برج خنک کننده مدار بسته دستگاهی جهت خنک کردن آب در گردش با استفاده حداقلی از آب و جدا نمودن سیال فرآیندی و سال خنک کننده است. بعضی مواقع با توجه به شرایط آب و هوایی نیاز است که از هدر دادن آب و تبخیر زیاد آن جلوگیری شود و دلیل آن کمبود آب است. برای همین منظور از برج خنک کننده مدار بسته یا همان برج خنک کننده خشک استفاده می‌گردد. برج خنک کننده چیست ? عملکرد برج خنک کننده مدار بسته این طور است که آب گرم در آن ار لوله‌های پره دار عبور می‌کند و به جای عبور از پکینگها، این لوله‌های پره دار در ارتباط با هوای سرد هستند.
اساس کار برج خنک کننده بر مبنای ایجاد سطح تماس بیشتر بین جریان آب گرم و هوای سرد و در نتیجه تبادل حرارتی بین این دو است. عموماً در برج خنک کننده آب گرم خروجی از سیستم توسط لوله‌هایی از بالای برج خنک کننده وارد شده و در آنجا به صورت طبیعی یا با آب فشان هایی به سمت پایین برج جاری می‌شود و در طول این مسیر با توجه به نوع برج خنک کننده به شیوه‌های مختلف با جریان هوای سرد برخورد می‌کند. برج خنک کننده از لحاظ مکانیزم انتقال حرارت به دو گروه مرطوب (مدار باز) و خشک (مداربسته) تقسیم می‌شود.
-
الف) برج خنک کننده مرطوب (مدار باز) Wet Cooling Tower:
آب گرم از بالای برج خنک کننده با عبور از پکینگها و برخورد با جریان هوای تازه که از محیط بیرون توسط فن یا به صورت طبیعی وارد برج خنک کننده می‌شوند ضمن تبادل حرارتی و خنک شدن در پایین برج ته نشین می‌شود. مهمترین عیب این سیستم پاشیدن حرارت آب به اطراف و همچنین تبخیر بیش از حد آب است.
-
ب) برج خنک کننده خشک (کولینگ تاور مدار بسته) Dry Cooling Tower:
در مناطقی که به علت عدم وجود آب کافی باید از اتلاف آب و تبخیر بیشتر جلوگیری نمود از برج خنک کننده خشک استفاده می‌گردد.در این دسته آب گرم (یا روغن) بجای عبور از پکینگها از لوله‌های پره دار که با هوای سرد در تماس است عبور کرده و خنک می‌گردد. از معایب این سیستم کاهش راندمان با افزایش دمای محیط اطراف است. مکانیزم چرخش آبگرم (روغن) در این سیستم مانند مکانیزم عملکرد یونیت هیترها است.
تقریبا بیش از90 درصد برج‌های خنک کننده از نوع برج‌های تر هستند که خود به دو گروه جریان متقابل(counter flow) و جریان متقاطع (cross flow) تقسیم می‌شوند. طی سالهای طولانی فعالیت مهتاب گستر برج‌های خنک کننده از نوع جریان متقابل بعلت حجم کمتر برج خنک کننده و راندمان بهتر و هزینه کمتر مقبولیت بیشتری پیدا کرده است.
مشخصات فنی برج خنک کننده مدار بسته
مشخصات بدنه
- پلی استر غیر اشباع F-65 (محلول در استایرن65%) مقاوم در برابر جرقه و شکست ولتاژ خوردگی
- کبالت با ضریب شتابدهندگی 10% بعنوان خشک کننده رزینهای پلی استر
- اسید پراکسید (هاردنر) MEKP متیل اتیل کتون پراکسید
- تینر 15000 و استایرن منومر جهت جلوگیری از شکنندگی بدنه و افزایش طول عمر مفید قطعاتی که در معر ض آب و اشعه خورشید هستند.
- الیاف شیشه سوزنی 450 و حصیری 600 با درصد اختلاط 75% به 25% محصول کشور اسپانیا یا ژاپن
- اروزیل دگوستا 200
- تیتان کرونوس آلمان
- ساختار پلی استر تقویت شده مجموعه فوق در برابر اشعه UV و رطوبت مقاوم است.
مشخصات فنی سایر قطعات
پکینگ پی وی سی با گام 19میل با ضخامت 350 میکرون مقاوم در برابر رسوب و خوردگی و ضد مواد UV این مجموعه در برابر جریان هوا و آب مقاوم است و به دلیل دارا بودن ساختار خاص شرایط را برای تشکیل و نگهداری لایه فیلم آب بروی سطوح خود فراهم می‌کند که این مورد باعث افزایش راندمان و ایجاد ضریب انتقال بالا در سیستم می‌گردد.
این پکینگها تا حداکثر دمای آب ورودی به میزان 80 درجه سیلسیوس قابل استفاده است.پایه‌های لوور از جنس آلومینیوم است و جهت ایجاد استحکام بروش ریخته گری تهیه می‌گردد.
-
مجموعه کاهش سرعت و سیستم آبپاش:
قطعات کاهش سرعت از جنس چدن نشکن و آب پخش کن یا اسپرینکلر از جنس آلومینیوم است و سیستم آبپاش بدون استفاده از نازل در نظر گرفته شده که به صورت خود گردان عمل می نماید و این مورد در جلوگیری از افت فشار موثر است.پولی و فلکه از نوع تیپر بوش مخروطی با قابلیت نصب و دیمونتاژ آسان بوده وبصورت بالانس شده نصب می‌گردد.
الکتروموتور 11 کیلو وات فلنج دار همراه با اینورتور(کنترل دور متغیر) از نوع اروپایی مارک زیمنس و یا VM است ونحوه اتصال مجموعه فن و موتور بصورت تسمه و پول است.پیچ و مهره و اتصالات با گرید 8.8 بصورت آبکاری شده استفاده می‌گردد.
این مجموعه از ساختار پلی استر تقویت شده تشکیل شده و بصورت گسترده بروی لوله‌های فرعی وگردان مجموعه نصب می‌شود که مانع از مکیده شدن قطرات آب به سمت فن می‌گردد.
-
لوازم و مصالح داخلی دستگاه:
مجموعه چپ گرد-راست گرد و لوله‌های نگهدارنده خورشیدی و شناور و همچنین حفاظ مجموعه فن و پایه موتور و شاسی فن موتور از جنس استنلس استیل است.در اغلب موارد، ایزولاسیون کولینگ تاور مدار بسته بصورت کامل و محلهای مورد نیاز با فایبرگلاس انجام خواهد شد.
-
مجموعه کویل برج خنک کننده مدار بسته:
هر دستگاه دارای کویل مسی حداقل 6 ردیفه، از جنس کربن استیل بدون فین متناسب با بار برودتی دستگاه است.
مزایای برج خنک کننده مدار بسته
برج‌های خنک کننده مدار بسته، مایع یا سیال فرآیند را کاملا از جو جدا می‌کند. این امر با ترکیب تجهیزات دفع گرما با مبدل حرارتی در یک برج خنک کننده مدار بسته محقق می‌شود (شکل زیر). برج خنک کن مدار بسته از کیفیت سیال فرآیندی محافظت می‌کند، هزینه و زمان مورد نیاز برای تعمیر و نگهداری سیستم را کاهش می دهد و انعطاف پذیری عملیاتی را با کاهش هزینه اولیه بالاتر می‌برد.
علاوه بر موارد فوق، برج خنک کننده مداربسته دارای مزایای زیر نیز است:
- مصرف آب: درقیاس با مدل‌های مدارباز، از مصرف آب بسیار کمتری برخوردار است. ضمناَ نیاز بسیار کمتری به تزریق آب جبرانی خواهد داشت. (صرفه جویی مالی)
- مصرف انرژی: پایین بودن میزان مصرف انرژی
- کنترل انرژی: قطعات و سیستم‌های جانبی مانند ترموستات و…، به راحتی با برج‌های مداربسته هماهنگ می‌شوند. لذا میتوان در فصول مختلف سال، انرژی مصرفی را کنترل نمود.
- عدم نیاز به تصفیه آب: سیال در مجراهای بسته‌ی سیستم‌های مدار بسته جریان دارد. بنابراین چنانچه از کیفیت آب ورودی مطمئن هستید، نیازی به تصفیه ثانویه نخواهید داشت. بدلیل عدم ارتباط مستقیم با هوا، کیفیت و بهداشت سیال حفظ خواهد شد.
- رسوب: میزان تشکیل رسوب نیز در برج خنک کننده مداربسته کمتر است. درنتیجه به شستشو و تعمیر کمتری نیاز خواهند داشت.
- محافظت از لوله‌ها: لوله‌های فلزی پره دار این تجهیزات، امکان اکسیداسیون و زنگ زدگی دارند. از همین رو با شیوه حفاظت کاتدی، به راحتی میتوان این دغدغه را برطرف نمود.
انواع برج خنک کننده مداربسته
برج‌های خنک کن مدار بسته دارای دو زیرمجموعه اصلی هستند: «سیستم‌های مداربسته خشک» و «سیستم مدار بسته هیبریدی». کارشناسان بر این عقیده هستند که هر یک از این مدل‌ها، به دلیل «انتقال حرارت غیرمستقیم» و «عدم ارتباط مستقیم آب با جریان هوا»، در زیرمجموعه‌ی کلی برج خنک کننده مداربسته قرار می‌گیرند. در ادامه به بررسی کوتاه هر یک از این مدل‌ها خواهیم پرداخت.
برج خنک کننده مدار بسته خشک
سیستم کولینگ مداربسته خشک، یک دستگاه کاملاَ صنعتی است که به منظور پوشش‌دهی نیازهای صنایع بزرگ بالادستی طراحی می‌گردد. بنابراین مشخصاَ در ظرفیتهای بزرگی طراحی خواهد شد. با توجه به عدم ارتباط مستقیم سیال با جریان هوا، نیاز به راهکاری دیگر برای پوشش ضعف راندمان است. در نتیجه غالباَ از کویلهای فین دار و لوله‌های پره دار ترکیبی (از جنسهای مختلف) در برج خنک کننده مداربسته خشک استفاده می‌شود.
بهره‌گیری از کویلهای آلومینیومی فین دار، می‌تواند به گستردگی سطح تبادل گرمایی جریان هوا و آب، کمک کند. طراحی ظاهری این تجهیزات به صورت مستطیلی و همراه با سطوح شیبدار از دوطرف است.
بیاد داشته باشید که نوع هوادهی در این مدل‌ها، تماماَ به صورت «هواخنک» است.ضد جلبک برج خنک کننده قادر است در کمتر از 24 ساعت، تمام خزه ها و جلبک های سیستم های خنک کننده تصفیه های آب و برجک های خنک کننده و … را از بین ببرد و مانع از رشد دوباره خزه و جلبک شود.
برج خنک کننده مداربسته هیبریدی
بسیاری از متخصصان، نقدهای تندی را به عملکرد سیستم‌های مدارباز و مداربسته در فصول مختلف سال، وارد میکردند. به همین دلیل طراحی برج خنک کننده مداربسته هیبریدی با خلاقیت های خاصی همراه شد. بطوریکه نوع عملکرد این سیستم‌ها را ترکیبی از برج‌های مدارباز و مداربسته می‌دانند:
- فصول گرم: در فصول گرم سال، گاهاَ واردسازی هوای خنک از محیط بیرون به درون دستگاه امکانپذیر نیست. زیرا خود هوای بیرونی، بسیار گرم است و نمی‌تواند سیال داغ را خنک کند. در چنین شرایطی از یک سیکل توزیع آب کمکی (شبیه به اسپرینکلرهدهای مدارباز) استفاده می‌شود. تاجای ممکن نیز از هوای خنک بهره گرفته می‌شود.
- فصول سرد: باتوجه به سرمای هوا در فصول سرد سال، در این فصول استفاده از سیستم مکش و دمش هوا کفایت می‌کند. بدین‌گونه که هوای خنک توسط فن‌ها وارد دستگاه شده و به سطح خارجی لوله‌ها دمش پیدا می‌کند.