برج خنک کننده - کولینگ تاور - برج خنک کن | پایاسرداب

در گزینش صحیح دستگاه خنک کننده آب متناسب با مقتضیات یک پروژه ی معین باید چند عامل اصلی را ملحوظ قرار داد ، توانایی خنک کردن مسائل اقتصادی ، سرویس های مورد نیاز و شرایط طبیعی. این عوامل اغلب به یکدیگر بستگی متقابل دارند، اما هر یک باید جداگانه بررسی و ارزیابی شوند. از آنجا که ممکن است انواع زیادی از دستگاهها توانایی تأمین مقصود را داشته باشند عواملی همچون ابعاد دستگاه مساحت محل نصب، حجم هوای جریانی، میزان مصرف انرژی بادزن و پمپ، مواد به کار رفته در ساخت دستگا ه، کیفیت آب و سهولت یافتن دستگاه در بازار، بر انتخاب نهایی تاثیر خواهند گذارد. گزینش مطلوبع مدتاً بعد از ارزیابی اقتصادی صورت می گیرد.

برجهای خنک کن در اندازههای مختلف برای دفع حرارت از یک تا چند هزار تن تبرید ساخته می شوند. برج های بزرگ برای کاربردهای معین ساخته می شوند و معمولا از چندین سلول تشکیل می گردند که هر یک اجزاء خاص خود را دارند. برجهای خنک کن معمولا به سه دسته تقسیم میشوند:

1. برجهای آتمسفریک ((Atmosperioبا فشار طبیعی هوا،
2.  برجهای با جریان هوای فشاری ( Forced-Draft)
   
3.  و برجهای با جریان هوای کششی(Induced-Draft)

• برج های خنک کن اتمسفریک فاقد بادبزن بوده و معمولا فقط در اندازه های کوچک ساخته می شوند.

•     برج خنک کن با جریان هوای فشاری دارای بادزنی است که هوا را با فشار از میان ذرات آب پودر شده و در حال ریزش، عبور میدهد .

•     برج خنک کن با جریان هوای کششی دارای بادزنی است که هوا را از میان ذرات آب در حال ریزش به سمت بادزن می کشد .

•    بازده برج خنک کن به تأثیر تماس آب و هوا بستگی دارد و هر چه سطح تماس گسترده تر باشد، بازده برج  بیشتر خواهد بود.

 در انتخاب محل نصب برج خنک کن باید در نظر داشت که حجم بزرگی از هوا در برج جریان مییابد. سروصدای دستگاه زیاد بوده و وزن آن هنگام کار قابل توجه است. همچنین باید برای جابه جایی حجم بزرگ هوای خارج، فضای لازم در اطراف برج خنک کننده منظور شود. برجهای خنک کن با جریان هوای فشاری و کششی مجموعه ای هستند از اجزاء متعدد شامل بادزن، افشاننده ها (Sprays)، موتور بادزن، محرّک و راه انداز (Starter). بعضی از تأسیسات شامل یک هواشوی(ایرواشر)، بادزن و بدنه ای هستند که از هر حیث مانند تجهیزات تهویه مطبوع است.

نگهداری این وسایل به شرح زیر است:

 محل نصب

برج خنک کن را در فضای باز با جریان هوای آزاد قرار داد در حصول یک بازده مناسب از برج مشکلی وجود نخواهد داشت. اما چنانچه قرار باشد برج در داخل ساختمان و محصور بین دیوارها نصب شود، موارد زیر باید مورد توجه قرار گیرند:

1.     به فضای کافی و بدون مانع مزاحم در اطراف برج وجود داشته باشد تا هوای لازم به برج برسد.

2.   هوای گرم و مرطوب خروجی از برج باید به گونه ای تخلیه شود که امکان بازگشت و گردش مجدد آن به برج وجود نداشته باشد .گردش مجدد چنین هوایی در برج دمای مرطوب هوای ورودی به برج را مداوماً افزایش داده سبب فزونی دمای آب گرم ورودی و آب سرد خروجی از برج می شود و چنانچه برج در فصل سرد نیز کار کند. می تواند باعث یخ زدن مدخل هوا به برج گردد. امکان گردش مجدد هوا در برج بویژه زمانی باید مورد توجه واقع شود که قرار باشد چندین برج در مجاورت هم قرار گیرند .تعیین محل نصب برج خنک کن به عوامل دیگری نیز بستگی دارد از قبیل : استحکام محل نصب و تجهیزات اضافی برای تقویت آن، مقررات و کدهای محلی، هزینه فراهم کردن تجهیزات جانبی برای برج و مسائل مربوط به معماری ساختمان. ملاحظاتی مثل سطح صدای تولیدی توسط برج، رطوبت هوا و میزان رانش ذرات آب به بیرون توسط هوای جریانی نیز در انتخاب صحیح محل نصب برج در مرحلهی طراحی پروژه دخيل می باشند.

 لوله کشی

 سیستم لوله کشی برج خنک کن باید به گونه ای طرح شود که امکان انبساط و انقباض و انعطاف لوله های رابط بین اجزاء سیستم تا حد معینی فراهم باشد. چنانچه برج بیش از یک اتصال ورودی داشته باشد، باید جهت متعادل کردن جریان آب به هر یک از سلولهای برج، شیرهای متعادل کننده نصب شوند. چنانچه لازم آید که یکی از سلولهای برج برای تعمیر از مدار خارج شود باید از شیرهای مسدود کننده استفاده نمود. اگر دو یا چند برج خنک کن با هم موازی شوند، جهت کنترل عدم تعادل احتمالی سیستم لوله کشی (به و از) برج خنک کنها و کنترل تغییرات شدت جریان ناشی از گرفتگی صافیها و اریفیسها، باید یک خط لوله متعادل کننده بین تشت برجها نصب گردد. به منظور ممانعت از سر ریز کردن آب از برج هنگام توقف کار و اطمینان از کار رضایتبخش پمپ در زمان شروع فعالیت سیستم، تمامی مبدلهای حرارتی (و سیستم لوله کشی برج تا حد امکان) باید پایین تر ازسطح آب برج (در هنگام کار) قرار گیرند. اندازه تشت برج طوری تعیین میشود که حجم درستی از آب را در حین فعالیت سیستم در خود جای دهد چندان که مانع از مکیده شدن هوا توسط خود مکش پمپ گردد. برای تشت برج یک حجم اضافی بین سطح عملیاتی برج و سطح سرریز منظور میگردد تا موقع راه اندازی سیستم رایزر و شبکه لوله کشی برج را از آب پر نموده و کاستی های آب برج را تامین نماید.

کنترل ظرفیت

بیشتر برج های خنک کن در معرض تغییرات قابل توجه دمای مرطوب هوا و بار در طول فصل گرم می باشند. بدین لحاظ ممکن است جهت ابقاء شرایط تجویز شده برای کارکرد مطلوب برج، بعضی روشهای کنترل ظرفیت به کار گرفته شوند.

 ساده ترین روش کنترل ظرفیت برجهای خنک کن، تغییر سرعت بادزن است که اغلب در مورد برجهای چند سلولی یا تأسیساتی با چندین برج خنک کن به کار می رود. در آب و هوای غیر سرد که کنترل دقیق دمای آب خروجی از برج ضروری نیست، تغییر سرعت بادزن روش مقتصدانه ای برای کنترل ظرفیت برج است. اما برای اجتناب از سوختن موتور در اثر تغییر مداوم و بیش از حد سرعت باید دقت خاصی مبذول گردد. با موتورهای دو سرعته می توان کنترل ظرفیت برج را در دو مرحله صورت داد که این بویژه در مورد برجهای با یک موتور بادزن کاربرد دارد. با استفاده از موتورهای دو سرعته در مصرف انرژی نیز صرفه جویی خواهد شد. استفاده از دمپراهای تنظیم کننده در دهانه ی خروجی بادزنهای سانتریفوژ سابقه ای طولانی دارد. در بسیاری از موارد این دمپر همراه با موتورهای دو سرعته به کار  می رود. وسایل پیشرفتهی کنترل فرکانس امکان تغییرات چند گانه سرعت موتور را فراهم آورده کنترل محدود ظرفیت و انرژی مصرفی را تضمین می کنند، همان کاری که در بادزنهای جدید باتغییر خودکار فواصل پره ها صورت می گیرد.

تغییر ترتیب پمپاژ آب به برج با استفاده از یک سری پمپ با موتور معمولی یا دو سرعته یکی دیگر از راههای کنترل ظرفیت و صرفه جویی در مصرف انرژی است.

بای پاس یا میان بر کردن آب نیز از دیگر راههای کنترل ظرفیت برج است که تنها با مشورت کارخانه سازنده برج قابل اجراست. این امر بویژه بدان جهت اهمیت دارد که تحت شرایط محیطی پایین ، کاهش جریان اب می تواند باعث یخ زدگی در داخل برج شود.

 کار زمستانی برج خنک کن

اگر قرار باشد برج خنک کننده در دمای زیر صفر کار کند ، مراحل طراحی و کار سیستم شامل دقایق و ملاحظات بیشتری خواهد بود. در این ارتباط موارد زیر مورد بحث قرار میگیرد:

1.     گردش باز آب در برج خنک کننده

2.     گردش بسته آب در یک سردکننده تبخیری مدار بسته

3.      آب تشت در برج خنک کن یا خنک کننده تبخیری مدار بسته

 گردش باز آب در برج خنک کن

برج خنک کنهایی را که قرار است در دمای زیر صفر کار کنند می توان با استفاده از یک روش مناسب کنترل ظرفیت، با شرایط زمستانی تطبیق داد. این کنترل ظرفیت ، دمای آب خروجی از برج را بالاتر از نقطه انجماد نگه میدارد. مضافا در طی فصل سرد باید منظماً بازرسی عینی از برج خنک کن صورت گیرد تا از اکارکرد صحیح کنترل ها اطمینان حاصل شود.

در برج خنک کنهایی که دارای بادزنهای با پره های القایی مکشی هستند ممکن است جهت چرخشبادزن متناوباً معکوس شود تا سطوح مدخل هوا به برج، یخ زدایی شوند. برای به حداقل رساندن امکان یخ زدگی در برجهای با بادزن مکشی سانتریفوژ، باید از دامپرهای کنترل ظرفیت استفاده شود.

 گردش بستهی آب

 در این سیستم باید به حفاظت از مایع داخل مبدل حرارتی توجه خاصی مبذول گردد .چنانچه اشکالی از نظر طرح سیستم وجود نداشته باشد ، استفده از مایع ضد یخ بهترین نوع حفاظت است . در صورتی که این ممکن نباشد، باید سیستم را طوری طرح کرد که مبدل حرارتی به نحوی گرم شود. در مورد مقدار این گرمای ورودی به سیستم باید با کارخانهی سازنده مشورت شود.

 تمام سیستم لوله کشی (به و از) دستگاه خنک کننده باید کاملا عایقکاری شود. ضمناً باید یک سیستم تخلیه اضطراری برای مواقعی که در سرمای زیر صفر به هر دلیل برق دستگاه قطع می شود. منظور نمود.

 آب تشت

 برای حفاظت آب درون تشت زیرین دستگاه خنک کننده مدار بسته در مقابل سرما راههای مختلفی وجود دارند که یکی از مطلوب ترین آنها استفاده از مخزن آب کمکی نصب شده در یک فضای گرم است. چنانچه این روش عمل باشد، باید برای جلوگیری از یخ زدن آب تشت از یک گرمکن کمکی استفاده نمود که معمولترین آن گرمکن الکتریکی و کویلهای بخار و آب داغ غوطه ور در آب تشت می باشند. برای اطلاع از میزان دقیق حرارتی که باید به تشت آب در سرمای زیر صفر وارد شود لازم است با کارخانه سازندهدستگاه خنک کننده مشورت شود.

 تمام خطوط آبی که در معرض سرمای زیر صفر قرار دارند باید توسط نوار یا کابل الکتریکی و عایقحفاظت شوند. این حفاظت باید در مورد تمام خطوط یا قسمتهایی که در زمان خاموشی سیستم در معرض سرما قرار دارند اعمال شود.

صدا

سطح صدای تولیدی یکی از مهم ترین عوامل در انتخاب و نصب دستگاه هایی مثل برج خنک کن است که در فضای باز نصب میشوند و در این مورد اغلب مقرراتی وجود دارند. حتی در صورت فقدان مقررات نیز اعتراض کسانی که در جوار این دستگاه کار یا زندگی میکنند عامل تعیین کننده سطح صداست. از آنجا که کاستن شدت صدای تولیدی توسط برج خنک کننده مخارج اولیه سیستم را افزایش می دهد ، باید در اولین مراحل طراحی سیستم به این مشکل توجه شود. شدت صدای تولیدی برج اغلب توسط کارخانجات سازنده ارائه می شود که از مقایسه آن با معیار های صوتی تعیین شده ، میزان مقبولیت تاسیسات برج خنک کن از این نقطه نظر معلوم می گردد.

 عموماً در مواردی که تأسیسات برج خنک کن موجد مشکلات صوتی باشند چند راه حل میتوان ارائه داد. راههایی مثل دور کردن حتی الامکان برج از مناطق حساس به صدا و استفاده از موتور بادزنهای دو سرعته (با شدت صدای اسمی ۱۲ دسیبل) در زمان کار سبک برج (مثلا در شب). اما باید ترتیبی دادی تعداد دفعات تغییر سرعت بادزن حداقل باشد چرا که کم و زیاد شدن صدا معمولا ناراحت کننده تر از  صدای یکنواخت است. در بسیاری از موارد، راه حل مؤثر شامل استفاده از دیوارهای آکوستیک حائل بین برج و مناطق حساس به صدا و یا ایزولاسیون صوتی خود برج است. مضافاً تخفیف دهنده های شدت صد که مخصوصا برای برج خنک کن طراحی شده اند معمولا در بازار یافت میشوند. در مواردی ممکن است استفاده از برج خنک کنی بزرگتر با سطح صدای پایین تر (به لحاظ کاهش سرعت بادزن) عملی باشد.

 رانش ذرات آب به بیرون برج توسط هوای جریانی (Drift)

برج خنک کن یک مبدل حرارتی است که در آن دو سیال هوا و آب در تماس مستقیم با یکدیگر قرار دارند وبدین لحاظ هواره مقداری از ذرات آب به رغم وجود قطره گیر ها (Drift eliminators) همراه هوای جریانی به بیرون برج رانده می شود. مقدار آبی که بدین روش از دست می رود تابعی است از شکل برج ، طرح قطره گیر ها ، شدت جریان هوا در برج و حجم آب خنک شونده. چنانچه قطره گیر ها خوب طراحی شده باشند ، عموما می توانند تلفات آب را تا میزان دو هزارم درصد تا دو درصد از کل آب در گردش کاهش دهند.

از آنجا که رطوبت موجود در هوای خروجی از برج خنک کن اغلب حاوی مواد معدنی و شیمیایی با غلظت زیاد است ، باید از نصب برج در فضای پارکینگ یا مجاورت مکانهایی با پنجره های بزرگ و سطوحی از ساختمان که نسبت به این مواد حساس باشند ، اجتناب شود.

مه

هوای خروجی از برج خنک کن ضرورتا اشباع شده است . تحت شرایط معین ،هوای اطرف قادر به جذب تمامی رطوبت موجود در هوای خروجی از برج نبوده و نتیجتاً رطوبت اضافی به صورت مه ظاهر می شود. برای کاهش یا رفع مه  در هوای اطراف برج روشهای چندی وجود دارند، از جمله گرم کردن هوای خروجی از برج با مشعلهای گاز سوز یا کویلهای بخار، نصب مهگیرها و یا پاشیدن مواد شیمیایی مخصوص در هوای خروجی از برج.

در تأسیسات بزرگ که برج خنک کن اغلب روی زمین نصب می شود، برج خنک کن مرکب خشک - مرطوب که آمیزه ای از یک بخش تبخیری معمولی و یک بخش مبدل حرارتی از نوع لوله های پره دار با سطح خشک به طور سری یا موازی است، روش عملی تری برای کنترل ماه است. در این دستگاهها هوای اشباع خروجی از بخش تبخیر برج با هوای گرم و نسبتاً خشک خروجی از بخش لوله های پره دار در هم میآمیزد و حاصل آن هوایی است که در مرحله مادون اشباع از برج خارج میشود. اما اغلب عملی ترین راه برای حل مشکل مه زایی برج خنک کن، نصب آن در محلی است که مه تولید شده اعتراض کسی را برنیانگیزد. بدین لحاظ هنگام انتخاب محل نصب برج خنک کن باید پتانسیل مه زایی برج و تأثیر آن بر محیط اطراف ملحوظ نظر قرار گیرد.

 مراقبت و نگهداری از برج خنک کن

برج خنک کن مانند هر وسیلهی مکانیکی دیگر، تنها زمانی می تواند به نحو مطلوب و با بازده مورد انتظار کار کرده و حداکثر دوام را داشته باشد که طبق برنامه ای منظم تحت مراقبت و نگهداری قرار گیرد. معمولا کارخانجات سازنده برج خنک کن دستورالعمل زمان بندی شده ای را جهت بازرسی و سرویس قسمتهای مختلف برج تولیدیشان ارائه میدهند. در صورتی که چنین دستورالعملی در دسترس نباشد می توان از جدول راهنمای بازرسی و مراقبت از برج خنک کن که توسط انجمن مهندسین گرمایش تهویه و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) پیشنهاد شده است استفاده نمود. چنانچه برج خنک کن در فصل زمستان نیز فعال باشد، پر واضح است که برای حصول اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه و تمامی کنترلها و کشف هر گونه یخ زدگی در مراحل اولیه، باید از برج و متعلقات آن به طور منظم بازرسی عینی صورت گیرد.

 بدنه فلزی، تشت زیرین و پایه های دستگاه باید منظماً با یک رنگ محافظ مرغوب رنگ کاری شوند. در بعضی مکانها جهت محافظت در برابر زنگ زدگی و پوسیدگی، لازم است این رنگ کاری همه ســـــاله انجام گیرد. باید برای این کار یک برنامه منظم تدوین شود و فواصل زمانی بین رنگ کاریها نباید از ۳ سال تجاوز کند.

چوب درخت سرخدار (Redwood) بدون رنگ خود به خود مقاوم است و رنگ کردن تمام سطوح آن از دوامش می کاهد. لذا رنگ کاری یک برج خنک کن از جنس چوب سرخدار ، برای زیبایی ظاهری صورت میگیرد که باید توجه لازم در این خصوص مبذول گردد. چوب درختان سرخدار و سرو نباید رنگ شود

 پیچ و مهرههای برجهای چوبی باید سالانه مورد وارسی قرار گرفته و هنگامی که اجزا برج خشک هستند، با آچار سفت شوند.

باد زنها

 بادزنها باید راحت بچرخند. ظرفیت بادزنهای جریان محوری پروانه ای ( Propeller-type Fans) راعموما می توان با میزان کردن زاویه پره ها تنظیم کرد. یکسان بودن زاویه همهی پرهها واجد اهمیت است و در تنظیم باید توجه نمود که قدرت لازمه از حد توان موتور تجاوز نکند.

تراز کردن و روانکاری

 همترازی بادزنهای جعبه دنده ای، از موتور گرفته تا چرخ دنده و بادزن، باید سالانه وارسی شود.تراز کردن باید در محدوده کوپلینگها، یا طبق معمول بین  (0.05 تا 0.07 میلی متر) صورت گیرد.

 سطح روغن جعبه دنده باید هر هفته بازبینی شود. روغن باید هر سال، یا بعد از ۳۰0۰ ساعت کاربی وقفه برج ، تعویض شود.

محرکهای تسمه ای باید هر ماه بازبینی شده و میزان سفتی و تراز آنها به طور صحیح تنظیم گردد. تسمه ها نباید آنقدر سفت باشند که بارزائدی را به یاتاقان تحمیل کنند، و نباید به قدری شل باشند که در جای خود سر بخوردند.

پخش آب

پخش آب در برج باید وارسی شده و یکنواخت نگهداشته شود. مجاری آب باید بررسی شوند که گرفتگی نداشته باشند. سیستم پاشش آب و سرهای آبفشان (Nozzles) باید از نظر تمیزی و فشار پاشش آب (چندان که در طرح منظور شده)، وارسی گردند. در بیشتر برجهای خنک کن فشار پاشش آب تقریبا 3psiمی باشد.

قطره گیرها (Eiminators)

 قطره گیرها باید عاری از جلبک بوده و به نحو مطلوب نگهداری شوند . قطره گیرهای فلزی را باید همه ساله تمیز و رنگ کرد.

 جلبک

جلبک باید از تمام قسمت های برج خنک کن پاک شود . برای جلوگیری از رشد مجدد جلبک و حفاظت لوله ها و تجهیزات برج، باید آب را تصفیه کرد.

 نظافت و تمیزکاری

 تشتت زیرین برج باید هر هفته تخلیه و شستشو گردد. صافی نیز باید طبق زمانبندی معین، منظم بازبینی و تمیز شود.

 سطح آب

 شیر شناور باید چنان تنظیم گردد که سطح آب در تشت زیرین برج به اندازه کافی بالا باشد تا از ایجاد گرداب در خروجی آب جلوگیری شده و برای جبران آبی که تبخیر یا همراه هوا به بیرون برج رانده می شود ،  آب تازه به میزان لازم به برج وارد گردد.

 حفاظت در زمستان

تشت زیرین برج و کلیه لوله ها، شیرها و غیره که در معرض هوای سرد قرار دارند، باید برای فصل سرد که دستگاه خاموش است، تخلیه شوند.

مرجع : کتاب سرویس و نگهداری تاسیسات ساختمان تالیف سید مجتبی طباطبایی