید چسبهای مخصوص از کولینگ تاور جهت خنک کاری مخزن چسب استفاده می شود.در صنعت موادغذایی در جهت خنک کردن مخازن آب پنیر ، شیر و غیره از کولینگ تاور در جهت خنک کاری دستگاه های پاستوریزاسیون استفاده می شود.

کاربرد کولینگ تاور در خنک کاری چیلر

در سیستم های گرمایشی و سرمایشی تهویه مطبوع از کولینگ تاور جهت دفع حرارت نامطلوب چیلر استفاده می شود . چیلرهای آب خنک معمولا کارایی بیشتری نسبت به چیلر های هوا خنک دارند. آب سرد مورد نیاز چیلرهای آب خنک توسط دستگاه کولینگ تاور تهیه می شود.در این کاربری به کولینگ تاور برج خنک کن چیلر گفته می شود. وظیفه برج خنک کن یا کولینگ تاور در چیلرهای تراکمی خنک کردن آب خروجی از کندانسور تا دمای مرطوب محیط میباشد می دانیم که مبرد با جوشش و تبخیر در اوپراتور حرارت سیال را می گیرد از طرفی این حرارت باید توان کمپرسور را نیز اضافه کرد حال این حرارت در کندانسور به وسیله آب سرد کولینگ تاور دریافت شده و آب جریانی در برج عمدتاً به واسطه تبخیر خنک می شود و در چیلر های جذبی آب خروجی از برج خنک کننده یا کولینگ تاور وظیفه انتقال حرارت در کندانسور را دارد وابتدا آب وارد ابزوربر شده قدری محلول لیتیوم بروماید رقیق را خنک می کند و سپس وارد کندانسور شده و باعث کندانس و تقطیر شدن بخار مبرد موجود در کندانس می شود.

کولینگ تاور چیلر گاهی به دلایل زیبایی شناسی در صفحه نمایش های تزیینی محصور می شوند . بنابراین محاسابات باید اطمینان دهد که فضای آزاد کافی برای برج خنک کننده وجود دارد تا مقدار هوای مورد نیازش را مکش کند و جلوی چرخش دوباره را نیز بگیرد.اگر کولینگ تاور  در پشت بام یا نزدیک یک دیوار قرار بگیرد یا به چند برج خنک کننده در موقعیت های مختلف تقسیم شود.طراحی پیچیده تر می شود و هزینه های اولیه و عملکرد به طور قابل ملاحضه ای افزایش می یابد . همچنین برج ها نباید تقسیم شوند و در سطوح مختلف قرار بگیرند زیرا این کار سبب مشکلات هیدرولیکی میشود و در نهایت کولینگ تاور باید به اندازه کافی بالای پشت بام ساخته شود که پایین برج و سقف به خوبی بتواند نگهداری شوند.

مشکلات به وجود آمده در کولینگ تاور در طی کارکرد دستگاه

• خوردگی قطعات داخلی  کولینگ تاور توسط جریان آب و املاح موجود در آب
• آفتاب سوختگی قطعات بدنه کولینگ تاور در اثر تابش مستقیم نور خورشید و اشعه یووی
• گرفتگی و رسوب شدید در بخش های مختلف پکینگ و نازل به دلیل تبخیر دائمی جریان آب
• رشد جلبک ها و باکتری های بیولوژیکی در کولینگ تاور مخصوصاً کولینگ تاورهای بتنی

انتخاب کولینگ تاور

انتخاب برج خنک کننده در هر پروژه چالشی بین هزینه اولیه مخارج جاری و تعمیر نگهداری است .در انتخاب برج خنک کننده پارامتر هایی نظیر نوع برج( آبی هوایی تبخیری) مقدار انتقال حرارت توسط برج . دبی آب جریانی .دمای مرطوب و خشک محیط . دمای آب ورودیو خروجی ( دلتا تی) اهمیت بسیار زیادی در تایین ظرفیت تبرید برج خنک کننده دارند

برای مطمئن بودن از استفاده بهینه و کارکرد صحیح چیلر انتخاب یک برج خنک کننده یا کولینگ تاور با ظرفیت بالاتر کاری مقرون به صرفه خواهد بود استفاده از یک موتور برای فن برج خنک کننده که به صورت مکرر خاموش روشن می شود راندمان برج کاهش می یابد ولی برای افزایش آن میتوان از موتور سه مرحله ای یا با سرعت پیوسته با استفاده از سیستم اینورتر استفاده کرد.

نحوه کارکرد کولینگ تاور

کولینگ تاور در اصل نوعی سرد کننده ی تبخیری بزرگ می باشد و در کولینگ تاور آب گرم ورودی به دستگاه با دمای بین 35 تا 45 درجه سانتی گراد به یک سطح گسترده ای از تبادل حرارت (پرکننده یا پکینگ) افشانده می شود این سطوح معمولاً از صفحات پلاستیکی موج دار ساخته می شوند.

آب بر روی سطح گسترده ( پکینگ مدیا) پوشانده و به سمت سینی پایین ( تشتک) کولینگ تاور حرکت می کند و به طور همزمان هوا نیز از قسمت پایین برج خنک کاری یا کولینگ تاور وارد شده و با عبور از امتداد سطح مرطوب به قسمت فوقانی یا فن استک می رود. مقداری از آب در این فرآیند  تبخیر شده و با هوای اشباع از دهانه فن خارج می شود.گرمای نهان تبخیر که برای تبخیر مقداری آب نیاز است از باقی آب گرفته شده و به این ترتیب الباقی سیال مانده خنک می شود. به این ترتیب آب خنک  جمع شده در تشتک کولینگ تاور دوباره به چیلر یا مدار سیکل بر می گردد .

در کولینگ تاور مدار بسته با استفاده از یک کویل آب بجای عبور از یک سطح رو باز از لوله های کویل عبور میکند و در تماس با آب و جریان هوای مورد نیاز  با استفاده از فن تأمین می شود فرایند خنک کاری انجام میگردد.

عملکرد سرمایی کولینگ تاور و تداوم کارکرد آن در شرایط مختلف آب و هوایی با وجود یک یا چند فن برای راندن یا کشیدن هوا به داخل کولینگ تاور امکان پذیر است .فن سرعت جریان هوا در برج خنک کننده را افزایش داده و در این حالت برخی ذرات کوچک آب وارد جریان هوا میشود این ذرات اگر از سیستم خارج شوند آب تلف شده محسوب میشود و موجب تر شدن دستگاه ها یا ساختمان های اطراف میشود به این منظور در قسمت بالایی برج خنک کننده زیر دهانه فن قطره گیر در برج تعبیه میشود که با جذباین ذرات باعث صرفه جویی در سیستم می گردد.

در برج خنک کننده با مهندسی مدار باز جریان مخالف آب کندانسور چیلر در معرض هوای خارج قرار دارد و میتواند از جو گرد و خاک جذب کند  بنابر این استفاده از صافی برای جدا کردن ذرات بزرگتر گرد و غبار ضروری است البته برخی از ذرات ریز وارد چرخه میشوند برای مواجه نشدن ذرات بسیار ریز در برج خنک کننده میتوان از مدار بسته استفاده نمود .

عملکرد سرمایشی برج خنک کننده به آنتالپی هوای ورودی به برج بستگی دارد . هرچه هوا خشک تر و دمای آن کمتر باشد آنتالپی آن کمتر است و هر چه آنتالپی هوای ورودی کمتر باشد میزان تبخیر هوا بیشتر و در نتیجه عملکرد برج خنک کننده بهتر خواهد بود .مورد جالب توجه این است که دمای هوا با صعود در برج میتواند افزایش یافته ثابت بماند یا حتی کاهش پیدا کند .

حال به بررسی مختصر داخل یک برج خنک کننده می پردازیم .اساس کار برج نشان میدهد آب گرم با حرکت و پاشش به سمت پایین خنک شده و در همین حال هوا در سیستم به سمت بالا رفته و اشباع میشود .

در مجموع میتوان  گفت که عملکرد سرمایشی برج خنک کننده به آنتالپی هوای ورودی بستگی دارد و مستقل از دمای هوای ورودی است . اگر هوا گرم تر و خشک تر باشد تبخیر بیشتری در برج خنک کننده رخ میدهد . بر همین اساس ظرفیت کولینگ تاور به دلایل مختلفی میتواند کاهش یابد .فن دستگاه به صورت دوره ای روشن خاموش شود ولی از این نکته  غافل نشوید هر بار شروع به کار مجدد برج خنک کننده به الکترو موتور بسیار فشار میاورد . برای افزایش عمر موتور و صرفه جویی در مصرف انرژی استفاده از فن با دو سرعت مختلف بسیار سود مند است .

آب بعد از تبخیر مواد شیمیایی و رسوباتی به جا میگذارد که در بار نهایی سیستم می تواند تا یک درصد از دستگاه را به خود اختصاص دهد . علاوه بر ان آب مقداری از گرد و خاک هوا راهم به خود می گیرد معمولا مقدار بیشتری از مواد مغذی که منجر به رشد باکتری ها می شوند و در خود دارد به همین دلیل پاکسازی و ضد عفونی کردن برج خنک کننده به صورت منظم از الزامات نگه داری کولینگ تاور به شمار میرود .