روش‌های طراحی، ساخت و تولید برج‌های خنک کننده

نحوه ساخت برج خنک کننده

روش ساخت و یا تولید پکینگ برج خنک کننده تشکیل شده از قسمت‌های مختلفی می‌باشند که هر کدام از این قسمت‌ها از حوزه‌های متنوع مانند ساخت قطعات و مونتاژ آنها در کولینگ تاور ها تولید و ساخته می‌شوند. می‌توانیم در تعریف دیگری بگوییم کار تولید و ساخت برج خنک کننده در سه قسمت اصلی به صورت جداگانه تقسیم بندی می‌شوند، قسمت اول تشکیل شده از تولید قطعات برج خنک کننده می‌باشد، قسمت دوم شامل عملیات مونتاژ و بخش نهایی کار تولید برج خنک کننده نظارت فنی و مهندسی کنترل کیفی می‌باشد که جز مهمترین بخش‌های بعد از ساخت و تولید کولینگ تاور ها و پکینگ گرید اسپلش می‌باشد.

انجام تک تک عملیات ساخت برج‌های خنک کننده نیازمند دقت بالایی هستند به این دلیل که در پایان کار سبب بالا بردن کیفیت و ارزش دادن به تجهیز می‌شود. همین ریز جزییات است که تعیین کننده قیمت برج های خنک کننده است. برج خنک کنده تشکیل شده از متریال مختلفی مانند فلز، پلیمر و فایبرگلاس شده هستند که به دلیل ارتباط مستقیم و همیشگی قطعات برج با آب رسانی و هوارسانی از این جنس متریال برای تولید قطعات استفاده می‌شود. امروزه تمامی مهندسان طراحی برج‌های خنک کننده در تلاش‌اند که ساخت قطعات و تجهیزات را که از جنس فلز هستند تا حد امکان کاهش دهند و به جای تولید تجهیزات از جنس متریال فلز، از متریال فایبرگلاس یا پلی پروپیلن که ویژگی‌هایی مانند ضد رسوب گرفتگی و مقاومت بالا دارند، استفاده کنند.

مراحل کلی ساخت برج‌های خنک کننده

ساخت برج خنک کننده شامل چند مرحله کلی می‌شود که مورد توجه سازندگان داخلی قرار گرفته است:

۱- ساخت تجهیزات و قطعات استفاده شده در برج‌های خنک کننده که شامل قسمت‌های مختلفی مانند پروانه‌ها، نازل‌ها، پکینگ ها، قطره گیر و اجزای بدنه

۲- مونتاژ کردن و جمع آوری تجهیزات بر روی قسمت بدنه کولینگ تاور

۳-و در آخر کنترل‌های فنی که بر طبق استانداردها و تست‌های مختلف مانند تست‌های آب‌گیری و تست جوشکاری در برج خنک کننده انجام می‌شوند

نحوه مونتاژ کولینگ تاور

مونتاژ یک بخش به معنای انجام کارهای نهایی آن دستگاه می‌باشد و تشکیل شده از قسمت‌های مختلفی است که به طور کلی می‌توان گفت مرحله بعد از جمع آوری و طراحی و تولید قطعات و تجهیزات کولینگ تاور، مرحله سربندی و دسته بندی آن قطعات می‌باشد. می‌توان گفت این مرحله تشکیل شده از دو بخش بسیار مهم است که با توجه به مدل و نوع کولینگ تاور ارتباط مستقیمی دارد.

• مونتاژ دستگاه در کارخانه یا کارگاه ساخت و تولید برج خنک کن
• مونتاژ در محل نصب کولینگ تاور پروژه

معمولاً تغییراتی وابسته به شرایطی مانند ابعاد کولینگ تاور و ظرفیت کولینگ تاور در کار مونتاژ ایجاد می‌شود. نکته قابل توجهی که باید به آن اشاره کنیم ظرفیت‌های بالای برج‌های خنک کننده است که تأثیر مستقیمی بر روی دو مورد فوق می‌گذارد. به عنوان مثال ما مونتاژ برج‌های خنک کننده با ظرفیت بالای ۵۰۰ تن تبرید را در محل کارخانه انجام می‌شود. بیشتر برج‌های خنک کننده با ظرفیت ۵۰۰ تن تولید می‌شوند و این امر به این دلیل است که تولیدکنندگان سعی بر مونتاژ کلیه برج‌ها در محل کارخانه یا محل نصب هستند.

مراحل جزئی ساخت کولینگ تاور

۱- مرحله طراحی و تولید قالب‌های اولیه

۲- مرحله پخت تجهیزات فایبرگلاس در حمام‌های کوره‌ای با درجه بالا

۳- مرحله موارد کردن مواد گرانول در دستگاه‌های تزریق پلاستیک به دلیل ساخت قطعات پلاستیکی مانند نازل‌، قطره‌گیر و پکینگ برج خنک کننده

۴- برش دادن و تراشکاری قطعات فلزی همانند نگهدارنده فن موتور، و سیستم‌های انتقال قدرت

۵- جوشکاری قطعاتی که باید به بخش‌هایی از دستگاه برج خنک کن به صورت معلق چسبانده شوند

۶- قرار دادن و جایگذاری و نصب تجهیزات جانبی روشهای قدیمی طراحی برج خنک کننده، مبتنی بر استفاده از جداول و نمودارهای عمومی بوده است. در بسیاری از موارد طراحی و انتخاب کولینگ تاور صنعتی نیز بر مبنای اطلاعات تجربی بود که برای اقلیم خاصی کاربری داشت. این در حالی است که وسعت کشور عزیزمان ایران و وجود اقلیم ها و شرایط آب و هوایی متفاوت، موجب می گردد، که به منظور کارکرد بهینه یک برج خنک کن، طراحی ویژه ای برای آن صورت گیرد. عدم رعایت اصول طراحی و استفاده صرف از کلید واژه تن تبرید یا تناژ تبرید برج خنک کننده در بسیاری از موارد به کارکرد نامناسب کولینگ تاور در آن منطقه خواهد انجامید.

مفاهیم اصلی و تعاریف در طراحی و بهینه سازی کولینگ تاور

تبخیر سطحی چیست : تبخیر سطحی فرآیندی است که در آن، مایع مورد نظر در دمایی غیر از دمای جوشش، به حالت بخار در می آید و گرمای نهان تبخیر را از محیط جذب می کند. به صورت کلی هر مایعی به میزان مشخصی در هر دما دچار تبخیر می شود.

گرمای مورد نیاز برای تبخیر(Q) با جرم مایع (m) رابطه مستقیم دارد و برای تبدیل تناسب به تساوی به یک ضریب نیاز داریم که در اینجا به نوع مایع بستگی دارد و با LV نشان داده می‏شود. با توجه به این توضیحات داریم:

QV=mLV 

تغییر فاز بخار، آب و یخ

در حقیقت طی فرآیند تبخیر سطحی، مایع تبخیر شده گرمای نهان تبخیر را از محیط می گیرد و موجب خنک شدن سیال و محیط می گردد. این همان فرآیندی است که هنگام خارج شدن از استخر، موجب سرد شدن بدن شما در هوای آزاد می شود. مهمترین مزیت تبخیر سطحی نسبت به روش های دیگر سرمایش، مصرف انرژی بسیار کم آن و سهولت ساخت تجهیزات آن می باشد ولی در عین حال این روش به مصرف بالای آب می انجامد.

مفهوم ضریب تغلیظ در برج خنک کن

سیکل تغلیظ یا COC در کولینگ تاور به نسبت ذرات محلول در آب درون برج خنک کننده به ذرات محلول در آب ورودی یا همان آب میکاپ برج خنک کن گفته می شود. همانگونه که گفته شد ذرات معلق و محلول درون مدار برج خنک کن عمدتا به همراه بخار از کولینگ تاور خارج نمی شوند و بنابراین به مرور زمان غلظت آنها افزایش می یابد. به همین دلیل نیز از طریق آب زیر کش یا همان آب بلو داون و باید مقدار این ذرات را به حد استاندارد و مناسبی رساند.

ظرفیت برج خنک کن بر حسب تن تبرید یا کیلو وات

محاسبه ظرفیت کولینگ تاور

همانطور که در ابتدای این مقاله توضیح دادیم، فرمول محاسبه حجم آب تبخیری در برج خنک کن در گرمترین حالت تقریبا برابر E=0.0018*R*C است که R معادل رنج یا اختلاف دمای ورودی و خروجی برج خنک کننده و C برابر مقدار دبی آب در گردش بر حسب متر مکعب در ساعت است. از طرف دیگر حاصل ضرب دمای رنج در دبی آب در گردش، ظرفیت سرمایش کولینگ تاور بر حسب کیلو وات یا تن تبرید است.

اگر ظرفیت سرمایش یک کولینگ تاور را با Q نشان دهیم، مقدار ظرفیت خنک کاری Cooling tower بر حسب کیلو وات از فرمول زیر بدست می آید:

Q=R*C*4180/3600 kW

و ظرفیت برج خنک کننده بر حسب تن تبرید عبارت است از :

Q=(R*C*4180/3600)*0.285 rt

به این صورت برای حساب کردن و مشخص شدن مقدار آب تبخیر شده توسط برج خنک کن در بدترین وضعیت دمایی، می توانیم از روی ظرفیت برج خنک کن بر حسب کیلو وات مقدار تبخیر را به صورت تقریبی و با استفاده از فرمول زیر بدست بیاوریم. توجه کنید که در این فرمول ظرفیت کولینگ تاور بر حسب کیلو وات است. فرمول تبدیل کیلووات به تن تبرید سرمایش برابر 1kW=0.285rt است.

 E=Q*0.0013 ~0.0015

یعنی جرم بخار آب تبخیر شده در برج خنک کن بر حسب کیلوگرم برابر است با ظرفیت سرمایش بر حسب کیلووات ضرب در 0.0013 یا 0.0015.

مثال : میزان تبخیر آب یک برج خنک کن به ظرفیت 500 تن تبرید را حساب کنید.

برای بدست آوردن مقدار آب میکاپ و تبخیر شده در بدترین شرایط دمایی (ظهر مرداد ماه) در مرحله اول ظرفیت پانصد تن تبرید کولینگ تاور را به کیلووات تبدیل می کنیم.

500rt/0.285=1750kW

با در نظر گرفتن این عدد و فرمول تبخیر خواهیم داشت مقدار تبخیر آب برابر است با

 E=1750*0.0013=2.3 m^3/h

یعنی این برج خنک کننده در اوج گرمای تابستان به میزان 2300 لیتر آب یا 2.3 متر مکعب در ساعت تبخیر آب دارد. البته باید در نظر داشته باشید که این عدد مربوط به بدترین شرایط دمایی است و در واقعیت ساعت های کمی در طول سال هستند که برج خنک کننده به این مقدار مصرف آب داشته باشد. مثلا در پاییز، زمستان، بهار و حتی ساعت های صبحگاه و شبانگاه، مصرف آب بسیار کمتر از این عدد خواهد بود. ظرفیت برج خنک کن (کولینگ تاور) : به میزان حرارتی که برج خنک کننده با عمل تبخیر از سیال خنک شونده جذب می کند، ظرفیت کولینگ تاور می گویند.