پکینگ برج خنک کننده مکعبی یکی از رایج ترین انواع برج خنک کننده فایبرگلاس است که ضمن داشتن شکل مکعبی، در پتروشیمی، فولاد و نیروگاه کاربرد فراوان دارد. بعلت وجود پنلهایی با سطح مقطع مربعی، این گروه از کولینگ تاورها در رده برج های خنک کننده مکعبی قرار می‌گیرند. به دلیل ساختار منظم و اضلاع برابر، پکینگ کمتری در فرآیند برشکاری، پرت می‌شود.
هدف طراحی و تولید برج خنک کننده مکعبی، کاهش دمای آب و خنک سازی تجهیزات صنعتی مختلف است. برجهای مکعبی با ایجاد بستری مناسب جهت تبادل حرارت و القای نیروی مکانیکی و گردش هوا موجب کاهش دمای سیال می‌گردد. برج خنک کن مکعبی در دو گروه کلی تحت عنوان مدار باز و مدار بسته به تولید می‌رسد. نحوه عملکرد برج خنک کننده مکعبی چگونه است؟ تفاوت پکینگ گرید اسپلش با برج خنک کننده مکعبی چیست؟
برج خنک کننده مکعبی چیست؟
برج خنک کننده مکعبی بر اساس نوع متریال سازنده پنل یا دیواره می‌تواند بصورت گالوانیزه، فایبرگلاس و چوبی ساخته شود. مدل چوبی و گالوانیزه یا فلزی آن به دلیل رسوب گرفتگی بالا، خرابیهای پی در پی و عدم ارائه راندمان برودتی مناسب، منسوخ شده‌اند. در بسیاری از صنایع به ویژه نیروگاه، پالایشگاه، پتروشیمی، ذوب فلز برای کاهش دادن دمای تاسیسات خود از برج خنک کننده کولینگ تاور استفاده می‌کنند.
نحوه کار برج خنک کننده مکعبی فایبرگلاس
آبگرمی که در پروسه فعالیت تجهیزات صنعتی ایجاد می‌شود، بایستی در یک چرخه خنک کاری قرارگیرد. بدین منظور آبگرم از طریق لوله و انشعاباتی که به فلنچ های دستگاه متصل‌اند، وارد تجهیز می‌گردد. در ادامه توسط نازل، ضمن شکست جریان آب و ایجاد تلاطم در مدار، قطرات آب، بر روی پکینگ پاشیده می‌شود. پکینگ نیز ضمن بالا بردن زمان و سطح تماس برخورد سیال، با جریان هوا بصورت مستقیم موجب کاهش دما می‌شود. بخش اندکی از جریان آب در طی فرآیند تبخیر، بصورت بخار اشباع از مدار خارج خواهد شد. بدین منظور مدار آب جبرانی جهت تامین آن، بصورت متداول سطح آب را کنترل می‌کند.
جریان هوا بوسیله چرخش فن به وجود می‌آید. اکثر برجهای مکعبی بصورت مدار باز با جریان هوادهی مخالف یا به عبارتی در خلاف جهت پاشش آب تولید می‌شوند. در نهایت آب خنک شده در قسمت تشتک دستگاه جمع آوری شده و جهت خنک کاری تجهیزات صنعتی، به سوی آنها پمپ می‌گردد.
معرفی انواع برج خنک کننده مکعبی
برج خنک کننده مکعبی بر اساس نوع گردش هوا، شامل دو گروه جریان متقاطع یا کراس فلو و جریان مخالف یا کانتر فلو می‌شود. غالب اغلب برجهای خنک کننده مکعبی، جریان مخالف است. مکانیزم هوادهی این مدل کولینگ تاور به دلیل ایجاد سطح تماس بالا و کاهش سرعت سقوط قطرات، دارای راندمان کاهش دمای بالاتری است. بر مبنای نحوه خنک کاری و سیکل جریان آب، دارای دو تیپ مدار باز و مدار بسته می‌باشد. در برج خنک کاری مکعبی مدار باز، هدایت سیستم پاشش آب بر عهده نازلهای ثابت می‌باشد. درحالیکه در تیپ مدار بسته، سیال، با گذر از لوله‌های کویل، از طریق سطح آن تبادل حرارتی انجام می‌دهد.
برج خنک کننده مکعبی مدار بسته به علت عدم نیاز به مدار آب جبرانی، و راندمان بالای برودتی، اغلب برای تاسیسات پتروشیمی و پالایشگاه مورد استفاده قرار می‌گیرد. از دیگر مزایای این سیستم میتوانیم به هواخنک بودن، عدم تبخیر سیال، ایجاد اختلاف دمای بیشتر در ظرفیت و حجم های برابر اشاره کرد. برج خنک کننده هیبریدی یا ترکیبی نیز از دیگر انواع خوانواده کولینگ تاورهای مکعبی محسوب می‌گردد.
اجزا و قطعات برج خنک کننده مکعبی
- استراکچر یا بدنه: شامل پلهای مربعی از جنس فایبرگلاس که ساختار مکعبی برج خنک کننده را شکل می‌دهد.
- فن استک: بخش دایره‌ای شکل که وظیفه حفاظت از تجهیزات هوادهی نظیر فن و الکتروموتور را بر عهده دارد.
- تشتک(بیسین): مخزن نگهداری آبسرد که با رزین و ژلکت عایقبندی، و آبسرد در این قسمت جمع آوری می‌شود.
- لوور: کرکره‌های ورودی جریان هوای خشک که سرتاسر دستگاه را احاطه کرده است.
- نازل: وظیفه توزیع و تبدیل جریان آب به ریز قطرات یا به عبارتی کنترل سیستم پاشش و توزیع آب را عده دار است.
- پکینگ یا سطح پرکن: شامل دو تیپ اسپلش و فیلمی که به عنوان قلب سیستم خنک کاری از آن یاد می‌شود.
- توری و ساپورت: جهت بارگذاری پکینگ در برج خنک کننده مکعبی
- کویل: ایجاد بستر تبادل حرارت غیر مستقیم از طریق سطح آن با جریان هوا
- فن(پروانه): القای جریان هوا و به گردش در آوردن هوای ساکن کولینگ تاور یا به عبارتی تهویه مطبوع دستگاه
- شاسی آهنی: جهت بارگذاری قطعات بخش هوزینگ هوارسانی
- الکتروموتور: ایجاد نیروی مکانیکی و به چرخش در آوردن فن یا پروانه برج خنک کن مکعبی
- سیستم انتقال قدرت: دارای سه مدل گریبکس، تسمه پولی، دایرکت درایو
- قطره گیر: جلوگیری از پرتاب قطرات آب به خارج برج خنک کننده مکعبی و کاهش مصرف آب مدار جبرانی
- پمپ شاور: انتقال آب ذخیره شده در تشتک
- سایت گلس: جهت بازدید بخشهای درونی دستگاه هنگام کار
- دستگیره پنل بازدید: جهت سهولت در هنگام بازدید=
- پلوتر: وظیفه کنترل میزان سطح آب را بر عهده دارد.
- هیتر: بوسیله این قطعه، میتوانیم از یخ زدگی کویل و تشتک در فصول سرد نظیر زمستان جلوگیری کنیم.
- تابلو کنترل برق: کنترل آمپر مصرفی از سوی موتور و جلوگیری از سوختن موتور در شرایط نامساعد
راهکارهای افزایش بازدهی خنک کاری کولینگ تاور مکعبی
فرآیندهای متعددی جهت افزایش ظرفیت تبادل حرارتی در مبدل خنک کننده وجود دارد. این راهکارها شامل مجموعه اقداماتی است که پیرو بالا بردن میزان کاهش دمای سیال یا در واقع دلتا تی می‌توان انجام داد. برای مثال میتوانیم به افزایش تعداد لایه‌های پکینگ یا متراژ کویل، تغییر سرعت زاویه‌ای فن، تعداد تیغه و زاویه قرارگیری پروانه اشاره کنیم. از دیگر عوامل تاثیرگذار بر راندمان برودتی کولینگ تاور مکعبی، محاسبه و طراحی اصولی نازل، مهندسی تعداد آنها و فواصل قرارگیری نازلها از یکدیگر می‌باشد. چنانچه این عوامل به درستی محاسبه شوند، آنگاه پدیده همپوشانی رخ می‌دهد. این پدیده زمانیکه سطوح پکینگ بطور کامل با آب تر شده باشد، صورت می‌گیرد. دیگر راهکارهای افزایش راندمان برج خنک کننده مکعبی عبارتند از:
گزینش بهترین محل برای نصب و راه اندازی برج خنک کننده: جهت جایگذاری دستگاه مکانی به دور از تابش مستقیم نور خورشید را انتخاب کنید. این امر باعث جلوگیری از بالا رفتن حرارت سیال می‌شود. محل نصب دستگاه باید به دور از تاسیسات گرما زا، با تهویه هوای مناسب و در فاصله مناسبی از استخرهای نگهداری سیال گرم باشد.
استفاده از مخزن سیرکولاتور و حوضچه‌های آبفشان یا استخر: مخازن فایبرگلاس نگهداری آب یا استخر، سبب افت دمای سیال در فواصل زمانی معینی خواهد شد. حوضچه آبفشان ضمن افزایش تبادل حرارت در اثر برقراری تماس میان آب و هوا سبب افزایش راندمان کاهنده دمای سیال می‌گردد.
بهره گیری از دریفت الیمیناتور یا قطره گیر: این قطعه باعث جلوگیری از تجمع بخارات اشباع در اطراف دستگاه می‌شود که در نتیجه سبب حفظ کیفیت هوای ورودی می‌گردد . همچنین با محاظت از قطعات بخش هوزینگ هوارسانی، سبب حفظ راندمان و جلوگیری از تشکیل رسوب روی جدار خارجی فن خواهد شد.
بکارگیری سختی گیر: سختی گیر رزینی ضمن زدایش یون های رسوب پذیر آب، موجب جلوگیریبرج خنک کننده مکعبی یکی از انواع کولینگ تاورهای تولیدی شرکت مهتاب گستر از نوع جریان متقاطع و در ظرفیت های 80 الی 1000 تن است که دقیقا شکل بدنه این دستگاه مکعب مربع یا مکعب مستطیل بوده و بدلیل مزایای زیاد و قیمت مناسبی که دارد امروزه مورد توجه اغلب کارفرمایان قرار گرفته است.
مزایای برج خنک کننده مکعبی مدار باز جریان مخالف نسبت به نسل پیشین:
- با استفاده از F.R.P در ساختمان برج خنک کننده مکعبی مشكل زنگ زدگی و خوردگی به وجود نخواهد آمد که این امر باعث افزایش طول عمر و كاهش هزینه نگهداری شده و به علت دارا بودنUV در مواد اولیه، در برابر اشعه آفتاب و رطوبت بالا مقاوم بوده و در طی مرور زمان تغییر حالت و رنگ نمی‌دهد.
- طراحی خاص و مکعبی شکل بدنه برج خنک کننده مکعبی حداکثر ایستایی و راندمان در عین کمترین وزن و فشار بر روی فونداسیون را به همراه دارد و میزان لرزش به میزان قابل توجهی پایین است.
- وجود ساختار مناسب، استفاده از الکتروموتور با مصرف برق پایین‌تر برای این مدل کولینگ تاور را فراهم کرده که در مقایسه با برج خنک کننده گالوانیزه متناسب کاهش 2 تا 3 برابری مصرف برق را به همراه دارد. کلیه الکتروموتورهای مورد استفاده طبق استاندارد UL بوده و ضد آب و فلنج دار است و مناسب جهت محیط های مرطوب و از نوع عمودی است و از مارکهای معروف اروپایی IP 55 تامین می‌گردد.
- استفاده از لایه قطره گیر در زیر فن، پاشش آب به بیرون از برج خنک کننده مکعبی، را به حداقل رسانده و حداقل از دست دادن آب را در سیستم به همراه دارد.
برج خنک کننده مکعبی تک واحدی
مزایای استفاده از برجهای خنک کننده مکعبی تک واحدی در مقایسه با نمونه‌های مجتمع شده:
- امکان از مدار خارج کردن هرکدام از واحدها به منظور تعمیرات بدون از مدار خارج کردن و توقف فعالیت آن
- غیر فعال کردن تعدادی از برجهای خنک کننده در صورت کاهش بار چیلر و در نتیجه کاهش استهلاک سیستم و هزینه‌های جاری دستگاه‌ها
- امکان تولید هرکدام از واحدهای برج خنک کننده مکعبی در کارگاه تولیدی شرکت و ارسال محصول آماده شده به محل پروژه
نحوه عملکرد برج خنک کننده مکعبی
عملکرد برج خنک کننده مکعبی بدین شکل است که ابتدا آب گرم ورودی به سیستم از فلنچ های ورودی برج وارد می‌شود بعد از ورود به لوله سیستم پاشش آب وارد مکعبی شده و از نازل با سرعت، زاویه و شعاع پاشش مناسب بر روی سطوح خنک کننده یا پاشش می‌کند. وابسته به نوع برج خنک کننده مکعبی مدارباز جریان هوا تحت جریان عرضی (عمود به جریان آب) و یا جریان طولی (خلاف جهت جریان آب) تحت تماس با جریان آب قرار می گیرد.
مزایای برج خنک کننده مکعبی
سیستم قطره گیر (الیمیناتور)
در برج خنک کننده مکعبی قطره گیرها به صورت لانه زنبوری و در بالای قسمت لوله‌ها توزیع آب نصب می‌گردد و تمامی سطح مکش فن را پوشش می دهد و میزان DRIFT یا پرتاب آب از قسمت بالایی فن به کمتر از 0.002 درصد قطرات کاهش می یابد. به دلیل امکان ساخت برج خنک کننده مکعبی با ارتفاع بیشتر، این نوع از برج‌ها خنک کننده را می توان با سه لایه پکینگ مدیا طراحی کرد که افزایش تعداد لایه‌های پکینگ مدیا سبب افزایش سطح مفید انتقال حرارت بین آب و هوا می‌شود لذا با اشاره به موارد فوق می توان سطح مطلوب را در برج خنک کن مکعبی به میزان مورد توجهی کاهش داد و در زمان هایی که فضای مورد نیاز اهمیت داشته باشد کولینگ تاور مکعبی مزیت بالایی نسبت به دیگر گونه‌ها دارند.
کاهش میزان آپروچ (نزدیکی به دمای محیط)
افزایش راندمان حرارتی با توجه به یک سری از دلایل کاملا مشخص، همچون سیستم توزیع آب پیوسته و بدون فضای خالی، افزایش سطح انتقال حرارت و میزان هوادهی بیشتر در کولینگ تاور مکعبی نتیجه اینطور استنباط و اثبات شده که برج خنک کننده مکعبی قادر خواهند بود که خروجی آب سرد را به میزان 1 الی 2 درجه بیشتر به دمای مرطوب محیط نزدیک کنند و این موضوع در زمان هایی که خروجی آب سرد در برج خنک کننده بخواهد به نزدیکترین حد ممکن به دمای محیط نزدیک شود حائز اهمیت می‌شود. با کاهش دمای آب خروجی (TL) راندمان حرارتی نیز افزایش می‌یابد.
افت فشار کمتر در برج خنک کننده مکعبی
سیستم پاشش قطرات آب بر روی سطوح خنک کننده به صورت بیشتر ثقلی با نیرو محرکه بسیار کم انجام می‌شود و فشار عموما ناچیز و گاهی نزدیک به فشار جو است. بنابراین میزان فشاری که در برج خنک کننده مکعبی نیاز معمولاٌ بسیار کمتر از میزان فشاری است که باید برای برج خنک کننده مخروطی فراهم گردد زیرا برج خنک کننده مخروطی بخشی از فشار خط لوله را که میزان قابل توجهی نیز است صرف چرخاندن اسپرینکلر و پاشش آب بر روی پکینگ‌ها می کنند بنابراین افت فشار در کولینگ تاور مخروطی بیشتر از برج خنک کننده مکعبی است.